Tần số rung là gì?

Tần số rung

Trong vật lý, rung động (vibration) đề cập đến chuyển động dao động tuần hoàn của một vật thể xung quanh một điểm tham chiếu trung tâm. Chuyển động này được đặc trưng bởi sự di chuyển qua lại lặp lại theo các khoảng thời gian đều đặn, được xác định bởi các thông số cụ thể như biên độ, tần số và pha.

Tần số rung động là một đại lượng định lượng cho biết mức độ thường xuyên mà một vật thể hoàn thành một chu kỳ chuyển động dao động đầy đủ trong một giây, được biểu thị bằng hertz (Hz). Số liệu này là then chốt trong việc mô tả đặc điểm hành vi động của các hệ thống, từ các thiết lập cơ học đơn giản, như âm thoa rung ở một tần số đơn, chính xác, đến các tổ hợp phức tạp, chẳng hạn như động cơ đốt trong, nơi nhiều bộ phận rung ở các tần số khác nhau. Hiểu tần số rung động giúp phân tích hành vi hệ thống, chẩn đoán các vấn đề và thiết kế các cấu trúc và bộ phận để tránh các điều kiện cộng hưởng có thể dẫn đến hỏng hóc hoặc không hiệu quả.

Tần số rung có thể rất thấp (ví dụ: rung động của một cây cầu khi có xe chạy qua) đến rất cao (ví dụ: rung động của màng loa khi phát ra âm thanh tần số cao). Tần số rung có thể được phân loại theo nhiều cách, ví dụ:

• Tần số thấp: Thường dưới 20 Hz. Con người có thể cảm nhận được rung động ở tần số này.
• Tần số âm thanh: Từ 20 Hz đến 20,000 Hz (20 kHz). Đây là dải tần số mà tai người có thể nghe được.
• Tần số siêu âm: Trên 20 kHz. Tai người không nghe được tần số này.
• Tần số hạ âm: Dưới 20Hz. Tai người không nghe được, nhưng có thể cảm nhận bằng cơ thể.

Tần số rung xuất hiện rất nhiều trong đời sống thực tế như máy móc, thiết bị khi được vận hành đều có một dải tần số rung đặc trưng. Sự thay đổi tần số rung là dấu hiệu của sự cố. Tần số trong các nhạc cụ cũng quyết định âm sắc được tạo ra. Trong xây dựng và địa chất các tòa nhà, công trình đều có tần số rung tự nhiên. Thậm chí trong y học tần số rung cũng được áp dụng trong chuẩn đoán và chưa bệnh.

Tần số rung được tạo do sự kết hợp giữa có yếu tố như:

• Dao động/Rung động (Vibration/Oscillation): Như đã giải thích ở trên, là sự chuyển động qua lại (hoặc lên xuống, tới lui) quanh một vị trí cân bằng.
• Một chu kỳ dao động hoàn chỉnh (One Complete Cycle): Đây là quá trình vật thể bắt đầu từ một vị trí, thực hiện đầy đủ các chuyển động trong quá trình dao động, và trở về vị trí ban đầu với cùng trạng thái chuyển động như lúc bắt đầu. Ví dụ:
• Gia tốc (Acceleration): Tốc độ của một vật thể rung động thay đổi từ 0 đến giá trị cực đại trong mỗi chu kỳ rung động. Nó di chuyển nhanh nhất khi đi qua vị trí đứng yên tự nhiên của nó đến một vị trí cực đại.

Chu kỳ tần số rung

Chu kỳ tần số rung (Vibration Period), thường được gọi tắt là chu kỳ rung, là thời gian cần thiết để một vật thể hoàn thành một chu kỳ dao động hoàn chỉnh. Nó là khoảng thời gian mà vật thể di chuyển từ một vị trí, qua các vị trí khác trong quá trình dao động, và trở về đúng vị trí ban đầu đó, sẵn sàng lặp lại quá trình.

Đây là quá trình vật thể bắt đầu từ một vị trí, thực hiện đầy đủ các chuyển động trong quá trình dao động, và trở về vị trí ban đầu với cùng trạng thái chuyển động như lúc bắt đầu. Ví dụ:

• Con lắc: Một chu kỳ là khi con lắc đi từ điểm cao nhất bên trái, xuống, sang điểm cao nhất bên phải, rồi trở lại điểm cao nhất bên trái.
• Lò xo: Một chu kỳ là khi lò xo bị kéo dãn ra, sau đó co lại, rồi lại dãn ra đến đúng vị trí ban đầu.
• Sóng âm: Một chu kỳ là một lần nén và giãn hoàn chỉnh của không khí.

