2.1. Cảm biến sơn áp điện
Trong nghiên cứu này, tất cả các phép đo đạc sẽ đƣợc thực hiện với với cảm biến sơn áp điện. Khi cơng trình hay thiết bị chịu rung động, tín hiệu điện đầu ra của cảm biến cũng thay đổi theo. Do đĩ các rung động sẽ đƣợc phát hiện và ghi lại.
Hình 1: Sơ đồ của một cảm biến áp điện
Về cơ bản, một cảm biến gia tốc sơn áp điện bao gồm một lớp phim của sơn áp điện kẹp giữa hai điện cực dẫn điện. Điện cực đầu tiên (bằng thép carbon) cũng là nền của bộ cảm biến. Điện cực thứ hai là một lớp phim của một sơn dẫn điện (khác với sơn áp điện khơng dẫn điện). Tiêu chí để lựa chọn độ dày của sơn áp điện là sự tạo ra dễ dàng và chính xác dữ liệu. Phim quá mỏng cĩ thể cĩ lỗ pin trong nĩ, và sơn dẫn điện cĩ thể liên hệ với bề mặt nền thơng qua những lỗ pin này gây ra ngắn mạch. Phim quá dày sẽ tăng cƣờng bề mặt nền, làm cho ứng suất trong các lớp phim khác với ứng suất trên bề mặt nền, và điều này là khơng mong muốn. Độ dày tối ƣu của màng sơn nên nằm giữa 50 - 100 μm [3].
Cảm biến sơn áp điện đƣợc tạo ra bằng cách phun sơn áp điện lên trên bề mặt dẫn điện với một khẩu súng phun. Những lớp phim dày sẽ đơng kết trong khơng khí ở nhiệt độ phịng trong 24 giờ và sau đĩ đƣợc phủ điện cực ở mặt trên, kết nối với dây tín hiệu, cuối cùng phân cực với một điện áp cao (ít nhất là 5kV/mm) để kích hoạt tính chất áp điện [4].
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
Đối tượng đo rung động:
Để lấy dữ liệu đo rung động, nhĩm tác giả đã lựa chọn những cây cầu tƣơng đối đơn giản: ngắn, cĩ một nhịp, chịu tải trọng tác động thƣờng xuyên thay đổi trong ngày, cụ thể là:
i) Cầu Lai Thành, cầu Bố tại thành phố Thanh Hĩa ii) Cầu Đo Đạc, cầu Hà Lan tại thị xã Bỉm Sơn.
29
Hình 2: Kết cấu chung cho các cầu Hình 3: Mơ hình chịu lực của cầu
Nhiệm vụ nghiên cứu:
i) Đo đạc các thơng số rung động (biên độ, tần số) của các cây cầu kể trên vào các thời điểm khác nhau trong ngày, khi mà tải trọng tác động lên chúng khác nhau.
ii) Xử lý dữ liệu thu đƣợc bằng phần mềm chuyên dụng CALFEM để xây dựng biểu đồ phổ về mối tƣơng quan giữa tần số - biên độ của gia tốc rung, thời gian rung động – độ dịch chuyển của cầu.
Bộ thiết bị đo, gá đặt, thời gian lấy dữ liệu:
Bộ thiết bị đo sử dụng cho nghiên cứu bao gồm những thành phần sau đây: Cảm biến gia tốc sơn áp điện, mạch điện khếch đại điện áp đầu ra của cảm biến, bộ phận lƣu trữ dữ liệu, máy tính với phần mềm xử lý dữ liệu CALFEM dựa trên nền tảng Phƣơng pháp phần tử hữu hạn.
Vị trí gá đặt thiết bị đo đƣợc chọn sao cho cĩ thể thu đƣợc dữ liệu tốt nhất về rung động của cầu. Cảm biến sẽ đƣợc gắn ở thành bên, phần giữa cầu. Vị trí gá đặt đầu tiên sẽ đƣợc đánh dấu để giữ nguyên cho tất cả các lần gá đặt tiếp theo. Điều này đảm bảo tính chính xác khi so sánh và tổng hợp dữ liệu của các lần đo khác nhau.
Thời gian lấy dữ liệu kéo dài 10 tháng, nửa tháng một lần, mỗi lần chia làm 3 ca với tổng thời gian là 24 tiếng để đảm bảo đánh giá đầy đủ tất cả thời điểm trong ngày. Ngày lấy dữ liệu cũng đƣợc chọn là những ngày cĩ thời tiết tốt để hạn chế tối đa sự khác biệt về lƣu lƣợng các phƣơng tiện giao thơng hay thời tiết.