FI95307C - Magneettisesti suojatun huoneen kannatuspilarijärjestelmä - Google Patents

Description

5 95307

Magneettisesti suojatun huoneen kannatuspilarijärjestelmä Bärpelarsystem för magnetiskt skyddat rum

Keksinnön kohteena on magneettisesti suojatun huoneen kannatuspilarijärjestelmä.

10 Häiriösuojatun tilan aikaansaamiseksi käytettyjen rakenteiden tehtävänä voi olla estää ulkoisen sähkömagneettisen energian tunkeutuminen suojattuun tilaan tai myös sähkömagneettisen energian rajoittaminen rakenteen ympäröimään tilaan estämällä häiritsevän kentän vuotaminen ympä-15 ristöön. Tämän tyyppiset rakenteet ovat tunnettuja ja niitä käytetään yleisesti herkkien laitteiden suojaamiseksi sähkömagneettiselta säteilyltä ja mahdollistamaan radiotaajuushäiriöistä vapaiden mittausten suorittaminen esim. tiedonsiirto- ja suurtaajuustekniikkaa käyttävässä teollisuudessa, tutkimuksessa sekä mm. sairaaloissa. Suojatun tilan 20 käyttötarkoituksesta riippumatta heikoimmin vaimentavan osan suojauksessa muodostaa tavallisesti suojattuun tilaan pääsyä varten välttämättömän avattavan oven, ikkunan, luukun tai vastaavan ja kiinteän rakenteen välinen kosketuskohta. Oven suojausominaisuuksia huonontavan vaikutuksen välttämiseksi oven liikkuvan osan ja karmin välisen sähköisen 25 kosketuksen, ja pientaajuiselta magneettikentältä suojauduttaessa re- duktanssitien, tulee olla mahdollisimman jatkuva ja vastata muun rakenteen ominaisuuksia. Oven ja karmin välisen liitoksen vaimennusominai-suuksia voidaan ennen kaikkea suurilla taajuuksilla parantaa kosketuskohtaan sijoitetulla labyrinttirakenteella, jossa kosketuksen varmista-30 miseksi oven veitsimäiset kosketinkielet painautuvat aukkoa kiertävään hahloon sovitettujen kosketinjousien väliin.

Tunnetuilla oviratkaisuilla käytännössä saavutettuja suoritusarvoja on kuitenkin rajoittanut se, että varsinkaan useampikertaisen labyrintti-35 rakenteen käyttäminen ei ole ollut tarvittavista tiukoista sovitteista johtuen mahdollista oven normaali käyttömukavuus ja normaalilla tavalla saranoidun oven käyttöominaisuudet säilyttäen, Tehokasta ja monimutkaista labyrinttirakennetta käytettäessä jousien väliin tunkeutuvat 95307 2 kosketinkielet pyrkivät tiukoista sovitteista johtuen vaurioittamaan tiivisterakennetta kampeamalla normaalisti kääntyvän oven kiertoliikkeen vaikutuksesta tiivistejousia paikaltaan ja toisaalta oven sulkeminen vaatii erittäin suuren puristusvoiman esim. 100-150 kp.

5 FI-patentissa 63992 on esitetty ovi häiriökenttien siirtymistä estävässä rakenteessa, jossa oven liike muodostuu saranalaitteen määräämän akselin ympäri tapahtuvasta kääntymisliikkeestä sekä häiriökenttien siirtymisen estävän kosketuksen aikaansaavasta oleellisesti suoravii-10 vaisesta liikkeestä. On kuitenkin osoittautunut, että varsinkin suurissa oviratkaisuissa akselin ympäri tapahtuva kääntymisliike ei ole paras mahdollinen ratkaisu. Oven raskaus asettaa tällöin saranalaitteelle suuria vaatimuksia. Raskaan ovirakenteen kääntyvään saranointiin aiheuttavat suuret voimat ja momentit rasittavat tällöin saranointia enem-15 män kuin kevyiden ovirakenteiden ollessa kyseessä.

