Công nghệ lọc nhiễu tín hiệu dây rung VSPECT
03/03/2023
850 views
Tổng quan

Cảm biến dây rung được công nhận là loại cảm biến tối ưu để triển khai lâu dài. Các cảm biến dây rung mang lại khả năng ‘’return to zero’’ thực sự, ổn định trong thời gian dài, cùng với đó là sự hiệu chỉnh nhiệt độ không tác động. Bởi vì thế, các hệ thống thu thập dữ liệu (DAQ) của Campbell Scientific đã được sử dụng hàng chục năm nay để đo cảm biến tín hiệu dây rung.

Trong khi cảm biến dây rung mang lại các phép đo tuyệt vời, thì vấn còn một vài vấn đề cần xử lý. Các kỹ sư của Campbell Scientific đã được tiếp cận trong nhiều năm với yêu cầu nếu có thể phát triển thiết bị có thể giải quyết các vấn đề vốn có của các cảm biến dây rung. Họ đã xác định được 4 lĩnh vực cần quan tâm:

Ø  Hiểu được khi nào số liệu cảm biến bắt đầu bị lệch hoặc trở nên ‘’tệ’’. Biên độ hoặc tần số của cảm biến dây rung có thể, qua nhiều thập kỷ triển khai, bị xuống cấp. Sử dụng phương pháp đo time-domain truyền thống có thể gây khó khăn để thu được những phép đo chuẩn xác.
 
Ø  Các phép đo của cảm biến dây rung có thể cho ra sự biến đổi trong kết quả đo và thường yêu cầu phân tích dữ liệu hậu kỳ để trích xuất dữ liệu chính xác. Các kỹ sư mong muốn tăng độ chính xác của phép đo, tăng độ tin cậy và có dữ liệu chính xác trực tiếp từ cảm biến.
 
Ø  Các cảm biến dây rung được bao quanh và chịu ảnh hưởng bởi điện trường. Loại bỏ thủ công nhiễu điện từ trong các phép đo mất rất nhiều thời gian và công sức. Các kỹ sư mong muốn một thiết bị có thể tự động loại bỏ các tín hiệu nhiễu trước khi đo.
 
Ø  Đo các cảm biến dây rung một cách chính xác và liên tục với chiều dài cáp tín hiệu quá dài.

Campbell Scientific đã có thể giải quyết từng mối lo ngại này khi phát triển phương pháp phân tích quang phổ để tiếp cận các phép đo cảm biến dây rung. Công nghệ VSPECT® đã được cấp bằng sáng chế được tích hợp trong một vài thiết bị đo của Campbell Scientific, cho phép:

ü  Chẩn đoán phép đo cung cấp biên độ tín hiệu (amplitude), chỉ số công suất tín hiệu (signal-to-noise ratio), và tần số nhiễu. Điều này cho phép tiếp tục sử dụng cùng cảm biến cho nhiều thập kỷ thậm chí ngay cả khi dây giảm độ căng.
 
ü  Cải thiện độ chính xác phép đo. Các cảm biến được đo sử dụng VSPECT có độ chính xác đạt gấp 10 lần hơn so với phương pháp đo time-domain truyền thống.
 
 
ü  Loại bỏ nhiễu điện từ. Xử lý hậu kỳ để loại bỏ các tín hiệu bất thường sẽ không còn cần thiết. Điều này có nghĩa là dữ liệu có thể được sử dụng real-time.
 
ü  Cho phép tăng chiều dài cáp. Khả năng mở rộng chiều dài cáp tín hiệu cho cảm biến dây rung vượt xa so với phương pháp đo time-domain truyền thống

