Tuesday, 9 July 2024

การสั่นสะเทือนคืออะไร? (Vibration) เข้าใจพื้นฐานและความสำคัญ

ในทางฟิสิกส์การสั่นสะเทือน (Vibration) คือการเคลื่อนที่เป็นระยะของวัตถุรอบจุดอ้างอิงศูนย์กลาง การเคลื่อนไหวนี้มีลักษณะพิเศษคือการเคลื่อนไหวไปมาซึ่งทำซ้ำในช่วงเวลาสม่ำเสมอ ซึ่งกำหนดโดยพารามิเตอร์เฉพาะ เช่นแอมพลิจูด ความถี่ และเฟส

  • แอมพลิจูดแสดงถึงระยะห่างสูงสุดจากตำแหน่งอ้างอิง ซึ่งระบุขอบเขตของการสั่น
  • ความถี่ที่วัดเป็นเฮิรตซ์ (Hz) แสดงถึงจำนวนรอบที่การสั่นสะเทือนเสร็จสมบูรณ์ต่อวินาที
  • เฟสอธิบายตำแหน่งของวงจรการแกว่ง ณ จุดที่กำหนดโดยสัมพันธ์กับจุดอ้างอิง

การสั่นสะเทือนสามารถเกิดขึ้นได้ในระบบทางกายภาพต่างๆ ตั้งแต่การเคลื่อนที่แบบฮาร์มอนิกอย่างง่ายของลูกตุ้มไปจนถึงรูปแบบการสั่นสะเทือนที่ซับซ้อนของโมเลกุล และคลื่นแผ่นดินไหวที่เกิดจากแผ่นดินไหว

แนวคิดนี้เป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจว่าพลังงานถูกส่งผ่านระบบในรูปของคลื่นอย่างไร ซึ่งมีบทบาทสำคัญในสาขาต่างๆ เช่นวิศวกรรมเครื่องกล เสียง และวัสดุศาสตร์ ซึ่งการควบคุมหรือการควบคุมการสั่นสะเทือนสามารถนำไปสู่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่สำคัญและข้อมูลเชิงลึกใน ธรรมชาติของสสารและพลังงาน

ประเภทของการสั่นสะเทือน

ประเภทการสั่นสะเทือนสามารถแบ่งกว้าง ๆ ได้เป็นสองประเภทหลัก: จากธรรมชาติและไม่ใช่ธรรมชาติ (ที่มนุษย์สร้างขึ้น) แต่ละประเภทมีประเภทและผลกระทบเฉพาะ

ธรรมชาติได้แก่:

  • แผ่นดินไหว: กิจกรรมแผ่นดินไหวที่ทำให้เกิดการสั่นและสะเทือนของพื้นดิน ส่งผลกระทบต่อโครงสร้างและพื้นผิวโลก
  • ลม: กระแสลมที่สามารถทำให้เกิดการสั่นในโครงสร้างหรือวัตถุ ซึ่งมีอิทธิพลต่อการออกแบบทางวิศวกรรมสำหรับอาคารและสะพาน
  • คลื่นทะเล: การเคลื่อนที่ของน้ำที่ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนในโครงสร้างทางทะเลมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการออกแบบท่าเรือและชานชาลานอกชายฝั่ง

สิ่งไม่เป็นธรรมชาติ (ที่มนุษย์สร้างขึ้น) เกิดจาก:

  • เครื่องจักร: การสั่นสะเทือนเหล่านี้เป็นผลจากการเคลื่อนไหวทางกล เป็นส่วนสำคัญในการตรวจสอบสุขภาพและประสิทธิภาพของอุปกรณ์อุตสาหกรรม
  • ยานพาหนะ: เกิดจากเครื่องยนต์ ความผิดปกติของถนน และแรงแอโรไดนามิก ซึ่งส่งผลต่อการออกแบบรถยนต์และการก่อสร้างถนน
  • กิจกรรมของมนุษย์: การกระทำต่างๆ เช่น การเดิน การวิ่ง หรือการใช้เครื่องมือ จะสร้างแรงสั่นสะเทือนที่อาจส่งผลต่อหลักสรีระศาสตร์ในที่ทำงานและการออกแบบเครื่องมือ

ระยะเวลาของการสั่นสะเทือนแบ่งได้เป็น:

  • ระยะสั้น: เช่น ผลกระทบจากการกระแทกด้วยค้อนหรือการปล่อยพลังงานอย่างรวดเร็วจากการระเบิด ซึ่งมีความสำคัญต่อการประเมินความปลอดภัยและการออกแบบการป้องกัน
  • ระยะยาว (ต่อเนื่อง): จากเครื่องจักรที่กำลังหมุน กังหันลม และการจราจร การสั่นสะเทือนเหล่านี้มีผลกระทบต่อกำหนดการบำรุงรักษาและความทนทานของโครงสร้าง

 

การสั่นสะเทือนยังแตกต่างกันไปตามวัตถุที่ส่งผลกระทบ:

  • ผลกระทบต่อมนุษย์: รวมถึงการสั่นสะเทือนทั้งร่างกายและแขนมือ โดยมีผลกระทบต่อสุขภาพตั้งแต่ความรู้สึกไม่สบายไปจนถึงสภาวะทางการแพทย์ที่ร้ายแรง
  • ผลกระทบต่อเครื่องจักร: ประกอบด้วยการสั่นแบบหมุนและแบบลูกสูบ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการบำรุงรักษาและการออกแบบเครื่องจักร
  • ผลกระทบต่อโครงสร้าง: ครอบคลุมการสั่นพ้องและการสั่นแบบบังคับ ข้อควรพิจารณาที่สำคัญในด้านสถาปัตยกรรมและวิศวกรรมโยธาเพื่อให้มั่นใจในความสมบูรณ์ของโครงสร้าง
  • ผลกระทบต่อพื้นดิน: เกี่ยวข้องกับคลื่นพื้นผิวและร่างกาย ส่งผลกระทบต่อการปฏิบัติงานในการก่อสร้างและมาตรการด้านความปลอดภัยจากแผ่นดินไหว

การวัดความสั่นสะเทือน

เครื่องมือวัดความสั่นสะเทือนเป็นเครื่องมือที่ออกแบบมาเพื่อวัดระดับการสั่นสะเทือนและความถี่ของเครื่องจักร โครงสร้าง และวัตถุอื่นๆ

อุปกรณ์เหล่านี้จำเป็นสำหรับการตรวจสอบ วิเคราะห์ และวินิจฉัยสภาพและสถานะการทำงานของระบบต่างๆ ช่วยระบุการสั่นสะเทือนที่อาจบ่งบอกถึงการสึกหรอ ความไม่สมดุล การวางแนวที่ไม่ถูกต้อง หรือปัญหาทางกลไกอื่นๆ

โดยทั่วไปแล้วเครื่องมือจะวัดปริมาณการสั่นในแง่ของการกระจัด (Displacement) ความเร็ว (Velocity) และความเร่ง (Acceleration) โดยให้ข้อมูลที่วิศวกรและช่างเทคนิคใช้เพื่อรักษาประสิทธิภาพของอุปกรณ์ ป้องกันความล้มเหลว และรับประกันความปลอดภัย

นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม การก่อสร้าง และวิศวกรรม ซึ่งการทำความเข้าใจและการควบคุมการสั่นสะเทือนเป็นสิ่งสำคัญในการยืดอายุการใช้งานของเครื่องจักรและโครงสร้าง เช่นเดียวกับในการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมเพื่อประเมินผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและความเป็นอยู่ของมนุษย์

ประเภทเซ็นเซอร์ที่ใช้ในการทดสอบการสั่นสะเทือน

สำหรับการทดสอบการสั่นสะเทือน โดยทั่วไปจะใช้เซ็นเซอร์หลายประเภท โดยแต่ละประเภทได้รับการออกแบบมาเพื่อจับลักษณะเฉพาะด้วยความแม่นยำและความน่าเชื่อถือสูง เซ็นเซอร์หลักประกอบด้วย:

1. เซ็นเซอร์วัดความเร่ง (Acceleration): เซ็นเซอร์เหล่านี้เป็นเซ็นเซอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการทดสอบการสั่นสะเทือน ซึ่งสามารถวัดแรงเร่งความเร็วที่วัตถุแสดงออกเมื่อสั่นสะเทือน

มาตรความเร่งมีความหลากหลายและสามารถให้ข้อมูลในช่วงความถี่ที่กว้าง ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่การบำรุงรักษาเครื่องจักรอุตสาหกรรมไปจนถึงการตรวจสอบแผ่นดินไหว

2.เซ็นเซอร์ความเร็ว (Velocity): เซ็นเซอร์เหล่านี้วัดความเร็วของการสั่นสะเทือน โดยให้ข้อมูลเชิงลึกโดยตรงเกี่ยวกับองค์ประกอบความเร็วของการเคลื่อนที่แบบสั่น เซ็นเซอร์วัดความเร็วมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการใช้งานความถี่ต่ำถึงปานกลาง ซึ่งสามารถจับอัตราการเปลี่ยนแปลงของตำแหน่งในช่วงเวลาหนึ่งได้อย่างแม่นยำ

3.เซนเซอร์การกระจัด (Displacement): มุ่งเน้นไปที่การวัดระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่จากจุดอ้างอิง ดิสเพลสเมนต์เซนเซอร์มีความสำคัญอย่างยิ่งในการประเมินแอมพลิจูดของการสั่นสะเทือน สิ่งเหล่านี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการใช้งานที่จำเป็นต้องมีความเข้าใจการเคลื่อนไหวทางกายภาพของส่วนประกอบ เช่น ในการตรวจสอบสภาพของสะพานหรืออาคาร