Chu kỳ được đo bằng đơn vị thời gian. Đơn vị phổ biến nhất là giây (s), nhưng cũng có thể là mili giây (ms), micro giây (µs), v.v., tùy thuộc vào tốc độ dao động. Chu kỳ thường được ký hiệu là T

Chu kỳ (T) và tần số (f) có mối quan hệ nghịch đảo với nhau:

T = 1 / f (Chu kỳ bằng nghịch đảo của tần số)
f = 1 / T (Tần số bằng nghịch đảo của chu kỳ)

Điều này có nghĩa là nếu chu kỳ dài (vật dao động chậm), thì tần số thấp và ngược lại nếu chu kỳ ngắn (vật dao động nhanh), thì tần số cao. Ví dụ:

• Nếu một con lắc thực hiện 1 dao động hoàn chỉnh trong 2 giây (T = 2s), thì tần số rung của nó là f = 1/2 = 0.5 Hz.
• Một dây đàn guitar rung động với tần số 440 Hz (nốt La). Chu kỳ rung động của nó là T = 1/f = 1/440 ≈ 0.00227 giây (khoảng 2.27 mili giây).

Phân chia loại rung động

Các loại rung động có thể được phân loại rộng rãi thành hai loại chính: tự nhiên và không tự nhiên (do con người tạo ra), mỗi loại có các loại và ảnh hưởng cụ thể.

Rung động tự nhiên bao gồm:

• Động đất (Earthquakes): Hoạt động địa chấn gây ra rung chuyển mặt đất, ảnh hưởng đến các công trình và bề mặt trái đất.
• Gió (Wind): Luồng không khí có thể dẫn đến dao động trong các công trình hoặc vật thể, ảnh hưởng đến thiết kế kỹ thuật cho các tòa nhà và cầu.
• Sóng biển (Ocean Waves): Chuyển động của nước gây ra rung động trong các công trình biển, rất quan trọng cho việc thiết kế các bến cảng và giàn khoan ngoài khơi.

Rung động không tự nhiên (do con người tạo ra) được tạo ra bởi:

• Máy móc (Machines): Kết quả từ các chuyển động cơ học, những rung động này là chìa khóa trong việc theo dõi tình trạng và hiệu quả của thiết bị công nghiệp.
• Phương tiện giao thông (Vehicles): Gây ra bởi động cơ, sự không bằng phẳng của đường và lực khí động học, ảnh hưởng đến thiết kế xe và xây dựng đường.
• Hoạt động của con người (Human Activity): Các hành động như đi bộ, chạy hoặc sử dụng các công cụ tạo ra rung động có thể ảnh hưởng đến công thái học tại nơi làm việc và thiết kế công cụ.

Thời gian rung động tiếp tục phân loại chúng thành:

• Ngắn hạn (Short-term): Chẳng hạn như tác động từ búa đập hoặc sự giải phóng năng lượng nhanh chóng trong các vụ nổ, rất quan trọng cho việc đánh giá an toàn và thiết kế bảo vệ.
• Dài hạn (Liên tục) (Long-term (Continuous)): Từ máy móc quay, tuabin gió và giao thông, những rung động này có ý nghĩa đối với lịch trình bảo trì và độ bền của kết cấu.

Rung động cũng khác nhau tùy theo đối tượng mà chúng tác động:

• Rung động trên người (Human Vibration): Bao gồm rung động toàn thân và rung động tay-cánh tay, với các tác động đến sức khỏe từ khó chịu đến các tình trạng bệnh lý nghiêm trọng.
• Rung động máy (Machine Vibration): Bao gồm rung động quay và rung động tịnh tiến, rất quan trọng cho việc bảo trì và thiết kế máy móc.
• Rung động kết cấu (Structure Vibration): Bao gồm cộng hưởng và rung động cưỡng bức, những cân nhắc thiết yếu trong kỹ thuật kiến trúc và xây dựng dân dụng để đảm bảo tính toàn vẹn của kết cấu.
• Rung động mặt đất (Ground Vibration): Bao gồm sóng bề mặt và sóng khối, ảnh hưởng đến các biện pháp thi công và các biện pháp an toàn địa chấn.