FI-patentissa 73043 on esitetty ovi häiriökenttien, etenkin suurtaajuisten sähkömagneettisten kenttien siirtymistä estävässä rakenteessa, johon nähden ovi on sovitettu siirtyväksi saranalaittein ja jolloin 20 ovi ja/tai kiinteä rakenne on varustettu elimillä, jotka aikaansaavat häiriökenttien siirtymisen estävän kosketuksen oven ja kiinteän rakenteen välille. Ovi on sovitettu liikkumaan ensimmäisien saranalaitteiden avulla olennaisesti suoraviivaisesti suunnassa, joka on oven tason normaalin suuntainen, ja toisien saranalaitteiden avulla olennaisesti ; 25 suoraviivaisesti oven tason suunnassa. Ensimmäiset saranalaitteet kä sittävät ensimmäiset kytkentävälineet ja toiset kytkentävälineet, joista jompikumpi on sovitettu liikkumaan ollen kosketuksessa yhteistoiminnassa olevaan kytkentävälineeseen. Ensimmäiset kytkentävälineet muodostuvat hammaspyörästä ja toiset kytkentävälineet muodostuvat hammastan-30 gosta, jolloin hammaspyörä on sovitettu liikkumaan hammastangon hammas-tusta pitkin. Toiset saranalaitteet käsittävät rullat, joiden varassa ovi on sovitettu liikkumaan johdetangossa.

Tarkkoja magneettisia mittauksia vaikeuttavat häiriöt voidaan luokitel-35 la kahteen ryhmään, ihmisen aiheuttamiin ja luonnon häiriöihin, kuten esim. maan magneettikenttä. Siirtymällä kauas ihmisen vaikutuspiiristä 3 95307 päästään ympäristöön, jossa ihmisen aiheuttamat häiriöt ovat varsin pieniä. Yleensä halutaan mittaukset kuitenkin tehdä laboratorioympäris-tössä. Tällöin voimakkaita häiriöitä aiheuttavat mm. hissit, rakenneterästen tärinät, ohi kulkevat ajoneuvot ja sähkölaitteet. Magneettisesti 5 suojatussa huoneessa pyritään laboratorioympäristön häiriöitä vaimentamaan niin paljon, että myös herkimpiä mittalaitteita soveltavat tutkimukset tulevat mahdollisiksi "sisätiloissa".

Magneettinen suojaus toteutetaan kolmea eri menetelmää hyväksi käyt-10 täen. Nämä ovat passiivinen ferromagneettinen suojaus, pyörrevirta-suojaus sekä aktiivinen häiriökentän kompensointi. Ferromagneettinen suojaus koostuu yhdestä tai useammasta sisäkkäisestä μ-metallikuoresta. Kukin seinä tehdään kahdesta μ-metallikerroksesta, joiden metallilius-kat asetetaan esim. ristikkäin. μ-metallikerrokset on kiinnitetty kah-15 den alumiinilevyn (paksuudet 2 mm ja 5 mm) väliin. Tukirunkona toimivat 5 mm:n alumiinilevyt on kiinnitetty toisiinsa muodostamaan yhtenäinen, sähköä hyvin johtava rakenne. Tässä rakenteessa indusoituvat pyörrevirrat vaimentavat sisäänpyrkivää vaihtomagneettikenttää. Aktiivinen suojaus toteutetaan magneettisesti suojatun huoneen ympärille asennetuilla 20 käämeillä, joihin ohjataan sähkövirta, jonka synnyttämä magneettikenttä magneettisesti suojatun huoneen sisällä on yhtä suuri mutta vastakkaissuuntainen kuin huoneeseen tunkeutuva ulkoinen häiriömagneettikenttä. Aktiivinen suojaus toimii tehokkaasti matalilla taajuuksilla ja sen suojauskyvyn rajoittaa ainoastaan käytettyjen magnetometrien ja elekt-; 25 roniikkalaitteiden kohina.

Passiivisen ferromagneettisen suojauksen ominaisuuksia voidaan huomattavasti parantaa superponoimalla suhteellisen suuri vaihtomagneetti-kenttä (Hs - 5 A/m, rms) häiriöön, jolloin μ-metallin efektiivinen 30 permeabiliteetti kasvaa merkittävästi aiheuttaen siten suojaustekijän kasvun. Tämän käsittelyn englanninkielinen nimitys on "shaking".

