Подсистема СМИК

Мониторинг собственной частоты колебаний и логарифмического декремента затуханий

Листовка в формате PDF «Мониторинга собственной частоты колебаний»

Для выявления изменений напряженно-деформированного состояния конструкций уже достаточно давно и особенно в последние 10 – 15 лет используются динамические методы зондирования зданий и сооружений, основанные на измерении периодов и логарифмических декрементов собственных колебаний зданий и сооружений.

Колебания зданий и мостовых сооружений могут возникать вследствие воздействия проводимых рядом строительных работ, движения различного транспорта или другими техногенными факторами. В связи с этим для высотных зданий возникает необходимость выявления изменений напряженно-деформированного состояния конструкций и локализации мест такого изменения с использованием других методов, позволяющих автоматизировать процесс измерений.

Превышение допустимого уровня напряженно-деформированного состояния способны, при определённых условиях, привести к частичному или полному обрушению данных конструкций и другим негативным последствиям. В истории немало примеров, таких последствий: Египетский мост в Санкт-Петербурге, мост Тэкома-Нерровз в США, Волгоградский мост в Волгограде и др.

Подсистема СМИК «Мониторинга собственной частоты колебаний и логарифмического декремента» позволяет в автоматизированном режиме сигнализировать о превышении допустимого уровня напряженно-деформированного состояния для предупреждения аварийно-опасных случаев.

Подсистема работает на базе цифровых датчиков ZET 7052-N или ZET 7152-N и ZET 7056 или ZET 7156 и обеспечивает контроль за виброускорениями элементов конструкций, периодами собственных частот колебаний зданий (сооружений) и соответствующих им логарифмическими декрементами затухания.

Аппаратная часть подсистемы может быть выполнена в двух возможных вариантах проводного интерфейса:

стандарта RS-485 с поддержкой открытого протокола Modbus RTU, что позволит без труда интергировать подсистему в существующую сторонюю систему мониторинга на шине Modbus;
стандарта CAN с закрытым уникальным протоколом, разработанным ZETLAB; преимуществом использования данного стандарта является возможность осуществления бездемонтажной поверки датчиков в составе системы, скорость передачи данных и непрерывная проверка качества данных.

А также есть поддержка беспроводных интерфейсов связи по протоколам:

LoRaWAN — сбор данных с датчиков осуществляется по протоколу Modbus RTU через интерфейс RS-485 с последующей их передачей по беспроводному протоколу LoRaWAN, работающему поверх технологии модуляции LoRa;
NB-IoT — сбор данных с датчиков осуществляется по протоколу Modbus RTU через интерфейс RS-485 с последующей их передачей на сервер через NB-IoT сеть.

Основные характеристики

Контролируемый параметр	Собственная частота колебаний			Декремент затуханий
Тип модуля/цифрового датчика	ZET 7152-N VER.3	ZET 7052-N/ZET 7152‑N	ZET 7056/ZET 7156	ZET 7152-N VER.3	ZET 7052-N/ZET 7152‑N	ZET 7056/ZET 7156

Протокол/интерфейс	CAN	Modbus RTU/RS-485 или CAN	Modbus RTU/RS-485 или CAN	CAN	Modbus RTU/RS-485 или CAN	Modbus RTU/RS-485 или CAN
Единица измерения	Гц			—
Диапазон измерений	0,1…40			0,02…0,9
Минимально регистрируемое изменение	0,02 %			2 %
Минимальный уровень ALARM	2 %			10 %

Цифровые трехкомпонентные акселерометры рекомендуется использовать для контроля за значительными амплитудами колебаний (порядка 1…70 м/с²) и располагать в местах с максимальной амплитудой колебаний (например в середине закрепленной с двух сторон балки (либо фермы), в середине стропилы, в середине ванта, на конце консоли).

Цифровые трехкомпонентные сейсмометры рекомендуется располагать в местах с незначительными амплитудами колебаний (порядка 0,001…20 мм/с) на бетонных основаниях (опорах, сваях, фундаментах) либо на конструктивных элементах имеющих надежную механическую связь с несущими элементами сооружения.

