Источники вибрации: виды, действие на организм, меры профилактики- Администрация СГО

Содержание

Источники возникновения вибрации, ударные составляющие вибрации, основные источники вибрации, вибрации ротора, уровень вибрации машины, вибрация подшипников качения, компоненты вибрации, частоты вибрации, мощность случайной вибрации

Автор admin в . Опубликовано Pages

Механическими источниками возникновения вибрации в работающих в номинальном режиме роторных машинах являются колебательные силы периодического, случайного и ударного происхождения. Причинами же возникновения самих колебательных сил являются: неточность изготовления и сборки деталей, неточность сборки узлов и машины в целом, недостаток или несоответствие смазки, эксплуатационные дефекты деталей и узлов и др. Результатом действия отдельно взятых колебательных сил и их комбинаций (как правило, сумм или произведений) являются компоненты вибрации с характерными частотными спектрами. Здесь необходимо отметить, что при описании произведения сил в вибродиагностике ограничиваются случаем, когда частота основной (модулируемой) силы во много раз превосходит частоту модулирующей силы, а сама модулирующая сила является периодической с частотами, как правило, определяемыми частотой вращения деталей и узлов машины.
  1. Классификация колебательных сил.
По природе возникновения механические колебательные силы подразделяются на:
  • центробежные силы, обусловленные дисбалансом вращающихся деталей;
  • кинематические силы, вызванные движением тел по неровным поверхностям;
  • ударные силы, вызванные упругими соударениями движущихся тел;
  • параметрические силы, вызванные скачками во времени жесткости тел в направлении действия постоянной силы;
  • силы сухого трения (чаще всего вызванные недостатком смазочных материалов).
(В целом же, помимо колебательных сил механического происхождения, источниками вибрации роторных машин могут быть и силы аэродинамического, гидродинамического и электромагнитного происхождения, которые мы здесь не рассматриваем).
  1. Вибрация ротора с дисбалансом.
Статический дисбаланс ротора приводит к появлению центробежной силы f=emω2  (здесь eэксцентриситет; mмасса ротора; ω— частота вращения ротора), под действием которой вал ротора начинает вибрировать с этой же частотой и прогибаться. Прогиб ротора увеличивается с увеличением частоты его вращения вплоть до частоты резонанса ωрез1, после прохождения которого ротор переходит в режим автобалансировки. Скорость вращения ротора на частоте резонанса ωрез  называется первой критической скоростью вращения, и роторы, вращающиеся с частотой ω≤0,75ωрез1 принято считать жесткими, а роторы, вращающиеся на более высоких частотах – гибкими. Помимо статического дисбаланса в роторе может наблюдаться и моментная неуравновешенность, которая приводит к изгибу вала в  форме волны. При такой форме изгиба жесткость вала существенно больше, чем в случае статической неуравновешенности, поэтому и частота резонанса
ωрез2 
в 3-4 раза больше частоты ωрез1. Скорость вращения ротора на частоте резонанса ωрез2 называется второй критической скоростью вращения. Если уровень вибрации машины, обусловленный дисбалансом ротора, выше нормируемых значений, то необходимо провести 2-х или 4-х плоскостную балансировку ротора в собственных опорах, например, с помощью виброанализатора BALTECH VP-3470.
  1. Источники и частоты вибрации в подшипниках качения
Вращающийся нагруженный подшипник качения может быть источником значительных колебательных сил, среди которых:
  • силы трения;
  • кинематические и ударные (импульсные) силы, обусловленные неровностями поверхностей качения;
  • параметрические силы, обусловленные переменной жесткостью подшипника за счет периодического изменения нагруженных тел качения.
Частоты гармонических составляющих вибрации подшипника качения определяются частотами вращения его деталей (элементов) и комбинацией этих частот. Рассмотрим наиболее часто встречающийся вариант подшипника качения с неподвижным внешним и вращающимся внутренним кольцом. Для определения частот вибраций подшипника необходимо знать частоту вращения машины n (об/мин) и основные параметры подшипника: dн–наружный диаметр; dв– внутренний диаметр; dтк
–диаметр тел качения; z – число тел качения; α – угол контакта тел качения с дорожкой качения. Прежде всего, определим частоты вращения отдельных элементов подшипника:
  • частота вращения внутреннего кольца fоб=n/60(Гц);
  • частота вращения сепаратора fc= 0,5fоб(1-(dтк/dcтк)*cosα) ,здесь dc=(dв+dн)/2 – диаметр сепаратора;
  • частота вращения тел качения fтк=fс((dc/dтк)+cosα) = 0,5fоб(dc/dтк)(1-(dтк2/dcтк2)*cos2α) ;
  • частота перекатывания тел качения по наружному кольцу
    fнар=fcz=0,5zfоб(1-(dтк/dc)*cosα)
    ;
  • частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу fвн=(fоб-fс)z=0,5zfоб(1+(dтк/dc)*cosα) .
На всех указанных частотах и их комбинациях между деталями подшипника могут возникнуть гармонические колебательные силы, вызывающие вибрацию ротора и машины в целом. Кроме рассмотренных гармонических составляющих вибрации в подшипниках качения наблюдаются и случайные компоненты вибрации, обусловленные силами трения. В бездефектном подшипнике силы трения постоянны и соответственно остается постоянной и мощность случайной вибрации. При появлении дефектов, вызывающих изменение сил трения, мощность случайной вибрации модулируется рассмотренными выше подшипниковыми частотами или их комбинациями. Что касается ударных составляющих вибрации, то в бездефектном подшипнике ударные силы отсутствуют и, соответственно, отсутствуют и ударные вибрации. Появляются они при зарождении дефектов подшипника, что и используется для диагностических целей.
  1. Источники и частоты вибрации в подшипниках скольжения
Основные источники вибрации в подшипниках скольжения – силы трения, кинематические и ударные силы. При этом гармонические составляющие вибрации, обусловленные неровностями шейки вала, наблюдаются на гармониках оборотной частоты fоб .Помимо этого, автоколебания ротора в подшипнике могут вызвать гармоническую вибрацию с частотами, кратными частоте автоколебаний ротора ≅
0,5fоб
. Силы трения в подшипниках скольжения существенно больше, чем силы трения в подшипниках качения, однако, мощность возбуждаемой случайной вибрации при этом, как правило, существенно меньше, чем в подшипниках качения. Ударные составляющие вибрации возникают при появлении дефектов смазки подшипника скольжения, при этом наибольший скачок мощности вибрации наблюдается при сухих ударах, сопровождающихся разрывом смазочного слоя и задеваниями шейки вала о поверхность вкладышей подшипника. В данной статье мы лишь рассмотрели основные источники вибрации и характерные частоты вибраций в роторах с дисбалансом, подшипниках качения и скольжения. Источники вибрации в вентиляторах, насосах, колесных парах, редукторах и др. подробно рассмотрены в соответствующих тематических статьях, но более глубокие систематические знания вы можете получить, пройдя обучение на курсе повышения квалификации ТОР-103 «Основы вибродиагностики. Источники возникновения вибрации» в Учебном центре компании «БАЛТЕХ».  

Исследование источников вибрации на судне

Библиографическое описание:

Романченко, М. К. Исследование источников вибрации на судне / М. К. Романченко, А. М. Романченко. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2009. — № 2 (2). — С. 25-26. — URL: https://moluch.ru/archive/2/89/ (дата обращения: 17.09.2022).

Сегодня для судов речного флота актуальной становится проблема вибрации.

Можно рассмотреть распространение вибрации с точки зрения энергии колебаний. Допустим большое строение массой 5000 тонн подвержено ощутимой вибрации. Амплитуда виброскорости в этом случае равна 1 мм/с. Кинетическая энергия колебаний

 Дж                                   (1)

Это ничтожная энергия и нет причин, по которым она будет затухать на значительном расстоянии от источника. Впрочем, это свойственно всем видам колебаний в упругой среде.

Параметры вибрации различаются по интенсивности и физической величине. Используются представления о вибрации как о гармоническом колебательном процессе, в котором имеется амплитуда колебаний, амплитуда скорости и амплитуда ускорения. Указанные амплитуды изменяются в несколько тысяч раз, но ощущения от вибрации различаются значительно меньше т.к. пропорциональны логарифму её интенсивности. В этом выражается психофизический закон Вебера — Фехнера: ощущения от вибрации пропорциональны логарифму её интенсивности[1]. Чтобы приблизить единицы вибрации к субъективным ощущениям используется логарифмическая шкала, в которой изменения не так велики. Единица вибрации называется «бел» в честь американского изобретателя телефона Белла.

Бел равен десятичному логарифму квадрата отношения измеренной величины к базовой величине.

       (2)

Базовую величину выбирают маленькой, на пороге чувствительности приборов или человека. Чаще используют децибел, чтобы избежать дробных значений уровня.

Уровень  виброперемещения  определяют по формуле

, дБ                                       (3)

Уровень виброскорости  определяют по формуле

, дБ                                       (4)

Уровень виброускорения  определяют по формуле

, дБ                                        (5)

Кроме интенсивности, вибрация может иметь разную частоту. Диапазон частот вибрации делится на полосы со средними частотами 2, 4, 8, 16, 32, 63 Гц. Такие полосы образуют геометрическую прогрессию с показателем 2 как ноты в музыке и поэтому называются октавными. Выбор диапазона обусловлен тем, что ниже частоты 2 Гц волновые эффекты в корпусе машины не проявляются, а выше частоты 63 Гц вибрация воспринимается как шум. Очевидно, деление на вибрацию и шум условно, но имеет основание в том, что современные машины работают в указанном диапазоне. Для шума выделен диапазон 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Таким образом, границы судовой вибрации и шума простираются от 1,4 Гц до 11000 Гц.

Транспортные суда современного флота строятся по одной схеме, в которой имеется четыре основных элемента: стальной или алюминиевый корпус 1, двигатель внутреннего сгорания 2 (дизель) и движитель, как правило, винт 3 (рис. 1). Важным элементом является судовая электростанция 4[2].

 

 

Рисунок 1 – Положение источников вибрации на судне

 

Вращение двигателя и движителя происходит неравномерно. Для двигателя неравномерность вращения определяется двумя факторами: неуравновешенностью поступательно движущихся масс и неравномерностью рабочего процесса.

Для движителя неравномерность вращения обусловлена гидродинамической неравномерностью обтекания ввиду близости корпуса, неодинаковым шагом лопастей и неуравновешенностью сил инерции в случае повреждения винта.

На самоходных судах главными источниками вибрации являются двигатель и движитель. Многочисленными исследованиями установлено, что в общей картине вибрации речного судна доминирует двигатель, а вибрацию на корме определяет движитель. Практически все судовые электростанции создают проблемы по шуму и, в меньшей степени, по вибрации.

Тяжелые малооборотные двигатели устанавливаются жёстко и соединяются с гребным винтом, валом, воспринимающим упор. Фундамент распределяет переменные усилия на большую площадь и вибрация вблизи двигателя и в удалённых помещениях судна мало отличается по интенсивности. Часто, при жёстком креплении двигателя, вибрация в надстройках и рубках заметнее, чем в машинном отделении. Это явление наблюдается также при вынужденном усилении корпуса в районе источника вибрации.

Тяжёлым двигателям свойственна трудно устранимая вибрация верхней части вокруг продольной оси. На некоторых судах размах колебаний верхней части достигает 3,5 мм.  Такие вибрации возникают как при одном, так и при двух двигателях и связаны с неравномерностью крутящего момента.

Периодические силы и моменты, возникающие на лопастях гребного винта, передаются на корпус через подшипники валопровода. Причём вертикальные усилия действуют на дейдвудный подшипник, а горизонтальные на упорный подшипник. Винты с чётным числом лопастей более активны на частоте мелькания лопасти ввиду близости кронштейна, при нечётном числе лопастей существенна удвоенная частота пульсаций ввиду близости балансирной части пера руля. Установлено, что упор меняется в течение одного оборота на 6–11 %, крутящий момент – на 8 %. Винты создают переменное давление на обшивке кормовой оконечности. Зона, в которой давление не постоянно занимает площадь, приблизительно равную площади круга винта. Частота изменения давления совпадает с частотой пульсаций момента и упора, но не уравновешивает их из-за разности фаз и податливости обшивки. Вибрация движителя особенно заметна в кормовой оконечности.

 

Литература:

1.Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики. Т.1, М.: Наука, 1969

2. Барановский А.М. Виброизоляция дизелей речных судов. — Новосибирск: НГАВТ, 2000. — 176 с.

 

Основные термины (генерируются автоматически): вибрация, двигатель, Базовая величина, верхняя часть, гребной винт, движитель, единица вибрации, кормовая оконечность, крутящий момент, неравномерность вращения.

Изыскание возможностей снижения

уровней вибрации

Большинство исследований, посвященных проблемам шума и вибрации машин, содержит разделы, отражающие методы и средства их снижения.

Эта крышка имеет нижнюю часть с фигурным вырезом, обеспечивающим возможность обслуживания машины, и верхнюю часть

Определение мощности СЭУ | Статья в журнале «Молодой ученый»

− невысокий уровень шума и вибрации.

В качестве движителя выбран винт фиксируемого шага (ВФШ). По сравнению с винтами регулируемого шага (ВРШ) они дешевле.

Более целесообразно, если они расположены в верхней правой части области.

Исследования ветроколес с вертикальной осью

вращения

…зависимость частоты вращения ветроколеса от скорости ветра, неравномерность крутящего момента и значительную пусковую скорость ветра

– незначительный уровень вибрации и шумов. Можно выделить некоторые тенденции, наблюдаемые в области проектирования…

Упрочнение поверхностного слоя деталей машин виброударной…

При трехкомпонентной, или объемной вибрации каждая точка рабочей камеры совершает гармонические колебания по пространственной замкнутой кривой с непрерывным изменением направления перемещений относительно выбранных осей координат.

Виброизолятор энергетической установки с одноосным…

Основными источниками вибраций на судах являются судовые энергетические установки (главный двигатель, дизель-генераторы), а также гребной винт

Это объясняется тем, что у электромагнитного компенсатора жёсткости нет взаимодействующих частей, а, следовательно…

Методы борьбы с шумом и

вибрацией в современных швейных…

С увеличением, например, частоты вращения главного вала машины увеличивается

При изучении явлений шума и вибрации важно не только замерить их величины, но и

Оказалось, что при более жестких амортизаторах часть вибрации передавалась на стол машины, а сама…

Применение промышленных

моторов с использованием. ..

Уровень вибраций и шумов также значительно ниже, что

Отказ от механических редукторов и переход к прямому приводу гребного винта

Вынос ВТСП гребных электродвигателей в гондолы за пределы корпуса судна не только высвобождает массу места в кормовой части, но…

Анализ конструктивных решений по созданию транспортной…

Применение такого технического решения позволяет избавиться от вибраций за счет

Применение такой схемы позволяет управлять моментом закрытия выпускного клапана, что

Свеча зажигания как основная часть системы зажигания двигателя внутреннего сгорания.

Обзор существующих технологий управления отработкой…

Скачать Часть 1 (pdf). Библиографическое описание

‒ снижение числа отказов и повреждений ВЗД, телеметрической системы и бурильной колонны вследствие демпфирования вибрации долота.

еще большему росту крутящего момента.

Измерение вибрации — РосЭкология

Пристальное внимание ученых все больше привлекает проблема вибрационного влияния на человека, но пока ученые проводят консилиумы и ждут совершенствования законодательной базы, замеры вибрации говорят о прямой зависимости самочувствия человека от этого фактора. Обязательным измерение стало для компаний и предприятий разного профиля, ведь обнаружено, что вибрация разрушает не только здания и приборы, но пагубно влияет на организм.

Хотите узнать уровень вибрации на вашем рабочем месте?

Оставьте заявку и мы Вам перезвоним

Заказать исследование

В мегаполисах, например, в Москве, оснащенной метро и широкой сетью транспортных артерий, уровень вибрации зашкаливает, внося в группу риска даже граждан, мало связанных с соответствующими профессиями. От проходящего поезда метрополитена тряска ощущается до 100 метров. В городах меньшего масштаба проходящий трамвай способен вызвать колебания люстры на потолке.

Актуально ли измерять вибрацию? Специалисты эко-лаборатории РосЭкология дают однозначный ответ – это крайне необходимо, чтобы избежать негативного воздействия на организм.

ВЛИЯНИЕ ВИБРАЦИИ НА ЧЕЛОВЕКА

Специалистами для однозначного понимания введен термин «вибрационная болезнь» для некоторых профессиональных областей. Самый популярный пример – это работа отбойным молотком, которая часто велась при дорожно-строительных работах в былое время. Сегодня можно редко встретить такого рабочего, но для понимания влияния на человека такое представление лучшее.

Во время активного воздействия колебаний, организм оказывает сопротивление исходящим волнам при помощи мышечных сокращений, связок, хрящей, слизистых. К сожалению, эволюция не дала инструмент полностью нивелирующего колебания и когда тело не справляется, начинаются заболевания.

Недуги, вызываемые вибрациями:

  • Болезни сердечно-сосудистой системы вызывают поражения мельчайших сосудов, снабжающих удаленные клетки кислородом.
  • Заболевания вестибулярного аппарата, при котором проявляются тошнота, укачивание, нарушенная походка, головные боли. Таким людям трудно пользоваться транспортом.

Регулярное воздействие вибрации вызывает нарушение работы иммунной системы, органов пищеварения и изменение их положения, сгущения крови.

Дело в том, что организм человека, как система органов имеет собственную частоту колебаний. При внешнем воздействии ритмы сбиваются.

ИСТОЧНИКИ ВИБРАЦИИ

В большинстве случаев избыточная вибрация вызвана тяжелым оборудованием, станками, транспортом. Чуть реже на самочувствие влияют лифты, электрические трансформаторы, стиральные машины – являются внутренними источниками и могут стать причиной патологий либо в качестве последней капли, либо для чувствительных людей. То есть вибрационная болезнь – заболевание скорее профессиональное.

Так, к источникам вибрации относятся:

  • автомобили, особенно грузовые;
  • метрополитен;
  • трамваи.

Экспертиза показывает, что от таких объектов вибрация передается в грунт, далее в строения. Вопрос влияния внешних колебаний был изучен Всемирной организацией здравоохранения, которой удалось выяснить в ходе опроса жителей крупных городов, что они ощущают раздражающее действие неизвестного происхождения (42%). Малая часть опрошенных (17%) показали осведомленность, что их состояние точно связано с вибрационным воздействием. Они четко описали повышенную утомляемость, периодичность и место возникновения.

Выше упомянуты так называемые внешние источники вибрации, но существуют также локальные и общие производственные. Локальные характеризуются передачей через определенную часть тела, например, руки. Общая же передается посредством опорных поверхностей. В ситуациях, когда присутствует оба типа применяют термин «смешанное колебание».

В качестве источников производственных могут выступать:

  • оборудование с роторным типом;
  • механические инструменты, например, дрель, шуруповерт, молоток;
  • столярные станки, металлорежущее оборудование и прочие;
  • инструменты возвратно-поступательного типа, например, отбойный молоток, ровнители

МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИИ

Если проведенные измерения вибрации показали превышение допустимых пределов, необходимо принять меры, к коим относятся

  • размещение гасителей вибрации;
  • использование виброизоляторов для источника колебаний;
  • сокращение периодичности воздействия;
  • конструктивное изменение источника вибрации.

Эти и ряд других мер помогут устранить негативные последствия на производстве и в быту, сохранить здоровье работникам или семье.

Узнать точную стоимость исследований

Оставить заявку

Если Вам нужны точные и надежные результаты исследований по разумной цене, мы будем рады видеть Вас в числе наших клиентов!


Звоните

8 (495) 235-25-63 или 8(926) 749-93-71

прямо сейчас для оформления заявки или получения квалифицированной консультации.

ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ В РосЭкология

Прежде всего РосЭкология в Москве это компания, способная комплексно подойти к измерению вибрации, с использованием передовых технологий, приборов и экспертами высокого уровня. Имея аккредитацию и основываясь на лабораторных анализах наши заключения будут приняты в любой инстанции и достоверны для принятия производственных решений.

Протокол по результатам замеров будет содержать четкое пояснение об уровне негативного воздействия, продолжительности, а также сопровождены рекомендациями.

Общие сведения о вибрациях и их источниках

Под вибрацией понимают механические колебания объекта или целой системы. При вибрации происходит поочередное возрастание и убывание амплитуды (размаха) и частоты колебаний.

Механические вибрации возникают практически во всех механизмах, но с разными амплитудами и частотами. Наличие дисбаланса приводит к появлению неуравновешенных сил, которые вызывают вибрацию. Причиной дисбаланса могут быть несовершенство конструкции, нарушение технологии изготовления изделия, неоднородность материала вращающихся деталей, деформация их от неравномерного износа или нагрева.

Колебания, распространяющиеся через плотные среды, воспринимаются кожными анализаторами человека.

Основными параметрами вибрации являются: частота колебаний (Гц), амплитуда (м), виброскорость (м/с), виброускорение (м/с ), период колебания, т. е. время, в течение которого совершается одно полное колебание (с).

Действие вибрации в зависимости от места приложения (от типа контакта работника с вибрирующим оборудованием) подразделяют на общую и локальную вибрации.

Общая вибрация (вибрация всего рабочего места) передается на тело сидящего или стоящего работника через опорные поверхности и воздействует на весь организм. Так, вибрация локомотива передается на тело машиниста в основном через сиденье кресла. Интенсивность колебаний кресла машиниста превышает значения ПДУ в 1,5—2 раза, иногда до 2,5 раз. Это позволяет оценивать условия труда машинистов как класс 3.1 или 3.2.Под вибрацией понимают механические колебания объекта или целой системы. При вибрации происходит поочередное возрастание и убывание амплитуды (размаха) и частоты колебаний.

Механические вибрации возникают практически во всех механизмах, но с разными амплитудами и частотами. Наличие дисбаланса приводит к появлению неуравновешенных сил, которые вызывают вибрацию. Причиной дисбаланса могут быть несовершенство конструкции, нарушение технологии изготовления изделия, неоднородность материала вращающихся деталей, деформация их от неравномерного износа или нагрева.

Колебания, распространяющиеся через плотные среды, воспринимаются кожными анализаторами человека.

Основными параметрами вибрации являются: частота колебаний (Гц), амплитуда (м), виброскорость (м/с), виброускорение (м/с ), период колебания, т. е. время, в течение которого совершается одно полное колебание (с).

Действие вибрации в зависимости от места приложения (от типа контакта работника с вибрирующим оборудованием) подразделяют на общую и локальную вибрации.

Общая вибрация (вибрация всего рабочего места) передается на тело сидящего или стоящего работника через опорные поверхности и воздействует на весь организм. Так, вибрация локомотива передается на тело машиниста в основном через сиденье кресла. Интенсивность колебаний кресла машиниста превышает значения ПДУ в 1,5—2 раза, иногда до 2,5 раз. Это позволяет оценивать условия труда машинистов как класс 3.1 или 3.2.

Источниками общей вибрации являются любые транспортные средства. Например, источники вибрации рабочего места машиниста в кабине локомотива связаны со следующими факторами:

— процессом качения колеса по рельсу, износом и ползунами колес;

— износом рельсов, рельсовыми стыками, неровностями в зоне остряков стрелочных переводов;

— неоднородностью балластной призмы;

— работой электродвигателей, тормозных компрессоров;

— техническим состояние и режимом работы дизелей. Наложение колебаний от различных источников друг на друга дает сложную картину колебательного процесса.

В цехах разборки и сборки, кузнечно-прессовых цехах заводов по ремонту подвижного состава работники подвергаются воздействию вибрации, уровни которой превышают нормативные. Так, в кузнечно-прессовых цехах уровень вибрации достигает 115 дБА.

В условиях труда работников путейских ремонтных бригад уровни вибрации, превышающие нормативные, фиксируются на большинстве типов путевых машин: щебнеочистительных, снегоуборочных, землеуборочных, шпалоподбивочных машинах.

При разгрузке полувагонов от слежавшихся и смерзшихся грузов общая вибрация возникает вследствие применения вибраторов для виброзачистки. В этом случае вибрация передается на значительные расстояния через землю и ноги людей всему организму.

Локальная вибрация передается через руки или участки тела человека, контактирующие с вибрирующими поверхностями рабочих столов. Она воздействует на отдельные части организма работающего. Локальной вибрации подвергаются главным образом лица, работающие с ручным механизированным инструментом.

Источники локальной вибрации: вибро-, пневмо- и электроинструмент, шлифовальные и полировальные машины, вибротрамбовки, перфораторы, рычаги управления транспортными машинами и пр.

На большинстве механизированных инструментов уровни виброскорости значительно превышают допустимые, достигая 112 дБ. Выше всего ее значение на пневматических перфораторах.

Опасным явлением, связанным напрямую с вибрацией, является резонанс. Он возникает при совпадении собственных частот оборудования с внешними. При этом происходит резкое нарастание амплитуды колебаний. Резонанс может привести к разрушению конструкций вследствие усталости металла. Усталостные разрушения происходят мгновенно, без признаков надвигающейся опасности.


Полезная информация:

источники, физические характеристики, виды вибраций, действие на организм человека, нормирование, методы защиты

Вибрация – это механические колебательные движения, непосредственно передаваемые телу человека от оборудования и строительных конструкций, на которых оно установлено.

Вибрация возникает при работе машин и механизмов, имеющих неуравновешенные и несбалансированные вращающиеся органы или органы движения возвратно-поступательного и ударного характера. К таковым относятся металлообрабатывающие станки, ковочные и штамповочные молота, электро- и пневмоперфораторы, механизированный инструмент, а также приводы, вентиляторы, насосные установки, компрессоры и др.

Источниками вибраций на производстве являются передвижные строительные машины, машины для виброуплотнения бетонной смеси, строгальные, шлифовальные, ручной механизированный инструмент и др.

Вибрация характеризуется:

— амплитудой А, м;

— колебательной скоростью υ, м/с;

— ускорением а, м/с2;

— периодом колебаний Т, с;

— частотой колебаний f, Гц.

По способу передачи вибрация подразделяется на

— общую, передающуюся через опорные поверхности на тело стоящего или сидящего человека;

— локальную, передающуюся через руки.

Влияние вибрации на человека зависит от направления ее действия, поэтому вибрация подразделяется на действующую вдоль осей ортогональной системы координат X, Y, Z.

Общая вибрация, особенно на частотах 5…25 Гц, близких к собственным частотам человека (6…9 Гц), оказывает неблагоприятное воздействие на нервную, сердечно-сосудистую систему, вестибулярный аппарат, обмен веществ.

Местная вибрация, вызывая спазм периферических сосудов, вызывает различную степень сосудистых, нервно-мышечных, костно-суставных нарушений в конечностях (онемение, похолодание, боли, костно-мышечные изменения).

Профзаболевание, развивающееся под действием вибраций, называется вибрационной болезнью. Вибрационная болезнь приводит к инвалидности (III, IV стадии), плохо поддается лечению. Действие вибрации усугубляется низкими температурами, также вызывавшими спазм кровеносных сосудов.

Таблица. Влияние вибрации на организм человека

Амплитуда колебаний вибрации, мм Частота вибрации, Гц Результат воздействия

До 0,0 15 Различная Не влияет на организм

0,016–0,050 40–50 Нервное возбуждение с депрессией

0,051–0,100 40–50

Изменение в центральной нервной системе, сердце и органах слуха

0,101–0,300 50–150 Возможно заболевание

0,101–0,300 150–250 Вызывает виброболезнь

Нормирование вибраций производится по ГОСТ 12. 1.012–90 ССБТ «Вибрация. Общие требования безопасности»: по спектру среднеквадратической колебательной скорости (м/с) (или ускорения, м/с2), ее уровню (дБ), а также по дозе вибрации с учетом частоты и времени.

Отдельно нормируются местные (локальные) (f = 8…1000 Гц), общие вибрации; последние подразделяются на транспортные (f = = 1…63 Гц), транспортно-технологические (f = 2…63 Гц) и технологические (f = 2…63 Гц). Для борьбы с вибрацией в источнике возникновения необходимо ориентироваться на безударную технику и технологию, повышать качество изготовления и монтажа механизмов, совершенствовать качество дорожных покрытий и др.

В тех случаях, когда не удается снизить вибрацию в источнике ее возникновения, необходимо применять методы снижения вибрации на путях распространения: виброгашение, виброизоляцию или вибродемпфирование.

Основным показателем, определяющим качество любого вида виброзащиты, является коэффициент эффективности виброзащиты (коэффициент передачи) µ, представляющий собой отношение скорости (ускорения) защищаемого объекта после устройства виброзащиты (υ0, а0) к значению до введения виброзащиты (υ, а): µ = υ0 / υ = а0 / а, т. е. показывающий, какая доля динамической силы, возбуждаемой машиной F, передается на основание: µ = F0 / F.

Виброгашение связано с введением в колебательную систему реактивных сопротивлений, что достигается увеличением массы или жесткости. С этой целью вентиляторы, насосы устанавливаются на опорные плиты и виброгасящие основания.

Виброизоляция достигается также установкой оборудования без фундаментов и анкерного крепления агрегатов непосредственно на упругих виброизолирующих опорах. Это удешевляет установку оборудования, снижает уровень шума, сопутствующего интенсивным вибрациям. Виброизоляция предусматривается при прокладке воздуховодов вентиляционных систем внутри строительных конструкций и при креплении к последним. Для ограничения распространения колебаний по воздуховодам практикуется их разделение на отдельные участки с помощью гибких вставок.

В качестве виброизоляторов используются резиновые или пластмассовые прокладки, одиночные или составные цилиндрические пружины, комбинированные (пружинно-резиновые) и пневматические виброизоляторы («воздушные подушки»).

Вибродемпфирование. В основу данного метода положено увеличение активных потерь в колебательных системах путем использования вибродемпфирующих покрытий для снижения вибраций, распространяющихся по воздуховодам систем вентиляции, а также газопроводам компрессорных станций. К числу наиболее распространенных вибродемпфирующих покрытий относятся мастичные (мастика ВД, ВПМ, Антивибрит-М) и листовые (пенопласт, войлок, винипор, фольгоизол) материалы.

В качестве профилактических мер против вибрационной болезни устанавливается предельная продолжительность контакта с источником вибрации (не более 2/3 смены, 20…30-минутные перерывы до и после обеда, 10…15-минутные перерывы через каждые 50 минут работы, непрерывная продолжительность воздействия 15…20 минут), тепловые процедуры для конечностей, массаж, гимнастика, обязательные периодические медицинские осмотры.

Температура воздуха должна быть не ниже +16°С, влажность – 40…60%, скорость движения воздуха – 0,3 м/с.

Для индивидуальной защиты применяется спецобувь, защитные рукавицы, а также виброзащиные прокладки или пластины.

3.5.11. Источники вибрации

Источником вибрации является любое транспортное средство, ручной пневмоинструмент (перфораторы) или электроинструмент (дрели), а также ударные механизмы (молоты), вращения неуравновешенных масс (вибротрамбовки, вибраторы для зачистки полувагонов после выгрузки), возвратно-поступа- тельно движущиеся системы (кривошипно-шатунные механизмы) и пр. Наличие дисбаланса для всех этих случаев приводит к появлению неуравновешенных сил, вызывающих вибрацию. Причиной дисбаланса также может быть неоднородность материала вращающегося тела, деформация деталей от неравномерного нагрева или износа. Например, источники вибрации в кабине машиниста локомотива можно разделить на две группы. Первая — источники, связанные с процессом качения колеса по рельсу. Износ рельсов, рельсовые стыки, неровности в зоне остряков стрелочных переводов, неоднородность балластной призмы, износ и лыски колес — основные причины вибрации подвижного состава, возникновения интенсивных широкополосных низкочастотных колебаний. Вторая группа источников вибрации связана с работой дизелей, электродвигателей, компрессоров. Это оборудование генерирует преимущественно высокочастотные колебания. Характеристики этих колебаний

338

определяются особенностями конструкции, техническим состоянием и режимом работы оборудования. Наложение колебаний от различных источников друг на друга дает сложную картину колебательного процесса, охватывающего частоты от 1,6 до 63 Гц.

При совпадении собственных частот с внешними, происходит резкое нарастание амплитуды колебаний. Это явление называется резонансом. Резонанс может приводить к разрушениям конструкций вследствие усталости металла. Усталостные разрушения происходят мгновенно, без признаков надвигающейся опасности.

Для членов локомотивных бригад уровни вибрации превышают допустимые в 2…2,5 раза. Это позволяет оценивать условия их труда как класс 3.2 или 3.3. В цехах разборки и сборки ремонтных локомотивных заводов слесари-сборщи- ки и формовщики подвергаются воздействию уровней вибрации, превышающих нормативные на 6…15 дБА. Условия труда работников путейских ремонтных бригад также неблагоприятны. Так, например, ручные шпалоподбойки генерируют вибрацию на рукоятке, которая на 5…13 дБ превышает нормы по виброскорости. Уровни вибрации, превышающие нормативные, имееют место на щебнеочистительных, снегоуборочных, землеуборочных, шпалоподбивочных и других путевых машинах. Подробнее см. в Приложении Г-3.

339

Вибрация относится к факторам, обладающим высокой биологической активностью. При длительном воздействии она вызывает хроническое профессиональное заболевание — вибрационную болезнь. Вибрационная болезнь включена в список профессиональных заболеваний. Она стойко лидирует, занимая с 1993 г. второе место в структуре профессиональных заболеваний железнодорожников, уступив первое место заболеваниям органов дыхания. Вибрационная болезнь от воздействия вибрации и толчков регистрируется у водителей и операторов транспортно-технологических машин и агрегатов. При этом заболевании возникают боли в пояснице, конечностях, в области желудка; она прявляется в виде отсутствия аппетита, бессонницы, раздражительности, быстрой утомляемости. Вибрационная болезнь выражается общими расстройствами с нарушениями опорно-двигательного аппарата (мышцы, связки, кости и суставы), а также сосудистого тонуса и болевой, температурной и вибрационной чувствительности.

Действие вибрации зависит от продолжительности воздействия, места приложения и направления оси вибрационного воздействия, демпфирующих свойств тканей организма человека, частоты и амплитуды колебаний, от явлений резонанса и других условий (подробнее см. ниже).

340

Действие вибрации в зависимости от продолжительности воздействия

(по временноˆй характеристике) подразделяют на постоянную вибрацию, для которой контролируемый параметр за время наблюдения изменяется не более чем в 2 раза (на 6 дБ), и непостоянную вибрацию, для которой указанные параметры за время наблюдения изменяются более чем в 2 раза.

Действие вибрации в зависимости от места приложения (от типа контакта работника с вибрирующим оборудованием) подразделяют на общую вибрацию и локальную.

Общая вибрация (вибрация рабочих мест) через опорные поверхности передается на тело сидящего или стоящего человека и воздействует на весь организм. Так вибрация локомотива передается на тело машиниста, в основном, через сидение кресла. В области низких частот интенсивность колебаний кресла машиниста превышает значения ПДУ в 1,5…2 раза. На объектах железнодорожного транспорта общая вибрация имеет место там, где применяются вибраторы для зачистки полувагонов от слежавшихся и смерзшихся грузов, на виброплощадках, на всех транспортных средствах (от дизелей тепловозов до строительных и путевых машин), в литейных и кузнечно-прессовых цехах ремонтных предприятий. При действии на организм общей вибрации в первую очередь страдает опорно-двигательный аппарат, нервная система и такие анализаторы, как вестибулярный, зрительный, тактильный. У рабочих, профес-

341

сия которых связана с вибрацией, отмечаются головокружения, расстройства координации движений, симптомы укачивания. Под влиянием общей вибрации отмечается снижение болевой, тактильной и вибрационной чувствительности. Особенно опасна толчкообразная вибрация, вызывающая микротравматизацию различных тканей с последующим их изменением. Общая низкочастотная вибрация оказывает влияние на обменные процессы в организме, проявляющиеся изменением углеводного, белкового, ферментного, витаминного и холестеринового обмена, а также биохимических показателей состава крови. Воздействие общей вибрации в резонансной зоне весьма опасно, так как оно может стать причиной механических повреждений внутренних органов человека.

Локальная вибрация — передается через руки или участки тела человека, контактирующие с вибрирующими поверхностями. Она воздействует на отдельные части организма человека при работе с виброинструментом, присутствует на рычагах управления транспортными средствами и пр. Проблема производственной локальной вибрации для ремонтно-строительных предприятий железнодорожного транспорта важна в связи с наличием большого количества ручных пневматических и электрических машин. Это шлифовальные, полировальные машины, молотки, гайковерты, перфораторы, механические ножницы для резки металла. Для большинства механизированных инструментов уровни виброскорости значительно превышают допустимые, достигая 112 дБ или

342

2 м/с2 (выше всего на пневматических перфораторах — 124…145 дБ). Среди цехов машиностроительных производств по этому показателю выделяются куз- нечно-штамповочные цеха — 115 дБА и полировочные цеха –115…118 дБА.

Локальной вибрации подвергаются, главным образом, лица, работающие с ручным механизированным инструментом. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов кисти, предплечий, нарушая снабжение конечностей кровью и, при длительном воздействии, вызывает хроническое профессиональное заболевание — вибрационную болезнь. Одновременно колебания действуют на нервные окончания, мышечные и костные ткани, вызывают снижение кожной чувствительности, отложение солей в суставах пальцев, деформируя суставы и уменьшая их подвижность. Возникают ноющие, ломящие, тянущие боли рук. Колебания низких частот вызывают резкое снижение тонуса капилляров, а колебания высоких частот — спазм сосудов. Локальная вибрация вызывает спазмы сосудов фаланг пальцев, затем распространяется на всю кисть, предплечье и сосуды сердца. При локальной вибрации также нарушается деятельность центральной нервной системы.

У формовщиков, бурильщиков, заточников, рихтовщиков при среднечастотном спектре вибраций заболевание развивается через 8…10 лет работы. При работе с инструментом ударного действия (клепка, обрубка) виброболезнь проявляется через 12…15 лет работы.

343

В зависимости от направления оси вибрационного воздействия вибрация подразделяется на: вертикальную, горизонтальную от спины к груди и горизонтальную от правого плеча к левому.

Различные ткани организма по-разному воспринимают воздействие вибрации. Тело человека может рассматриваться как сочетание масс с упругими демпфирующими свойствами, имеющими собственные резонансные частоты. Например, для плечевого пояса, бедер и головы в положении стоя они составляют 4…6 Гц. Для большинства внутренних органов эти частоты лежат в диапазоне 6. ..9 Гц.

Действие вибрации в зависимости от частоты колебаний. Общая вибрация с частотой ниже 0,7 Гц (качка) приводит к морской болезни, вызываемой нарушением нормальной деятельности вестибулярного аппарата. Вибрация с частотой 6…9 Гц, близкой к частоте собственного механического резонанса внутренних органов, может привести к разрыву тканей и внутренним кровоизлияниям. Реакция человеческого организма на вибрацию пропорциональна значениям виброускорения и виброскорости, которые зависят от частоты. Систематическое воздействие общих вибраций, характеризующихся высоким уровнем виброскорости, приводит к возникновению вибрационной болезни.