Staattisilta ja hitaasti vaihtelevilta magneettikentiltä voidaan suojautua suuressa mittakaavassa ainoastaan rakentamalla suojatun tilan 35 seinät μ-metallista tai käyttämällä aktiivista magneettikentän kompensointia. Korkeapermeabiliteettisen materiaalin voidaan kuvitella toimi- 95307 4 van hyvänä johteena magneettikentälle ja suojaavan ympäröimäänsä tilaa johtamalla kentät itseensä. Ferromagneettisen kuoren suojaustekijä on verrannollinen materiaalin permeabiliteettiin ja kuorikerroksen paksuuteen. Rakentamalla suojus moninkertaiseksi saadaan samalla materiaali-5 määrällä aikaan suurempi suojaustekijä kuin käyttämällä saman painoista yksinkertaista suojusta.

Shakingin eli vaihtomagneettikentän superponoimisen suojuksen seinämiin on havaittu parantavan suojaustekijää selvästi, μ-metallin efektiivisen 10 permeabiliteetin on havaittu paranevan shaking-käsittelyllä 2...7 kertaiseksi taajuusalueella 0...100 Hz. Shaking-taajuutta voidaan käytännössä varioida välillä 3...200 Hz. Käyttökelpoisin taajuus on yleensä verkkotaajuus 50 Hz, koska shaking aiheuttaa suojattuun tilaan suhteellisen voimakkaan häiriökentän. Verkkotaajuudella häiriötaso on jo en-15 nestään korkea ja häiriöiden vaimentamiseen joudutaan joka tapauksessa varautumaan esim. käyttämällä suodatusta mittalaitteissa. Suojausteki-jän on havaittu paranevan sekä shaking-taajuuden ylä- että alapuolisilla häiriötaajuuksilla.

20 Mikäli suojatun tilan seinät on rakennettu johtavasta materiaalista vaimentavat suojakuoriin syntyvät pyörrevirrat vaihtelevaa häiriökent-tää huoneen sisällä. Staattiseen kenttään ei pyörrevirtasuojaus luonnollisesti vaikuta lainkaan. Pyörrevirrat alkavat vaikuttaa taajuuksilla, joilla häiriökentän tunkeutumissyvyys on suojakuoren paksuuden • 25 suuruusluokkaa. Taajuuden kasvaessa kasvaa pyörrevirtojen aiheuttama suojaustekijä eksponentiaalisesti. Suojaustekijän ylärajan määrää huoneeseen aukoista ja liitoksista tunkeutuva kenttä.

Aktiivisia magneettikentän kompensointilaitteistoja käytetään monissa 30 eri sovellutuksissa, ei kuitenkaan yleensä yhdessä passiivisten suojausmenetelmien kanssa. Häiriömagneettikentän suuruus mitataan kaukana suojattavasta kohteesta, jotta kompensointikäämin synnyttämä magneettikenttä ei vaikuta mittaukseen. Kompensointikäämin virtaa ohjataan tarkalla virtageneraattorilla siten, että se on suoraan verrannollinen mi-35 tattuun häiriökenttään. Häiriökenttä voidaan mitata myös useasta pis- 5 95307 teestä ja säätää kompensointikäämien virtaa mittausarvojen sopivasti painotetun keskiarvon mukaisesti.

Jos pelkästään aktiivista kompensointia käyttävässä magneettisuojauk-5 sessa häiriömagneettikenttä mitataan suojatun tilan läheltä tai sisältä, tulee häiriökentän ohella kompensoiduksi myös tutkittava magneettikenttä, joten kompensointikäämien virran suljettu säätö ei ole käyttökelpoinen.

10 Kun aktiivista kompensointia käytetään passiivisen magneettisuojauksen yhteydessä, tulee kompensointikäämin virran suljettu säätö mahdolliseksi.

Kompensointikäämin virtaa ohjaa suljettu säätöpiiri, joka pyrkii pitä-15 mään mitatun magneettikentän vakiona. Kun mitattu magneettikenttä saadaan vakioksi, on ideaalitapauksessa myös magneettisuojatussa tilassa esiintyvä jäännöskenttä vakio.

Käytännössä jäännöskenttää ei saada täysin vakiokentäksi, koska kompen-20 sointikäämin synnyttämä magneettikenttä ei ole suojatussa tilassa homogeeninen.

