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移动实验室及其发展,基础篇(下)

时间:2022-04-03 09:39:24 浏览量:

zoޛ)j馟jWr׫bsiO}}u4?4?iF材料应承受稳态长期自然光化学效应。

注:适用于移动实验室长期在户外无遮盖和贮存时,在55℃温度条件下。

3.1.3 保温性

自行式、拖挂式移动实验室在移动低温环境工作状态下,应能承受室内外20℃~25℃的温差。方舱式移动实验室在移动低温环境工作状态下,应能承受室内外55℃的温差。

3.1.4 湿度

移动实验室应能在空气相对湿度95%以下(温度为25℃)的环境下可正常工作。

3.1.5 海拨高度及低气压

移动实验室应在海拨高度3000米以下能正常工作。

仪器设备应适应不同海拨低气压环境条件,至少应保证在气压值不高于84kPa环境下能正常工作。

3.1.6 霉菌

移动实验室应具有抗霉菌能力,同时可有效抑制霉菌生长。

3.1.7 盐雾

移动实验室外部涂层及金属零部件应具有抗盐雾能力。在盐雾环境下使用的仪器设备,至少应保证在浓度为(5±0.1)%盐雾环境中能正常工作。

3.1.8 砂尘

安装在移动实验室外部的设备及设施,在吹砂浓度为0.18g/m3环境条件下,应能正常工作。

3.2 振动冲击特性

移动实验室应具有良好的防振措施,减弱及消除移动中机械振动产生的影响。移动实验室实验舱的振动冲击特性应符合GB/T 29477的规定。仪器设备的振动冲击特性应符合GB/T 29476的规定。仪器设备及设施应具有固定装置、安装接口及减震措施,以保证移动实验室移动过程中其自身固定可靠、不发生位移。载具引起的机械振动,不应对移动实验室造成失效和损坏;方舱式移动实验室应能承受铁路运输时的撞击和装卸过程中的跌落冲击。

3.3 空间特性

3.3.1 密闭性

移动实验室处于工作状态时,门窗关闭、放下遮光窗帘,不应有直射光线漏出实验舱外。方舱式移动实验室应在达到降雨强度6mm/min,试验时间为1h后,室内无渗漏水现象。自行式、拖挂式移动实验室的防雨密封性限值应不小于94分,分值计算按QC/T 476的规定。在实验舱内、外压差值为200Pa时,单位容积的泄风量应不大于15m3/h·m3。

3.3.2 通风性

移动实验室应设置适宜的通风及换气装置,保证良好的通风性。根据不同功能移动实验室的需要,必要时可选择配备负压装置、正压装置、排风罩、排风柜、全新风系统等专用通风装置,以确保不同功能移动实验室的通风安全。通风装置应加装过滤器,并采取有效的减振降噪措施。

3.3.3 空气质量

移动实验室室内空气质量应符合GB/T 27630的规定。内装饰材料有害物质限量应符合GB/T 29474的规定。

3.3.4 电磁屏蔽性

移动实验室应具备良好的电磁屏蔽特性。移动实验室无线电骚扰特性及其限值应符合GB 14023、GB 18655的规定。仪器设备电磁兼容的抗扰度、发射限值应符合GB/T 29476的规定。

3.3.5 噪声

移动实验室移动时噪声应符合以下要求:

◆自行式移动实验室室外噪声限值应符合GB 1495中表1的限值要求;

◆移动实验室室内噪声宜不大于68dB(A),不得影响工作人员身体健康;

◆对于特殊要求的移动实验室,正常工作时,噪音应符合实验环境需求。

3.3.6 人类工效学

移动实验室的工作系统设计应符合GB/T 16251的规定。移动实验室应配置实验人员专用座椅,座椅可移动、可旋转、可升降,符合人类工效学,不用时可方便固定在实验舱相应位置,相关技术要求应符合GB/T 14774的规定。

3.4 载具特性

载具应具备足够的动力,比功率应大于等于10.0kW/t,最大爬坡度应大于等于30%。载具应具备良好的侧翻稳定性,侧倾稳定角应不小于30°。载具应具备良好的平顺性,平顺性值Leq应小于等于115 (dB),平顺性值计算按QC/T 474的规定。载具污染物排放应符合国家环保的有关规定。载具应能适应四级及以上公路。

