پایش سلامت سازه

 لزوم بررسی  و آگاهی از وضعیت سلامت  سازه ها و طرح بهسازی آنها  اهمیت بالایی برای  بهره برداران آنها دارد. روش های مختلفی برای بررسی وضعیت سلامت سازه ها وجود دارد که شامل:

1. بررسی چشمی
2. بررسی بر اساس روش های آزمون غیر مخرب
3. بررسی با استفاده از اندازه گیری رفتار سازه ای (استاتیک و یا دینامیک)

روش های بازرسی چشمی و مبتنی به آزمون های غیر مخرب وقت گیر و پر هزینه می باشند و فقط آسیب های قابل رویت و یا قابل دسترسی را می توان شناسایی کرد. همچنین برای اینگونه بازرسی ها، افراد ماهر و با تجربه لازم است.

ارائه یک روش مطمئن و سیستماتیک جهت بررسی رفتار سازه حین بهره‌برداری، و جمع‌آوری داده‌های کافی جهت ارزیابی وضعیت این سازه‌ها ضروری به نظر می‌رسد. استفاده از سیستم‌های پیشرفته اندازه‌گیری توسط حسگرها، روشی سریع و خودکار بررسی وضعیت سازه‌ها می باشد که امروزه در اکثر کشور‌های پیشرفته جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش به پایش سلامت سازه (Structural Health Monitoring) و یا به اختصار SHM  معروفمی باشد.

در پایش سلامت سازه معمولا 4 سطح بررسی مد نظر می باشد:

1. سطح 1: نشان داده شود که آسیب در سازه وجود دارد
2. سطح 2: شناسایی محل آسیب
3. سطح 3: برآورد مقدار آسیب
4. سطح 4: برآورد عمر باقی مانده سازه

یکی از روش های معمول در پایش سلامت سازه، روش اندازه گیر ارتعاش سازه و بررسی پارامتر های ارتعاش سازه می باشد.

حسگرهای فیبر نوری (1)

از بسیاری از جهات، حسگرهای فیبر نوری ایده‌آل‌ترین مبدل برای پایش سلامت سازه‌های عمرانی است. دوام، پایداری و بی تأثیر بودن اختلالات خارجی آن‌ها را به عنوان بهترین گزینه برای پایش‌های طولانی مدت در سازه‌های عمرانی ساخته است. ولی از طرف دیگر، اندازه‌ی کوچک و ظریف بودن فیبرها، این حسگرها را نسبت به شرایط محیطی سخت که عموم سازه‌های عمرانی با آن روبه‌رو هستند، آسیب‌پذیر می‌کند. این مشکلات با دقت در روش طراحی شبکه‌ی حسگرها و قرار دادن آن‌ها در جای مناسب تا حدی قابل حل شدن هستند. همان طور که قبلاٌ نیز اشاره شد، اولین قدم برای پایش سلامت سازه، طراحی و نصب شبکه‌ی حسگرها برای اندازه‌گیری پارامترهای مورد نیاز از سازه و محیط اطراف آن می‌باشد. این حسگرها نسبت به دیگر حسگرهای معمول، دارای کیفیت بهتر اندازه‌گیری، قابلیت اطمینان بیشتر، امکان حذف اثر نیروی انسانی در اندازه‌گیری‌ها، نصب آسان و هزینه‌ی نگهداری کمتر هستند. انواع متنوعی از این حسگرها هم برای کارهای آکادمیک و آزمایشگاهی و هم برای استفاده‌های عملی و واقعی وجود دارد.

از آن‌جایی که نحوه‌ی عملکرد انواع این حسگرها و سازه‌هایی که این حسگرها بر روی آن نصب می‌شوند، متنوع بوده، هرکدام نیازمند نوع خاصی از نصب بر روی سازه هستند. به طور مثال برای سازه‌های بتنی می‌توان این حسگرها را هم بر روی سطح و هم در درون اعضا نصب کرد، در حالی که در سازه‌های چوبی و فلزی، نصب تنها بر روی سطح صورت می‌گیرد.

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.

معرفی شرکت BeanAir آلمان

شرکت آلمانی BeanAir سازنده شبکه های حسگر بیسیم (Wireless Sensor Networks)  می باشد که در پایش سلامت سازه ها کابردی وسیع دارد.

محصولات این شرکت در سه گروه زیر تولید و به بازار ارائه می گردند:

SmartSensor: شامل شتاب سنج، زاویه سنج و شوک سنج جهت مانیتورینگ سازه

ProcessSensor: سیستم جمع آوری داده بیسیم (Wireless DAQ system) جهت مانیتورینگ صنعتی

EcoSensor: حسگر های بیسیم دما، رطوبت، IR دما، پالس متر جهت مانیتورینگ محیط

در پست های بعدی سعی می گردد در خصوص هر یک از محصولات این شرکت و همچنین کاربرد های آن توضیحات لازم داده شود.

جهت اطلاع بیشتر  از محصولات این شرکت می توانید به آدرس http://www.beanair.com مراجعه کرده و یا با شماره  09212773587 تماس بگیرید

شناسایی سیستم های سازه ای (1)

هدف از این بخش ارائه تصویری ازمبحث شناسایی سیستم های سازه ای در حوزه ساختمانی می باشد. این بحث می تواند برای مهندسین عمران و سازه مفید باشد.

شناسایی سیستم سازه ای یا Structural System Identification  را می توان به صورت زیر تعریف کرد:

"ارتباط پارامتریک مشخصه های پاسخ سازه ناشی ازمدل تحلیلی در مقایسه با مقادیر مشابه بدست آمده از اندازه گیری های آزمون تجربی"

در بحث شناسایی سیستم های سازه ای، تلاش می گردد تا با استفاده از ورودی و خروجی های  ثبت شده یک سیستم، پارامتر هایی که معرف رفتار سیستم می باشند را بدست آورد. برای این منظور ضروریست تا شناختی کامل از مباحث سازه، استاتیک و دینامیک سازه، روش های اندازه گیری و پردازش داده ها و غیره داشت.

                       

 

  

بعنوان مثال با اندازه گیری تابع پاسخ (یا تابع انتقال) یک سیستم سازه با استفاده از موج ورودی و خروجی از یک ارتعاش (مثلا زلزله)، می توان فرکانس های ارتعاشی و نسبت های میرایی را در مود های مختلف سیستم بدست آورد.با مقایسه این مقادیر با مقادیر مشابه بدست آمده از مدل تحلیلی می توان از صحت مدل تحلیلی اطمینان حاصل نمود. همچنین با جمع آوری این پارامتر های در طول عمر سازه و مقایسه آنها با حالت سالم سازه ( حالت اولیه)، می توان در خصوص سلامت سازه بحث و تصمیم گیری نمود.