Giới thiệu

Các kỹ sư kết cấu và địa kỹ thuật thường sử dụng cảm biến dây rung để đo sức căng, áp suất, độ nghiêng, chuyển vị và tải trọng. Những cảm biến này nổi tiếng với độ chính xác, ổn định và bền bỉ—khiến chúng rất phù hợp để theo dõi tĩnh trong thời gian dài. Mặc dù được chấp nhận, các cảm biến dây rung đôi khi bị ảnh hưởng bởi tính nhạy cảm với nhiễu điện từ bên ngoài và sự suy giảm độ căng, theo thời gian của dây rung bên trong cảm biến. Điểm yếu này có thể tạo ra dữ liệu không sử dụng được, đòi hỏi các nhà phân tích dữ liệu phải nỗ lực đáng kể để định tính dữ liệu của họ. Tính nhạy cảm với nhiễu bên ngoài này đặc gây biệt khó khăn trong các hệ thống quan trắc real-time, khi không thể phân tích hậu kỳ. Phân tích hậu kỳ cũng tốn rất nhiều thời gian và công sức.

Trên website này thảo luận về phương pháp frequency-domain sử dụng phân tích quang phổ để đọc cảm biến dây rung, giúp cải thiện khả năng chống nhiễu, đưa ra chẩn đoán bổ sung và cải thiện độ chính xác của phép đo khi so sánh với các phương pháp time-domain truyền thống. Hình 1 cho thấy khả năng chống nhiễu được cải thiện khi động cơ máy khoan được sử dụng để mô phỏng nhiễu tiếng ồn bên ngoài gần thiết bị đo biến dạng dây rung.
 
 Hình 1: So sánh khả năng chống nhiễu của phương pháp phân tích time-domain với phân tích phổ trong 1 sự kiện nhiễu.

 
Mặc dù biến dạng thực tế chỉ thay đổi bằng một vài phần mười của µstrain trong quá trình thử nghiệm, phân tích time-domain đã đưa ra sai số 12.000 µstrain. Như được hiển thị trong Hình 2, phân tích quang phổ đưa ra sai số thường nhỏ hơn ±0,5 µstrain trong cùng một sự kiện nhiễu.

Hình 2: Cải thiện ảnh hưởng nhiễu sử dụng phân tích phổ với phóng to trục Y

 
Nguyên lý có  phép đo dây rung

Một cảm biến dây rung sẽ kết hợp với một tham số vật lý bên ngoài, chẳng hạn như độ căng hoặc độ dịch chuyển, với độ căng của dây rung thiết bị đo. Vì lực căng của dây có liên quan đến tần số cộng hưởng cơ bản của dây nên việc đo tần số cộng hưởng của dây sẽ đo được thông số vật lý bên ngoài.
 

Dây căng trong cảm biến dây rung tương tự như một dây đàn. Bằng cách tăng độ căng của dây căng (dây đàn), tần số cộng hưởng của dây sẽ tăng lên. Trong khi năng lượng được kết hợp với dây đàn ghi-ta bằng cách gảy nó, thì năng lượng được kết hợp trong dây căng của cảm biến dây rung  với một từ trường quét tần số được tích hợp trong cảm biến.
 
Hình 3: Nguyên lý của phép đo dây r ung
 
Khi dây đang rung, thiết bị thu thập dữ liệu Datalogger sẽ xác định tần số cộng hưởng của dây và chuyển đổi tần số cộng hưởng này thành các đơn vị kỹ thuật mong muốn.

Số đọc của cảm biến dây rung: Phân tích time - domain

Phương pháp truyền thống để đọc các cảm biến dây rung là phân tích phản hồi từ một cảm biến như một hàm của thời gian bằng cách sử dụng tính trung bình của chu kỳ. Kỹ thuật này kích thích dây và đo thời gian trung bình giữa số lần giao nhau với độ dốc dương bằng 0 được xác định trước trong phản ứng của dây để đưa ra chu kỳ cộng hưởng của dây. Hình 4 minh họa quá trình này. Tần số cộng hưởng là nghịch đảo của chu kỳ cộng hưởng.

Fig. 4. Phản hồi time-domain của cảm biến dây rung như một hàm thời gian
 
Trong môi trường ít tiếng ồn, đây là một phương pháp hiệu quả để xác định tần số cộng hưởng của dây. Nó đã được tích hợp thành công vào nhiều sản phẩm thu thập dữ liệu giúp đơn giản hóa ứng dụng của nó với các mô-đun phần cứng chuyên dụng, hướng dẫn lập trình và phần mềm. Tuy nhiên, cách tiếp cận này gặp khó khăn trong môi trường có độ nhiễu cao, như thể hiện qua các kết quả đọc sai trong Hình 1.Hình 5 cho thấy vấn đề đo điểm giao nhau bằng 0 khi có tiếng ồn bên ngoài.
 