3.5 安全特性

移动实验室的安全管理规范应符合GB/T 29472的规定。移动实验室应设置带明确醒目标识的有害废弃物收集和处理装置,有害废弃物贮存安全防护应符合GB/T 29478的规定。仪器设备的安全性应符合GB/T 29476的规定。内装饰材料的阻燃性应符合GB/T 29474的规定。移动实验室应设计有应急出口,洞口面积应能通过一个长轴500mm,短轴(旋转轴)330mm的椭圆体。移动实验室应安装灭火器及烟雾报警器,以保障车内人员及设备安全。移动实验室应配备接地装置,当环境温度为15℃~35℃,相对湿度为45%~75%时,其电气回路各回路对地及相互间的冷态绝缘电阻值应不小于2MΩ。仪器不工作时,要求接地装置与拖地的接地链条连接,而仪器工作时,要求接地装置与外接电源零线或接地钎相连,同时应设置防静电接地。移动实验室应配备适宜的防雷装置,以保障在野外作业的安全。

3.6 辅助特性

3.6.1 供水特性

移动实验室应配备给排水设施或接口,净、废水收集装置。配备排空装置,必要时应具有保温、防冻功能,保障在野外实验活动的供水需求。

3.6.2 供配电性

移动实验室应配备三套电源系统或接口,包括外接市电、UPS供电、发电机供电三种方式,其功率应能满足实验设备正常使用时的供电需求。并在没有外接市电的情况下,可通过车载发电机或UPS进行不低于4小时的持续稳定供电。移动实验室应具有应急照明装置。移动实验室的配电系统应采用集中控制配电箱,具有稳压、短路、断路、过载、过压、欠压、漏电等保护功能,应设置电源总开关,各路供电应有单独控制开关,分别控制。

3.6.3 供气特性

移动实验室应根据需要配备易于更换和维护的气瓶柜和紧固装置,并配备各相应的管路和接口,气瓶安装应具有抗振措施,保障在野外工作的气体使用需求。

3.6.4 可保障性

移动实验室应尽可能采用标准化、通用化的零部件,并配备必要工具及备件。移动实验室应根据实验活动需要,配备试验样品、药品临时存放的冷藏及冷冻保存装置,保障在野外实验活动的正常进行。仪器设备应具有故障报警、自动诊断功能,并配备必要工具及备件,保障仪器设备在现场维修后,快速恢复到工作状态。

4 移动实验室主要技术要求

4.1 载具

载具是将移动实验室运送到检测现场的必不可少的运载工具,它使得移动实验室现场检测得以实现。陆地上使用的移动实验室用载具安全、环保性能应符合国家强制性检验标准的要求,其外廓尺寸、轴荷及质量限值应满足道路车辆的要求。载具制造商应提供载具的使用说明书、改装手册。

环境适应性方面,移动实验室载具应在环境温度-40℃~+45℃、空气相对湿度95%以下、海拔高度5000米以下、三级及其以上公路行驶和工作环境下能够正常运行。作为自行式载具,在不配装独立发电机时,除车辆自身所需电量外应有冗余,设计上,应留有方便取电的接口。在规定使用环境条件下,载具的首次故障里程不得小于5000km,平均故障间隔里程不得小于4500km。维护保养方面,维修的部件应做到可接近性好,拆装简便、检查测试容易,各种保养和修理所需的作业工时少。载具根据移动实验室检测条件及检测仪器的需要,可增加车速限制系统,应有足够的空间安装取力器、水泵、油泵、气泵等设备。载具使用的平衡支腿应反应迅速、灵敏,伸缩自如,不得有卡滞现象,方便可靠。载具的出厂检验应符合相应技术规范要求,使用过程中应定期检查与保养,保证可靠性,延长使用寿命。

