انتقال داده ها باسیم (شبکه‌ی باسیم)

در سیستم‌های پایشی متداول امروزی، روش به این صورت است که داده‌های حاصل از یک مجموعه حسگر به نقاط جمع‌آوری وارد شده و ذخیره می‌گردد. سپس داده‌ها از این مجموعه‌ها توسط رشته کابل‌ها به مرکز اصلی جمع‌آوری و پردازش داده منتقل می‌گردد. اگر داده‌های به دست آمده از حسگرها به صورت آنالوگ باشد، یک مرحله‌ی میانی به مراحل ذکر شده اضافه می‌گردد و آن تبدیل این داده‌ها به داده‌های دیجیتالی (باینری) است. فاصله‌ی معمول بین حسگرها و مرکز جمع‌آوری داده، می‌تواند بین 10 تا 300 متر، بسته به نوع تجهیزات متغییر باشد. وقتی که سیگنال یک مسیری را طی می‌کند، طول آن بیشتر شده، همچنین در سیگنال‌های آنالوگ، طی فاصله و احتمال وجود منابع اختلالگر خارجی نزدیک به کابل‌ها، باعث ایجاد نویز در آن و همچنین تنزل کیفیت آن می‌گردد. شکل شماره مراحل تبدیل سیگنال آنالوگ را نشان می‌دهد.

با افزایش تعداد تجهیزات مورد استفاده در سیستم پایشی، درجه‌ی پیچیدگی در نصب و همچنین محاسبات و پردازش داده بیشتر می‌شود. یکی از این مشکلات، نصب و سیم‌کشی تجهیزات است. Straser و همکارانش در سال 1998 طی گزارشی اعلام کردند که هزینه‌ی نصب در سیستم پایشی بر پایه سیم بالغ بر 25% کل هزینه‌ی پایش سازه می‌شود. همچنین میزان زمان صرف شده در سازه‌های مقیاس بزرگ برای این کار در حدود 75% کل زمانی است که برای نصب سیستم پایشی صرف می‌شود. به طور مثال در پل گلدن گیت  کیلومترها کابل برای برقراری ارتباط حسگرها با پایگاه مرکزی لازم است. حتی پس از نصب تجهیزات بر روی سازه، نگرانی‌ها از نصب به نگرانی‌ها از تعمیر و نگهداری تغییر می‌یابد. در سایت، تغییرات متعدد در میزان دما و رطوبت، قرار گرفتن در برابر باران و تابش مستقیم خورشید به سرعت بر روی عملکرد حسگرها و کابل‌ها تأثیر می‌گذارد.

انتقال داده‌های به دست آمده از حسگرها

هدف اصلی از نصب تجهیزات حسگر بر روی سازه، به دست آوردن داده‌های پاسخ سازه است و هدف از سیستم ارتباطی، انتقال این داده‌های خام به مرکز ذخیره یا محاسبات برای تبدیل آن‌ها به داده‌های مفید می‌باشد. این انتقال داده به دو روش صورت می‌گیرد.

1-  روش قدیمی‌تر و جا افتاده‌تر یعنی انتقال توسط کابل‌ها

 2-  روش جدیدتر و کاراتر یعنی انتقال توسط شبکه‌ی بی‌سیم هوشمند

استفاده از تکنولوژی MEMS در پایش سلامت سازه‌ها

سیستم‌های میکروالکترومکانیک Microelectromechanical Systems (MEMS) حسگرها و فعال‌کننده‌ها بسیار کوچک و مینیاتوری هستند که با استفاده از تکنولوژی سیستم‌های انتگرالی بسیار بزرگ Very Large System Integration (VLSI) به وجود آمده‌اند. پیشرفت‌های حاصل شده در تکنولوژی MEMS باعث کاهش شدید در اندازه، مصرف انرژی، و هزینه‌ی شبکه‌های بی سیم شده است. اندازه‌ی کوچک آن‌ها این اجازه را داده که در جاهایی که حسگرها و فعال کننده‌های معمول قابلیت استفاده نداشته باشند، جایگزین شده و در کاربری‌ها استفاده شوند. همچنین به علت تفاوت در تولید نسبت به چیپ‌های معمول، توانایی تولید انبوه را داشته؛ بنابراین هزینه را تا حد بسیار زیادی کاهش داده است. دلیل دیگر اقتصادی شدن استفاده از این تکنولوژی، به کار گیری آن در صنعت خودرو سازی و صنایع هوایی و دیگر رشته‌ها مانند پزشکی است که با افزایش مصرف، هزینه‌ی تولید کاهش یافته است. مزیت قابل توجه دیگر این تکنولوژی، مصرف انرژِی بسیار اندک آن‌ها است و چیزی در حدود 40μW تا 500μW می‌باشد. مصالح سازنده‌ی این حسگرها، سیلیکن، پلیمرها، فلزات و کاغذ می‌باشد. سیلیسیوم یک ماده‌ی مناسب برای ساخت MEMS  است، زیرا این ماده دارای خواص فیزیکی و مکانیکی خوب برای ماشین‌کاری است. همچنین سیلیکن ارزان قیمت و به وفور در معادن یافت می‌شود. مشخصات مفید این وسیله‌ها باعث شده است که MEMS یک تکنولوژی پیروز در حوزه‌های کاربردی شامل شتاب سنج‌ها، حسگرهای فشار، میکرواپتیک و غیره باشد. هم اکنون در سال 2014، ارزش معاملات صورت گرفته در این زمینه، بالغ بر 550 میلیون دلار می‌باشد.