Действие вибрации в зависимости от явлений резонанса. Резонанс отдельных органов человеческого тела наступает при совпадении собственных частот

344

колебаний внутренних органов с частотами внешних сил. Уже при превышении частот колебаний 0,7 Гц такие резонансные колебания становятся возможными. Область резонанса для головы в положении сидя при вертикальных вибрациях находится в диапазоне между 20. ..30 Гц, при горизонтальных — 1,5…2 Гц. Частотный диапазон расстройств зрительных восприятий лежит между 60 и 90 Гц, что соответствует частоте колебаний глазных яблок. Для органов, расположенных в грудной клетке и брюшной полости (грудь, диафрагма, живот), резонансными являются частоты 3…3,5 Гц. Для всего тела в положении сидя резонанс наступает на частотах 4…6 Гц.

3.5.13. Борьба с вибрацией и защита от ее воздействия

По данным Сетевого центра Госсанэпиднадзора МПС России в настоящее время около 40 % объектов не отвечают требованиям нормативов по вибрации.

Борьба с вибрацией, как и с шумом, состоит из технических и организационных мер. Организационные меры по борьбе с этими явлениями идентичны мерам по борьбе с шумом. Технические мероприятия ведутся по нескольким направлениям.

Первое направление — уменьшение или устранение неуравновешенных силовых воздействий непосредственно в источнике возникновения вибрации за

345

Рис. 3.20. Установка агрегата на виброгасящий массивный фундамент в грунте

Рис. 3.19. Схема динамического виброгасителя

счет изменения конструктивных решений машин или их элементов, ликвидации побуждающих сил. Например, замена кулачковых и кривошипно-шатунных механизмов гидроприводом и др.

Второе направление — уход от режима резонанса динамическим виброгашением. Это процесс устранения резонанса посредством правильного подбора массы или жесткости колеблющейся системы. Динамические виброгасители представляют собой дополнительную колебательную систему с массой m и жесткостью q, час-

тота которой настроена на частоту основной системы, имеющей массу M и жесткость Q (рис. 3.19). Динамическое виброгашение достигается установкой в систему динамических виброгасителей (маятниковых, пружинных или плавающих), установкой виброизоляторов (дополнительных устройств между агрегатом и защищаемым объектом). Силовые агрегаты устанавливают на массивный фундамент (рис. 3.20). Для гашения вибрации на

346

автомобилях, в последнее время используют специальный генератор колебаний, который создает частоту колебаний, одинаковую по величине с гасимой, но находящуюся с ней в противофазе.

Например, для устранения вибрации автомобильных колес используется их балансировка.

Третье направление — вибродемпфирование, то есть вибропоглощение с помощью массивных фундаментов или динамических виброгасителей, а также превращение механической энергии вибрации в тепловую путем использования материалов с большим внутренним трением (пластмасс, дерева, резины, битуминизированного войлока со слоем фольги), нанесением на вибрирующие поверхности упруговязких покрытий. Если поверхность имеет сложную конфигурацию, то широко применяются для демпфирования мастичные покрытия, представляющие собой смесь синтетических смол и наполнителей. В определенных случаях элементы конструкций соединяют сердечниками электромагнитов с замкнутой обмоткой.

В последних технических проектах современных локомотивов принято многоступенчатое вибродемпфирование всей кабины резинометаллическими амортизаторами. В результате этого на тепловозах и электровозах достигнуто снижение параметров вибрации до уров-ней ПДУ.

347

Рис. 3.21. Виброизолирующие опоры:

а — пружинная опора; б — резиновая опора; 1 — фундаментный болт; 2 — опора

виброизолятора; 3 — пружина; 4 — опорная тарелка для оборудования — источника вибрации

Виброизоляция оборудования чаще всего осуществляется установкой виброизолирующей опоры — упругих прокладок или пружин (рис. 3.21, 3.22).

На транспортных средствах достаточно часто используют именно виброизоляцию. В колебательную систему вводят упругую связь, например, виброизолирующие опоры двигателя, гибкие валы, виброзащитные рукоятки.

Средствами виброзащиты различных объектов могут быть: гибкие вставки в коммуникациях воздуховодов; разделение гибкой связью перекрытий и несущих конструк-

ций зданий; устройство «плавающих» полов, в которых настил пола отделяется от перекрытия упругими прокладками; использование ручного механизированного инструмента с виброзащищенными рукоятками, перфораторов с качающейся виброгасящей рукояткой; виброизолирующие опоры в виде упругих прокладок в сочетании с пружинами и др.

348

Гигиенические и лечебно-профилактические мероприятия. В соответствии с положением о режиме труда работников виброопасных профессий, общее время контакта с вибрирующими машинами, вибрация которых соответствует санитарным нормам, не должно превышать 2/3 длительности рабочей смены. Операции должны распределяться между работниками так, чтобы продолжительность непрерывного воздействия вибрации (включая микропаузы) не превышала 15…20 мин. При этом рекомендуется ввести два регламентированных перерыва (для активного отдыха, проведения производственной гимнастики по специальному комплексу, гидропроцедур): 20-минутный перерыв через 1…2 часа от начала смены и 30-минутный перерыв через 2 часа после обеденного перерыва.

К работе с вибрирующими машинами и оборудованием допускаются лица не моложе 18 лет,

Рис. 3.22. Виброизоляция рабочего места:

а — общий вид; б — виброизолятор в разрезе; 1 — опорная плита; 2 — опорная тарелка; 3 — корпус виброизолятора; 4 — пружина; 5 — стакан; 6 — упор; 7 — виброизолированный пол рабочего места; 8 — подвижная крышка корпуса

349

Ваш источник волоконной оптики, лазерных диодов, оптических приборов, измерения и контроля поляризации.

Источники вибрации

ВВЕДЕНИЕ
2.1 Источники вибрации

. : сейсмические (грунтовые) колебания, акустические колебания и силы, приложенные непосредственно к нагрузке на рабочую поверхность. К сейсмическим колебаниям относятся все источники, заставляющие вибрировать пол под экспериментальной установкой. Обычными источниками сейсмических колебаний являются пешеходное движение, движение транспортных средств, ветер, обдувающий здание, и вентиляторы зданий, и это лишь некоторые из них. Многие источники, генерирующие сейсмические колебания, также генерируют акустические колебания. Разница в том, что акустические колебания являются мерой влияния изменений давления воздуха на эксперимент. Последний вклад в вибрацию вносят силы, приложенные непосредственно к нагрузке на рабочую поверхность; это источники вибрации, непосредственно механически связанные с экспериментальной установкой, но не передающиеся через опоры стола. Примеры включают вибрации, возникающие в результате перемещения предметного столика с образцом на нем, или вибрации, передаваемые на рабочую поверхность через трубки вакуумной системы.

2.2 Характеристики вибрации

Вибрации могут быть случайными или периодическими. Периодический шум, очевидно, включает в себя постоянные вибрации, вызванные непрерывно работающей вакуумной системой, но он также включает вибрации, вызванные вентиляторами системы кондиционирования воздуха, которые включаются и выключаются в зависимости от температуры в помещении. Случайные вибрации классифицируются как вибрации от непредсказуемых источников, таких как ветер, дующий в здание, или бригада отбойных молотков, раскапывающая водопровод на улице. Кроме того, важно знать частоту и амплитуду колебаний. Как правило, частота вибраций находится в диапазоне от 4 до 100 Гц.

Многие источники шума влияют более чем одним механизмом на общую вибрацию экспериментальной установки. Например, вакуумный насос, расположенный на полу рядом с экспериментальной установкой, создает сейсмические колебания в полу, а также акустические колебания. Оба этих канала вибрации следует учитывать при анализе источников шума. Однако, поскольку эффективность механической связи обычно выше, чем связь от акустических источников, наибольший вклад в общий шум, как правило, вносят сейсмические колебания и силы, непосредственно воздействующие на нагрузку. Следовательно, размещение вакуумного насоса на вибропоглощающей прокладке может обеспечить необходимое снижение вибрации, чтобы сделать ее вклад в общий шум незначительным по сравнению с другими источниками.

2.3 Идентификация источников вибрации

На рис. 3 и в таблице 1 ниже показаны распространенные источники вибрации, некоторые из которых можно найти практически в любой исследовательской лаборатории. Рис. 3. Типичные источники вибрации в лаборатории В таблице 2 перечислены некоторые из наиболее распространенных источников шума (акустическая и структурная энергия).

0081

50 -400

Type

Frequency(Hz)

Amplitude

Air Compressors

4 – 20

10 — 2 в

Погрузочно-разгрузочное оборудование

5 – 40

10 -3

6 9 в 70003

Pumps (Vacuum, comp or non-comp fluids)

5 – 25

10 -3 in

Building Services

7 – 40

10 -4 в

Пешеходный трафик

0,5 -6

10 -5 в

6666 (B)

666666 (B)

6666 (B). 0007

100 -10000

10 -2 до 10 -4 в

.

Punch Presses

До 20

10 -2 до 10 -5 в

Трансформаторы

10 -4 до 10 -5 в

ЭЛЕАТОРЫ

До 40

9007

7

До 40

7

. В

Движение здания

46/высота в метрах, горизонтальный

0,1 в

0026 1 – 5

10 -5 in

Railroad *

5 — 20

±0. 15g

Highway Traffic *

5 — 100

±0,001 г

*Амплитуда указывается в дБ с использованием ускорения свободного падения в качестве эталонного ускорения.

Таблица 1. Частота и амплитуда общих источников вибрации

Перед выбором системы виброизоляции целесообразно по возможности устранить их наличие и рассмотреть источники шума. Удалив источники шума из рабочей среды, можно уменьшить шум, тем самым снизив требования к изоляции и, следовательно, стоимость необходимой системы виброизоляции. Например, на рис. 3 осциллограф располагался непосредственно на экспериментальной рабочей поверхности. В результате вибрации от вентилятора в осциллографе будут непосредственно воздействовать на эксперимент. Поместив осциллограф на верхнюю полку, которая не находится в непосредственном контакте с экспериментальной рабочей поверхностью, можно устранить этот источник вибрации. Решая, какие источники шума следует устранить, помните, что сейсмические колебания и силы, действующие непосредственно на нагрузку на рабочую поверхность, обычно являются наиболее интенсивными из-за высокой эффективности механической связи.

Тепловые помехи от систем кондиционирования воздуха и охлаждающих вентиляторов также могут вызывать относительное движение между компонентами из-за расширения и сжатия материала в результате колебаний температуры. Большинство систем кондиционирования воздуха обычно поддерживают температуру с точностью до 1 градуса в час. Кроме того, некоторые экспериментальные методы будут чувствительны к виртуальным движениям, вызванным изменениями показателя преломления воздуха и его плотности, которые зависят от температуры. В этом случае часто бывает полезно построить систему ограждений вокруг чувствительных компонентов, чтобы ограничить изменение температуры и поток воздуха.

2.4 Критерии вибрации

Хотя иногда конкретные критерии вибрации известны, поскольку производитель устройства может предоставить требуемые характеристики окружающей среды, необходимые для надлежащего использования этого устройства, это не всегда так. В этих случаях такие консультанты, как Colin Gordon & Associates, разработали общие критерии. В таблице 2 ниже представлено описание того, какие типы приложений могут быть успешно реализованы с учетом серьезности вибраций, присутствующих в этой среде.

2 Вибрационный войлок. Подходит для офисов и нечувствительных зон

Criterion Curve

RMS Vibration Velocity Amplitude(One-Third Octave Bands Range of Measurement)

Detail Size (line width)

Описание использования

Семинар (ISO)

800 мкм/с (8-80 Гц)

N/A

2

Vibration могут быть. Подходит для мастерских и нечувствительных зон

Офис (ISO)

400 мкм/с (8-80 Гц)

Н/Д

Жилой день (ISO)

200 мкм/с (8-80 Гц)

75 мкм

Вибра. Вероятно, подходит для компьютерного оборудования, испытательного оборудования для зондов и микроскопов с малым увеличением до 20X

Операционная (ISO)

100 мкм/с (8-80 Гц)

25 мкм

27 В большинстве случаев подходит для микроскопов с увеличением до 100X.

VC-A

50 мкм/с (8-80 Гц)

8 мкм

Adececate для большинства оптикальных микрон. проекционные элайнеры.

VC-B

25 мкм/с (8-80 Гц)

3 мкм

Соответствующие для опто до 3 микрон ширины линии.

VC-C

12,5 мкм/с (1-80 Гц)

1 мкм

Хороший стандарт для Lithography и инспекционное оборудование вниз.

VC-D

6 мкм/с (1-80 Гц)

0,3 мкм

Подходящие для наиболее требовательных оборудования, в том числе электрон. -лучевые системы.

VC-E

3 мкм/с (1–80 Гц)

0,1 мкм

9037 9037 Считается достаточным для интерферометров на основе лазеров с длинным оптическим путем и других систем, требующих необычайной динамической стабильности.

Таблица 2. Применение и интерпретация критериальных кривых .
Предоставлено Colin Gordon Associates


Рис. 4. Среднеквадратическая скорость в зависимости от центральной частоты третьоктавной полосы для различных критериев вибрации.
Общий критерий вибрации

Имея четкое представление о потенциальных источниках шума и критериях вибрации, которые должны быть достигнуты для получения высококачественных результатов, теперь можно построить систему виброизоляции. Система должна иметь возможность ослаблять все динамические входные сигналы в диапазоне частот, к которым чувствителен эксперимент (4-100 Гц), если невозможно удалить эти источники шума из лаборатории и местной окружающей среды. Кроме того, система должна минимизировать продолжительность любого возмущения, создаваемого на рабочей поверхности, путем гашения этих импульсов.

2.5 Выбор системы виброизоляции

Перед выбором системы виброизоляции важно определить два фактора: например, в подвале или на верхнем этаже здания со стальным каркасом). Это основной фактор при определении уровня изоляции, необходимого для опоры оптического стола.

  • Чувствительность приложения — какое приложение планируется провести на столе (т. е. насколько чувствителен эксперимент). Это основной фактор при определении жесткости и внутреннего демпфирования, необходимых в оптической таблице
  • Необходимость для оптических таблиц Следующая глава Теория табличной вибрации
    20 Следующая глава .

    Вибрация — Введение: Ответы по охране труда

    Информационные бюллетени OSH Answers

    Легко читаемые информационные бюллетени с вопросами и ответами, охватывающие широкий спектр тем по охране труда и технике безопасности на рабочем месте, от опасностей и болезней до эргономики и продвижения по службе. ПОДРОБНЕЕ >

    Загрузите бесплатное приложение OSH Answers

    Поиск по всем информационным бюллетеням:

    Поиск

    Введите слово, фразу или задайте вопрос

    ПОМОЩЬ

    Зачем измерять или оценивать воздействие вибрации?

    Мы можем чувствовать вибрации и знать, что люди могут подвергаться их воздействию. Но мы не можем определить, будет ли то, что мы чувствуем, вредным. Для этого мы должны измерить воздействие вибрации.

    Вибрация – это механические колебания объекта относительно точки равновесия. Колебания могут быть регулярными, как движение маятника, или случайными, как движение шины по гравийной дороге. Изучение воздействия вибрации на здоровье требует измерения общих «волн давления» (энергии вибрации), создаваемых вибрирующим оборудованием или конструкцией.

    Вибрация проникает в организм от части тела или органа, контактирующего с вибрирующим оборудованием. Когда рабочий работает с ручным оборудованием, таким как цепная пила или отбойный молоток, вибрация влияет на руки и руки. Такое воздействие называется воздействием вибрации рук. Когда рабочий сидит или стоит на вибрирующем полу или сиденье, вибрационное воздействие затрагивает почти все тело и называется вибрационным воздействием на все тело.

    Риск травм, вызванных вибрацией, зависит от среднего ежедневного воздействия. При оценке риска учитываются интенсивность и частота вибрации, продолжительность (годы) воздействия и часть тела, которая воспринимает энергию вибрации.

    Вибрация рук вызывает повреждение кистей и пальцев. Проявляется поражением кровеносных сосудов, нервов и суставов пальцев. Возникающее в результате состояние известно как болезнь белых пальцев, феномен Рейно или синдром вибрации кисти (HAVS). Одним из симптомов является то, что пораженные пальцы могут побелеть, особенно при воздействии холода. Болезнь белого пальца, вызванная вибрацией, также вызывает потерю силы захвата и потерю чувствительности к прикосновению.

    Влияние вибрации всего тела (WBV) на здоровье плохо изучено. Обследования водителей большегрузных автомобилей выявили повышенную частоту заболеваний кишечника, органов кровообращения, опорно-двигательного аппарата и неврологической системы.

    Однако расстройства нервной, сердечно-сосудистой и пищеварительной систем не являются специфическими только для воздействия вибрации на все тело. Эти расстройства могут быть вызваны сочетанием различных других факторов условий труда и образа жизни, а не только одним физическим фактором. Дополнительную информацию можно найти в документе OSH Answers «Вибрация — воздействие на здоровье», в котором описываются последствия вибрации кистей рук и вибрации всего тела.


    Что такое вибрация?

    Если бы мы могли наблюдать за вибрирующим объектом в замедленном темпе, то могли бы увидеть движения в разных направлениях. Любая вибрация имеет две измеримые величины. То, насколько далеко (амплитуда или интенсивность) и как быстро (частота) перемещается объект, помогает определить его вибрационные характеристики. Для описания этого движения используются следующие термины: частота, амплитуда и ускорение.

    Рисунок 1. Представление показателей вибрационного воздействия

    Частота

    Вибрирующий объект движется вперед и назад от своего нормального неподвижного положения. Полный цикл вибрации возникает, когда объект перемещается из одного крайнего положения в другое крайнее и обратно. Число циклов, совершаемых вибрирующим объектом за одну секунду, называется частотой. Единицей частоты является герц (Гц). Один герц равен одному циклу в секунду.

    Амплитуда

    Вибрирующий объект перемещается на определенное максимальное расстояние по обе стороны от своего неподвижного положения. Амплитуда — это расстояние от стационарного положения до крайнего положения с любой стороны и измеряется в метрах (м). Интенсивность вибрации зависит от амплитуды.

    Ускорение (мера интенсивности вибрации)

    Скорость вибрирующего объекта изменяется от нуля до максимума в течение каждого цикла вибрации. Он движется быстрее, когда проходит через свое естественное стационарное положение в крайнее положение. Вибрирующий объект замедляется по мере приближения к экстремуму, где он останавливается, а затем движется в противоположном направлении через стационарное положение к другому экстремуму. Скорость вибрации выражается в метрах в секунду (м/с).

    Ускорение — это мера скорости изменения скорости во времени. Мера ускорения выражается в единицах (метры в секунду) в секунду или метры в секунду в квадрате (м/с 2 ). Величина ускорения изменяется от нуля до максимума в течение каждого цикла вибрации. Она увеличивается по мере того, как вибрирующий объект удаляется от своего нормального стационарного положения.


    Что такое резонанс?

    Каждый объект имеет тенденцию вибрировать с определенной частотой, называемой собственной частотой. Мера собственной частоты зависит от состава объекта, его размера, строения, массы и формы. Если мы прикладываем к объекту вибрирующую силу, частота которой равна собственной частоте объекта, это состояние резонанса. Вибрирующая машина передает максимальное количество энергии объекту, когда машина вибрирует на резонансной частоте объекта.


    Как происходит воздействие вибрации?

    При контакте с вибрационной машиной энергия вибрации передается органу(ам) тела. Мы знаем, что вибрация влияет на контактирующий орган, например, на руки. Но мы не до конца понимаем, как вибрация может воздействовать на другие части тела рабочего или только на какой-то избранный орган. Эффект вибрационного воздействия также зависит от частоты вибрации. Каждый орган тела имеет свою резонансную частоту. Если воздействие происходит на любой из этих резонансных частот или вблизи нее, результирующий эффект значительно увеличивается.