4.2 实验舱

移动实验室的实验舱是移动实验室的重要组成部分,他是检测人员的具体工作地点,并为检测人员、仪器设备及检测工作提供稳定可靠的检测环境。

实验舱设计应确保环境温度在-40℃~+40℃、空气相对湿度:95%以下(环境温度为25℃)环境下确保舱内正常工作,并能在四级及其以上公路行驶;实验舱在适度强度进行冲击性试验后应能正常工作。实验舱工作寿命应不小于10个日历年,并且平均故障里程不小于3000Km,并具备良好的维修性。实验舱应具备良好的保温性能。在密闭性方面,实验舱处于工作状态,门窗关闭,放下遮光窗帘,不应有直射光线漏出舱外。雨淋试验后,实验舱的顶蓬和侧壁不应有渗漏现象,门、窗、孔口处不应有漏水现象。同时实验舱应具备良好的电磁屏蔽性能,并符合国家相关规定。实验舱结构根据功能需要,宜采用“三区域,两隔离”的设计结构,在舱体内通过设计两道隔离屏障,实现辅助设备区、实验作业区、数据处理区的相对独立,以满足实验舱的各个功能子系统的展开,各区内的布置设计还应符合人机工效学原理。实验舱应根据需要设置合理数量的门、窗及孔口,均应保证启闭灵活、工作可靠。所有门锁必须开关灵活,并且从舱外锁闭时,不用工具能从舱内将舱门打开。实验舱宜设置进舱和上舱顶辅助设施。实验舱应配备必要的支撑平衡装置,其精度可保证实验舱在实验作业过程中的相对平衡。实验舱内应设置合理的工作照明及应急照明灯具,以保证工作需求。实验舱应设计有效的接地装置和防雷装置,以保证仪器设备和舱体在野外作业的安全。仪器不工作时,要求接地装置与拖地的接地链条连接,而仪器工作时,要求接地装置与外接电源地线或接地钎相连,同时应设置防静电接地。根据不同功能实验舱的要求,实验舱可配备相关的专用设施及相应的橱柜系统,橱柜系统应采用减震措施。

4.3 仪器设备

移动实验室的仪器设备为出具检测数据的直接载体,在移动实验室的检测中发挥重要的作用。移动实验室的仪器设备检测的精密度和精确度应确保不低于或高于固定实验室,所以其本身环境适应性要求应该提高,以适应多变的移动实验室检测环境。

移动实验室用仪器设备应配备两种或以上不同类型电压的电源接口或转换适配器,使用自配电源供电的仪器设备续航能力不应低于4h。仪器设备有供水、供气、数据传输等输入输出要求的,其输入、输出接口应与实验舱接口相匹配,或提供符合移动实验室通用设计要求转换适配器。仪器设备应安装牢固可靠,非固定安装的仪器设备应配备专用包装或其它保护装置,必要时应对整机或部件进行隔震或缓冲设计,或采用相应等级的减震装置。仪器设备在移动时或移动后恢复时间不应超出固定恢复时间,仪器设备在移动中和移动后产生的附加影响量应能完全消除或减小到仪器设备的最大允许误差范围内。仪器设备应具有防电击的警告标识,对于有紫外辐射或加热器件的仪器设备,还应有防紫外辐射和防烫伤危险的警告标识。若仪器设备需要清洗或消毒处理,则该处理方法不得导致直接的危险、电气危险或因腐蚀原因或使保证安全的结构件强度减低的其他原因导致的危险。如果仪器设备正常使用时,液体可能会洒落到设备中,则设备在设计上应当确保不会发生危险。

4.4 支持系统

移动实验室除了载具、实验舱和仪器设备外,还有相关设施为检测环境提供保障,如供电系统、温湿度控制系统、通风系统、供排水系统、内部装饰材料、信息系统等,其技术要求如下。

4.4.1 供电系统

供电系统是移动实验室的能量来源,是移动实验室正常运作的重要保障。供电系统包括电源系统和配电系统,移动实验室应配备三套电源系统或接口,包括外接市电、UPS供电、发电机供电三种方式,功率应能满足实验设备正常使用时的供电需求。并在没有外接市电的情况下,可通过车载发电机或UPS进行不低于4小时的持续稳定供电。应采用集中控制的配电箱,具有稳压、短路、断路、过载、过压、欠压、漏电等保护功能,各路供电应有单独控制开关,分别控制。配电系统应设置电源总开关,电气元器件之间及电气元器件与舱体之间的联接应牢固可靠,防止遭受机械损伤或腐蚀。各类电源线及信号线宜采用走线槽布线,线槽应整齐、美观、耐用。根据专业实验舱的需要,应配置合理数量的交流插座、直流插座,并标明相应的标识。

4.4.2 温湿度控制系统

在移动实验室环境的控制方面,温湿度控制是非常基本和重要的一个环节,因此对控制系统的要求也是非常严格的。移动实验室温湿度控制系统应在-45℃~+55℃,相对湿度在10%~95%之间正常工作。系统应能承受寿命周期内的振动条件并正常工作。系统随移动实验室经受3000km三级路面行驶试验后,工作正常。系统正常工作后,工作区噪音应不大于50dB,特殊实验区域噪音应满足实验工作要求。设备电气强度不应有闪络或击穿发生。系统应具备良好的防水、水排空、防霉、防尘、防砂性能,以保障多变的工作环境下正常工作。温湿度控制系统应具备合适的控制方式,并具备良好的精度和显示系统。