Fig. 5. Vibrating-wire time-domain response as a function of time with competing noise
 
Tiếng ồn bên ngoài làm gián đoạn tín hiệu, xóa nhầm các điểm giao nhau bằng 0. Nói chung, tiếng ồn bên ngoài có thể gây ra lỗi bằng cách thêm các giao điểm 0 vào hoặc bằng cách loại bỏ các giao điểm 0 khỏi tín hiệu bình thường. Ngay cả với khó khăn này, đôi khi các kỹ sư vẫn có thể thu thập dữ liệu hữu ích trong môi trường độ nhiễu. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi nhiều nỗ lực hơn để loại bỏ nguồn nhiễu hoặc lên lịch đo trong khoảng thời gian độ nhiễu tăng lên. Một cách tiếp cận khác yêu cầu các nhà phân tích dữ liệu xác định và loại bỏ dữ liệu xấu bằng cách so sánh dữ liệu đo lường trước và sau các sự kiện nhiễu.
 
Trước những thách thức này, các kỹ sư thiết bị đã bắt đầu tìm ra phương pháp xác định tần số cộng hưởng của cảm biến dây rung với khả năng chống nhiễu được cải thiện.
 
Số đọc cảm biến dây rung: Phân tích q uang phổ

Phương pháp phân tích quang phổ nghiên cứu phản ứng của dây căng như là một hàm của tần số. Bởi vì chúng tôi đang cố gắng xác định tần số cộng hưởng của một dây căng, nên việc kiểm tra phản ứng của dây đó là một hàm của tần số thay vì thời gian là điều hợp lý. Cách tiếp cận áp dụng biến đổi Fourier cho phản hồi được lấy mẫu để chuyển đổi nó từ miền thời gian sang miền tần số, như trong Hình 6. Bằng cách xác định tần số của phản hồi cực đại trong phổ thu được, chúng tôi đã xác định được tần số cộng hưởng của dây.
 
Fig. 6. Vibrating-wire response as a function of frequency
 
Với dữ liệu được chuyển đổi sang miền tần số, tần số cộng hưởng của cảm biến có thể được xác định ngay cả khi có tiếng ồn bên ngoài. Như được hiển thị trong Hình 7, phân tích quang phổ cho phép phân biệt phản ứng của cảm biến với nhiễu.
 
Fig. 7. Vibrating-wire response as a function of frequency with competing noise

Phân tích quang phổ cũng giúp cải thiện độ chính xác của phép đo khi không có nhiễu bên ngoài, như thể hiện trong Hình 8.
 
Fig. 8. Comparison of the target frequency resolution, time-domain resolution, and spectral analysis resolution

Các nhà sản xuất cảm biến dây rung thường muốn giải quyết các thay đổi về tần số cộng hưởng thành 0,1 Hz. Phân tích miền thời gian (time-domain), trong trường hợp không có nhiễu, có thể đạt được độ chính xác của phép đo là 0,01 Hz rms. Phân tích quang phổ đạt được độ chính xác của phép đo là 0,001 Hz rms, một cải tiến đáng kể.

Việc chuyển đổi phản hồi của cảm biến từ miền thời gian sang miền tần số mang lại các lợi thế bổ sung - cụ thể là khả năng chẩn đoán không khả dụng với phương pháp tiếp cận miền thời gian. Như được hiển thị trong Hình 9, chúng bao gồm biên độ tín hiệu, tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu và tần số nhiễu cạnh tranh. 