    Сегментарная вибрация воздействие воздействует на орган, часть или «сегмент» тела. Наиболее широко изученным и наиболее распространенным типом сегментарного вибрационного воздействия является кистевидное вибрационное воздействие, воздействующее на кисти и предплечья. Профессиональные группы, подвергающиеся риску, включают операторов цепных пил, рубильных инструментов, отбойных молотков, сверл с домкратом, шлифовальных машин и многих других рабочих, работающих с ручными вибрационными инструментами.

    Вибрация всего тела энергия входит в тело через сиденье или пол и воздействует на все тело или на ряд органов тела. В группы риска входят водители грузовиков, автобусов, трактористов и те, кто работает на вибрационных полах. В таблице 1 приведены примеры воздействия вибрации в различных отраслях промышленности.

    Table 1
    Examples of occupational vibration exposure
    Industry Type of Vibration Common Source of Vibration
    Agriculture Whole body Tractors
    Boiler making Hand- рука Пневматические инструменты
    Конструкция Все тело

    Рука

    Тяжелая техника

    Pneumatic tools, Jackhammers

    Diamond cutting Hand-arm Vibrating hand tools
    Forestry Whole body

    Hand-arm

    Tractors

    Chain saws

    Foundries Рукоятка Вибрационные колуны
    Производство мебели Ручка Пневматические долота
    Iron and steel Hand-arm Vibrating hand tools
    Lumber Hand-arm Chain saws
    Machine tools Hand-arm Vibrating hand tools
    Горное дело Тело целиком

    Рука

    Эксплуатация транспортных средств

    Перфораторы

    Клепка Рука Hand tools
    Rubber Hand-arm Pneumatic stripping tools
    Sheet Metal Hand-arm Stamping Equipment
    Shipyards Hand-arm Pneumatic hand tools
    Сапожное дело Рука Отбойная машина
    Обработка камня Рука Ручной пневматический инструмент
    Текстиль Рука Швейные машины, ткацкие станки
    Транспорт Все тело Транспортные средства 8

    Последнее обновление документа: 21 октября 2008 г.
    Актуальность документа подтверждена 3 января 2018 г.

    Добавьте значок на свой веб-сайт или в интранет, чтобы ваши сотрудники могли быстро найти ответы на свои вопросы по охране труда и технике безопасности.

    Что нового

    Ознакомьтесь с нашим списком «Что нового», чтобы узнать, что было добавлено или изменено.

    Нужна дополнительная помощь?

    Свяжитесь с нашей информационной линией безопасности

    905-572-2981

    Бесплатный номер 1-800-668-4284
    (в Канаде и США)

    Расскажите нам, что вы думаете

    Как мы можем сделать наши услуги более полезными для вас? Свяжитесь с нами, чтобы сообщить нам.

    Отказ от ответственности

    Несмотря на то, что предпринимаются все усилия для обеспечения точности, актуальности и полноты информации, CCOHS не гарантирует, не гарантирует, не заявляет и не ручается за правильность, точность или актуальность предоставленной информации. CCOHS не несет ответственности за любые убытки, претензии или требования, возникающие прямо или косвенно в результате любого использования или доверия к информации.


    © Copyright 1997-2022 Canadian Center for Occupational Health & Safety

    Понимание и смягчение вибрации на вашем предприятии

    Низкочастотная и высокочастотная вибрация оказывают значительное влияние на лаборатории электронной микроскопии и высокотехнологичные производственные предприятия. Эти два типа вибрации возникают по разным причинам, и стратегия смягчения вибрации для каждого из них также различна. Консультанты по вибрационным технологиям (VEC) могут помочь вам количественно определить и идентифицировать вибрацию на вашем объекте, а также вместе с вами разработать стратегии ее устранения на основе ваших уникальных требований.

    О низкочастотной вибрации

    Источники за пределами вашего учреждения обычно вызывают низкочастотную вибрацию. Большие импульсы возбуждают низкочастотные резонансы земли, которые зависят от состояния почвы в вашем регионе. Эти резонансы обычно находятся в диапазоне 3-20 Гц. Некоторые примеры источников импульсов включают движение транспорта, лежачих полицейских, строительство или поезда. Движение зданий на верхних этажах также является источником низкочастотной вибрации.

    Источники низкочастотных вибраций, как правило, остаются стабильными во времени, если только не происходят какие-либо кардинальные изменения в инфраструктуре или непосредственно по соседству не начинается строительный проект. Эти импульсы распространяются дальше и обладают большей энергией, чем высокочастотные источники вибрации.

    Вибрация наиболее сильно повлияет на ваше оборудование, если она соответствует резонансу самого инструмента. Представьте ребенка на качелях. Если вы толкаете с той же частотой, что и замах, амплитуда увеличивается. Собственная частота колебаний, или естественная частота, зависит от длины качания от точки опоры до ребенка. Раскачивание качелей на естественной частоте может быть забавным для ребенка, но для машины в лаборатории возбуждение естественных резонансов машины часто ухудшает ее работу.

    Низкочастотная и высокочастотная вибрация вызвана различными категориальными источниками и требует различных подходов к смягчению

    Снижение низкочастотной вибрации

    Лаборатория или высокотехнологичное производственное предприятие имеет только один способ уменьшить этот тип вибрации – система активной виброизоляции. В этих системах системы управления с обратной и прямой связью используют встроенные датчики и приводы для изоляции оборудования от вибрации. Датчики обнаруживают входящую вибрацию, а контроллер посылает сигналы на приводы, которые генерируют равную и противоположную силу, чтобы свести на нет воздействие внешней вибрации на ваше оборудование.

    Хотя лучшие системы очень эффективны для снижения вибрации, они могут быть дорогостоящими. Установка систем активной изоляции во всей лаборатории часто может увеличить стоимость вашего объекта на сотни тысяч или даже миллионы долларов.

    В идеальной ситуации перед переездом в новое помещение лучше всего протестировать и контролировать вибрацию. Проведение тщательной оценки площадки или установка мониторов вибрации могут предотвратить дорогостоящие ошибки. Это похоже на проверку дома на наличие плесени или других опасных химикатов перед тем, как въехать. Иногда стоимость ремонта может повлиять на решение о покупке. Тем не менее, перемещение объектов часто не вариант. В этих ситуациях нет другого способа, кроме активной системы изоляции, для смягчения проблемы с низкими частотами, особенно для источника вибрации, расположенного за пределами вашей собственности. Выбор объекта, на котором нет проблем с низкочастотной вибрацией, окупится в долгосрочной перспективе.

    Эта проблема будет становиться все более распространенной, особенно по мере увеличения разрешения приборов, уменьшения критических размеров, а также по мере того, как микроскопы и высокотехнологичное лабораторное оборудование становятся все более чувствительными к низкочастотным вибрациям.

    О высокочастотных вибрациях

    Удары и смягчение вибраций сильно отличаются при высокочастотных вибрациях. Источники высокочастотных вибраций обычно возникают внутри вашего объекта. Некоторые примеры могут включать насосы, чиллеры, вентиляторы или системы HVAC. Частота вращения этих объектов может привести к вибрациям, нарушающим работу инструмента. Высокочастотные вибрации часто изменяются и усиливаются с течением времени. Поскольку эти источники, как правило, находятся внутри вашего предприятия, они находятся в непосредственной близости от места установки инструмента и часто встречаются в диапазоне частот от 20 до 200 Гц.

    Смягчение высокочастотных вибраций

    Высокочастотные вибрации часто можно смягчить с помощью недорогих изоляторов, продуманного размещения оборудования и поддержания оборудования в хорошем рабочем состоянии. Эти решения часто более эффективны, чем активные системы виброизоляции, которые производители оптимизируют для смягчения низкочастотных вибраций. Многие системы активной виброизоляции не подавляют вибрацию на более высоких частотах, начиная с ~ 50 Гц. Большинство источников механической вибрации работают в этом повышенном диапазоне.

    Поскольку высокочастотные вибрации обычно изменяются и усиливаются со временем, мониторинг вибрации является эффективным и экономичным способом предотвращения проблем с вибрацией. Способность уменьшать вибрацию усиливается данными и вашей способностью понять проблему. Мониторинг может предоставить вам данные, необходимые для перемещения пострадавшего оборудования или первоначального размещения его в зоне, на которую не влияет вибрация. Ваш объект, вероятно, развивается и со временем накапливает новое оборудование. Понимание окружающей среды может помочь вам получить максимальную отдачу от ваших инвестиций. Развернув специально разработанные мониторы вибрации на своем предприятии, такие как платформа Quantridge, вы сможете предвидеть проблемы до того, как они повлияют на ваше оборудование.

    Используйте данные для смягчения вибрации

    Поскольку не все вибрации одинаковы, их влияние на ваше оборудование также будет различным. Наем такого эксперта, как VEC, может помочь вам количественно оценить данные, чтобы вы могли принимать более обоснованные решения.

    Мы можем помочь с:

    • Испытания на вибрацию . Оценка площадки может помочь вам определить, где разместить оборудование, и оценить потенциальные площадки перед заселением или покупкой. Они служат в качестве моментального снимка текущих уровней вибрации на вашем объекте или предлагаемой площадке.
    • Мониторинг вибрации — Наша платформа Quantridge специально разработана для мониторинга вибрации в высокотехнологичных и микроскопических установках. Это может помочь как с оценкой места, так и с предотвращением того, что вибрация со временем достигнет проблемного уровня.
    • Оценка вариантов снижения вибрации — Мы можем помочь вам определить, какая стратегия снижения вибрации подходит вам и вашему предприятию.
    • Платформа активной виброизоляции — компания VEC гордится тем, что является дистрибьютором продукции Daeil Systems для активной виброизоляции. VEC может помочь выбрать и спроектировать активную систему виброизоляции в соответствии с вашими уникальными требованиями.

    Вибрация может дорого обойтись, если ее обнаружить поблизости или внутри здания. Мы поможем вам разработать практическую стратегию снижения вибрации и убедиться, что она не мешает вашей текущей работе. Если вы хотите обсудить свой следующий проект, свяжитесь с нами сегодня!

    Общие сведения о виброизоляции

    На протяжении более 50 лет компания TMC специализируется на производстве прецизионных рабочих поверхностей и систем виброизоляции для прецизионных измерительных лабораторий и промышленности. Чтобы обеспечить оптимальную производительность, как прецизионные «верхние части», так и поддерживающие их изоляторы должны быть разработаны для решения центральной проблемы: контроля шума окружающей среды.

    Чтобы узнать больше о столешницах, посетите эту страницу.

    1. Источники вибрации (шума)
    Существует три основных источника вибрации (шума), которые могут воздействовать на полезную нагрузку: вибрация грунта, акустический шум и возмущения «прямой силы». Наземная или сейсмическая вибрация существует во всех средах по всему миру. Этот шум имеет различные источники: от волн, разбивающихся о прибрежные береговые линии, постоянного грохота тектонических плит, ветра, качающего деревья и здания, до искусственных источников, таких как машины, системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, уличное движение и даже ходьба людей. Системы виброизоляции TMC спроектированы таким образом, чтобы свести к минимуму влияние этих источников вибрации.

    Чтобы узнать больше об активных системах виброизоляции, посетите эту страницу.

    Акустический шум исходит от многих из одних и тех же источников, но передается на полезную нагрузку посредством волн атмосферного давления. Они создают силы непосредственно на полезной нагрузке. Даже дозвуковые акустические волны могут воздействовать на полезную нагрузку, действуя как перепад давления на диафрагмы пневматических изоляторов. Воздушные потоки, создаваемые близлежащими вентиляционными отверстиями, также могут быть источником «акустического» шума. TMC производит акустические кожухи для OEM-приложений, которые защищают полезную нагрузку от этого типа помех, обеспечивая почти воздухонепроницаемый, тяжелый, энергопоглощающий кожух для всей полезной нагрузки.

    Акустический шум можно измерить, но его влияние на полезную нагрузку зависит от многих факторов, которые трудно оценить (таких как акустика полезной нагрузки ( поперечное сечение ). Анализ этого типа источника шума выходит за рамки в этом обсуждении.* Как правило, акустический шум является доминирующим источником шума при вибрации выше 50 Гц

    Третьим источником вибрации являются силы, действующие непосредственно на полезную нагрузку.Они могут быть в форме прямого механического соединения, например, вибрации передается на полезную нагрузку через шланг или линию лазерного водяного охлаждения. Они также могут исходить от самой полезной нагрузки. Это имеет место в оборудовании для проверки полупроводников, где движущиеся столики используются для позиционирования кремниевых пластин. Сила, используемая для ускорения столика также применяется к «статической» части полезной нагрузки в виде силы реакции. Подвижные ступени также смещают общий центр масс (ЦМ) полезной нагрузки. Можно уменьшить эти источники вибрации. пассивно, с линейкой изоляторов MaxDamp от TMC или активно с использованием методов обратной связи или прямой связи. Источники шума, создаваемые полезной нагрузкой, обычно имеют хорошо известную природу и не требуют проведения каких-либо измерений для определения их характеристик.

    Влияние вибрации, передаваемой на полезную нагрузку, можно свести к минимуму за счет правильной конструкции полезной нагрузки. TMC предлагает широкий ассортимент сотовых оптических столов, макетных плат и ламинированных платформ. Они доступны в стандартных и нестандартных формах и размерах. Все они снижают влияние окружающего шума за счет высоких резонансных частот и исключительных характеристик демпфирования.

    Для получения дополнительной информации о пневматических изоляторах посетите эту страницу.

    1.1 Измерение шума
    Сейсмический (этажный) шум обычно неизвестен заранее и должен быть измерен. Существует два типа источников сейсмического шума: периодический или когерентный шум и случайный или некогерентный шум. Первый требует использования спектра амплитуды , тогда как второй анализируется с использованием спектральной плотности амплитуды . Чтобы определить ожидаемые уровни вибрации полезной нагрузки, их необходимо объединить с функцией передачи вибрации для поддерживающей ее системы изоляции.

    1.1.1 Периодический шум
    Периодический шум обычно исходит от вращающихся механизмов. Безусловно, наиболее распространенным примером являются большие вентиляторы, используемые в системах HVAC. Эти вентиляторы вращаются с постоянной скоростью и могут генерировать непрерывную одночастотную вибрацию (а иногда и несколько гармонических частот). Другим распространенным источником являются воздушные компрессоры. В отличие от строительных вентиляторов, они включаются и выключаются в зависимости от потребности. Компрессоры следует рассматривать как периодические, когерентные источники шума, хотя они и являются источниками шума.0334 нестационарный, означает, что измерение будет меняться в зависимости от того, активен источник или нет. Все периодические источники шума следует измерять с помощью измерения амплитудного спектра, независимо от того, стационарны они или нет.

    Измерение амплитудного спектра производится путем преобразования Фурье данных, собранных датчиком, измеряющим шум. Наиболее распространенным датчиком является акселерометр, который выдает спектр с единицами ускорения 9.0335 в зависимости от частоты. Акселерометры популярны, потому что они имеют «плоскую» частотную характеристику, а случайный шум земли обычно довольно «плоский» при ускорении (см. раздел 1.2.2 ниже). Амплитудные спектры также могут быть выражены как амплитуды скорости или положения в зависимости от частоты. Большинство анализаторов спектра используют быстрое преобразование Фурье или БПФ. Анализатор БПФ находит амплитуду каждой частоты во входных данных и строит ее график. Сюда входят амплитуды и частоты любых периодических источников шума. Амплитуды периодических источников шума, измеренные с использованием амплитудного спектра, не зависят от длины записи данных.

    1.1.2 Случайный шум
    Случайный или некогерентный шум измеряется с использованием амплитудной спектральной плотности . Разница заключается в том, что спектр амплитуды (см. выше) умножается на квадратный корень из длины записи данных перед отображением анализатором. Результатом является кривая, которая измеряет случайный шум в единицах [единицы измерения] / , где [единицы измерения] могут быть ускорением, скоростью или положением. Это нормализация для полосы измерения гарантирует, что измеренный уровень шума не зависит от длины записи данных. ** Без внесения этой поправки, например, уровень случайного шума уменьшился бы в десять раз, если бы длина записи данных была увеличена в 100 раз. Обратите внимание, что периодические источники шума будут увеличиваться по амплитуде. поскольку запись данных становится длиннее при использовании спектральной плотности. Уровни случайного наземного шума сильно различаются, но на «среднем» участке может быть 0,5 мкг/√Гц шума в диапазоне от 1 до нескольких сотен Гц. Случайный шум также может быть нестационарным. Например, штормовая погода может значительно увеличить уровень случайного сейсмического шума. На рис. 1 показаны распространенные уровни шума в зданиях.***


    1.1.3 Измерение среднеквадратичных значений
    Поскольку в большинстве мест есть сочетание как случайных, так и периодических источников шума, часто желательно получить одно число, характеризующее уровни шума. Обычно это делается путем определения среднеквадратичного (среднеквадратичного) уровня шума в заданном диапазоне частот. К счастью, это легко сделать путем интегрирования спектральной плотности мощности или PSD по интересующему диапазону частот. PSD представляет собой квадрат амплитудной спектральной плотности. Это дает следующее выражение для среднеквадратичного движения между частотами f 1 и f 2

    Эта формула правильно вычисляет среднеквадратичное значение измерения с учетом как периодических, так и случайных источников шума. Большинство анализаторов спектра способны выполнять эту интеграцию как встроенную функцию. Вклад в это среднеквадратичное значение от любого отдельного периодического источника можно измерить, используя спектр амплитуды (, а не , амплитуда , плотность ) и разделив пиковое значение на √2. Вклад от нескольких пиков можно объединить, сложив их в квадратуре. Значения RMS также иногда выражаются в виде «графиков 1/3 октавы», на которых гистограмма значений RMS, рассчитанных в интервалах частоты 1/3 октавы, отображается как функция частоты. Октава — это множитель частоты в два раза.

    1.1.4 Характеристика изоляторов
    Уровень шума полезной нагрузки можно предсказать путем измерения шума грунта, как описано выше, а затем умножения этих спектров на передаточную функцию для системы изоляции. Передаточная функция
    t представляет собой безразмерный множитель, определяемый как функция частоты, и часто упоминается как передаточная способность изолятора . Обычно его изображают как отношение движения стола к движению земли в зависимости от частоты. Обычно коэффициент пропускания выражается в децибелах или дБ:


    На практике измерение передаточной функции для системы изоляции может быть искажено другими источниками шума, воздействующими на полезную нагрузку (например, акустическим шумом). Это основная причина, по которой многие измеренные передаточные функции зашумлены. Для повышения качества измерения проводимости можно использовать «таблицу встряхивания». Однако это опасно, так как может исказить работу системы при низком уровне вибрации. Передаточная функция для пневматических изоляторов обсуждается в разделе 2.0.

    Чтобы узнать больше о том, как работают изоляторы, посетите эту страницу.

    * См. Cyril M. Harris, Ed., Shock and Vibration Handbook, Third Ed. (The McGraw-Hill Companies, 1987)** Часто применяются другие нормализации, такие как поправки для «окна данных», которые выходят за рамки этого текста. См. «Основы анализа сигналов», Замечания по применению № 243. Hewlett Packard Corporation.

    *** Перепечатано с разрешения Colin Gordon Associates. VCA–VCE относятся к принятым стандартам для инструментов и приборов, чувствительных к вибрации. Отображаемые уровни являются среднеквадратичными значениями, измеренными в центральных частотах 1/3 октавной полосы.

    Aero 16 — Вибрация самолета

    Aero 16 — Вибрация самолета

     

    Периодическая вибрация самолета во время полета не является чем-то необычным. Есть много причин самолета вибрации, включая выпуск и уборку шасси, выпуск скоростных тормозов, свободный ход в подвижных поверхностях и неисправности систем. Летные экипажи должны понимать причины и последствия падения самолета. вибрации, чтобы они могли принять соответствующие меры для поддержания полета безопасности и предотвратить чрезмерный износ или повреждение планера. Кроме того, летные экипажи могут внести свой вклад в точные отчеты о событиях в процессе эксплуатации это облегчит действия по устранению неполадок и техническому обслуживанию.

