Monitorowanie obiektów budowlanych na przykładzie Stadionu Olimpijskiego w Pekinie

Karty akwizycji danych wykorzystywane do przenośnego testowania struktur obiektów

W celu przeprowadzania badań krótkoterminowych w aplikacjach struktur obiektów, takich jak pomiar obciążeń i diagnostyka, ważne jest skrócenie czasu konfiguracji systemu. Brak konieczności wykorzystania kabli między przyrządem a komputerem umożliwia redukcję kosztów i czasu, potrzebnych do stworzenia aplikacji.

NI Wi-Fi DAQ pozwala wykorzystać moduły serii C w systemie opartym na standardowej technologii bezprzewodową. Wi-Fi DAQ wykorzystują standard IEEE 802.11b/g do przesyłania danych pobranych z przetworników naprężeń, drgań oraz akustycznych. Wi-Fi DAQ umożliwiają także wykorzystanie standardowego portu ethernetowego (10/100 IEEE 802.3) oraz własnych anten. Urządzenie zasilane jest napięciem 9-30VDC. Rysunek 3. przedstawia urządzenie Wi-Fi DAQ wysyłające dane do komputera przenośnego bez użycia kabli.

Wytrzymałe systemy wbudowane służące do monitorowania długoterminowego

Długoterminowe monitorowanie jest kluczowym elementem analizy struktur mostów, budynków, stadionów oraz innych dużych budowli. Aplikacje monitorujące wymagają wytrzymałych, inteligentnych systemów akwizycji danych, które mogą zostać zainstalowane w trudnodostępnych miejscach bez ograniczenia elastyczności, funkcjonalności czy dokładności pomiarów.

CompactRIO jest zaawansowanym systemem pomiarowym i sterującym, zaprojektowanym z myślą o wysokowydajnych i niezawodnych aplikacjach. Dzięki otwartej architekturze, wytrzymałości, małym wymiarom i elastyczności, inżynierowie mogą z łatwością projektować i uruchamiać systemy monitorujące strukturę budowli. Przykładowe systemy Compact RIO (bez dołączonych czujników) przedstawiono na rys. 4. Urządzenie CompactRIO programowane jest z poziomu LabVIEW oraz pozwala na dołączenie szerokiej gamy urządzeń pomiarowych serii C.

Systemy ciągłego monitorowania wymagają niezawodnego systemu, który może przez długi okres czasu pracować bez nadzoru. Wymaganie to może zostać spełnione dzięki wykorzystaniu systemu operacyjnego czasu rzeczywistego, pod kontrolą którego pracuje aplikacja pobierająca dane, zapisująca je na dysku i co zadany czas przesyłająca je do użytkownika. Możliwość pracy bez nadzoru pozwala na uniknięcie problemów spowodowanych przerwami w pracy sieci czy też komputera PC.

CompactRIO składa się z procesora, systemu operacyjnego czasu rzeczywistego oraz sprzętu, który umożliwia zapis danych, np. nieulotna pamięć flash (do 2GB), karty pamięci SD oraz pamięci USB. System programowany jest w graficznym języku programowania LabVIEW, dzięki czemu możliwa jest konfiguracja systemu do specyficznych zadań akwizycji danych, obróbki sygnałów w czasie rzeczywistym i komunikacji , wymaganych przez aplikacje monitoringu strukturalnego.

Wiele systemów akwizycji danych zostało stworzonych z myślą o środowiskach laboratoryjnych, a nie lokalizacjach takich jak mosty czy tamy. Wykorzystanie sprzętu laboratoryjnego w terenie często wymaga drogich i nieporęcznych obudów. Wytrzymały system CompactRIO pozwala na pracę w miejscach o znaczącym poziomie drgań (np. mosty) oraz w różnej temperaturze (-40 do 70 st. C).

Przykłady zastosowania przyrządów pomiarowych serii C

Jednym z systemów opartych na rozwiązaniach National Instruments jest aplikacja służąca do analizy drgań stadionu olimpijskiego w Pekinie (rys 1.). Celem projektu jest monitorowanie stanu budynku, co pomaga zwiększyć bezpieczeństwo i trwałość konstrukcji. Przykładowy system składa się z 3 obudów CompactRIO i pozwala na akwizycję danych z 64 kanałów, do których podpięto między innymi akcelerometry do pomiaru przyspieszeń. Wszystkie karty akwizycji danych zostały zsynchronizowane przy wykorzystaniu sygnału z GPS, zapewniając synchronizację między kontrolerami rzędu +/-10μs. Biorąc pod uwagę fakt, że nie wszystkie urządzenia znajdują się w miejscach, do których dociera sygnał GPS, urządzenia wyposażono w podsystem umożliwiający synchronizację z zewnętrznych komputerów [1].

Dzięki czujnikom przyspieszenia zamontowanym na konstrukcji, możliwe stało się monitorowanie drgań pochodzących zarówno z naturalnych (trzęsienia ziemi), jak i sztucznych źródeł (widownia). Sygnały zapisywane są na dysku, a dzięki zmiennym sieciowym i serwerowi WWW zostają upowszechnione w Internecie. Co więcej, system pozwala na wysłanie e-maila w przypadku wystąpienia określonego zdarzenia [1].