Fig. 9. Spectral-analysis measurement diagnostics

Những chẩn đoán này hữu ích cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm xác thực các phép đo, hiểu và xác định nguồn tiếng ồn cũng như xác định tình trạng cảm biến lâu dài. Hiểu từng chẩn đoán này cho phép sử dụng cảm biến trong thời gian dài hơn nhiều, giúp giảm đáng kể số lượng cảm biến sẽ được thay thế trong vòng đời của dự án.

Mặc dù cực kỳ hiếm, nhưng nếu cảm biến dây rung giảm căng dây bên trong trong thời gian dài theo dõi (tức là hàng thập kỷ), phương pháp đo lường VSPECT của chúng tôi vẫn sẽ thu được tần số cảm biến cơ bản cao nhất, mang lại độ chính xác và độ chính xác trong nhiều thập kỷ bất kể rung động- biên độ dây thay đổi.

Tóm lại, phương pháp VSPECT cung cấp khả năng chống nhiễu, cải thiện độ phân giải và độ lặp lại của phép đo, khả năng đọc các cảm biến có chiều dài cáp rất dài và chẩn đoán hữu ích để đọc các cảm biến dây rung—tất cả những cải tiến đáng kể cho những người sử dụng cảm biến dây rung.
 
Thực hiện kỹ thuật phân tích quang phổ

Tính hữu ích của phân tích quang phổ để đọc các cảm biến dây rung phụ thuộc vào sự phù hợp của nó đối với việc sử dụng tại hiện trường. Thiết bị phải tiết kiệm chi phí, chắc chắn, ít tiêu thụ điện năng và dễ dàng tích hợp với thiết bị thu thập dữ liệu hiện có.

Campbell Scientific, một công ty thu thập dữ liệu có trụ sở tại Logan, Utah, trước đây đã phát triển các phương pháp trong miền thời gian để đọc các cảm biến dây rung. Được trang bị kinh nghiệm này, các kỹ sư thiết bị tại Campbell Scientific đã phát triển một mô-đun đọc dây rung mới kết hợp phân tích quang phổ. Mô-đun mới này, AVW200, kích thích dây của cảm biến, lấy mẫu phản hồi, áp dụng biến đổi Fourier và trả về kết quả đo cũng như chẩn đoán cho bộ ghi dữ liệu - tất cả chỉ trong vòng hai giây.

AVW200 và đối tác không dây của nó, AVW206, đã có sẵn từ đầu năm 2008. Kể từ đó, chúng đã được sử dụng thành công trong một số ứng dụng. Các phần sau đây mô tả cách công nghệ mới mang lại lợi ích cho hai dự án cầu lớn: Cầu Huey P. Long mở rộng ở Louisiana và  Cầu I-35 St. Anthony Falls ở Minnesota. *Những dự án này ban đầu được xuất bản dưới dạng nghiên cứu điển hình trên trang web của chúng tôi và các dự án có thể đang trong các giai đoạn hoàn thành khác nhau kể từ thời điểm đó.

Case Study: Huey P. Long Bridge Widening Project

Bốn nhịp chính của Cầu Huey P. Long kéo dài gần 2.400 ft bắc qua Sông Mississippi ở New Orleans, Louisiana.

 
Fig. 10. The Huey P. Long Bridge prior to the renovation

Cây cầu có giàn thép đúc hẫng này thông xe vào năm 1935 và được sở hữu và vận hành bởi New Orleans Public Belt Railroad. Cây cầu hiện có các tuyến đường sắt kép giữa các giàn và hai làn đường dành cho phương tiện giao thông được đúc hẫng ở bên ngoài mỗi giàn. Dựa trên nhu cầu cải thiện lưu lượng phương tiện và những hạn chế do giao thông đường sắt liên tục, Bộ Giao thông Vận tải và Phát triển Louisiana (LA DOTD) đã quyết định mở rộng cây cầu thay vì thay thế nó.

Việc mở rộng cầu sẽ tạo điều kiện tăng chiều rộng đường ở mỗi bên của cầu từ chiều rộng hiện tại là 18 ft lên 40 ft. Việc mở rộng sẽ kéo theo việc bổ sung các giàn phía thượng lưu và hạ lưu song song với giàn hiện có. Các trụ cầu đang được sửa đổi với các lớp bọc bê tông bổ sung và khung thép để hỗ trợ hai giàn mở rộng mới.
 