    Понимание возможного источники вибрации и информацию, необходимую для изоляции и исправления Проблемы с вибрацией требуют знания следующего:

    1. Типы вибрации и шума.
    2. Причины вибрации самолета.
    3. Обнаружение вибрации самолета.
    4. Рейс ответ экипажа.
    5. Техническое обслуживание исправление проблем.

    1. ВИДЫ ВИБРАЦИИ И ШУМА

    Следующие инженерные определения различают различные формы и виды вибрации и шум:

    Вибрация колебательная, возвратно-поступательное или любое другое периодическое движение твердого или упругого тело вынуждено выйти из положения или состояния равновесия. Если частота и величина вибрации постоянны, говорят, что вибрация быть гармоника . Когда частота и амплитуда меняются со временем, вибрация случайных .

    Буфет форма вибрации, обычно вызванной аэродинамическим возбуждением. Обычно это является случайным и связано с отрывным потоком воздуха. например, шведский стол может ощущаться при вытягивании скоростных тормозов или во время турбулентности воздуха.

     

     

     

     

     

     

    Флаттер — это неустойчивое состояние, при котором нестационарная аэродинамика возбуждает естественную частоты конструкции, по которой течет воздух. Результирующий вибрации могут возрасти до такой величины, что конструкция потерпеть неудачу.

    Шум это вибрация, которая возбуждает воздух и может быть услышана. Когда вибрация является случайным, шум немузыкальный или беспорядочный. Когда вибрация является гармоническим, в результате получается тон, подобный тому, который воспроизводится музыкальным инструмент. Это может звучать как свист слива или легкое течь в двери.

    2. ПРИЧИНЫ ВИБРАЦИИ САМОЛЕТА

    Нормальные и ненормальные вибрации происходят по нескольким причинам. Аэродинамика, механические неисправности, а внешние факторы, такие как атмосферная турбулентность, могут вызвать вибрация. Все вибрации имеют связанные частоты и величины которые могут быть легко обнаружены или едва заметны для полета экипаж и пассажиры. Для некоторых вибраций, например связанных при работающем двигателе у летного экипажа есть специальные приборы для измерения величины. Другие вибрации обнаруживаются визуально, по звуку, или чувствовать, и анализ может зависеть от опыта летного экипажа.

    Обычный вибрация.
    Каждый самолет имеет уникальную характеристику нормальной вибрации. Это следствием распределения массы и структурной жесткости, которые приводят к колебательным режимам на определенных частотах. Когда внешний силы, действующие на самолет, такие как нормальный поток воздуха над поверхностями, возникают вибрации очень низкого уровня. Как правило, это воспринимается как фоновый шум. Более заметной, но также нормальной является реакция самолета к турбулентному воздуху, в котором величина вибрация может быть больше и, таким образом, ясно видна и ощущается. Двигатель работа на некоторых скоростях шпули может привести к усилению вибрации потому что дисбаланс золотника возбуждает двигатель и передает эту вибрацию по всему планеру. Наконец, работа некоторых механических компоненты, такие как насосы, могут быть связаны с нормальным шумом и вибрация.

    Большинство летных экипажей признают эти обычные события, которые становятся базой опыта, из которого летные экипажи обнаруживают аномальные вибрации.

     

     

     

     

     

     

    Ненормальный вибрация.
    Наиболее легко распознаваемая аномальная вибрация – это внезапное начало и может сопровождаться шумом. Вибрация может быть прерывистым или устойчивым с определенной частотой, или это может быть более случайный шведский стол. При появлении аномальной вибрации может быть связано с предыдущим действием или событием, источник может быть очевидным. Однако некоторые вибрации изначально довольно тонкие. и требуют проведения диагностических процедур для определения их вероятных причин.

    Ненормальная вибрация обычно связано с одной или несколькими из следующих причин: ротор двигателя дисбаланс, неисправность механического оборудования и нарушение воздушного потока воздействуя на двери или поверхности управления, которые неправильно установлены или смещены или которые имеют чрезмерный износ или свободный ход. Аномальная вибрация редко вызван структурным отказом или нестабильной системой управления питанием.

    Флаттер.
    Аэроупругая нестабильность или флаттер очень редко вызывает аномальные вибрация. Благодаря проектированию, всестороннему анализу и сертификации испытаний, все конфигурации коммерческих реактивных самолетов свободны от флаттер для всех расчетных условий в пределах аэроупругой устойчивости конверт. Этот диапазон выходит далеко за пределы нормального допустимого рабочего диапазона. скорости и относится к нормальной работе, а также к отказам, неисправностям, и неблагоприятные условия. Однако, когда самолет эксплуатируется в конфигурация или состояние, выходящие за рамки этих критериев, флаттер может привести в пределах рабочего диапазона. Флаттер можно дифференцировать от буфета в том, что трепетание может происходить в ровном воздухе; вибрация происходит от самолета, а не от атмосферы. Тесно с флаттером связаны колебания предельного цикла (LCO). В течение LCO, вибрация является самовозбуждающейся, но нелинейные эффекты, такие как трение, зазоры и свободный ход (или люфт) ограничивают амплитуду. LCO чаще всего возникает из-за чрезмерного свободного хода в полете. поверхности управления и связанные с ними компоненты.

    3. ОБНАРУЖЕНИЕ ВИБРАЦИИ САМОЛЕТА

    Обнаружение самолета вибрация почти полностью зависит от чувствительности экипажа. Единственный Исключение составляет вибрация в двигателях, оборудованных специальными акселерометры для измерения вибрации шпули. Вся остальная вибрация самолета обнаруживается экипажем с помощью зрения, звука и осязания. Должно Обратите внимание, что летные экипажи могут не ощущать вибрацию в некоторых местах. самолета, например основной кабины или хвостовой части, хотя пассажиры или другие члены экипажа обычно чувствуют и сообщают такие вибрации.

    Летные экипажи используют различные термины, чтобы описать их восприятие аномальной вибрации в обстановка в кабине экипажа. Летному экипажу очень тяжело различать инженерные определения вибрации, буфет, трепет и шум. Например, бригады часто сообщают о вибрациях. как шум, потому что они переносятся конструкцией фюзеляжа на кабина экипажа, где их может слышать экипаж. Вибрация и буфет оба могут сотрясти весь самолет, поэтому экипажам может быть сложно различать их.

    4. ОТВЕТ ЛЕТНОГО ЭКИПАЖА

    Ответ полета экипажи к вибрации — это принципиально упражнение в летном мастерстве. Каждый событие вибрации отличается, и летные экипажи несут ответственность за решать такие проблемы, как они считают нужным. Некоторые общие рекомендации следуют.

    Когда реакция экипажа обязательна.
    Лучший инструмент для измерения силы вибрации самолета — это опыт летного состава. В некоторых случаях отсутствие определенного вибрация может указывать на неисправность. Например, при запуске вспомогательная силовая установка (ВСУ) в воздухе на Боинге 757, небольшая вибрация происходит при открытии дверцы ВСУ. Отсутствие характерной вибрации может означать, что дверь не открылась и ВСУ не может запуститься.

    Наличие аномального вибрация или шум обычно привлекают внимание летного экипажа. Опыт предоставляет летным экипажам возможность оценить серьезность вибрация, отчетливые подписи и, самое главное, немедленная история условий полета (т. е. условия полета до события и изменения параметров, произошедшие в момент произошло событие).

    При необъяснимых вибрациях происходят, обычно что-то изменилось, что очевидно для экипажа (например, ненормальная индикация двигателя, изменение закрылка или спойлера положение или изменение воздушной скорости). Это отличается от обычного чувствуется вибрация при выпуске закрылков или поднятии педали тормоза это изменение ожидаемого уровня вибрации.

    Однако возможно что что-то в самолете может измениться без явного изменения в вибрации; эти ситуации труднее всего различить, описать и избежать.

    Лучшая реакция экипажа на необъяснимую вибрацию – проанализировать ситуацию на короткое время промежуток времени. При сильной вибрации индикация обычно ясно. Анализы ситуаций могут отличаться, но отвечать должны все эти ключевые вопросы:
    • Какой параметр только что изменились воздушная скорость, управление полетом, установка тяги?
    • Становится ли вибрация хуже или постоянно?
    • Будет ли текущий рейс условия допускают постепенное изменение параметров?
    • Какой параметр может летный экипаж чувствует или видит, что дает представление о причине?
    • Если летный экипаж вносит небольшое запланированное изменение в параметр, вызывает ли вибрация или шум, или оба, ухудшаются или улучшаются?

    После этих точек данных собраны и проанализированы, летный экипаж может сформулировать план действия по обеспечению постоянной безопасности полета. После завершения полета экипаж должен заполнить акт вибрации (табл. 1).

    Ответы к событию вибрации.
    Есть опасения, что решительные меры, принятые летным экипажем для Устранение вибрации может фактически увеличить серьезность проблемы. По этой причине лучшая реакция летного экипажа на аномальную вибрацию заключается в плавном выводе самолета из зоны действия, где возникает вибрация.

    Если соображения производительности не превышайте силу вибрации, летный экипаж должен снизить скорость полета и обороты двигателя. По сути, экипаж должен вернуться горизонтальный полет на уменьшенной воздушной скорости и избежание ненужного стресса на самолете.

    В полете наблюдения, помогающие в устранении неполадок при техническом обслуживании.
    Выявление и устранение причин вибрации самолета в полете часто достигается путем проб и ошибок, которые могут потреблять много часов обслуживания. Причины вибрации самолета многочисленны; однако наблюдения летного экипажа и подробные отчеты могут дать очень важные подсказки к потенциальному источнику вибрации.

    Почтовый рейс, летные экипажи обычно сообщают о двух типах вибрации. Первый — высокочастотный. тактильная вибрация (обычно более 25 Гц), которая ощущается либо в руки или ноги. Эта вибрация иногда связана со звуком. и обычно относится к маломассивному компоненту, воздействующему на планер, Например, незакрепленная дверь, панель доступа или обтекатель. Этот тип вибрации может быть постоянным на всех этапах полета, но может меняться в зависимости от воздушная скорость.

    Другой тип вибрации имеет более низкую частоту (обычно менее 20 Гц), которая может быть ощущается всем телом. Этот тип вибрации обычно связан к компоненту большой массы, воздействующему на планер, например, к рулю направления, горизонтальный стабилизатор или руль высоты.

    Типовые отчеты экипажа часто определяют направление вибрации в полете как боковое, вертикальный или колебательный. Экипажи иногда могут указать, где вибрация наиболее заметна внутри планера, например, в передней части каюта, надкрылья или кормовая каюта. Кроме того, экипажи иногда оценить частоту вибрации и предоставить информацию о конфигурация самолета в момент возникновения вибрации.

    Информация о типе, направление и место вибрации и конфигурация самолет чрезвычайно полезен для ремонтных бригад при обнаружении источник вибрации. Поскольку различные факторы могут вызывать аномальные вибрация самолета, стандартизированный процесс устранения может быть очень помогает определить конкретную причину. Летные экипажи могут помочь в исправлении усилия, сообщая как можно больше информации о событии. Эти затем данные могут быть использованы обслуживающей организацией для корректировки источник вибрации.

    Информация о событии оказался настолько ценным для устранения неполадок при техническом обслуживании, что Журнал событий вибрации кабины экипажа был прикреплен к службе Boeing. буквы для самолетов 737 и 757 (табл. 1). Симптомы, записанные в этой форме, можно соотнести с специальные проверки и испытания применимой системы и конструкции составные части. Тесты и проверки описаны в сервисе Boeing письма и руководства по техническому обслуживанию самолетов. В таблице 1 показана форма, которая может быть адаптирован к любой модели самолета Boeing для использования в документировании вибрационные события и помощь инженерным и обслуживающим организациям при решении проблем с вибрацией.

    В полете наблюдения для помощи в определении источника вибрации.
    Наблюдения в полете могут дать ключ к пониманию источника вибрация. Информация о скорости самолета, условиях полета, настройки мощности двигателя и последствия изменений, внесенных в системы самолета и средства управления полетом на вибрации могут помочь в определении источника.

    Например, низкочастотный вибрация в вертикальном направлении, которая ощущается как в передней и кормовая кабина могут быть результатом чрезмерного люфта в руле высоты или стабилизирующие поверхности. Поверхности полета с управлением по тангажу с чрезмерным свободный ход может вызвать вертикальную вибрацию тела при движении ощущается наиболее сильно в носовой и кормовой частях самолета. Небольшая неправильная балансировка самолета с помощью стабилизатора и руля высоты. может гасить этот тип вибрации, потому что свободный ход поверхность снимается с аэродинамической нагрузкой.

    Этот самый низкочастотный вибрация в боковом направлении может быть результатом чрезмерного свободный ход руля. Небольшой вклад в систему руля направления может быть достаточно, чтобы убрать люфт с аэродинамической нагрузкой. Низкочастотная боковая вибрация ощущалась над крылом и в кабина экипажа при высоких настройках мощности двигателя может быть связана с двигателем. Уменьшение или увеличение мощности на каждом двигателе в отдельности может изолировать вибрацию до
    индивидуальный двигатель.

    События вибрации, которые вызваны чрезмерным свободным люфтом в поверхностях управления. Эти события должны быть расследованы и устранены до получения дополнительных доходов. полет.

    Высокочастотная вибрация с сопутствующим звуком, который можно обнаружить только в кабине экипажа когда закрылки подняты, может быть вызвано незафиксированным или незафиксированным, двери шасси или панели доступа, расположенные под кабиной экипажа. Высокочастотные вибрации, связанные со звуком над крылом или в пассажирском салоне с поднятыми закрылками может быть вызвано элероны, створки основных стоек шасси, обтекатели задней кромки закрылков, или другие компоненты крыла, определенные для каждой модели самолета в ее соответствующие разделы руководства по техническому обслуживанию или сервисные письма.

    Стол 2 перечислены другие типичные случаи вибрации самолета. Это всего несколько примеров, и операторам рекомендуется ознакомиться с применимыми письма службы вибрации самолета и разделы руководства по техническому обслуживанию чтобы определить, как другие наблюдения в полете связаны с потенциальным источники вибрации.

    5. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ПОИСК НЕИСПРАВНОСТЕЙ

    Следуя указаниям летного экипажа отчет о происшествии с вибрацией, сравнение с ранее зарегистрированным инциденты на конкретном самолете или флоте могут выявить причину проблемы сразу. Важным первым шагом является рассмотрение служебные письма, содержащие перечень ранее зарегистрированных вибраций. Если это не указывает на очевидную проблему, следующее действие должно провести тщательный осмотр всего самолета.

    Рули, спойлеры, и закрылки должны быть проверены на свободный ход и правильность такелажа. Двери и панели доступа не должны быть свободными или выходить за контур. Шасси двери должны быть проверены, чтобы убедиться, что они надежно закреплены и обтекается с убранным механизмом.

    Продолжить проверку систем управления, в первую очередь следует осмотреть рули. в нейтральном и смещенном положении. Тогда системы управления должны быть под напряжением, а задняя кромка связанных поверхностей управления проверил на наличие стуков и возможных повреждений подшипников. Если устойчивые колебания могут быть обнаружены, система должна быть проверена на предмет износа рычажного механизма и замена блока управления питанием.

    Когда наземные проверки не пройдены чтобы изолировать причину вибрации, расследование должно быть расширено на некоммерческую проверку рейса. Если причину установить не удается после выполнения всех рекомендуемых действий по техническому обслуживанию компания Boeing следует связаться для дальнейшего решения.

     

     

     

     

     

     

     

    ОБЗОР

    Эффекты диапазон вибрации самолета от дискомфорта пассажиров и экипажа к вопросам безопасности полетов. Надлежащая реакция летного экипажа предполагает продолжение полета таким образом, чтобы избежать продолжения вибрация и запись информации, которые помогут в идентификации причина вибрации. Понимание экипажами самолета процедуры вибрации и реагирования важны, потому что они может предотвратить дальнейшее воздействие событий, которые могут привести к повреждения и надлежащая осведомленность могут предоставить ценную информацию для облегчения устранения неполадок при техническом обслуживании. Во всех случаях из Конечно, безопасность полета превыше всего в полете. анализ вибрации.

    ДЭВИД КАРБО
    ГЛАВНЫЙ ПИЛОТ
    БЕЗОПАСНОСТЬ ПОЛЕТОВ
    КОММЕРЧЕСКИЕ САМОЛЕТЫ BOEING

    МАЙКЛ CARRIKER
    ГЛАВНЫЙ ПИЛОТ ПРОЕКТА
    ЛЕТНАЯ ОПЕРАЦИЯ
    BOEING COMMERCIAL AIRPLANES

    ДАНИЭЛЬ ХУБЕР
    ВЕДУЩИЙ ИНЖЕНЕР
    ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТОМ
    КОММЕРЧЕСКИЕ САМОЛЕТЫ BOEING

    АДРИАН РАЙНЕВЕЛЬД
    ГЛАВНЫЙ ИНЖЕНЕР
    FLUTTER ENGINEERING
    BOEING COMMERCIAL AIRPLANES


    | ТОЛЬКО ТЕКСТ МЕНЮ | Верх страница | Боинг Главная | Боинг Коммерческий | Контакт Аэро |
       Аэро Авторское право © Компания Боинг. Все права защищены.

    Локализация источника синусоидальной вибрации в двумерном пространстве вокруг руки

    1. Введение

    Бывают ситуации, когда полезно предоставлять пользователю пространственную информацию, например, информировать водителя о направлении и расстоянии до других автомобилей и препятствия вокруг автомобиля. Поскольку во время вождения тактильные ощущения часто более доступны, чем зрительные и слуховые, было бы желательно, чтобы водителю можно было предоставлять информацию через тактильные ощущения (Скотт и Грей, 2008). Системы обнаружения препятствий уже внедрены в транспортные средства, чтобы предупреждать водителя о приближающихся опасностях на определенном расстоянии с помощью предупредительной вибрации (Cadillac, 2012), но было бы полезнее, если бы система могла предоставлять пространственную информацию, такую ​​как «в каком направлении» и «на каком расстоянии» были расположены опасности. Конечно, такой метод (использование тактильных ощущений для представления пространственной информации) не ограничивается вариантами использования, связанными с автомобилями, но также будет эффективен в ситуациях, когда другие аудиовизуальные каналы перегружены, и в случаях использования, требуемых людьми с нарушениями слуха. нарушения зрения.

    В этом исследовании мы сосредоточимся на вибротактильной стимуляции, которая может быть реализована недорого, а не на других видах тактильных стимулов (Choi and Kuchenbecker, 2012). Вибротактильные раздражители нам уже знакомы, поскольку они встроены в обычные сенсорные панели и игровые контроллеры. Было проведено несколько исследований, в которых эти сенсорные панели и игровые контроллеры использовались для представления пространственно-временной информации с помощью вибрации (Lee and Choi, 2013), но в большинстве из них это изучалось в ситуациях с четким контекстом, например, при представлении вибраций вдоль с визуальными подсказками, чтобы представить мяч, катящийся в коробке. В отличие от этих предыдущих исследований, мы фокусируемся на возможности представления пространственной информации только с помощью тактильных сигналов.