Arvioitaessa magneettisesti suojatun huoneen suojaustekijää on erotettava kolme toisistaan poikkeavaa tilannetta ja suojausmekanismia: . 25 a) Ferromagneettisen materiaalin aiheuttama suojaus maan staattiselle kentälle, ns. staattinen suojaus.

b) Ferromagneettisen materiaalin aiheuttama suojaus hitaasti vaih- 30 televille häiriökentille (f < 1 Hz), ns. kvasistaattinen suo- j aus.

c) Pyörrevirtojen ja ferromagneettisen suojauksen yhteisvaikutus taajuuden kasvaessa edelleen (f > 1 Hz), ns. dynaaminen 35 suojaus.

95307 6

Edellä esitetyt taajuusrajat ovat esimerkinkaltaisia ja riippuvat suojuksen seinämien paksuudesta ja materiaaleista.

Kun magneettisesti suojatun huoneen sisälattialla kävellään tai esim.

5 istutaan tuoliin, aiheutuu tästä se ilmiö, että sisähuone tärisee ainakin jossain määrin. Koska magneettisesti suojatussa huoneessa suoritetaan esim. potilaille erittäin herkkiä mittauksia, on sisähuoneen tärinä haitallinen ja ei-toivottu ilmiö.

10 Nykyisin ollaan asiasta kahta eri mieltä. Ensimmäinen mielipide on se, että sisähuoneen tärinä ei saa siirtyä magneettisesti suojattua huonetta ympäröivään suojaseinämärakenteeseen. Toinen näkemys on se, että sisähuoneen tärinän täytyy olla samassa tahdissa suojarakenteen tärinän kanssa, koska sisähuone kuitenkin aina ainakin jossain määrin tärisee.

15

Keksinnön päämääränä on aikaansaada sellainen magneettisesti suojatun huoneen kannatuspilarijärjestelmä, joka mahdollistaa joko sen, että sisähuoneen tärinä ei voi siirtyä suojarakenteeseen tai sen, että haluttaessa suojarakenne värähtelee samassa tahdissa sisähuoneen tärinän 20 kanssa.

Keksinnön mukainen magneettisesti suojatun huoneen kannatuspilarijär-jestelmä on tunnettu siitä, että kannatuspilarijärjestelmän kukin kan-natinpilari muodostuu sisäkkäisestä rakenteesta, jonka muodostaa en-25 simmäinen rakenne ja sitä ympäröivä toinen rakenne, että ensimmäisen rakenteen yläpäässä on kierreosa ja kierreosaan sovitettu kierteellä varustettu elin, että magneettisesti suojatun huoneen suojarakenne on kiinnitetty kannatinpilarin toiseen rakenteeseen, jolloin sisähuoneen lattia tukeutuu ensimmäisen rakenteen yläpäähän, ja että kierreosassa 30 olevan kierteellä varustetun elimen ollessa kiristettynä lukitusasen-toon kierteellä varustettu elin lukitsee ensimmäisen rakenteen ia toi-sen rakenteen yhdeksi ja samaksi kokonaisuudeksi, jolloin sisälattian tärinä siirtyy suojarakenteeseen ja suojarakenne värähtelee olennaisesti samassa tahdissa sisähuoneen lattian tärinän kanssa, ja että kier-35 teellä varustetun elimen ollessa kierretty auki vapautuu toisen rakenteen lukitus, jolloin sisähuone voi värähdellä riippumatta muiden suo- 7 95307 jarakenteiden värähtelystä ja siten sisähuoneen mahdollinen värähtely ei siirry suojarakenteisiin.

Keksinnön mukaisen kannatuspilarijärjestelmän ansiosta sisähuoneen 5 tärinä siirtyy suoraan esim. peruskallioon siten, että sisähuoneen tärinä ei missään tapauksessa siirry magneettisesti suojattua huonetta ympäröivään suojarakenteeseen ja aiheuttaisi siten esim. herkille mittauksille epätarkkuutta. Toisaalta keksinnön mukainen kannatinpilari-järjestelmä sallii sen, että haluttaessa magneettisesti suojattua huo-10 netta ympäröivä suojarakenne saadaan värähtelemään samassa tahdissa kuin sisähuoneen tärinä, mikäli tämän ratkaisun katsotaan olevan herkkien mittauksien kannalta edullisinta.

Keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisien piirus-15 tuksien kuvioissa esitettyyn keksinnön erääseen edulliseen suoritusmuotoon, johon keksintöä ei ole kuitenkaan tarkoitus yksinomaan rajoittaa.

Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen kannatinpilarijärjestelmän erään 20 kannatinpilarin erästä edullista suoritusmuotoa sivukuvana.

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista kannatinpilaria peruskallioon ja sisähuoneen lattiaan kiinnitettynä sivukuvana.

25 Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen kannatinpilarijärjestelmän erästä edullista suoritusmuotoa päältäpäin nähtynä.

Kuvioiden 1-3 mukaisessa suoritusmuodossa keksinnön mukaista kannatinpilarijärjestelmän kannatinpilaria on merkitty yleisesti viitenumerolla 30 10. Tässä suoritusmuodossa kannatinpilarijärjestelmä muodostuu neljästä erillisestä kannatinpilarista. Kannatinpilari 10 muodostuu ensimmäisestä putkimaisesta rakenteesta 11, joka toimii sisäputkena, ja toisesta putkimaisesta rakenteesta 12, joka toimii ulkoputkena. Sisäputken 11 yläpäässä on ns. trapetsikierre 13 ja alapäässä laippa 14, johon sisä-35 putki 11 ja ulkoputki 12 on kiinnitetty. Kannatinpilari 10 voidaan kiinnittää peruskallioon 16 esim. kuviossa 2 esitetyllä kiinnitysjär- 95307 8 jestelmällä, jota on merkitty yleisesti viitenumerolla 15. Keksintö ei luonnollisestikaan ole millään tavalla kriittinen sen suhteen, millä tavalla pilari 10 kiinnitetään peruskallioon 16. Sisähuoneen lattia 17 tukeutuu sisäputken 11 yläpäähän, edullisesti sisäputken 11 yläpäähän 5 sovitettuun laippaan. Kierteeseen 13 on sijoitettu mutteri 18.

Kuvion 2 mukaisessa suoritusmuodossa magneettisesti suojattua huonetta ympäröi kolmekerroksinen suojarakenne, jonka ensimmäistä kerrosta on merkitty viitenumerolla 25, toista kerrosta viitenumerolla 26 ja kol-10 matta kerrosta viitenumerolla 27. Suojarakenteet 25,26,27 voivat olla mitä tahansa sinänsä tunnettuja suojarakenteita ja keksintö ei ole kriittinen käytetyn suojarakenneratkaisun suhteen. Keksinnön kannalta on olennaista, että suojarakenteet 25,26,27 kiinnitetään kannatinpila-rin 10 ulkoputkeen 12.

15

Kun kuvion 2 mukaisessa suoritusmuodossa mutteri 18 kiristetään luki-tusasentoon, lukitsee mutteri 18 sisäputken 11 ja ulkoputken 12 yhdeksi ja samaksi kokonaisuudeksi. Tällöin sisähuoneen lattian 17 tärinä siirtyy suojarakenteeseen 25,26,27 ja suojarakenne värähtelee olennaisesti 20 samassa tahdissa sisähuoneen lattian 17 tärinän kanssa. Kun lukitusmut-teri 18 kierretään auki, vapautuu ulkoputken 12 lukitus, jolloin sisä-huone voi värähdellä riippumatta muiden suojarakenteiden 25,26 ja 27 värähtelystä. Tällöin sisähuoneen mahdollinen värähtely ei siirry suojarakenteisiin 25,26 ja 27.