Fig. 11. Rendering of the planned renovation

Một hệ thống giám sát tình trạng kết cấu được bao gồm trong hợp đồng xây dựng như một biện pháp chủ động để đánh giá liệu lượng tải trọng dự kiến có được chuyển từ các thành phần giàn mở rộng sang các thành phần giàn hiện có hay không.

CTLGroup trúng thầu thiết kế và lắp đặt hệ thống quan trắc theo thông số kỹ thuật cho dự án mở rộng cầu Huey P. Long Bridge. Thông số kỹ thuật giám sát giàn yêu cầu như sau:

• Xác định ứng suất tĩnh ban đầu trong các cấu kiện eyebar hiện có
• Lắp đặt strain gauge để đo ứng suất liên quan đến xây dựng trong 433 cấu kiện
• Lắp đặt strain gauge để đo ứng suất hoạt tải ở 31 cấu kiện
• Lắp đặt biaxial tiltmeter trên mỗi trong số năm trụ cầu hiện tại
• Hệ thống quan trắc để đọc các thiết bị đo, so sánh với các giá trị dự đoán và cung cấp báo cáo hàng ngày trong suốt quá trình xây dựng ba năm
• Thực hiện thử tải để hiệu chỉnh hệ thống quan trắc

Tổng cộng có 433 cấu kiện giàn hiện có được theo dõi bằng một dãy gồm 827 thiết bị đo biến dạng tĩnh và động được thiết kế để đo hiệu ứng tải trọng dọc trục và tải trọng uốn. Ngoài ra, máy đo độ nghiêng theo dõi độ nghiêng của trụ. Đối với hệ thống tĩnh, CTLGroup đã chọn thiết bị đo biến dạng dây rung dựa trên chi phí, bù nhiệt độ tích hợp và khả năng kết nối dây dẫn dài.

Hệ thống thu thập dữ liệu quan trắc giàn bao gồm hai hệ thống giám sát riêng biệt: hệ thống giám sát tĩnh tải và hệ thống giám sát hoạt tải, như thể hiện trong Hình 12.
 
Fig. 12. Placement of gages along the bridge

Hệ thống tĩnh sử dụng 23 tủ NEMA gắn bên đường có chứa bộ ghép kênh Mutiplexer AM16/32 để đọc 777 cảm biến dây rung trên 433 cấu kiện. Ngoài ra, năm trụ cầu được theo dõi bằng cách sử dụng mười máy đo độ nghiêng dây rung cũng như nhiệt độ môi trường xung quanh, tốc độ gió và hướng gió. Do nhu cầu kết nối không dây giữa các bộ ghép kênh Multiplexer, bộ ghi dữ liệu và máy tính trung tâm, hệ thống được cấu hình bằng cách sử dụng kết hợp 24 mô-đun AVW206 và radio trải phổ RF401. Bộ ghép kênh đọc các cảm biến, thực hiện xử lý tín hiệu và truyền dữ liệu không dây đến một trong bốn bộ ghi dữ liệu CR1000 được gắn trên tay vịn bên đường ray. Sau đó, các bộ ghi dữ liệu này truyền dữ liệu không dây đến văn phòng MTI cách địa điểm cầu khoảng một phần tư dặm.

Mục đích của hệ thống là đo ứng suất (biến dạng) trong các cấu kiện đã xác định và so sánh chúng với phản ứng dự đoán trong quá trình xây dựng mở rộng cầu. Điều này được thực hiện bởi:

• Thiết lập các giới hạn cho phản ứng dự đoán cho xây dựng theo giai đoạn
• Tính toán các biến động cơ bản (tải trọng giao thông/đầu máy và hiệu ứng nhiệt độ)
• So sánh kết quả đo được với kết quả dự đoán
• Tự động gắn cờ các giới hạn nằm ngoài phản hồi dự đoán

Hệ thống chạy liên tục và thu thập dữ liệu khoảng mười phút một lần. Upload dữ liệu lên một trang web được bảo vệ bằng mật khẩu. Trang web gắn cờ trực quan (theo màu) dữ liệu nằm ngoài giới hạn định trước.