    В предыдущих исследованиях, в которых изучалось использование вибрации для представления пространственной информации пользователю, принятый метод заключался в непосредственном контакте вибротактильной матрицы с частью тела пользователя [например, рукой (Günther et al. , 2018) , запястье (Chen et al., 2008) или туловище (van Erp, 2008)]. При таком подходе пользователи могут определять положение источника вибрации, определяя положение наиболее вибрирующей кожи, поскольку расстояние между массивом вибрации и кожей отсутствует. Хотя этот подход прост, он сталкивается с некоторыми проблемами. Одной из них является проблема размещения вибротактильной решетки в ограниченном пространстве, непосредственно контактирующей с телом. Если мы хотим представить направление с высоким разрешением, нам нужно организовать плотную вибротактильную решетку, а миниатюризировать и интегрировать матрицу в ограниченном пространстве дорого. Еще одна проблема – проблема тепловыделения. Тепло, выделяемое презентационной системой, включая вибротактильный массив, может сделать ее неудобной в использовании и нарушить тактильные ощущения (проблема нагрева упоминалась Wentink et al., 2011; Jeon et al., 2013). Эти проблемы неизбежны, когда вибротактильная решетка находится в контакте с телом.

    В нашем предыдущем исследовании мы предложили метод представления ударных вибраций телу пользователя от дистанционно распределенной вибротактильной матрицы через среду (Ujitoko et al., 2021). Поскольку этот метод не требует непосредственного контакта массива с телом, он снимает проблему размещения приводов в ограниченном пространстве и проблему выделения тепла. С помощью этого метода пользователю необходимо распознавать направление и расстояние до удаленного источника вибрации на основе распространяющейся вибрации. Мы исследовали точность локализации источника с помощью ударной вибрации и обнаружили, что направление может быть определено в некоторой степени, но расстояние не может быть точно определено (Ujitoko et al., 2021). Основываясь на той же идее, которая была предложена в нашем предыдущем исследовании (Ujitoko et al., 2021), в настоящем исследовании исследуется точность локализации источника, но на этот раз с использованием синусоидальной вибрации по следующим причинам. Во-первых, двигатели со звуковой катушкой, которые обычно используются для имитации синусоидальных колебаний, являются лучшим вариантом для тактильного представления, чем соленоиды, которые обычно используются для имитации импульсных колебаний, по следующим трем параметрам: потребляемая мощность (см. Immersion, 2020), тепла и управляемости (см. Choi and Kuchenbecker, 2012). Действительно, обычные мобильные телефоны, такие как iPhone, и игровые контроллеры, такие как контроллер Nintendo Switch, используют двигатели со звуковой катушкой вместо соленоидов. Во-вторых, представление синусоидальных колебаний позволяет контролировать качество представляемой вибротактильной информации, манипулируя частотой вибрации. Например, давайте рассмотрим вариант использования, когда пользователям необходимо распознавать и различать препятствия с разными характеристиками объекта (например, автомобили и пешеходы), которые присутствуют в разных местах. Требования для таких случаев будут реализованы за счет представления пространственной информации разных объектов с разными частотами синусоидальных колебаний. Известно, что люди хорошо различают частоту вибраций и что текстура, воспроизводимая низкочастотными вибрациями, и текстура, воспроизводимая высокочастотными вибрациями, воспринимаются как разные (Goff, 19).67; Куроки и др., 2013).

    В этом исследовании в качестве первого шага мы провели эксперименты, чтобы определить, насколько хорошо можно распознавать расстояние и направление при воздействии высокочастотных (230 Гц) и низкочастотных (30 Гц) синусоидальных колебаний. Мы выбрали эти две частоты, поскольку они эффективно активируют два характерных вибротактильных канала: быстро адаптирующийся афферентный канал и канал Пачини (Johansson et al., 1982). Основываясь на экспериментальных результатах, мы сравнили результаты между синусоидальной вибрацией и импульсной вибрацией, а также между различными частотами стимула синусоидальных колебаний. Одним из вкладов результатов этого исследования является то, что использование синусоидальной вибрации позволило воспроизвести те же результаты, что и импульсная вибрация, когда можно было в некоторой степени распознать направление, но нельзя было точно распознать расстояние. Кроме того, наши результаты показали частотно-зависимое влияние на точность распознавания направления. Основываясь на этих результатах, мы обсудили, как следует использовать синусоидальные колебания для представления пространственной информации в приложениях.

    2. Родственные работы

    В этом разделе мы представляем предыдущие исследования, в которых изучалась локализация вибрации. Мы разделили эти исследования на две категории: те, в которых вибротактильные приводы размещались на поверхности тела, и те, в которых они располагались вдали от тела.

    2.1. Размещение вибротактильных приводов на поверхности тела

    Точность локализации источников вибрации была исследована путем размещения нескольких вибротактильных приводов на различных участках поверхности тела. Конкретные части тела, которые были исследованы, включают руку (Elvitigala et al., 2019).), запястье (Chen et al., 2008; Lee et al., 2015), рука (Cholewiak, Collins, 2003; Oakley et al., 2006), живот (Cholewiak et al. , 2004; Cholewiak, McGrath, 2006; van Erp, 2008), талия (Jones, Ray, 2008), спина (Lindeman, Yanagida, 2003) и голова (Diener et al., 2017). Например, в исследовании Chen et al. (2008) на запястье устанавливали вибротактильный привод 3×3. Точно так же исследование Софии и Джонса (2013) также поместило вибротактильные приводы 3 × 3 на ладонь. Способность к локализации зависела не только от части тела, но и от количества вибротактильных актуаторов и плотности их расположения. В исследовании Cholewiak et al. (2004), например, точность локализации колебалась от 9от 7% (при количестве вибротактильных приводов 6 на животе и расстоянии между виброприводами 140 мм) до 74% (при количестве вибротактильных приводов 12 на животе и расстоянии между виброприводами 72 мм) ).

    В этих исследованиях изучалась точность локализации на поверхности тела, где на самом деле располагался привод источника, а также проводились исследования, в которых пытались виртуально локализовать источник вне тела с помощью иллюзий. Фантомное ощущение, также известное как тактильная воронка, представляет собой явление, при котором исходная вибрация, которой в действительности не существует, иллюзорно локализована на поверхности тела между исполнительными механизмами, создающими вибрации (Bekesy, 19).67). Представляя стимулы с приводами в каждой руке, некоторые исследователи расширили фантомное ощущение, чтобы попытаться локализовать источник в пространстве между (Patel et al., 2019) и снаружи (Tawa et al., 2020) обеими руками.

    Методы исследования, описанные в этом разделе, могут предоставить пространственную информацию, но, как упоминалось во введении, размещение вибротактильных приводов на поверхности тела может вызвать проблемы с расположением и выделением тепла, поэтому в этом исследовании мы исследуем метод размещение вибротактильных приводов вне тела.

    2.2. Размещение вибротактильных приводов вне тела

    Также была исследована точность локализации источников вибрации, когда приводы размещались на инструменте, удерживаемом субъектом. Миллер и др. (2018, 2019) испытуемые с завязанными глазами держали один конец одномерного носителя (например, палки) и активно встряхивали его руками, чтобы определить, могут ли они оценить точку контакта, когда среда ударила по объекту. Сренг и др. (2008) просили испытуемых держать один конец палки и использовали несколько моделей вибрации, чтобы определить местоположение источника вибрации. В этих исследованиях (Sreng et al., 2008; Miller et al., 2018, 2019), испытуемые держали одномерную среду, поэтому локализация источника вибрации эквивалентна оценке расстояния.

    С другой стороны, в нашем предыдущем исследовании мы изучали способность локализации руки, помещенной на двумерную среду, когда какое-то место на среде вокруг руки подвергалось ударной вибрации (Ujitoko et al., 2021). . Если испытуемые смогут локализовать источник вибрации, можно будет представить не только информацию о расстоянии, но и информацию о направлении. Мы обнаружили, что испытуемые могли в некоторой степени распознавать направление, но не расстояние, когда источником была ударная вибрация. Мы также проверили способность к локализации при различных условиях положения рук и обнаружили, что производительность локализации была лучше, когда вся рука (пять пальцев и ладонь) была заземлена, чем когда были заземлены только пять кончиков пальцев. Тем не менее, остается неизвестным, в какой степени становится возможным распознавание направления и расстояния при синусоидальной вибрации.

    В этом исследовании мы исследовали эффективность локализации при использовании низкочастотных или высокочастотных вибраций (30 Гц в качестве низкой частоты и 230 Гц в качестве высокой частоты) в качестве источника сигнала в экспериментальных условиях, аналогичных тем, которые использовались в нашем предыдущем исследовании ( Ujitoko et al., 2021), включая расположение источников стимулов и материала среды. Для условия позы руки мы выбрали условие, при котором вся рука опиралась на среду, поскольку точность локализации в этой позе была выше, чем при заземлении только пяти кончиков пальцев (Ujitoko et al. , 2021).

    3. Эксперимент

    3.1. Испытуемые

    В исследовании приняли участие десять испытуемых [два мужчины и восемь женщин, все правши, средний возраст 36,5 (стандартное отклонение: 9,0) лет]. Средняя длина и ширина рук испытуемых составляли 16,47 (стандартное отклонение: 0,73) см и 15,53 (стандартное отклонение: 1,13) см соответственно с вытянутыми пальцами. Средний размер руки, который соответствует среднему значению высоты и ширины, составил 16,00 (SD: 1,06) см. Средний размер руки двух мужчин составлял 15,75 см (стандартное отклонение: 1,06), а у восьми женщин — 16,06 см (стандартное отклонение: 0,69).) см, с незначительными различиями в зависимости от пола. Все испытуемые не знали цели исследования. Этическое одобрение для этого исследования было получено от комитета по этике Nippon Telegraph and Telephone Corporation (номер одобрения: R02-015 комитета по этике NTT Communication Science Laboratories). Эксперименты проводились в соответствии с принципами, берущими свое начало в Хельсинкской декларации. Письменное информированное согласие было получено от всех участников этого исследования.

    3.2. Аппаратура и стимул

    На рис. 1 показана экспериментальная среда. Испытуемые удобно усаживались на стул. Чтобы испытуемые не получали визуальную информацию, такую ​​как изменение отражения освещения простыни при стимуляции места под простыней, испытуемым во время задания завязывали глаза в маске для сна. Они носили затычки для ушей и шумоподавляющие наушники, воспроизводящие белый шум, чтобы приглушить внешние звуки. Они положили правую руку на пластину из силиконовой резины и отрегулировали центр руки по центру пластины из силиконовой резины. Небольшой кусочек пенополиуретана помещали в центр листа силиконовой резины в качестве ориентира для регулировки положения руки. Лист силиконового каучука был круглым, а радиус составлял 250 мм. Толщина листа была 5 мм. Твердость листа силиконового каучука составила 30 (испытано с помощью дюрометра типа Shore A). Чтобы сравнить результат с нашим предыдущим исследованием (Ujitoko et al. , 2021), в котором была представлена ​​импульсная вибрация силиконовой среды, мы использовали тот же лист силиконовой резины.

    Рисунок 1 . Экспериментальная среда. (А) Обзор. (Б) Аппарат.

    На ноготь указательного пальца левой руки испытуемого наклеивали зеленую наклейку. Испытуемые указывали место, где, по их мнению, находился источник вибрации, указывая указательным пальцем левой руки на положение на листе силиконовой резины. Камера над листом силиконовой резины сделала снимки и определила положение зеленой наклейки, которое представляло указанное положение.

    Генераторы вибрации стимулировали двадцать четыре точки в восьми направлениях на трех расстояниях между стимулами (показаны на рис. 2). Расположение стимулов было таким же, как и в нашем предыдущем исследовании (Ujitoko et al., 2021), что позволило провести сравнение с предыдущим исследованием. Диаметры стимулов от центра составляли 130, 180 и 230 мм. Было восемь направлений стимула от центра. Для создания синусоидальных колебаний мы использовали специальные генераторы вибрации (корпорация Emic, 511-A), которые использовались в наших прошлых исследованиях (Watanabe et al., 2010; Kuroki et al., 2012; Kuroki and Nishida, 2018). Генераторы вибрации могут независимо регулировать частоту и амплитуду. Размеры виброгенераторов: ширина 120 мм, глубина 100 мм, высота 19 мм.высотой 0 мм. Они были слишком велики, чтобы расположить их в схеме, показанной на рис. 2. Таким образом, мы разместили на поворотном столе только три генератора вибрации для каждого из трех диаметров стимула, и, вращая поворотный стол, можно было стимулировать 24 точки. Для обеспечения хорошего контакта генератора вибрации с листом силиконовой резины зазор был заполнен уретановой пеной. Диаметры контакторов виброгенераторов составляли 6 мм. Испытуемые не знали, что будут стимулироваться только эти дискретные 24 точки. Испытуемые знали только, что какое-то место на всей площади листа силиконовой резины будет стимулироваться.

    Рисунок 2 . Расстановка раздражителей. Маркер в форме звезды указывает положение стимула.

    В качестве исходных сигналов были выбраны вибрации 30 и 230 Гц; они были выбраны для эффективной активации двух отличительных вибротактильных каналов: быстроадаптирующегося (RA) афферентного канала, который чувствителен к более низким частотам вибрации, и канала Пачини (PC), который чувствителен к более высоким частотам. Что касается продолжительности вибрации, мы считаем, что более короткая продолжительность предпочтительна для немедленного представления пространственной информации с помощью вибрации в приложениях. Кроме того, наш предыдущий отчет показал, что люди различали частоты вибрации с продолжительностью вибрации 0,2 с (Kuroki et al., 2013). Таким образом, мы настроили длительность вибрации на 0,2 с.

    Перед началом эксперимента амплитуды обоих источников вибрации были настроены таким образом, чтобы интенсивность восприятия совпадала. Порог восприятия человека зависит от частоты вибрации (Bolanowski et al. , 1988). Из-за этой характеристики восприятия, даже когда амплитуды колебаний физически одинаковы, воспринимаемая интенсивность колебаний будет разной, когда частоты колебаний различны. В нашем эксперименте воспринимаемая интенсивность была сопоставлена, чтобы изучить влияние разницы в частоте, а не в интенсивности, на способность к локализации. Мы установили датчик ускорения (MPU-6050) на лист силиконовой резины в точке контактора и измерили максимальную амплитуду ускорения. Максимальные амплитуды составляли 1,97G при 30 Гц и 8,92G при 230 Гц.

    Также мы измерили распространяющуюся вибрацию в точке центра среды. При частоте вибрации 30 Гц наблюдалась распространяющаяся вибрация с максимальной частотной составляющей 30 Гц и ее гармонические составляющие (60 Гц). Мы также обнаружили некоторое затухание из-за распространения.

    3.3. Процедура

    В этом эксперименте использовался внутрисубъектный план. В начале эксперимента испытуемым предъявлялись письменные инструкции, описывающие ситуацию и процедуры эксперимента. Прочитав это, испытуемые перешли к эксперименту.

    Эксперимент состоял из фазы ознакомления и фазы тестирования (см. ход эксперимента на дополнительной фигуре 1). На ознакомительном этапе было шесть испытаний. Процедура испытаний на этапе ознакомления была такой же, как и на этапе тестирования. Шесть точек стимуляции из 24 точек, отнесенных к шести испытаниям, были выбраны случайным образом. Частота вибрации, используемой для стимуляции на ознакомительном этапе, была такой же, как и в первом блоке тестового этапа.

    На этапе тестирования было 12 блоков. Каждый блок состоял из 24 испытаний. Таким образом, общее количество испытаний составило 288 на одного субъекта. Каждая из 24 точек стимулировалась в отдельной пробе в блоке. Порядок 24 точек был задан псевдослучайно. В любом одном блоке частота вибрации фиксировалась на уровне 30 или 230 Гц. Блокам поочередно присваивались частоты 30 и 230 Гц. Назначение 30 или 230 Гц первому блоку в тестовой фазе было сбалансировано для всех испытуемых.

    В начале каждого испытания экспериментатор поворачивал поворотный стол, чтобы отрегулировать положение генератора вибрации до заданного положения, и звонил в колокольчик. Даже когда испытуемые носили беруши и шумоподавляющие наушники с белым шумом, они могли слышать звон колокольчика. Затем испытуемые кладут правую руку на лист силиконовой резины, идентифицируя небольшой кусочек пенополиуретана, расположенный в центре листа. Далее стимулировали одну из 24 точек. Затем испытуемые убирали правую руку и указывали указательным пальцем левой руки на точку, где, по предположению испытуемых, находилась точка стимуляции. После записи камерой определения точки левого указательного пальца испытуемого экспериментатор снова звонил в колокольчик. Затем испытуемые убирали указательный палец левой руки с листа.

    После того, как все испытания в блоке были завершены, перед началом следующего блока должен был быть как минимум 10-минутный перерыв.

    4. Результаты и обсуждение

    4.

    1. Общие результаты

    На рисунках 3A,B показано среднее воспринимаемое положение для каждого положения стимула при 30 и 230 Гц соответственно. На рис. 4А показано среднее воспринимаемое направление для каждого направления стимула, а на рис. 4В показано среднее воспринимаемое расстояние для каждого расстояния стимула. Воспринимаемое направление рассчитывалось как расстояние между точкой, на которую указывал испытуемый, и центром руки. Оба этих рисунка 3, 4B предполагают, что испытуемые испытывали трудности с точным определением расстояния до источника вибрации при обеих частотах. Поскольку средний размер рук испытуемых составлял 160,0 (стандартное отклонение: 10,6) мм, а среднее воспринимаемое расстояние было <75,0 мм, это показывает, что среднее воспринимаемое расстояние находилось внутри размера руки испытуемого. Это указывает на то, что источник вибрации вне руки был локализован внутри области руки.

    Рис. 3. (A) Среднее воспринимаемое положение для каждого стимула в случае вибрации с частотой 30 Гц. (B) Среднее воспринимаемое положение в случае вибрации с частотой 230 Гц. Маркер в форме звезды указывает положение стимула. Круглый маркер указывает воспринимаемую позицию для каждой позиции стимула. Пунктирные линии и сплошные линии являются визуальными средствами, представляющими пространство стимула и пространство восприятия. Использование одного и того же цвета для пунктирной и сплошной линий означает соответствующую связь стимула и восприятия.

    Рис. 4. (A) Среднее воспринимаемое направление для каждого направления стимула в случаях вибрации 30 и 230 Гц. (B) Среднее воспринимаемое расстояние для каждого расстояния до стимула в случаях вибраций с частотой 30 и 230 Гц. Столбики погрешностей обозначают 95% ДИ.

    С другой стороны, на рисунке 4А показано, что испытуемые могли распознавать направление источника вибрации. Таким образом, метод локализации источника синусоидальной вибрации вокруг руки не является многообещающим в качестве метода представления на расстоянии, но перспективен в качестве метода представления направления. В следующих разделах мы более подробно обсудим результаты анализа распознавания направлений.

    4.2. Результаты распознавания направления

    В этом анализе мы фокусируемся на смещении направления и стандартном отклонении смещения направления. Смещение направления здесь также называют «постоянной ошибкой» или «систематической ошибкой», и смещение рассчитывается как разница между направлением стимула и воспринимаемым направлением. Смещение и стандартное отклонение смещения — это показатели, которые систематически изучались в серии исследований по локализации вибрации (Cholewiak et al., 2004; van Erp, 2008; Kappers et al., 2020). С точки зрения приложений, представляющих пространственную информацию, смещение является мерой того, воспринимается ли заданное направление пользователем или нет. Стандартное отклонение смещения связано со стабильностью воспринимаемого направления. Следовательно, обе они являются важными показателями с точки зрения применения.

    4.2.1. Направленное смещение

    Для смещения мы провели два теста: (1) тест, чтобы определить, была ли значительная разница в смещении между различными условиями частоты вибрации, и (2) тест, чтобы определить, при каких условиях стимула было значительное разница между предъявленным и воспринимаемым положением стимула (и, следовательно, для определения того, при каких условиях стимула смещение не было статистически значимым).