4.4.3 通风系统

为确保空气的洁净度和氧气含量适于检测人员的正常工作,移动实验室内应设置完善的通风换气系统。移动实验室应设置适量的通风口,满足实验用通风要求,宜设置开启式安全顶窗,该安全顶窗具有强制通风功能,并可作为应急出口使用。在作为应急出口开启后,应保证移动实验室内外进出通道的畅通。通风系统应加装过滤器,并采取有效的减振降噪措施。根据不同需要,必要时可选择配备负压装置、正压装置、排风罩、排风柜、全新风系统等专用通风装置,以确保不同功能的移动实验室的通风安全。

4.4.4 供排水系统

为保障实验正常进行,移动实验室需要装备实验用水、清洗用水供给及污水排出等一系列供排水系统。供水水源应不受污染,若实验用水与公用水的水源不一,应分别注明。供水量应能满足实验室不少于4小时正常工作的供给。根据不同功能实验舱的需要,选择配备给排水装置。宜配备净水箱和污水箱,均配有水位显示报警系统。净水箱顶部设有加水口,污水箱底部设有排水口连接防腐蚀排污水管和排水阀,提供有延长管线,可根据需要进行废液排放。宜配备标准市政水管快速接口和专用加水枪,以及30m以上延长输水管。宜配备试管冲刷手枪、紧急洗眼装置,必要时设置紧急淋洗装置。宜配备排空装置,必要时应具有保温、防冻功能。

4.4.5 内部装饰材料

移动实验室内部装饰材料是保障内部实验环境稳定的重要元素,可直接影响到实验设备的工作性能和检测结果的准确性。移动实验室内部装饰使用的材料多种多样,可根据应用、装饰部位和材质对装饰材料进行分类。在选择上,除考虑到固定实验室用装饰材料所具备的通用技术要求外,还应考虑移动实验室多变的工作环境,所以材料性能(尤其是耐高低温、抗菌、防霉、抗盐雾)方面应满足特殊的要求。

材料外观应整洁,表面光滑平整、无压痕、无凸凹不平、无划伤、无边缘卷起、无皱褶、无缺肉等现象。正面带保护膜材料,保护膜粘贴平整无划伤,揭开无残留保护膜和胶痕;背部带胶层材料胶层涂布应均匀,薄厚一致,不得有缺漏处,背纸完整无划伤,揭开无残留背纸。地板等部位采用的液体浇注材料应无色差,质地均匀,无油、水、异物;浇注固化后表面平整、光滑,颜色均匀,无气泡、气孔、异物、起层等缺陷。材料展开后,色度应均匀一致,无深浅色度不均现象。材料安装或粘贴后,表面从任何方向观察,其色度应均匀一致,无深浅不均现象。

材料应具有抑制细菌、霉菌等微生物营养体或繁殖体作用,霉菌的生产等级应为0-2级。材料涂层或保护层在盐雾环境中具有有效保护性。试件在暴露时间为96h的盐雾下,不允许有镀层脱落、腐蚀等影响使用功能及使用寿命的性能退化及变质。

4.4.6 信息系统

信息化方面,移动实验室宜根据需求设置自控系统、通信传输系统、信息管理系统、办公自动化系统、安全预警系统、火灾自动报警系统等综合智能化系统。信息传输系统应装备必要的远程通讯设施或预留接口。

信息传输系统包括内部传输、近程传输、远程传输等多种形式。类似设备之间、设备与服务器之间的内部数据传输,有无线和有线两种方式,建议采用有线连接为主,高端产品可采用中控(无线)系统。主要进行数据接收、发送、分析、处理、打印等工作。要求之间的协议接口要一致。类似实验室与周围外部现场工作使用的设备之间的近程信息传输包含无线和有线等方式。主要传送数据、语音或图像。可在实验室内部接收、采集数据并进行处理。