Với hàng trăm cảm biến dây rung có liên quan, dự án giám sát này đã cung cấp một cài đặt phù hợp để áp dụng phương pháp phân tích quang phổ mới. Kết quả rất khả quan. Trước đây, một ứng dụng có quá nhiều phép đo dây rung sẽ cần nhiều nỗ lực hơn để xác thực các phép đo và xác định dữ liệu bị nhiễu. Thông thường, một số dữ liệu sẽ bị mất do nhiễu. Tuy nhiên, trong trường hợp này, phân tích quang phổ đã loại bỏ các vấn đề nhiễu. Không có dữ liệu nào bị mất và không cần nỗ lực thêm để xác định dữ liệu bị nhiễu.

Các chẩn đoán được cung cấp bởi phương pháp mới cũng tỏ ra hữu ích và được sử dụng rộng rãi trong suốt dự án. CTLGroup đã báo cáo rằng các sự cố khắc phục sự cố không thể được giải quyết dễ dàng nếu không có AVW206. Mặc dù trước đây họ đã sử dụng các giải pháp trong miền thời gian, nhưng trải nghiệm này đã đặt họ vững chắc vào phương pháp phân tích quang phổ.

Case Study: St. Anthony Falls Bridge Foundation Monitoring

Vào ngày 1 tháng 8 năm 2007, cầu I-35W St. Anthony Falls bắc qua sông Mississippi ở Minneapolis, Minnesota, bị sập vào giữa giờ cao điểm.

 

 
 
Fig. 13. Minneapolis Mayor R. T. Rybak surveying the collapsed St. Anthony Falls Bridge
(Photo courtesy of Mike Wills)

Sự cố sập cầu đã làm 13 người thiệt mạng và đánh động tới các nhà hoạch định chính sách cũng như kỹ sư về sự nghiêm trọng của cơ sở hạ tầng thất bại của Mỹ. Một nỗ lực hợp tác to lớn để thay thế cây cầu một cách nhanh chóng và an toàn đã mang lại kết quả. Nó khai thác các công nghệ hiện hữu và tiếp tục cung cấp cái nhìn sâu sắc về hiệu suất của cây cầu cũng như sức khỏe lâu dài. Để đạt được mục tiêu đó, một chương trình đã được thiết lập để chỉ ra cách sử dụng thiết bị đo đạc bên trong để tăng cường đảm bảo chất lượng, giám sát tải trọng xây dựng và sau đó cho thấy các tác động của lưu lượng và tải trọng gió đối với hoạt động lâu dài của trụ cầu.

Đây là phần đầu tiên của một chương trình lớn hơn liên quan đến toàn bộ cây cầu và nó chỉ liên quan đến một trong ba trụ cầu trên cao, cụ thể là các cột và móng của Cầu tàu hướng Nam Trong đó, hai loại thiết bị đo biến dạng và nhiệt kế đã được lắp đặt để theo dõi ba giai đoạn của hệ thống cầu và móng: (1) nhiệt độ bảo dưỡng bê tông bên trong của các bộ phận móng, (2) tải trọng xây dựng và (3) sức khỏe lâu dài.

Bốn cấp của sáu thiết bị đo biến dạng, mỗi cấp được lắp đặt ở hai trong số tám phần tử móng trục khoan sâu 100 ft (tổng cộng 48 thiết bị đo). Các mức gage được chỉ định để xác định các đóng góp mang tải từ các lớp đất khác nhau. Các mức này nằm ở đỉnh trục (mặt đất), đỉnh của đá mềm, đỉnh của đá có khả năng và đáy của trục.

Mỗi cấp độ bao gồm bốn thiết bị đo biến dạng dây rung được định vị tại một phần tư điểm xung quanh chu vi của mặt cắt ngang trục. Hai trong số bốn thiết bị đo dây rung ở mỗi cấp được kết hợp với một thiết bị đo biến dạng điện trở nằm ở các phía đối diện của trục. Sơ đồ này mang lại sự ổn định lâu dài với các thiết bị đo dây rung chậm hơn cùng với các phép đo nhanh từ các thiết bị đo điện trở trong các sự kiện động.