    Что касается теста (1), во-первых, чтобы выяснить, как объединить данные для сравнения смещения между частотами, мы провели дисперсионный анализ (ANOVA) по трем факторам: частота, расстояние до стимула и направление стимула. Поскольку тест Шапиро-Уилка показал отсутствие нормальности наших данных, мы применили преобразование выровненного ранга (ART) (Wobbrock et al., 2011), а затем провели ANOVA. Полные результаты ANOVA можно найти в дополнительной таблице 1. В результате, поскольку между частотой и направлением стимула наблюдался значительный эффект взаимодействия, мы выполнили апостериорное сравнение частот для каждого направления стимула с использованием прикладных данных АРТ в качестве анализа для (1). Напротив, поскольку не было значимого взаимодействия между частотой и расстоянием до стимула или между тремя факторами, мы не исследовали апостериорный тест с точки зрения расстояния до стимула. Результаты показаны на рис. 5. Была разница между 30 и 230 Гц при 45, 180 и 225°.

    Рисунок 5 . Разница средних направленных смещений для каждого направления стимула между 30 и 230 Гц. Столбики ошибок обозначают 95% ДИ. Звездочка указывает на значительную разницу между частотой стимула.

    Что касается теста (2), мы проверили, при каких условиях стимула была значительная разница между представленным и воспринимаемым положением стимула (и, следовательно, при каких условиях стимула смещение направления было незначительным). Согласно результатам ANOVA, описанным выше, влияние расстояния до стимула на систематическую ошибку было незначительным, поэтому мы не проводили тестирование с точки зрения расстояния до стимула. Мы тестировали комбинированные условия каждого направления стимула и каждой частоты. Рисунок 6 представляет собой повторный график данных на рисунке 5 с разделением частот вибрации. Чтобы выяснить, существует ли направленная погрешность в каком-либо из условий, мы вычислили 10 000 бутстреп-выборок погрешности (Эфрон и Тибширани, 19). 94). Если скорректированные Бонферрони 95% доверительные интервалы (ДИ) не перекрываются с нулем, мы делаем вывод, что систематическая ошибка была статистически значимой.

    Рисунок 6 . Повторный график рисунка 5 для каждой частоты вибрации стимула (A) Среднее направленное смещение для направления стимула при 30 Гц. (B) Среднее смещение направления для направления стимула при 230 Гц. Столбики погрешностей обозначают 95% ДИ. Звездочка указывает на значимое отличие от 0,

    Почти в половине условий направления стимула направление было распознано правильно (т. е. смещение было незначительным), но в некоторых направлениях смещение было существенно отличным от нуля (см. рис. 6А, Б). Отрицательное смещение наблюдалось как для 30, так и для 230 Гц, когда направление стимула составляло 270 и 315°. Это означает, что воспринимаемое направление отклонялось по часовой стрелке относительно фактического направления стимула. Положительное максимальное смещение наблюдалось, когда направление стимула составляло 135° при 30 Гц и 45° при 230 Гц, показывая, что воспринимаемое направление этого стимула отклонялось в направлении против часовой стрелки относительно фактического направления.

    4.2.2. Стандартное отклонение смещения направления

    Данные смещения направления для каждого субъекта были объединены по расстоянию до стимула или направлению стимула для расчета стандартного отклонения. Чтобы выяснить, различается ли стандартное отклонение смещения в зависимости от частоты, было выполнено сравнение стандартного отклонения между частотами. Во-первых, чтобы выяснить, как объединить данные для сравнения стандартного отклонения между частотами, мы выполнили трехфакторный дисперсионный анализ с факторами частоты, расстояния до стимула и направления стимула после применения к данным ART. Полные результаты дисперсионного анализа можно найти в дополнительной таблице 2. Был отмечен значительный эффект взаимодействия между расстоянием и частотой стимула, значительный эффект взаимодействия между направлением стимула и частотой и значительный эффект трехстороннего взаимодействия между расстоянием стимула, направлением стимула и частота. Таким образом, мы исследовали, были ли различия между частотами в (1) стандартном отклонении для каждого расстояния до стимула, (2) стандартном отклонении для каждого направления стимула и (3) стандартном отклонении для каждой комбинации расстояния до стимула и направления стимула. На рис. 7 показаны результаты, соответствующие (1) и (2) соответственно. Мы провели апостериорный тест для определения условий стимула, при которых стандартные отклонения различались между частотами. Было обнаружено, что стандартное отклонение 230 Гц было значительно меньше, чем стандартное отклонение 30 Гц, когда расстояние до стимула составляло 150 и 180 мм. Кроме того, стандартное отклонение 230 Гц было значительно меньше, чем у 30 Гц, когда направление стимула составляло 45, 90, 270 и 315°.

    Рисунок 7 . Стандартное отклонение направленного смещения для расстояния до стимула или направления стимула при 30 и 230 Гц. Столбики ошибок обозначают 95% ДИ. Звездочка указывает на значительную разницу между частотой стимула.

    Что касается (3), мы исследовали условия, в которых была разница в стандартном отклонении между частотами в каждом состоянии (сочетание условий направления стимула и расстояния стимула). Стандартное отклонение было значительно меньше для 230 Гц, чем для 30 Гц, когда расстояние до стимула составляло 180 мм, а направление стимула составляло 45 или 315°. В остальных условиях существенной разницы не было.

    4.3. Обсуждение общих результатов

    Наши результаты показали, что среднее воспринимаемое положение для каждого состояния стимула существовало внутри области руки независимо от расстояния до стимула, и это указывает на то, что распознавание на расстоянии было затруднено для вибраций из удаленного места (см. Рисунок 4B). Это создает, казалось бы, нелогичное впечатление в том смысле, что пространственно-временная информация о вибрации, распространяющейся на руку, должна меняться в зависимости от расстояния до стимула. Однако в рамках пространственной и временной информации для оценки расстояния можно использовать только пространственное распределение интенсивности на коже, учитывая тот факт, что временную информацию трудно использовать в качестве ориентира в тактильных ощущениях при локализации источника вибрации (Gescheider, 19).65). Одним из возможных объяснений плохой способности к оценке расстояния может быть то, что испытуемым не хватало информации о среде (силиконовом каучуковом листе), которая опосредовала источник вибрации и руку, и, таким образом, испытуемые не могли предположить модель, связывающую распределение интенсивности и стимул. расстояние в течение ограниченного времени эксперимента без инструкции. Обратите внимание, что на способность оценки направления не влияет тип среды, поскольку его можно распознать как направление области, где воспринимаемая интенсивность является самой сильной. Текущий результат трудности распознавания на расстоянии согласуется с результатом эксперимента с использованием импульсной вибрации в аналогичных экспериментальных условиях (Ujitoko et al., 2021). Существует разница между текущим исследованием и предыдущим исследованием (Ujitoko et al., 2021) в том, что в предыдущем исследовании среднее воспринимаемое положение находилось за пределами области руки, а в текущем исследовании — внутри руки. Это может быть объяснено различиями в процедуре. Испытуемых в предыдущем эксперименте (Ujitoko et al., 2021) попросили указать на воспринимаемое положение указательными пальцами левой руки, удерживая правую руку на среде, в то время как испытуемых в текущем эксперименте попросили убрать правый палец. руку, а затем указать. Испытуемые в предыдущем исследовании не могли указать прямо на среду под правой рукой, что могло привести к предположению, что стимулы применялись вне руки. Есть несколько исследований, в которых изучалась эффективность тактильного распознавания расстояния в контексте локализации источника звука. Ричардсон и Фрост (1979) провели задание на тактильную локализацию звука, в котором испытуемых просили оценить местоположение источника звука, ощущая вибрацию указательных пальцев обеих рук. В их эксперименте источник звука располагался вокруг испытуемых, а вибрация создавалась на основе воспринимаемого звука с микрофонами, расположенными рядом с обоими ушами. Частота правильных ответов составила 65,4% (33,3% для случайного выбора из трех вариантов), когда испытуемых просили ответить на один из вариантов «ближний», «средний» или «далекий» для воспринимаемого расстояния до источника звука. В своем исследовании они сообщали испытуемым о правильных ответах, что, возможно, позволяло испытуемым явно узнать взаимосвязь между интенсивностью и расстоянием. Кроме того, различия в местах предъявления (указательные пальцы обеих рук в их эксперименте), форме волны предъявления (использованные ими вибрации охватывали широкий диапазон частот) и диапазоне направления стимула (только в диапазоне 120° в перед испытуемыми) может повлиять на отличие результатов от полученных нами.

    Наши результаты также показали, что производительность распознавания направления была лучше в том смысле, что у него было относительно меньше ошибок, чем при распознавании расстояния. Тот факт, что мы смогли в некоторой степени распознать направление (средняя ошибка направления при 30 Гц: 32,8° градусов, средняя ошибка направления при 230 Гц: 25,7°), согласуется с результатами экспериментов с использованием импульсной вибрации (Ujitoko et al. , 2021, средняя ошибка направления: 20,8°) и исследование тактильной локализации звука (Gescheider, 1965, средняя ошибка направления: 14,3° для тона). Как упоминалось выше, распознавание направления может быть выполнено просто путем определения того, какая часть кожи руки интенсивно вибрирует. Можно сказать, что представление направления в приложениях перспективно.

    Было обнаружено, что имело место значительное смещение направления для конкретных направлений стимула (на рисунках 8A, B показаны направления стимула, в которых имело место значительное смещение). Была тенденция к предвзятости, когда направление стимула было к основанию руки, то есть к запястью. Причина, по которой смещение было более очевидным на стороне запястья, чем на стороне кончиков пальцев, может быть связана с разницей в пространственном разрешении (например, порог двухточечной дискриминации составляет 2 или 3 мм для кончика пальца и около 10 мм для кончика пальца). ладонь) и/или размером и расположением рецептивного поля (Schady and Torebjörk, 1983; Vallbo and Johansson, 1984), хотя как это влияет на результаты, неясно. Следует отметить, что при использовании импульсной вибрации почти с той же экспериментальной установкой, что и в настоящем исследовании, количество направлений стимула, которые показали значительное смещение, было меньше, чем в настоящем исследовании (Ujitoko et al. , 2021; см. рисунок 8С). Различие в наличии или отсутствии смещения в зависимости от вида вибрации может быть связано с различными факторами. Одно из них может быть связано с разницей в воспринимаемой площади, на которую воздействует вибрация между импульсом и синусоидальной вибрацией. Бекеши (1958) исследовал этот момент, предъявляя испытуемым импульсные и синусоидальные циклические колебания и просил испытуемого нарисовать формы воспринимаемой вибрации. Площадь, нарисованная в случае импульсной вибрации, была меньше, чем в случае синусоидальной вибрации, хотя воспринимаемая интенсивность была одинаковой. Этот вывод согласуется с нашими результатами, которые показали, что меньшее количество направлений стимула было искажено импульсными колебаниями, чем синусоидальными колебаниями. Возможно, стоит также рассмотреть явление, известное как фантомное ощущение. Фантомное ощущение — явление, при котором колебания локализуются между двумя удаленными точками при одновременном воздействии на кожу двух раздражителей. Обнаружение того, что фантомное ощущение было четко локализовано импульсами (щелчками), а не циклической вибрацией (Bekesy, 1967) может быть связано с нашим открытием, что локализация импульсной вибрации была лучше, чем локализация синусоидальной вибрации в нашей экспериментальной среде.

    Рис. 8. (A) Принципиальная схема для случая 30 Гц. (B) Принципиальная схема для случая 230 Гц. (C) Принципиальная схема в случае импульса. Красные стрелки указывают на то, что смещение по направлению было значительным. Диаграмма (C) была создана на основе информации из статьи (Ujitoko et al., 2021).

    Предыдущее исследование не соответствует нашим результатам. Шеррик и др. (1990) провели эксперимент, чтобы изучить способность различать два места стимуляции на возвышении гипотенара ладони. Они сравнивали условия между периодическими и импульсными колебаниями как раздражителями. Их результаты показали, что острота локализации при импульсной вибрации была хуже, чем при циклической, что не согласуется с нашими результатами. Это может быть связано с тем, что они передавали вибрацию непосредственно на кожу и закрывали невибрирующую область доской, чтобы предотвратить распространение вибрации, что отличается от нашей экспериментальной среды.

    4.4. Обсуждения различий в частоте стимула

    Мы обнаружили различия в зависимости от частоты стимула в отношении смещения в распознавании направления и его стандартного отклонения. Например, при 30 Гц имело место значительное смещение при стимуляции от 135°, а при 230 Гц значимого смещения при стимуляции от 135° не было. Вместо этого при 230 Гц наблюдалось значительное смещение при стимуляции от 45° или 225°, тогда как при 30 Гц не было значительного смещения при стимуляции от 45° или 225°. Что касается стандартного отклонения, стандартное отклонение было значительно меньше при 230 Гц, чем при 30 Гц, когда расстояние до стимула составляло 150 или 180 мм. Достоверной разницы в стандартном отклонении в зависимости от частоты стимула при расположении источника вибрации ближе к руке не наблюдалось, хотя, как уже упоминалось, при удалении источника вибрации от руки стандартное отклонение было значительно меньше при частоте 230 Гц, чем при 30 Гц.

    Вибротактильная локализация была достигнута посредством ряда шагов от физического уровня к уровню восприятия, включая распространение вибрации от источника вибрации, ощущение деформации кожи на уровне механорецепторов и обработку информации в мозгу. Мы полагаем, что фактор различия между частотами, полученными в нашем эксперименте, имел место где-то на вышеперечисленных шагах. Хотя из результатов нашего эксперимента неясно, какой шаг и какой фактор вызвал разницу, здесь мы обсуждаем возможные факторы, вводя результаты предыдущих исследований.

    Одним из возможных факторов, повлиявших на наши экспериментальные результаты на физическом уровне, является распространение или затухание вибраций. Когда вибрация воздействует на кожу руки, ее распространение зависит от частоты вибрации (Manfredi et al., 2012; Reardon et al., 2019; Shah et al., 2019). Например, было обнаружено, что затухание меньше на более высоких частотах, где пиковая характеристика канала ПК находится в диапазоне (200–250 Гц) (Manfredi et al. , 2012; Reardon et al., 2019). Эта разница в физическом уровне могла повлиять на наши экспериментальные результаты, например, на разницу в стандартном отклонении смещения в зависимости от частоты стимула. Причина, по которой разница в стандартном отклонении наблюдалась только при применении стимула из места, удаленного от руки испытуемого в нашем эксперименте, может быть следующей. Во-первых, чем больше расстояние, тем больше затухание на листе силиконового каучука. Это приводит к меньшему градиенту интенсивности на коже и затрудняет распознавание пространственного распределения интенсивности, что, в свою очередь, приводит к большему стандартному отклонению. Кроме того, существует вероятность того, что вибрация достигает более широкой области при стимуляции издалека, а не из близкого места, и это может быть связано с большим стандартным отклонением.

    Есть несколько возможных факторов на уровне восприятия. Например, могут иметь значение характеристики рецепторов. В предыдущих исследованиях сообщалось о различиях в размере рецептивного поля (Schady and Torebjörk, 1983; Vallbo and Johansson, 1984) и воспринимаемом размере (Békésy, 1958) в зависимости от частоты вибрации. Также были исследованы различия в зависимости от частоты раздражителя при изучении фантомного ощущения, что имеет нечто общее с нашей экспериментальной ситуацией. Аллес (1970) исследовал локализацию фантомных ощущений с использованием вибраций частотой 30 и 100 Гц и пришел к выводу, что частота 100 Гц предпочтительнее из-за того, что люди быстрее определяют локализацию при частоте 100 Гц (но см. также Bekesy, 1967). Это может быть связано с нашим результатом, что стандартное отклонение смещения было меньше при 230 Гц, чем при 30 Гц, когда источник вибрации находился далеко от руки субъекта.

    Существует исследование, в котором рассматривалась возможность локализации вибрации в двух разных частях руки с использованием вибрационного стимула низкой или высокой частоты. Шеррик и др. (1990) задача состояла в том, чтобы выделить участки стимула, которые вибрируют с частотой 25 или 250 Гц на ладони, и они получили результаты, близкие к нашим результатам в отношении зависимости от направления стимула. В частности, результаты различения не отличались между 25 и 250 Гц на стороне ладони мизинца в их эксперименте. Это согласуется с нашим результатом, что нет существенной разницы в стандартном отклонении между частотами в направлении 0°. Напротив, в эксперименте Шеррика и соавторов различительная способность 250 Гц была хуже, чем 25 Гц, в области, близкой к запястью, на стороне мизинца ладони (гипотенарное возвышение). Это не согласуется с нашими результатами, согласно которым меньшее стандартное отклонение наблюдалось для 230 Гц при 270 и 315°. Причина такого несоответствия может быть в различии экспериментальной аппаратуры (т.е. использовались пьезокерамические Биморфы) или в поставленной задаче.

    4.5. Применение с использованием локализации синусоидальной вибрации

    4.5.1. Представление информации о направлении

    Наши результаты показывают, что метод представления синусоидальных колебаний вне тела является многообещающим для приложений, которые представляют направление, но не подходит для приложений, которые представляют расстояние. Поэтому, если мы применим наш метод к приложению, которое, например, предупреждает пользователя о приближающемся препятствии, пользователь может распознать информацию о направлении препятствия, но не расстояние до препятствия. Что касается расстояния до препятствия, возможно, было бы лучше использовать другие выражения, основанные на правилах (например, выражая информацию о расстоянии в терминах интенсивности вибрации, с правилом, что сильная вибрация представляет собой небольшое расстояние, а слабая вибрация представляет собой большое расстояние).

    В приложениях направленного представления требуется точное представление пользователям целевого направления. Мы обнаружили, что существует смещение как при использовании стимулов с частотой 30 Гц, так и при использовании стимулов с частотой 230 Гц, и смещение варьировалось в зависимости от направления стимула. Следовательно, может оказаться эффективным откалибровать фактическое направление стимула в соответствии с целевым направлением, чтобы пользователь точно распознал целевое направление (см. пример калибровки на рис. 9). Примером реализации является подготовка справочной таблицы, которая определяет направление стимула для каждого целевого направления и представляет стимул от калиброванного направления. (например, чтобы пользователь почувствовал стимуляцию в центре запястья, вибрируйте с правой стороны запястья.) При реализации этой калибровки остаются некоторые проблемы: во-первых, заставить пользователей распознавать целевое направление, представляя из фактического Если направление стимула несколько отличается от целевого, вибротактильная решетка должна располагаться плотно. Например, если вибротактильный массив расположен редко, как в расположении стимулов, используемом в этом эксперименте, может оказаться невозможным обеспечить стимуляцию с калиброванного направления, которое должно быть представлено. В этом отношении есть место для дальнейшего рассмотрения (например, использование фантомных ощущений). Во-вторых, смещение может варьироваться в зависимости от конфигурации устройства (например, материала, используемого в качестве среды) и положения пальцев, кистей и предплечий пользователя. Известно, что положение воспринимаемого стимула меняется в зависимости от позы пользователя (Yamamoto, Kitazawa, 2001; Sadibolova et al., 2018). Было бы необходимо заранее оценить смещение всякий раз, когда условия, такие как устройство или поза пользователей, изменяются.

    Рисунок 9 . Калибровка направления стимула, чтобы пользователь точно распознал целевое направление.

    Еще одно требование, относящееся к приложению направленного представления, состоит в том, чтобы заставить пользователей распознавать многонаправленную информацию. В частности, мы предполагаем случай, когда пользователям необходимо распознавать и различать препятствия с разными характеристиками (например, автомобили и пешеходы), находящиеся в разных направлениях. Требования для таких случаев будут реализованы путем представления направления на разные объекты с разными частотами. В предыдущем исследовании было известно, что когда высокие и низкие частоты продолжительностью 200 мс предъявляются кончикам пальцев с интервалом в 1 с, эти две частоты можно различить (Kuroki et al. , 2013). Представление в нескольких направлениях было бы важно для некоторых приложений. Например, в приложениях предупреждения о препятствиях лучше информировать пользователей о наличии множества препятствий вокруг пользователей и их местонахождении. В будущем мы хотели бы исследовать возможность многонаправленного представления методом локализации синусоидальных колебаний с разными частотами.