25

Kuvion 3 mukaisessa suoritusmuodossa sisähuoneen lattia on tuettu neljällä keksinnön mukaisella kannatinpilarilla 10. Tässä suoritusmuodossa kuviossa 2 esitetyn lukitusmutterin 18 päälle on asennettu lukitsin/-avauselin 23. Lukitsin/avausmekanismiin 20 kuuluu ensimmäinen naru tai 30 vastaava 21 ja toinen naru tai vastaava 22 sekä mutteriin 18 kiinnitet-;· ty lukitsin/avauselin 23. Lukitsin/avauselimet 23 on pareittain kytket ty välitangoilla 24 toisiinsa. Narut 21 ja 22 sekä välitangot 24 kiinnitetään tässä suoritusmuodossa oikeanpuolimmaisissa kannatinpilareissa 10 oleviin lukitsin/avauselimiin 23, jotka liikuttavat muttereita 18 35 trapetsikierteissä 13. Kun narusta 21 vedetään, putket 11 ja 12 lukitaan keskenään. Kun taas toisesta narusta 22 vedetään, putkien 11 ja 12 9 95307 lukitus avataan. Keksinnön kannalta voi olla tarkoituksenmukaista se, että ensimmäinen naru 21 on esim. punainen naru ja toinen naru 22 on esim. sininen naru, jotta putkien 11 ja 12 lukitus- ja avaustoiminnot ovat mahdollisimman havainnollisia, eikä ole olemassa sekaantumisen 5 vaaraa siitä, kummasta narusta täytyy kulloinkin vetää.

Edellä on esitetty ainoastaan keksinnön eräs edullinen suoritusmuoto ja alan ammattimiehelle on selvää, että siihen voidaan tehdä lukuisia modifikaatioita oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen 10 ajatuksen puitteissa.

Claims (6)

95307 10

1. Magneettisesti suojatun huoneen kannatuspilarijärjestelmä, tunnettu siitä, että kannatuspilarijärjestelmän kukin kannatinpilari 5 (10) muodostuu sisäkkäisestä rakenteesta (11,12), jonka muodostaa en simmäinen rakenne (11) ja sitä ympäröivä toinen rakenne (12), että ensimmäisen rakenteen (11) yläpäässä on kierreosa (13) ja kierreosaan (13) sovitettu kierteellä varustettu elin (18), että magneettisesti suojatun huoneen suojarakenne (25,26,27) on kiinnitetty kannatinpilarin 10 (10) toiseen rakenteeseen (12), jolloin sisähuoneen lattia (17) tukeu tuu ensimmäisen rakenteen (11) yläpäähän, ja että kierreosassa (13) olevan kierteellä varustetun elimen (18) ollessa kiristettynä lukitus-asentoon kierteellä varustettu elin (18) lukitsee ensimmäisen rakenteen (11) ja toisen rakenteen (12) yhdeksi ja samaksi kokonaisuudeksi, jol-15 loin sisälattian (17) tärinä siirtyy suojarakenteeseen (25,26,27) ja suojarakenne värähtelee olennaisesti samassa tahdissa sisähuoneen lattian (17) tärinän kanssa, ja että kierteellä varustetun elimen (18) ollessa kierretty auki vapautuu toisen rakenteen (12) lukitus, jolloin sisähuone voi värähdellä riippumatta muiden suojarakenteiden (25,26,27) 20 värähtelystä ja siten sisähuoneen mahdollinen värähtely ei siirry suojarakenteisiin (25,26,27).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kannatuspilarijärjestelmä, tunnettu siitä, että kannatinpilarin (10) lukitsin/avausmekanismin 25 (20) muodostaa ensimmäinen narumainen elin (21) ja toinen narumainen (22) sekä kierteellä varustettuun elimeen (18) kiinnitetty lukitsin/ avauselin (23).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen kannatuspilarijärjestelmä, t u n -30 n e t t u siitä, että lukitsin/avauselimet (23) on kiinnitetty pareit- tain toisiinsa välitangoilla (24).

4. Jonkin patenttivaatimuksien 1-3 mukainen kannatuspilarijärjestelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen rakenne (11) ja toinen rakenne 35 (12) ovat putkimaisia rakenteita. 11 95307

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen kannatuspilarijärjestelmä, tunnettu siitä, että sisäputken (11) yläpäässä on trapetsikierre (13) ja alapäässä laippa (14), johon sisäputki (11) ja ulkoputki (12) on kiinnitetty. 5

6. Jonkin patenttivaatimuksien 1-5 mukainen kannatuspilarijärjestelmä, tunnettu siitä, että kukin kannatinpilari (10) on kiinnitetty peruskallioon (16). 10 95307 12