Датчики крепятся при помощи пластин и крепёжных приспособлений, входящих в комплект поставки, непосредственно на несущие конструкции объекта мониторинга.

С целью определения мест оптимального расположения цифровых датчиков на здании мы рекомендуем провести комплекс проектно-изыскательских работ (ПИР) при помощи мобильной системы измерений собственной частоты колебаний и логарифмического декремента.

Предпочтение отдаётся тем местам, для которых по спектральным характеристикам получены минимальные отклонения СКО в пределах областей регистрации собственных частот колебаний.

Также на этапе ПИР опытным путём определяются базовые значения собственных частот колебаний здания для нестандартных зданий и сооружений.

Объекты нефтегазового и химического комплексов являются зоной повышенной опасности. В связи с этим, техногенные аварии на взрывоопасных предприятиях необходимо предупреждать в первую очередь а мониторинг объектов данного типа приобретает особую актуальность. Оборудование для мониторинга должно соответствовать определённым требованиям безопасности, поэтому нашими специалистами был разработан компактный автономный сейсмограф, выполненный во взрывозащищённом корпусе с маркировкой рудничного оборудования PB Exd I MB X.

Сейсморегистратор для проведения ПИР

Сейсмограф для проведения ПИР
на взрывоопасных объектах

Подсистема СМИК «Мониторинг собственной частоты колебаний и логарифмического декремента затуханий» в непрерывном автоматическом режиме сравнивает значения зарегистрированные цифровыми датчиками с установленными пороговыми значениями для предупредительного и предаварийного уровней, и в случае детектирования превышений пороговых значений формирует соответствующие сигналы «Предупреждение» либо «Опасность».

Обработка и визуализация сигналов со всех каналов подсистемы может быть произведена при помощи программы Просмотр исторических событий из состава ПО ZETLAB. Программное обеспечение разработано с учётом современных алгоритмов вычисления и тенденций визуализации полученной информации. Даже неопытный пользователь без труда сможет определить остаточный ресурс конструкции, взглянув на графическое отображение.

На рисунке приведено изображение интерфейсного окно программы Просмотр исторических данных. На графиках представлены зарегистрированные значения динамических характеристик конструкции, на которой осуществляется мониторинг собственной частоты колебаний и логарифмического декремента затуханий.

Верхний график показывает динамику изменения собственной частоты колебаний конструкции, а нижний — соответствующий декремент затуханий. Графики представляют из себя исчерпывающую информацию о поведении динамических характеристик сооружения в любой момент времени: на сетке отображается измеренное значение и зависимость одной величины от другой, при необходимости можно получить детальную информацию в любой выбранной точке.

Собственная частота и логарифмический декремент затуханий являются основополагающими параметрами при анализе сооружений на износ, поскольку при уменьшении в процессе эксплуатации прочностных характеристик несущих конструкций, динамические характеристики значительно изменяются, и по степени их отклонения от нормы можно судить об изменении прочности сооружения.

Физика процесса такова, что при появлении дефектов конструкции, на колебания сооружения накладываются «паразитные» гармоники, в результате чего собственная частота колебаний уменьшается.На фоне уменьшения собственной частоты колебаний, увеличивается логарифмический дектремент затухания колебаний, так как напрямую зависит от амплитуд свободных колебаний. Следовательно, чем больше декремент затухания, тем ненадёжнее становится конструкция.

Программное обеспечение Просмотр исторических данных позволяет отображать данные за длительный период мониторинга. Это позволяет накапливать статистику изменений параметров динамических характеристик в зависимости от сезоности времён года, природно-техногенных воздействий, промышленных нагрузок и пр.

Экспериментальные исследования на определение остаточного ресурса металлических конструкций при помощи ПО ZETLAB, проведенные специалистами ZETLAB, показали прогнозирование перехода конструкции в предаварийный режим на уровне выработки всего запаса прочности приблизительно на 75 % .

Мониторинг собственной частоты колебаний и логарифмического декремента затуханий

Интересует стоимость системы?

Отправьте нам запрос

ZETLAB

Предприятие

Поддержка

Продукция