    С точки зрения устройства представления вибрации, которое реализует приложение направленного представления, существует требование ослабить ограничения компоновки вибротактильных приводов. Наши результаты показывают, что при стимуляции с расстояния не менее 180 мм лучше использовать вибрацию с частотой 230 Гц, при которой стандартное отклонение составляет <30 Гц. Эта политика использования вибраций с частотой 230 Гц может рассматриваться как хороший выбор, учитывая текущее распространение устройств демонстрации вибрации. Есть только несколько коммерчески доступных вибрационных устройств, таких как TacHammer, которые могут создавать сильную амплитуду на частоте 30 Гц. Напротив, существует больше устройств, которые могут выдавать 230 Гц, которые относительно доступны и их легко купить (например, Haptuator и Haptic Reactor, которые часто используются в области тактильных исследований). Если по какой-то причине мы хотим использовать вибрации с частотой 30 Гц вместо 230 Гц для стимуляции на расстоянии, это не будет проблемой, если мы можем допустить относительно большое стандартное отклонение в вариантах использования.

    4.5.2. Представление информации о положении на коже

    Наше открытие о том, что источник вибрации локализован в области руки, даже при стимуляции извне руки, можно интерпретировать как демонстрацию того, что физическое положение вибротактильного привода и воспринимаемое положение вибрации могут быть сильно разделены . Другими словами, можно использовать разделение для представления информации с помощью вибрации в положение внутри руки, не помещая источник вибрации внутрь руки. Хотя традиционный метод, при котором вибротактильная матрица контактирует с частью тела пользователя, может предоставлять информацию о положении внутри руки путем непосредственной стимуляции кожи руки, разделение стимула и восприятия имеет следующие преимущества, которые могут быть полезны в некоторых ситуациях.

    Одним из преимуществ является то, что он может уменьшить ограничения макета. Если мы хотим представить стимуляцию в положении руки, обычно нам нужно разместить вибротактильные приводы в области контакта руки. Кроме того, если мы хотим представить вибрацию распределенным образом, нам нужно разместить несколько вибротактильных приводов в ограниченном пространстве, контактирующем с рукой. Эта интеграция исполнительных механизмов является дорогостоящей в разработке. Следовательно, если вибротактильные приводы можно разместить в удаленном месте, ограничения компоновки будут уменьшены.

    Другим преимуществом является то, что тактильное ощущение поверхности системы вибропрезентации, к которой прикасается рука пользователя, может быть улучшено. Если есть система презентации, которая включает вибротактильный привод прямо под ладонью, тепло, выделяемое системой, может привести к ухудшению тактильных ощущений. Эту проблему можно решить, разместив презентационную систему, содержащую вибротактильный привод, удаленно.

    Однако, как показано на рис. 3, когда источник вибрации расположен удаленно, воспринимаемое положение ограничено и находится рядом с краем руки. Это полезно в тех случаях, когда мы хотим, чтобы пользователи локализовали стимул на краю руки, но обратите внимание, что трудно локализовать стимул вблизи центра руки.

    4.6. Ограничения

    На результат нашего эксперимента могут повлиять физические факторы, связанные с источником вибрации, средой и человеческим телом в наших экспериментальных условиях.

    В нашем эксперименте участников просили естественно положить руки на силиконовый лист. Это связано с тем, что размещение рук естественным образом не обременяет пользователя, если метод используется в качестве устройства представления пространственной информации. С другой стороны, если сила, прижимающая руку к силиконовому листу, неестественно велика или мала, вибрация, распространяющаяся на руку, изменится, и, таким образом, может измениться результат распознавания.

    Также в дальнейшей работе мы исследуем, как меняется точность локализации при смене материала носителя. В нашей экспериментальной среде распространяемая вибрация не была четкой синусоидальной формой волны с одной частотой и в некоторой степени затухала. Когда мы меняем материал среды, характеристики распространяемой вибрации будут другими, что повлияет на результат локализации. Действительно, предыдущее исследование показывает, что результаты локализации менялись в зависимости от материала в случае одномерной среды из-за изменения характеристик распространяющейся вибрации (Gongora et al., 2017).

    5. Заключение

    В этом исследовании мы исследовали эффективность метода, позволяющего пользователям локализовать источник синусоидальной вибрации вокруг руки. В частности, мы провели эксперимент для исследования способности локализации, когда исходная вибрация была низкочастотной вибрацией (30 Гц) или высокочастотной вибрацией (230 Гц). Результаты эксперимента показали, что испытуемым трудно определить расстояние до источника вибрации, но направление можно определить относительно точно. Воспринимаемое направление является относительно точным в том смысле, что воспринимаемое направление очень близко к истинному направлению стимула, как показано на рисунке 4А, в то время как воспринимаемое расстояние мало связано с истинным расстоянием и почти постоянно и близко к нулю, как показано на рисунке 4В. . Наблюдаемое смещение в распознаваемом направлении зависело от частоты вибрации. Кроме того, стандартное отклонение смещения было меньше для высокочастотной вибрации, чем для низкочастотной, по мере увеличения расстояния до стимула. Это указывает на то, что можно представить информацию о направлении с высокой точностью и небольшой изменчивостью, если соответствующая частота вибрации выбрана в соответствии с приложением, а положение стимула правильно откалибровано.

    Заявление о доступности данных

    Первоначальные материалы, представленные в исследовании, включены в статью/дополнительный материал, дальнейшие запросы можно направлять соответствующим авторам.

    Заявление об этике

    Исследования с участием людей были рассмотрены и одобрены Nippon Telegraph and Telephone Corporation (номер разрешения: R02-015 Комитета по этике NTT Communication Science Laboratories). Субъекты предоставили письменное информированное согласие на участие в этом исследовании.

    Авторские взносы

    Ю сделал прибор и провел эксперименты. Ю. и С.К. разработали эксперименты, проанализировали данные и написали рукопись. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Примечание издателя

    Все претензии, изложенные в этой статье, принадлежат исключительно авторам и не обязательно представляют претензии их дочерних организаций или издателя, редакторов и рецензентов. Любой продукт, который может быть оценен в этой статье, или претензии, которые могут быть сделаны его производителем, не гарантируются и не поддерживаются издателем.

    Дополнительный материал

    Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www. frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2022.878397/full#supplementary-material

    Ссылки

    Alles, DS (1970). Передача информации фантомными ощущениями. IEEE Trans. Человек-Мах. Сист . 11, 85–91. doi: 10.1109/TMMS.1970.299967

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    Бекеши, Г. (1958). Воронка в нервной системе и ее роль в громкости и интенсивности ощущений на коже. Дж. Акуст. соц. Я . 30, 399–412. doi: 10.1121/1.16

    Полный текст CrossRef | Академия Google

    Бекеси, Г. (1967). Сенсорное торможение . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета.

    Google Scholar

    Болановски С.Дж. мл., Гешайдер Г.А., Веррильо Р.Т. и Чекоски К.М. Четыре канала опосредуют механические аспекты прикосновения. Дж. Акуст. соц. Я . 84, 1680–1694. doi: 10.1121/1.397184

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Cadillac (2012). Автокресло Cadillac XTS предупреждает водителей об опасности . Доступно в Интернете по адресу: https://media.cadillac.com/media/us/en/cadillac/vehicles/xts/2013.detail.html/content/Pages/news/us/en/2012/Mar/0327_cadillac_safety.html ( по состоянию на 27 апреля 2021 г.).

    Чен, Х.-Ю., Сантос, Дж., Грейвс, М., Ким, К., и Тан, Х.З. (2008). «Локализация тактора на запястье», в Proceedings of Haptics: Perception, Devices and Scenarios (Мадрид), 209–218. doi: 10.1007/978-3-540-69057-3_25

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Чой, С., и Кухенбекер, К. Дж. (2012). Вибротактильный дисплей: восприятие, технология и приложения. Проц. IEEE 101, 2093–2104. doi: 10.1109/JPROC.2012.2221071

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    Холевяк, Р. В., Брилл, Дж. К., и Шваб, А. (2004). Вибротактильная локализация на животе: эффекты места и пространства. Восприятие. Психофиз . 66, 970–987. doi: 10.3758/BF03194989

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Холевяк Р. В. и Коллинз А.А. (2003). Вибротактильная локализация на руке: влияние места, пространства и возраста. Восприятие. Психофиз . 65, 1058–1077. doi: 10.3758/BF03194834

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Холевяк, Р. В., и МакГрат, К. (2006). «Вибротактильное наведение в мультимодальных системах: точность и взаимодействие», в материалах 14-го симпозиума по тактильным интерфейсам для виртуальной среды и телеоператорских систем, 2006 г. (Арлингтон, Вирджиния), 413–420. doi: 10.1109/HAPTIC.2006.1627100

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    Динер В., Бейгл М., Бадде М. и Пескара Э. (2017). «Vibrationcap: изучение вибротактильной локализации на голове человека с помощью ненавязчивого носимого тактильного дисплея», в материалах Proceedings of the International Symposium ACM 2017 по носимым компьютерам (Мауи, Гавайи), 82–89. doi: 10.1145/3123021.3123047

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    Эфрон Б. и Тибширани Р. Дж. (1994). Введение в Bootstrap . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: CRC Press. doi: 10.1201/9780429246593

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    Эльвитигала Д. С., Маттис Д. Дж. К., Диссанаяка В., Вирасинг К. и Нанаяккара С. (2019). «2bit-tactilehand: оценка тактонов для вибротактильных дисплеев на теле на руке и запястье», в материалах Proceedings of the 10th Augmented Human International Conference 2019 (Виннипег). дои: 10.1145/3311823.3311832

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

    Гешайдер, Г. А. (1965). Кожная локализация звука. Дж. Экспл. Психол . 70:617. doi: 10.1037/h0022605

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Гофф, Г. Д. (1967). Дифференциальное различение частоты кожной механической вибрации. Дж. Экспл. Психол . 74:294. doi: 10.1037/h0024561

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Гонгора Д., Нагано Х. , Судзуки Ю., Коньо М. и Тадокоро С. (2017). «Представление столкновения с использованием вибротактильных сигналов для бимануальной локализации удара для операций мобильного робота», в Материалы Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации 2017 г. (Сингапур: IEEE), 461–468. doi: 10.1109/ICRA.2017.7989059

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    Гюнтер С., Мюллер Ф., Функ М., Киршнер Дж., Дезфули Н. и Мюльхойзер М. (2018). «Tactileglove: вспомогательное пространственное наведение в трехмерном пространстве с помощью вибротактильной навигации», в материалах Proceedings of 11th Pervasive Technologies Related to Assistive Environments Conference (Корфу), 273–280. дои: 10.1145/3197768.3197785

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

    Погружение (2020). Тактильный стек — аппаратный уровень . Доступно в Интернете по адресу: https://www.immersion.com/ja/the-haptic-stack-hardware-layer/ (по состоянию на 20 апреля 2022 г. ).

    Чон, В., Ли, Ю., Бан, С., и Нам, К.С. (2013). «Оценка эффективности вибротактильной обратной связи в задаче двухмерной навигации», в International Conference on Human-Computer Interaction (Лас-Вегас, Невада: Springer), 594–600. дои: 10.1007/978-3-642-39330-3_64

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Йоханссон Р.С., Ландстро У. и Лундстро Р. (1982). Реакция механорецепторных афферентных единиц голой кожи руки человека на синусоидальные смещения кожи. Мозг Res . 244, 17–25. doi: 10.1016/0006-8993(82)-X

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Джонс, Л. А., и Рэй, К. (2008). «Локализация и распознавание образов с помощью тактильных дисплеев», в Симпозиум 2008 г. по тактильным интерфейсам для виртуальной среды и телеоператорских систем (Рено, Невада), 33–39. doi: 10.1109/HAPTICS.2008.4479910

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Капперс, А. М.Л., Бэй, Дж., и Плезье, Массачусетс (2020). «Восприятие направления вибрации на спине», в Proceedings of Haptics: Science, Technology, Applications (Лейден), 113–121. doi: 10.1007/978-3-030-58147-3_13

    Полный текст CrossRef | Академия Google

    Куроки С. и Нисида С. (2018). Тактильное обнаружение человеком внутри- и межпальцевых пространственно-временных фазовых сдвигов низкочастотных колебаний. науч. Реп . 8, 1–10. doi: 10.1038/s41598-018-22774-z

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Куроки С., Ватанабэ Дж., Мабучи К., Тачи С. и Нисида С. (2012). Направленное переназначение в тактильном кажущемся движении между пальцами: исследование последействия движения. Экспл. Мозг Res . 216, 311–320. дои: 10.1007/s00221-011-2936-0

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Куроки С., Ватанабэ Дж. и Нисида С. (2013). Вклад внутриканальной и межканальной информации в частотную вибротактильную дискриминацию. Мозг Res . 1529, 46–55. doi: 10.1016/j.brainres.2013.06.036

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Ли, Дж., и Чой, С. (2013). «Преобразование звуковых сигналов в вибротактильные эффекты на уровне восприятия в реальном времени», в Материалы конференции SIGCHI по человеческому фактору в вычислительных системах, CHI ’13 (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Ассоциация вычислительной техники), 2567–2576. doi: 10.1145/2470654.2481354

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    Ли Дж., Хан Дж. и Ли Г. (2015). «Исследование эффективности передачи информации на тактильном дисплее с обратной связью 3×3», в материалах 33-й ежегодной конференции ACM по человеческому фактору в вычислительных системах (Сеул: ACM), 1229–1232. дои: 10.1145/2702123.2702530

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar

    Линдеман Р.В. и Янагида Ю. (2003). «Эмпирические исследования эффективных тактильных ощущений ближнего поля в виртуальных средах», в Proceedings of IEEE Virtual Reality, 2003 (Лос-Анджелес, Калифорния: IEEE), 287–288. doi: 10.1109/VR.2003.11

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    Манфреди Л. Р., Бейкер А. Т., Элиас Д. О., Дамманн Дж. Ф. III., Зелински М. К., Полашок В. С. и др. (2012). Влияние распространения поверхностных волн на нейронные реакции на вибрацию голой кожи приматов. PLoS ONE 7:e31203. doi: 10.1371/journal.pone.0031203

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Миллер Л. Э., Фабио К., Равенда В., Бахмад С., Коун Э., Салемме Р. и др. (2019). Соматосенсорная кора эффективно обрабатывает прикосновения, находящиеся за пределами тела. Курс. Биол . 29, 4276–4283. doi: 10.1016/j.cub.2019.10.043

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Миллер Л. Э., Монтрони Л., Коун Э., Салемм Р., Хейворд В. и Фарне А. (2018). Восприятие с помощью инструментов расширяет соматосенсорную обработку за пределы тела. Природа 561, 239–242. doi: 10.1038/s41586-018-0460-0

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Окли И. , Ёнми К., Джунхун Л. и Джеха Р. (2006). «Определение возможности установки вибротактильных дисплеев на предплечье», в материалах 14-го симпозиума 2006 г. по тактильным интерфейсам для виртуальной среды и телеоператорских систем (Александрия, Вирджиния), 27–34. doi: 10.1109/HAPTIC.2006.1627079

    Полный текст CrossRef | Академия Google

    Патель, П., Рэй, Р.К., и Маниваннан, М. (2019). Тактильная воронка «вне тела», основанная на степенном законе, для мобильных тактильных устройств. IEEE Trans. Тактильные 12, 307-318. doi: 10.1109/TOH.2019.2933822

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Рирдон Г., Шао Ю., Данду Б., Фрайер В., Лонг Б., Георгиу О. и др. (2019). «Распространение кожных волн формирует тактильные движения: данные ультразвука, связанного с воздухом», в Proceedings of IEEE World Haptics Conference 9.1117 (Токио: IEEE), 628–633. doi: 10.1109/WHC.2019.8816150

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    Ричардсон Б. и Фрост Б. (1979). Тактильная локализация направления и расстояния звуков. Восприятие. Психофиз . 25, 336–344. doi: 10.3758/BF03198813

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Садиболова Р., Таме Л. и Лонго М. Р. (2018). Больше, чем поверхностно: интеграция кожных и мышечно-скелетных систем отсчета в локализации прикосновения. Дж. Эксп. Психол . 44:1672. doi: 10.1037/xhp0000562

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Шади В. и Торебйорк Х. (1983). Проекционные и рецептивные поля: сравнение проекционных областей ощущений, вызванных внутринейронной стимуляцией механорецепторных единиц, и территорий их иннервации. Acta Physiol. Скан . 119, 267–275. doi: 10.1111/j.1748-1716.1983.tb07337.x

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Скотт, Дж., и Грей, Р. (2008). Сравнение тактильных, визуальных и звуковых предупреждений для предотвращения наезда сзади при моделировании вождения. Гул. Факторы 50, 264–275. doi: 10.1518/001872008X250674

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Шах, В. А., Касадио, М., Шайдт, Р. А., и Мротек, Л. А. (2019). Распространение вибрации по коже руки. Заяв. Наука . 9:4329. doi: 10.3390/app29

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Шеррик, К.Е., Холевяк, Р.В., и Коллинз, А.А. (1990). Локализация низкочастотных и высокочастотных вибротактильных раздражителей. Дж. Акуст. соц. Я . 88, 169–179. doi: 10.1121/1.399937

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    София К.О. и Джонс Л. (2013). Механические и психофизические исследования распространения поверхностных волн при вибротактильном раздражении. IEEE Trans. Тактильные 6, 320-329. doi: 10.1109/TOH.2013.1

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Сренг Дж., Лекуйер А. и Андриот К. (2008). «Использование шаблонов вибрации для предоставления информации о местоположении удара при тактильных манипуляциях с виртуальными объектами», в материалах Международной конференции по тактильным ощущениям человека и компьютерным приложениям с сенсорным экраном (Мадрид), 589–598. doi: 10.1007/978-3-540-69057-3_76

    CrossRef Полный текст | Google Scholar

    Тава С., Нагано Х., Тадзаки Ю. и Йококоджи Ю. (2020). Расширенное фантомное ощущение: вибротактильное ощущение движения в области вне интерстимула. Доп. Робот . 1–13. doi: 10.1299/jsmermd.2020.2A1-P10

    Полный текст CrossRef | Google Scholar

    Удзитоко Ю., Токухиса Р., Сакураи С. и Хирота К. (2021). Локализация источника ударной вибрации в двухмерном пространстве вокруг руки. IEEE Trans. Тактильные . doi: 10.1109/TOH.2021.3085756

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Валбо, А., и Йоханссон, Р. (1984). Свойства кожных механорецепторов руки человека, связанные с тактильными ощущениями. Гум. Нейробиол . 3, 3–14.

    Реферат PubMed | Google Scholar

    ван Эрп, Дж. Б. (2008). Абсолютная локализация вибротактильных раздражителей на туловище. Восприятие. Психофиз . 70, 1016–1023. doi: 10.3758/PP.70.6.1016

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Ватанабе Дж., Амемия Т., Нисида С. и Джонстон А. (2010). Сжатие тактильной длительности за счет вибротактильной адаптации. Нейроотчет 21, 856–860. дои: 10.1097/WNR.0b013e32833d6bcb

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar

    Вентинк Э., Малдер А., Ритман Дж. С. и Велтинк П. Х. (2011). «Вибротактильная стимуляция бедра: влияние местоположения, метод стимуляции и привыкание», Ежегодная международная конференция IEEE Engineering in Medicine and Biology Society , 2011 г. (Бостон, Массачусетс: IEEE), 1668–1671. doi: 10.1109/IEMBS.2011.60

    PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Уобброк, Дж.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.