远程信息传输主要对实验数据、图像、声音进行远程传送和接收。可采用微波接力、卫星等方式。目前,利用现有专网和公网直接接入实现比较经济。

无论哪种传输形式,信息传输的设备都应适应车载环境和多变的移动实验室工作环境,同时考虑电磁兼容性、电源适应性、噪音等因素的影响。

5 移动实验室设计原则及基本要求

移动实验室的设计环节非常重要,它是移动实验室生产的前期工作环节,它的适用性、科学性会对生产造成直接影响,如果设计科学合理,后续的工作可以说事半功倍。移动实验室整体的设计要求非常严格,应遵循一定的设计原则并满足相关技术要求。

5.1 设计原则

在设计上,移动实验室应满足用户要求,遵循安全性、环保性、可靠性、维修性和通用性的原则。具体内容为移动实验室设计时应充分识别在使用、移动、储存等过程中的不安全因素,并进行有效控制;应充分考虑在生产和使用过程中的环保要求;应进行可靠性设计、可靠性验证和可靠性试验;组成移动实验室零部件、设备应具备可维修特性,易损件便于维修更换;零部件设计在满足功能前提下优先选用成熟结构,最大限度实现零部件的通用互换要求。

5.2 基本要求

除遵循上述设计原则外,移动实验室的设计还应满足以下几方面的基本要求:

环境适应性方面,设计时应充分识别移动实验室使用地区的气候环境条件(如温度、湿度、气压、风速等),保证移动实验室能正常作业;对于陆地上使用的移动实验室,应充分识别移动实验室使用地区的道路环境条件(如高速路、城市路、乡村、山路、港口等),选择相应的移动方式及载具。

安全防护方面,移动实验室的设计应保证对生物、化学、辐射和物理等危险源的防护水平控制在经过评估的可接受程度,为关联空间提供安全的工作环境及防止危害环境,应评估实验所需样本、试剂和机密资料等被偷盗和被不正当使用的风险,并采取相应的防护措施。移动实验室内应设有危险品防护和警示系统。

可靠性方面,在规定的使用条件下工作,移动实验室的成套装置一般故障的平均故障里程不小于3000km。通过规定的可靠性行驶试验后,移动实验室的所有实验仪器及设备应能正常使用,不得出现影响移动功能和实验功能的故障。

标识方面,移动实验室应装有铭牌及警示性标识,包括实验室功能、区域管理、指引、危险品防护、警示、禁止提示、说明等。供电线路应有明显标识区别。

5.3 模块化设计

所谓模块化即以具有独立功能的标准功能单元为基础,综合通用化、系列化、组合化特点,解决移动实验室系统快速应变的标准化形式。

相比固定实验室,移动实验室的工作空间有限,为提高空间利用率,使移动实验室的功能最大化,可将移动实验室的各个功能单元设计成一个个标准化的功能模块,再根据工作需要选择性组装,达到完整的移动实验室功能效果。

模块可定义为具有独立功能的硬、软件标准功能单元,可通过不同形式接口与其他单元组成产品,且可分、可合、可互换。而模块化就是以模块为基础,综合通用化、系列化、组合化特点,解决产品系统快速应变的标准化形式。实施移动实验室模块化应有利于移动实验室的技术发展,符合用户要求;有利于缩短研制周期,增加产品系列,提高质量,降低成本,快速应对市场变化;有利于产品升级,提高性能,延长使用寿命;有利于提高维修性和减少寿命周期费用;应减少或消除对环境的不利影响,方便再利用、升级和产品废弃后的拆卸、回收和处理。

移动实验室主要模块组成包括:载具、实验舱、仪器设备、实验设施、辅助系统模块。图21为实验舱模块,图22为工作台模块,图23为仪器模块。

人类工效学(ergonomics)也称人因学(study of human factors)是研究人和系统中其他要素之间相互作用的学科;将理论、原则、数据和方法应用于设计来优化人类生活质量以及整体系统绩效的专业。

移动实验室作业空间有限,并需要移动到现场工作,所以在工作空间及设备安装布局与固定实验室有明显区别。为了保证移动实验室在使用过程中能够高效安全工作,不对人体及心理造成影响和伤害,在设计过程中应重点融入人机工效学设计理念,使人-机-环境相协调,使工作更有效、安全、舒适。移动实验室人机工效学设计所提供的工作环境,应能促进有效的作业程序、工作方式及人员的安全与健康,并尽可能减少导致人的能力降低和错误增加的因素。其设计应使得对操作者在操作负荷、准确性、时间、心理加工以及通信等方面的要求不超出其能力范围。同时在时间、费用与性能的相互权衡中尽量减少对人员及其训练的要求。

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