MEMSها دارای سه قسمت اصلی هستند. حسگر (وظیفه‌ی اندازه‌گیری کمیت)، مبدل سیگنال (تبدیل سیگنال اندازه‌گیری شده به انواع دیگر)، و فعال کننده (اعمال تحریک از طریق تبدیل سیگنال الکتریکی به نیرو در صورت نیاز یا حالت فعال).

بایستی به این نکته اشاره کرد که قابلیت اطمینان و دقت اندازه‌گیری این حسگرها، مشکلی است که باید در پروژه‌های پایش سلامت سازه، مورد توجه قرار گیرند. با وجود این‌که تکنولوژی MEMS برای پایش سلامت در اعضا و قسمت‌های محدودی از سازه برای تشخیص آغاز ترک و یا گسترش آن، و یا خوردگی بسیار کاربردی و مؤثر است، استفاده از آن در تعداد زیاد برای کل سازه و در عین حال اقتصادی شدن آن، مسأله‌ای پیچیده است؛ با این وجود تکنولوژی MEMS هنوز بهترین گزینه برای عملیاتی ساختن این پروژه‌ها است.

ارتعاش محیطی (2)

مراحل انجام آزمون لرزه با استفاده از ارتعاش محیطی:

•با نصب حسگر های مناسب در نقاط مختلف سازه اقدام به ثبت لرزش سازه می نماییم

•در انتخاب فرکانس سنپلینگ دقت گردد و به مقداری انتخاب گردد تا امکان ثبت کلیه مود های ارتعاشی عمده سازه را فراهم نماید.(فرکانس نایکیست بزرگتراز فرکانس بیشترین مود موجود سازه باشد) 

•مناسب تر است جهت به حداقل رساندن نوفه (Noise) این اندازه گیری در هنگام شب انجام گیرد.

•بمنظور انجام تحلیل مودال، مدت زمان طولانی از ارتعاش سازه ثبت گردد تا با استفاده از تکنیک های پردازش (میانگین گیری مجموعه ای) نسبت به کاهش نوفه اقدام گردد.

•پس از ثبت ارتعاش، می بایست کلیه سیگنال های ثبت شده به وسیله حسگر ها به طور دقیق مورد بازبینی قرار گیرند، تا از وجود پالس و یا نوفه غیر متعارف در اندازه گیری ها اجتناب گردد.

•اصلاح خط مبناء سیگنال ها، حذف میانگین سیگنال، اعمال فیلتر مناسب به سیگنال ها جهت پردازش صحیح آنها

• و در آخر انتخاب روشی جهت تحلیل داده ها (روش های حوزه زمان یا فرکانس، روش های پارامتری و یا غیر پارامتری ....) 

ارتعاش محیطی (1)

یکی از راه های انجام آزمون لرزه در سازه استفاده از ارتعاش محیطی (microtremor/ ambient vibration) می باشد. این ارتعاش ناشی از عوامل متعدد مانند : ترافیک، باد، امواج ناشی از تجهیزات ارتعاشی در مجاورت ویا در فاصله دور از سازه، امواج دریا و ... می باشد. اگر چه منبع و ماهیت این امواج دقیقا قابل شناسایی نمی باشد، ولی این امواج موجود در محیط باعث مرتعش شدن سازه می گردند.

انجام آزمون ارتعاش محیطی ارزان و سریع بوده و فقط نیاز به استقرار حسگر های مناسب در سازه می باشد. با اندازه گیری و تحلیل داده های ناشی از ارتعاش محیطی می توان رفتار دینامیکی سازه را در محدوده ی خطی (بعلت دامنه بسیار کوچک امواج) بررسی و تحلیل نمود. از ارتعاش محیطی می توان در انواع سازه های سخت و نرم استفاده نمود ولی برای سازه های نرم مناسب تر می باشد.

در پست بعدی نحوه انجام این آزمون را تشریح خواهم کرد.