CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUAN TRẮC SỨC KHỎE KẾT CẤU CÔNG TRÌNH CẦU
1.2. Tổng quan một số hệ thống quan trắc sức khỏe
1.2.1. Giới thiệu các thành phần của hệ thống quan trắc
Hiện nay tồn tại nhiều hệ thống quan trắc khác nhau, các loại khác nhau phụ thuộc vào các đặc trưng của đại lượng cần đo. Tuy nhiên, nói chung thì tất cả các hệ thống quan trắc có thể chia thành hai loại cơ bản như sau: Hệ thống quan trắc tĩnh và hệ thống quan trắc động.
Hình 1.4. Sơ đồ các hệ thống quan trắc
Mỗi hệ thống “con” bao gồm nhiều loại thí nghiệm khác nhau: như hệ thống đo tĩnh theo dõi ứng suất trong quá khứ của cầu. Khi có nhu cầu xem xét ứng xử tức thời của kết cấu thì sử dụng hệ thống quan trắc tạm thời. Những thay đổi toàn bộ và cục bộ
Đo tĩnh Đo động
Tạm thời/ theo dõi định kỳ
Dài hạn/theo dõi liên tục
Tạm thời/theo dõi định kỳ
Dài hạn/theo dõi liên tục
15
trong các bộ phận kết cấu cầu có thể được xác định bằng cách sử dụng hệ thống theo dõi lâu dài. Hệ thống theo dõi động xác định những hiệu ứng của tải trọng thực tế và các tham số cần thiết của kết cấu như: tần số tự nhiên, mode hình dạng và hệ số cản, đây là các đặc trưng riêng cho mỗi câu cầu.
Theo ISIS (2001), hệ thống quan trắc bao gồm những công việc sau đây:
- Thu thập dữ liệu;
- Truyền tải dữ liệu;
- Phân tích tín hiệu và xử lý dữ liệu;
- Lưu trữ dữ liệu đã xử lý;
- Hệ thống lựa chọn giá trị thông minh/thông tin kết quả;
- Đánh giá dữ liệu;
- Trình bày kết quả và tài liệu;
Các thông số chính quan trắc cầu bao gồm:
- Biến dạng/ứng suất;
- Chuyển vị;
- Gia tốc;
- Tần số, mode hình dạng;
- Nhiệt độ của kết cấu;
- Nhiệt độ không khí;
- Thời gian, điều kiện môi trường…
Hệ thống cảm biến bao gồm các dụng cụ điện trở đo biến dạng, dây đo dao động, đầu đo lệch, đầu đo gia tốc, cảm biến sợi quan học, v.v…
Công việc thu thập dữ liệu rất phức tạp và phụ thuộc lớn vào số lượng dữ liệu mẫu. Do đó, điều quan trọng là giữ cho khối lượng dữ liệu trong giới hạn hợp lý cho phép mà không xảy ra rủi ro mất các thông tin có giá trị, do đó cần lấy mẫu thích hợp.
Một tỷ lệ mẫu thấp sẽ dẫn đến nguy có có thể không đạt được thông tin mong muốn.
Ngược lại với tỷ lệ quá cao sẽ tốn nhiều tài nguyên bộ nhớ, ổ địa trên máy tính dẫn đến tốn kém không cần thiết và vì vậy sẽ không cần thiết cho hệ thống theo dõi lâu dài.
Một vấn đề trong quá trình thu thập dữ liệu là truyền tải dữ liệu từ bộ cảm ứng vào hệ thống thu thập dữ liệu. Quá trình truyền tải này thường đi qua dây dẫn. Bất lợi ở đây là chiều dài của dây dẫn thường được giới thiệu các cấp độ khác nhau do sự nhiễu của các tín hiệu. Do đó, chiều dài của nó tốt hơn là nên được giới hạn trong phạm vi tương thích với hệ thống thu thập dữ liệu. Truyền dẫn không dây giữa các cảm biến và hệ thống thu thập sẽ thích hợp hơn khi số lượng lớn các bộ cảm ứng được thực hiện.
Hình 1.5. Sơ đồ của một hệ thống quan trắc
Việc truyền dữ liệu quan trắc liên quan đến việc tuyền tải dữ liệu từ hệ thống thu thập dữ liệu cho văn phòng, nơi các xử lý và phân tích được thực hiện. Ví dụ như hệ thống thu thập dữ liệu có thể được kết nối với mạng internet làm cho nó có thể kết nối với hệ thống từ các máy tính trong văn phòng và tải dữ liệu. Tuy nhiên, tốt nhất là nếu dữ liệu quan trắc có thể được phân tích thô tại web bằng cách thực hiện các thuật toán phân tích vào hệ thống theo dõi.
Lưu trữ dữ liệu gồm các phương tiện lưu trữ dữ liệu được xử lý để nó sẵn sàng cho việc đánh giá trong thời điểm hiện tại hay trong tương lai. Điều quan trọng là làm cho dữ liệu nhận được bất cứ khi nào muốn để phân tích mới. Vì vậy, dữ liệu quan trọng này cần phải được đảm bảo khi lưu trữ bao gồm cả các chú thích và mô tả để làm cho
Thu thập dữ liệu (bao gồm lắp đặt các cảm biến, lựa chọ dữ liệu)
Truyền tải dữ liệu (bao gồm việc truyền tải dữ liệu cho việc xử lý)
Xử lý dữ liệu (bao gồm việc phân tích và lựa chọn các dữ liệu)
Lựa chọ dữ liệu (sự phân loại thông minh dựa vào các
dấu hiện của loại dữ liệu) Lưu trữ dữ liệu (bao gồm việc
lưu trữ đầy đủ thông tin và dùng để truy xuất lại)
Đánh giá dữ liệu (liên quan đến việc giải thích kết quả theo sự
phản ứng của kết cấu cầu)
17
rõ ý nghĩa của tất cả mọi thứ rõ ràng sau nhiều năm khi các tập tin được mở trở lại. Cũng có thể lưu trữ các file dữ liệu thô, đặc biệt là từ các dự án mà dữ liệu không được chia làm nhiều phần và đĩa cứng trên máy tính hoặc các thiết bị lưu trữ tương đương không giới hạn.
Việc lựa chọn và đánh giá dữ liệu phụ thuộc chặc chẽ với nhau. Việc giải thích, lý luận các dữ liệu quan trắc là một phần quan trọng nhất trong các dự án quan trắc, vì nó phản ánh kết quả phản ứng thực sự của kết cấu. Một điều quan trọng là chọn dữ liệu phù hợp cho những phân tích và trình bày.
Vì vậy, nếu mục đích của phân tích được biết đến, và đánh giá có kinh nghiệm, việc lựa chọn dữ liệu có thể thực hiện trước khi đánh giá. Tuy nhiên, việc đánh giá các dữ liệu thực sự có thể được thực hiện trước khi lựa chọn các kết quả có giá trị.