سیستم‌های ضد ارتعاش مبتنی بر مکانیزم Negative-stiffness

برای ایزوله کردن تجهیزات حساس به ارتعاش از دو تکنولوژی فعال و غیر فعال استفاده می‌شود. در روش‌های فعال برای جلوگیری و حذف ارتعاش ناخواسته، نیروهای برابر ولی در خلاف جهت به صورت الکترونیکی با استفاده از سنسورها و محرک‌ها ایجاد می‌شوند. در روش‌های غیر فعال، ایزوله کردن به واسطه محدود کردن توانایی ارتعاشات در کوپل شدن با تجهیزی که قرار است ایزوله شود، حاصل می‌شود. این کار با استفاده از یک اتصال مکانیکی که باعث اتلاف انرژی ارتعاش و یا تغییر جهت آن قبل از رسیدن به تجهیز مورد نظر می‌شود، صورت می‌گیرد. سیستم‌های غیر فعال ممکن است از الاستومرها، فنرها، سیالات و یا مکانیزم Negative-stiffness برای ایزولاسیون استفاده کنند.

پیشرفته‌ترین ایزولاتورها که در کاربردهای فناوری‌های پیشرفته مانند میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، میکروسکوپ پروب روبشی (SPM)، نانو ساخت (Nanofabrication)، تداخل سنجی و تست میکروسختی مورد استفاده قرار می‌گیرند بر اساس مکانیزم‌های Negative-stiffness و پنوماتیک عمل می‌کنند. استفاده از این ایزولاتورها تجهیزات نام برده را قادر می‌سازد بهترین عملکرد خود را داشته باشند.

ساده‌ترین سیستم ضد ارتعاش مبتنی بر مکانیزم ارتعاش غیر فعال هوا، سیستم پنوماتیک ضد ارتعاش است. در این ایزولاتور سطح رویه توسط مخزن هوای تغییر شکل پذیر در پایه‌های غیر فعال جهت ایزوله کردن میز از ارتعاشات از جانب زمین مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم با وجود اینکه برای محیط‌های کم ارتعاش یا جهت استفاده در آزمایشاتی با حساسیت اندک بسیار مناسب هستند، اما نمی‌توانند ایزولاسیون مورد نیاز در آزمایشات حساس را فراهم سازند و همچنین جهت کاهش ارتعاشات افقی ناکارآمد هستند. برای تجهیزات حساس به ارتعاش و همچنین در محیط‌هایی که ارتعاشات به میزان قابل توجهی حضور دارند، سیستم‌های پنوماتیک فعال معمولا مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این ایزولاتورها سطح رویه میزها توسط پایه‌های پنوماتیک از سطح زمین و ارتعاشات آن ایزوله می‌شود. اما این سیستم‌ها پر هزینه بوده و عملکردشان مستلزم استفاده از کمپرسور هوا و تجهیزات کنترلی می‌باشد.

filereader.php?p1=main_c4ca4238a0b923820 

سیستم ضد ارتعاش پنوماتیک

 

همانطور که قبلا ذکر شد امکان حذف ارتعاشات محیطی با فرکانس پایین با استفاده از سیستم‌های ضد ارتعاش پنوماتیک معمولی امکانپذیر نیست. گذشته از این استفاده از تکنولوژی الکتریکی تنظیم میز پنوماتیک و کنترل فشار سیلندر هوا با پیچیدگی همراه بوده و احتمال خطای سیستم‌های پنوماتیک را افزایش می‌دهد. بنابراین بهترین راه‌حل برای ایزوله کردن ارتعاش در دستگاه‌های حساس به ارتعاش، استفاده از ایزولاتورهای مبتنی بر مکانیزم Negative-stiffness است. این سیستم‌ها بسیار کاربردی، سبک وزن، جمع و جور، بادوام و مقرون به صرفه هستند و بر مبنای یک مفهوم کاملا مکانیکی بنا نهاده شده که نیازی به هوا و الکتریسیته ندارد. هیچ موتور، پمپ و یا محفظه‌ای وجود نداشته و نیاز به تعمیر و نگهداری نیست زیرا چیزی برای سایش وجود ندارد. به عبارتی این سیستم‌ها در یک حالت مکانیکی کاملا غیر فعلا کار می‌کنند. در شکل زیر شماتیک این سیستم ضد ارتعاش نشان داده شده است.

 filereader.php?p1=main_c81e728d9d4c2f636

شماتیک سیستم ضد ارتعاش مبتنی بر مکانیزم Negative-stiffness

 

این سیستم‌ها قادر به ایزوله کردن ارتعاشات با فرکانس‌های کمتر از Hz 0.5 بوده و در مقایسه با پیشرفته‌ترین سیستم‌های ضد ارتعاش پنوماتیک که قادر به ایزولاسیون ارتعاشات با فرکانس‌های در محدوده Hz 5-10 هستند نتایج به مراتب بهتری ارائه می‌دهند. علاوه بر این در سیستم‌های پنوماتیک امکان حذف ارتعاشات افقی نیست در صورتی که این ایزولاتور امکان حذف ارتعاشات در راستای افقی را نیز فراهم می‌کند.

منبع مطلب AZO Materials