三、化验室的防振

1.环境振源

（1）环境振源的特征

①自然振源　由大自然中的事物自然运动引起的振动，如风、海浪和地壳内部的变动等因素引起的振动，自然振源的振幅一般情况下仅有百分之几微米到十分之几微米，对实验室的仪器设备基本上不发生影响。

②人工振源　由机械冲击、车辆运行等人为原因引起的地表振动称为“人工振源”，振动常由地表传播，振幅也较大，接近振源时（即近场振源），振动频谱一般不平坦，振幅有时可达几十微米；远离振源时（即远场振源），接受到的振动频谱较平坦，振幅在十分之几微米到几微米之间，对仪器的影响情况各不相同。

人们把自然振源与人工振源合称为“环境振源”，然而，在实际工作中发生影响的主要还是近场的人工振源。

（2）实验仪器和设备的“允许振动”　在保证仪器设备能够正常工作并达到规定的测量精度的情况下，加上安全系数的考虑后，在其支撑结构表面上所允许的最大振动值，称为“允许振动”。

化验室的防振，其实质就是通过采取一系列防振和隔振措施，使外来振动对仪器、设备支撑结构表面上的影响小于仪器和设备的“允许振动”，以保证其正常的测试和其他工作。

由于实施“防振”需要投入，因此，在进行化验室设计的时候，应该根据不同仪器设备的“允许振动”的具体要求，采取适当的防振措施，从而降低基建成本，做到少花钱多办事。

2.化验室设计的防振

由于不同的环境振源对化验室仪器、设备的影响各不相同，因此在进行化验室设计的时候，必须根据振源的性质差异采取不同的防振措施。

①尽量远离振源，避免受到影响，通常是在选址和总体布局时考虑。

②对于无法避免的振动，应根据振源的实际情况采取相应措施，尽量减少其影响。

a.配备一、二级防振要求的精密仪器和设备的实验室，必须考虑地面的脉动和远场振源的影响，其他级别的仪器和设备则主要是考虑近场振源的影响（参见本书附录一表1）。

b.近场振源中的锻锤、冲床、汽车及火车、采矿爆破作业等振动，能量大，并长期存在，对仪器设备影响也大，应予认真考虑。

c.土建施工打桩、爆破作业等属于“临时性”振源，在化验室设计时可以不必考虑（必要时采取临时性的简易减振台或减振垫）。

d.其他振动，属于周期性振动的，其振幅一般较稳定，影响相对较小；非周期性振动，振幅常具有“爆发性”，影响通常较大。但是无论是哪种振动，其功率越大影响越大，由于情况复杂，在设计时应视实际情况采取适当的防振措施。

e.人们的走动、门窗的开关、搬运物品等引起的近场振动，一般地说振动能量较小，而且不持续，可根据具体情况留在实验室的局部防振设计时考虑。

③当化验室与振源的距离小于“防振间距”（见本书附录一表2），或者无法确定防振间距的时候，应根据具体情况采取适当的“隔振措施”，以消除振源的不良影响。

3.化验楼和化验室的隔振

（1）化验楼的整体隔振措施　在受振动影响较大的建筑物的周围构筑“防振沟”，可以有效地隔断（或削弱）近场环境振动的传播，消除环境振源对建筑物的影响。

防振沟一般是深2.3～3m、净宽0.4m以上的壕沟，其间填充一定尺寸的碎石及粗砂（也可以垫以若干厘米厚的玻璃棉下脚料作隔层），即可取得隔断振动传播的效果。防振沟可以单独建造，也可以与排水沟结合构筑（图2-3）。

（2）化验室内部的隔振措施　化验室的内部隔振，通常可以分为主动隔振（又称“积极隔振”）措施和被动隔振（又称“消极隔振”）措施两种（图2-4）。

1）主动隔振措施　实质上是采取各种可以采取的措施，设法减少设备运行中产生的振动能量通过支撑的输出，从而减少对精密仪器设备的干扰。通常的做法有3种。

①加大动力设备基础的尺寸和总重量，降低设备自身振动。

②在设备基础内加隔振装置，隔断（或削弱）振动输出。

③建造“隔振地坪”，在建筑物底层的精密仪器实验室及其他防振要求较高的房间里，构筑质量较大的整体地坪，其下垫以粗砂及适当的隔振材料，周围再用泡沫塑料等具有减振和缓冲性的物质使地坪与墙体隔开，作用相当于“室内防振沟”（图2-5）。

2）被动隔振措施　数量不多的精密仪器，或者要求特别高的仪器设备，采取“主动隔振措施”可能显得不经济，可以考虑采取“被动隔振措施”，减少通过支撑结构的振动传递的影响。常用的被动隔振措施如下。

①使用减振器或减振垫　常用橡胶或弹簧减振器（图2-6为弹簧的布置方法），或者是软木、乳胶海绵、玻璃纤维隔振垫片等，自振频率可小至3～4Hz，适用于较高频率的振动干扰场合。

②使用悬吊式隔振器　自振频率可低至1～2Hz，适用于对水平振动要求较高，外界干扰频率较低，而同时仪器设备自身没有干扰振动的情况（图2-7，图2-8）。

一些运用“主动隔振措施”尚未达到预期的控制振动传递目标的，可以继续用适当的局部的“被动隔振”方法予以消除，获得效果很好的低成本的防振工作台，以适应某些仪器设备的特殊要求。

4.常用减振器与隔振材料

（1）减振器

①剪切减振器　具有承载能力较强、自振频率较低（约5Hz）、安装方便、阻尼较大的优点，已广泛应用于实践（图2-9）。

②钢弹簧减振器　具有材质均匀、性能稳定、承载能力高、耐久性好等优点。圆柱弹簧隔振系统的自振频率一般为2～3Hz。

③空气弹簧减振器　自振频率约3～5Hz，适用于光栅刻线机、电子显微镜及精密计量仪器的隔振（图2-10）。

④组合式减振器　一种弹簧-橡胶组成的组合结构，具有弹簧和橡胶两种减振材料的特性，用途广泛（图2-11）。

⑤薄板式减振器　在两（或三）层金属板之间，粘贴橡胶减振层，本质还是橡胶的减振作用，因整体结构方便使用（图2-12）。

⑥钢丝绳减振器　是一种悬吊式非线性减振器，减振效率高、造价低、安装维护容易。市售有SJ型定型产品，适用于电子仪器设备的隔振。

（2）隔振材料

①玻璃纤维　隔振性能好，来源广泛、容易施工、成本低，但只有在作用力的垂直方向才起隔振作用，属单向隔振材料，广泛应用于基础隔振（图2-13）。

②软木　是传统的隔振材料。由于容易永久变形而失效，故作用在软木上的压应力只能选取在0.06～0.1MPa范围内（图2-14）。

③人造海绵　隔振体系自振频率在5Hz以下，且能吸声。但承载能力较小、容易老化，故一般只用于能够方便更换的精密仪器设备的隔振。

④沥青　属可塑性材料，可用作隔振材料的胶黏剂，也可以用疏松材料吸收后作隔振垫层，用于基础隔振。但由于会污染环境，使用渐少。

⑤隔振胶液　主成分为氯丁橡胶，填料多为疏松物质，用以黏合各种隔振材料，具有较强隔声及阻尼作用。其耐久性优于沥青。

5.常用减（隔）振措施应用实例（图2-15～图2-20）

（1）隔振工作台。

（2）台面隔振结构（图2-16～图2-18）。

（3）隔振地板结构（图2-19）。

（4）机房的隔振结构（图2-20）。