Tại sao cần phải đo lường tần số rung ?

Nguồn gốc rung động đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định mức độ nghiêm trọng và bản chất của rung động. Các nguồn tự nhiên, chẳng hạn như động đất và gió, có thể tạo ra rung động với nhiều mức độ nghiêm trọng khác nhau — từ hầu như không đáng chú ý đến cực kỳ dữ dội — và các tần số thường không thể đoán trước và đa dạng.

Cơ thể con người chúng ta có thể cảm nhận được rung động qua tiếp xúc trực tiếp với nguồn rung động. Nhưng lại không thể xác định được những rung động ấy có gây hại gì cho chúng ta hay không, như động đất cấp I đến cấp IV là mức độ con người chúng ta có thể chấp nhận được và không gây thiệt hại quá nhiều nhưng khi mức độ tăng cao sẽ gây thiệt hại lớn cả về người lẫn tài sản.

Rung động do con người tạo ra, được tạo ra bởi máy móc, phương tiện và hoạt động của con người, có xu hướng có tính chất dễ đoán và lặp đi lặp lại hơn, với mức độ nghiêm trọng của chúng liên quan chặt chẽ đến cường độ hoạt động của nguồn.

Ví dụ, máy móc công nghiệp có thể tạo ra rung động liên tục có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn cấu trúc của các tòa nhà lân cận theo thời gian, trong khi rung động không liên tục từ các hoạt động của con người, mặc dù thường ít nghiêm trọng hơn, có thể phá vỡ các hoạt động nhạy cảm trong môi trường như bệnh viện hoặc phòng thí nghiệm.

Việc rung động kéo dài bao lâu cũng rất quan trọng. Rung động ngắn, mạnh như từ vụ nổ, sẽ khác với rung động nhẹ nhưng kéo dài liên tục từ máy móc đang chạy. Hiểu rõ những đặc điểm riêng của rung động từ các nguồn khác nhau giúp chúng ta kiểm soát tác hại của chúng tốt hơn. Nhờ đó, ta có thể làm cho mọi thứ an toàn hơn, thoải mái hơn và máy móc hoạt động ổn định hơn trong nhiều trường hợp.

Tần số rung tác động đến sức khỏe

Cũng tương tự với động đất, trong cuộc sống có rất nhiều thiết bị hay vật rung động ở xung quanh chúng ra mà không thể quan sát và đánh giá được mức độ rung động đó có gây nguy hại đến của sống thường nhật của chúng ta hay không.

Nhưng thật ra, bất kỳ rung động nào cũng có hai đại lượng đo lường được đó là khoảng cách (biên độ /cường độ) và tốc độ/ tần số của vậy thể di chuyển giúp xác định được đặc tính rung động của nó. Các thuật ngữ được sử dụng để mô tả chuyển động này là tần số, biên độ và gia tốc.

Khi rung động xâm nhập vào cơ thể con người qua tiếp xúc cơ thể thông qua các thiết bị tạo rung động như khi một người vận hành các loại thiết bị như cưa điện, đục điện, khoan… những rung động do thiết bị tạo ra khi hoạt động sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến bàn tay và cánh tay. Sự tiếp xúc như vậy được gọi là sự tiếp xúc với rung động tay-cánh tay. Khi một công nhân ngồi hoặc đứng trên sàn hoặc ghế rung động, sự tiếp xúc với rung động ảnh hưởng đến gần như toàn bộ cơ thể và được gọi là sự tiếp xúc với rung động toàn thân.

Nguy cơ chấn thương do rung động phụ thuộc vào sự tiếp xúc trung bình hàng ngày. Đánh giá nguy cơ có tính đến cường độ và tần số của rung động, thời gian (tính bằng năm) tiếp xúc và bộ phận cơ thể nhận năng lượng rung động.

Rung động tay-cánh tay gây tổn thương cho tay và ngón tay. Nó xuất hiện dưới dạng tổn thương mạch máu, dây thần kinh và khớp ở ngón tay. Tình trạng kết quả được gọi là bệnh ngón tay trắng, hiện tượng Raynaud hoặc hội chứng rung động tay-cánh tay (HAVS). Một trong những triệu chứng là sự co thắt mạch của bàn tay khi gặp lạnh hoặc stress tâm lý, gây khó chịu và thay đổi màu sắc (nhợt, xanh, ban đỏ hoặc kết hợp) ở một hay nhiều ngón tay. Bệnh ngón tay trắng do rung động gây ra cũng làm giảm lực nắm và mất độ nhạy khi chạm vào.