Ngoài các phép đo nền móng, hai mức của bốn thiết bị đo biến dạng dây rung đã được lắp đặt trong hai cột đỡ hai dầm hộp bê tông hướng nam (tổng cộng 16 thiết bị đo biến dạng dây rung). Cấp độ đầu tiên là ở giữa chiều cao của các cột; cái thứ hai ở chân cột. Các thiết bị đo mức trung bình được nhân đôi với các thiết bị đo biến dạng điện trở để đo các sự kiện thoáng qua trong thời gian ngắn.

Hai hệ thống thu thập dữ liệu riêng biệt được sử dụng để đo dây rung và thiết bị đo biến dạng điện trở. Các thiết bị đo dây rung được đọc bằng AVW200 và được ghi lại bằng bộ ghi dữ liệu CR1000, bao gồm các bản ghi nhiệt điện trở bên trong dây rung. Các thiết bị đo điện trở được đo bằng hệ thống thu thập dữ liệu tốc độ cao CR9000 của Campbell Scientific. Các thiết bị đo dây rung được lấy mẫu cứ sau hai phút và thời gian lấy mẫu sau đó được giãn ra trong khoảng thời gian 15 phút. Các thiết bị đo điện trở được lấy mẫu ở 100 Hz; các giá trị trung bình, tối đa và tối thiểu được ghi lại cứ sau 15 phút. Cả hai hệ thống đều tự cung cấp năng lượng bằng các tấm pin mặt trời và pin chu kỳ sâu, đồng thời mỗi hệ thống tải dữ liệu lên máy chủ lưu trữ từ xa bằng modem di động. Sự sắp xếp này cho phép các hệ thống thu thập dữ liệu hoạt động độc lập với nguồn điện và thông tin liên lạc xây dựng tại chỗ và chúng không can thiệp vào các hoạt động xây dựng hàng ngày. Các khía cạnh chính của cả hai hệ thống thu thập dữ liệu là giám sát dữ liệu từ xa, tải xuống chương trình từ xa và cấu hình lại từ xa khi các yêu cầu thu thập dữ liệu tăng và giảm.

Giai đoạn 1 liên quan đến giám sát nhiệt độ bên trong bê tông. Các nhiệt điện trở nhúng bên trong thiết bị đo biến dạng dây rung cung cấp một phương tiện để đảm bảo rằng nhiệt độ bê tông nằm trong phạm vi chấp nhận được. Hình 14 cho thấy nhiệt độ bên trong trục ở mỗi cấp độ đo trong quá trình xây dựng trục và chân đế.
                                        Fig. 14. Internal shaft temperature at the gage levels.

Giai đoạn 2 theo dõi các tải trọng ngày càng tăng và cách thức các tải trọng đó được phân bố dọc theo chiều dài của các trục khi quá trình xây dựng diễn ra. Hình 15 cho thấy tải trọng trên một trong các trục bên dưới móng Cầu tàu 2, cùng với các cột mốc xây dựng. Hình này cho thấy rằng gần 800-kip trong tổng tải trọng 3500 kip của trục đã bị cản bởi gối đầu và khoảng một nửa tải trọng còn lại do lực cắt bên của lớp đá mang. Các bước tải được thể hiện rõ ràng từ ngày 29 tháng 5 đến ngày 9 tháng 7, cho thấy vị trí của từng phân đoạn trong số 15 phân đoạn dầm hộp.
 
 
                                  Fig. 15. Load generation on a drilled shaft beneath Pier 2 footing

Giai đoạn 3 đang diễn ra. Nó sử dụng các hiệu chuẩn và mối tương quan thu được trong Giai đoạn 2 để theo dõi tình trạng lâu dài của cây cầu. Sự thay đổi về tải trọng trục và cột có thể xác định các điều kiện bất thường và cảnh báo cho các quan chức thực hiện các hành động thích hợp.

