English
Język Polski
Laserowo-inklinometryczna metoda pomiaru przemieszczeń w monitoringu konstrukcji
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2022.143057Abstrakt
W artykule przedstawiono metodę monitoringu konstrukcji z wykorzystaniem pomiaru przemieszczeń pionowych realizowanych optycznie, poziomo skierowaną wiązką lasera. Po przeglądzie literatury przedmiotu oraz analizie uwarunkowań stosowania typowych metod pomiaru przemieszczeń, ze szczególnym uwzględnieniem pomiaru prostopadłego do kierunku przemieszczenia, zaproponowano praktyczną aplikację metody w systemie monitoringu. Opracowano urządzenie pomiarowe ze zintegrowanym dalmierzem i czujnikiem inklinometrycznym służącym do korekcji wyników pomiarów dalmierzem w celu eliminacji błędów wynikających ze zmian przestrzennego położenia wiązki lasera. Rozwiązanie takie przyjęto jako alternatywne do bardziej złożonej i wymagającej metody, jaką jest stabilizacja położenia wiązki. Opracowana inklinometryczna metoda korekcji pozwala w prosty i czytelny sposób wyeliminować poważny problem metody pomiaru przemieszczenia prostopadle skierowaną wiązką lasera, jakim jest nieunikniony w praktyce brak trwałej stabilności położenia urządzenia pomiarowego. Opracowane urządzenie pomiarowe jest bezprzewodowe, zarówno w kwestii zasilania jak i komunikacji z pozostałymi elementami systemu monitoringu. Zastosowane czujniki inklinometryczne MEMS są indywidualnie kalibrowane, co pozwala na uzyskanie odpowiedniej dokładności pomiaru kąta obrotu wiązki lasera, zapewniającej precyzję korekcji wyników pomiaru ugięcia na poziomie poniżej 1 mm. W celu sprawdzenia poprawności pomiarów realizowanych przez opracowane urządzenie, przeprowadzono badania testowe w dwóch obiektach przemysłowo-magazynowych z funkcjonującymi systemami monitoringu wykorzystującymi inne metody pomiaru. W jednym przypadku istniejący system monitoringu bazował na pomiarach kątów obrotu, w drugim zaś na bezpośrednich pomiarach ugięć pionowo skierowaną wiązką lasera. Testowane urządzenia zainstalowano w taki sposób, aby możliwe było bezpośrednie porównanie ich wskazań z pomiarami realizowanymi przez istniejące, wcześniej sprawdzone czujniki pomiarowe. Z przeprowadzonych badań wynika, że uzyskanie prawidłowych wyników pomiarów ugięć, skierowaną poziomo wiązką lasera wymaga wprowadzenia korekcji uwzględniającej przestrzenne zmiany położenia tej wiązki. Po odpowiedniej korekcji uzyskano zgodność ze wskazaniami istniejącego systemu na poziomie typowej dokładności systemu monitoringu konstrukcji, bazującego na przemieszczeniach. Badania potwierdziły, że zaproponowana metoda pomiaru przemieszczeń z inklinometryczną korekcją błędów wynikających z odchylania wiązki lasera od początkowego położenia, zapewnia dokładne i wiarygodne wyniki, pozwalając jednocześnie na uzyskanie dodatkowych informacji o zachowaniu się konstrukcji w miejscu instalacji urządzenia pomiarowego.Bibliografia
[1] J. Geis, K. Strobel, A. Liel, “Snow-Induced Building Failures”, Journal of Performance of Constructed Facilities, 2012, vol. 26, no. 4, pp. 377-388; DOI: 10.1061/(ASCE)CF.1943-5509.0000222.
[2] M. Giżejowski, E. Antoszkiewicz, S. Wierzbicki, Z. Pióro, “Wireless Sensor Network Systems for Structural Health Monitoring of Building Structures”, in 5th International Conference on Structural Health Monitoring of Intelligence Infrastructure (SHMII-5). Cancun, Mexico, 2011, pp. 1-25.
[3] S. Wierzbicki, M. Giżejowski, Z. Stachura, “Structural Failures and Monitoring of Structural Health with Use of WiSeNeMONIT System”, in Research and Applications in Structural Engineering, Mechanics and Computation: Proceedings and Monographs in Engineering, Water and Earth Sciences. CRC PRESS/BALKEMA, 2013, pp. 2365-2370.
[4] M. Giżejowski, K. Wilde, J. Uziak, S. Wierzbicki, “On a Necessity of Monitoring Systems for Sustainable Development of Mechanical and Civil Engineering Infrastructure”, Botswana Journal of Technology, 2011, vol. 19, pp. 9-20.
[5] J.C. Moore, S.S. Mahini, R. Glencross-Grant, R. Patterson, “Recording Timber Bridge Girder Deflections Using a Laser Reference Source and a High Speed Camera”, in 5th International Conference on Structural Health Monitoring of Intelligence Infrastructure (SHMII-5). Cancun, Mexico, 2011, p. 59.
[6] H.B. Xiong, J.X. Cao, F.L. Zhang, “Inclinometer-based method to monitor displacement of high-rise buildings”, Structural Monitoring and Maintenance, 2018, vol. 5, no. 1, pp. 111-127; DOI: 10.12989/smm.2018.5.1.111.
[7] S. Wierzbicki, Z. Pióro, M. Osiniak, E. Antoszkiewicz, “Inclinometer Method of Displacement Measurements as an Alternative to Optical Measurements in Structural Health Monitoring - Laboratory Tests”, Archives of Civil Engineering, 2020, vol. 66, no. 2, pp. 147-164; DOI: 10.24425/ace.2020.131802.
[8] S. Wierzbicki, Z. Pióro, M. Osiniak, E. Antoszkiewicz, “Inclinometer Method of Displacement Measurements as an Alternative to Optical Measurements in Structural Health Monitoring - On Site Tests”, Archives of Civil Engineering, 2020, vol. 66, no. 3, pp. 109-124; DOI: 10.24425/ace.2020.134387.
[9] S. Guan, A.J. Rice, C. Li, Y. Li, G. Wang, “Structural Displacement Measurements Using DC Coupled Radar with Active Transponder”, Structural Control Health Monitoring, 2017, vol. 24, art. ID 1909; DOI: 10.1002/stc.1909.
[10] C.H.H. Carpizo, D.M. Vila, “Implementation of Camcorders to Measure Displacements in Structures”, in 5th International Conference on Structural Health Monitoring of Intelligence Infrastructure (SHMII-5). Cancun, Mexico, 2011, p. 147.
[11] Q. Li, Y. He, H. Wang, K. Zhou, B.Yan, “Monitoring and Time Dependent Analysis of Vertical Deformations of the Tallest Building in China”, Structural Control Health Monitoring, 2017, vol. 24, no. 7, art. ID e1936; DOI: 10.1002/stc.1936.
[12] Y. Oshima, “Displacement Measuring Method, Displacement Measuring Instrument, Displacement Measuring Target and Civil Structure”, Japan. US7535554B2.
[13] Z. Pióro, M. Osiniak, E. Antoszkiewicz, S. Wierzbicki, “Sposób pomiaru przemieszczenia pionowego elementów konstrukcji budowlanych”, Poland. PL 239382, 08.09.2021.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