Tác động sức khỏe của rung động toàn thân (WBV) chưa được hiểu rõ. Các nghiên cứu về người lái xe tải nặng đã cho thấy sự gia tăng tỷ lệ rối loạn đường ruột và hệ tuần hoàn, cơ xương và thần kinh.

Tuy nhiên, rối loạn hệ thần kinh, tuần hoàn và tiêu hóa không chỉ đặc trưng cho sự tiếp xúc với rung động toàn thân. Những rối loạn này có thể do sự kết hợp của nhiều điều kiện làm việc và yếu tố lối sống khác nhau hơn là chỉ do một yếu tố vật lý duy nhất. Có thêm thông tin trong tài liệu OSH Answers Rung động – Tác động sức khỏe, mô tả tác động của rung động tay-cánh tay và rung động toàn thân.

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ RUNG THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

1. TCVN 5127 – 90. Rung cục bộ – Giá trị cho phép và phương pháp đánh giá.

2. TCVN 6964 -1:2001 (ISO 2631-1:1997) – Rung động và chấn động cơ học – Đánh giá sự tiếp xúc của con người với rung động toàn thân.

Để đo được độ rung cần các thiết bị chất lượng cao để. Hiện nay máy phân tích độ rung VA-14 mới của hãng Rion nổi bật với chức năng phân tích FFT, bao gồm đầy đủ các chức năng cần thiết cho chẩn đoán thiết bị và đo lường tại hiện trường. Thiết bị nhẹ với trọng lượng khoảng 665g đó và có hình dạng mỏng hơn, giúp dễ dàng cầm bằng một tay hơn.

Cổng LAN mới tăng cường kết nối với các thiết bị truyền thông, cho phép điều khiển máy đo và truyền tệp từ xa. Ngoài ra, bằng cách cài đặt chương trình tùy chọn VX-14S, có thể kết nối micro và đo âm thanh. Do đó, VA-14 có thể bao gồm không chỉ đo rung mà còn cả phân tích và đánh giá tần số âm thanh.

Thiết bị có thể được sử dụng trong nhiều tình huống đo lường khác nhau, bao gồm đo độ rung phát ra từ các vật thể quay như máy móc và động cơ, chẩn đoán thiết bị bằng rung động, và nghiên cứu và phát triển sản phẩm.

Đặc điểm nổi bật của VA-14

• Phân tích FFT 1 kênh nâng cao với khả năng đo đa thông số đồng thời.
• Khả năng vận hành từ xa thông qua kết nối USB-C và LAN.
• Thao tác bằng một tay tiện dụng với trọng lượng giảm.
• Các tùy chọn đo lường toàn diện bao gồm gia tốc, vận tốc, độ dịch chuyển và hệ số đỉnh.
• Phân tích phổ thông minh với các tính năng TOP10 và PEAK10.
• Tùy chọn nguồn điện linh hoạt qua USB-C.
• Tùy chỉnh bộ lọc nâng cao để đo lường chính xác.
• Hỗ trợ đầy đủ các đơn vị đo lường Anh (G, inch/s, mils).

Mua thiết bị đo và phân tích độ rung chính hãng ở đâu?

Lidinco là công ty cung cấp các loại máy đo độ rung, thiết bị phân tích độ rung, cảm biến rung uy tín nhập khẩu trực tiếp từ hãng sản xuất với giá cạnh tranh. Các sản phẩm đều được bảo hành theo chính sách hãng, tư vấn kỹ thuật tận tình.

Ngoài ra, Lidinco còn cung cấp các loại thiết bị phân tích âm thanh, đo lường viễn thông, vật tư nhà máy, công nghiệp, thiết bị giáo dục, thiết bị SMT và các loại thiết bị chuyên dụng khác.

Công Ty TNHH Đầu Tư Phát Triển Cuộc Sống
Địa chỉ: 487 Cộng Hòa, Phường 15, Quận Tân Bình, TPHCM, Việt Nam
Điện thoại: 028 3977 8269 / 028 3601 6797
Di động: 0906 988 447
Email: sales@lidinco.com