Dự án này, cũng như dự án Huey P. Long Bridge, rất phù hợp để chứng minh những lợi ích của phương pháp phân tích quang phổ để đọc các cảm biến dây rung. Dự án này không chỉ liên quan đến một số lượng lớn các cảm biến dây rung, mà thiết lập còn nằm cách máy phát điện 1000 KW ~1,5m. Như trước đây, kết quả rất khả quan. Ngay cả khi có máy phát điện lớn ở gần, không có dữ liệu nào bị mất do nhiễu và không cần phân tích bổ sung để xác định xem các phép đo có bị ảnh hưởng bởi nhiễu hay không. Trên thực tế, dữ liệu thô được đăng tự động lên một trang web có sẵn công khai cứ sau 15 phút mà không cần xem xét hoặc đánh giá chất lượng. Vì sự thành công của phương pháp mới trong dự án này, người quản lý chương trình đã có kế hoạch biến nó thành một phần của hai dự án giám sát cầu trong tương lai.
 
Phần kết luận
 
Nội dung này đã giới thiệu VSPECT® (phân tích quang phổ) như một cải tiến so với cách tiếp cận miền thời gian truyền thống để đọc các cảm biến dây rung. VSPECT cải thiện khả năng miễn dịch với tiếng ồn bên ngoài, cung cấp độ chính xác tốt hơn và đưa ra chẩn đoán đo lường hữu ích. Những lợi ích này dẫn đến độ tin cậy của phép đo và tiết kiệm chi phí trong suốt vòng đời của dự án do dữ liệu xử lý hậu kỳ tốn ít thời gian hơn. VSPECT đã được xác thực tại hiện trường với mô-đun máy phân tích dây rung AVW200, bộ ghi dữ liệu CR6, máy phân tích dây rung GRANITE VWIRE 305, bộ ghi dữ liệu dây rung CRVW3 và máy phân tích dây rung VWAnalyzer. Phương pháp tiếp cận mới đã được áp dụng thành công trong các dự án giám sát lớn và nhỏ trên toàn cầu và nó là chìa khóa dẫn đến thành công của hai dự án cầu được mô tả trước đây - cải thiện độ chính xác của phép đo, cung cấp chẩn đoán để kéo dài tuổi thọ hữu ích của cảm biến và loại bỏ tiếng ồn như một yếu tố trong các phép đo dây rung. Là một công nghệ đã được chứng minh tại hiện trường với sự hỗ trợ lý thuyết rõ ràng, VSPECT là một bước tiến quan trọng trong công nghệ đo dây rung và sẽ thay thế phương pháp miền thời gian truyền thống.
 
Để biết thêm thông tin, hãy tham khảo tài liệu về công nghệ VSPECT.
 
Kỹ thuật đo dây rung động được bảo vệ theo Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 8.671.758 và công nghệ phân tích quang phổ dây rung (VSPECT®) được bảo vệ theo Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 7.779.690.
 
Lời cảm ơn

Nội dung trong tài nguyên này là bản in lại từ một bài báo được viết bởi Ken Stevens, Larry Jacobsen, Tom Weinmann và Grey Mullins và được thực hiện nhờ sự hỗ trợ của Bộ Giao thông vận tải và Phát triển Louisiana, Liên doanh MTI, CTLGroup (Chuyên gia kỹ thuật Jaimy Juliano và Igo Kirin), Bộ Giao thông Vận tải Minnesota và Đại học Nam Florida.
 
Tham khảo

Stevens, K., Jacobsen, L., Weinmann, T. và Mullins, G. (2009). “Cải thiện khả năng chống nhiễu của dây rung bằng cách sử dụng phân tích quang phổ,” Hội thảo Sự mỏi và gãy trong cơ sở hạ tầng - Cầu và cấu trúc của thế kỷ 21, ngày 26-29 tháng 7, Philadelphia.

Thông tin tư vấn và hỗ trợ vui lòng liên hệ theo hotline: 0967.699.555 (Mr. Ngọc)
Bình luận facebook