سيستم هوشمند تشخيص آسيب ناشي از زلزله در پايه هاي پل با استفاده از تكنيك آشكار سازي اختلاف فاز

Smart System for Detection of Earthquake Induced Damages on Bridge Piers using Phase Difference Measurement Technique

در اين پژوهش يك تكنيك براي نظارت بر سلامت ساختار پايه هاي يك پل نمونه كه مدل كوچك شده از پل هاي رايج امروزي است با استفاده از تكنيك آشكار سازي اختلاف فاز بين دو گره گيرنده ي سنكرون در غالب شبكه هاي حس گر بي سيم مطرح شده ومورد شبيه سازي و ارزيابي قرار مي گيرد.اساس اين روش در قرار دادن آرايه اي از مدارات اسيلاتور با فركانس بالا(4 گيگا هرتز) وارزان قيمت به صورت فرستنده بي سيم در محل هاي مورد نظر و با اهميت ساختار پايه هاي پل مقياس شده ي نمونه و دريافت و آناليز سيگنال هاي ارسالي از آرايه ي فرستنده هاي مذكور، توسط دو گره گيرنده ي سنكرون استوار است. در واقع سيستم مانيتورينگ پيشنهادي براي نظارت بر سلامت ساختار پايه هاي پل، تغييرات اختلاف فاز بين دو گره گيرنده ي سنكرون را در قبل و بعد از وارد آمدن آسيب(تغيير شكل يا جابجايي) ناشي از عوامل مختلف به عنوان مثال زلزله را اندازه گرفته و دقتي در رنج يك دهم ميلي متر از خود در شبيه سازي ها نشان مي دهد. همچنين داراي قابليت اعتماد بالايي به خاطر اعلام لحظه به لحظه ي وضعيت هر فرستنده شامل فعال، غير فعال وآسيب ديده، براي اهداف نظارت بر سلامت ساختار پل ها مي باشد.تكنيك و سيستم پيشنهادي داراي قيمت پايين تجهيزات نسبت به ساير متد SHM بوده وهمچنين حجم داده پردازي و پيچيدگي بسيار كمتري در مقايسه با موارد مشابه خود دارد. در اين مقاله پياده سازي ميداني انجام نگرفته است اما شبيه سازي كاملي با استفاده از آرايه اي از شش فرستنده(TX) و دو گيرنده(RX) براي پل مقياس شده نمونه با شش پايه صورت گرفته و مباني رياضي، هندسي و پردازش سيگنال و جزييات شبيه سازي انجام شده به تفصيل مورد ارزيابي قرار گرفته است.

In this study، a new technique for monitoring the structural health of bridge piers، in point of view of earthquake induced damages، was introduced and then it was simulated and evaluated by the use of a scaled model of a typical bridge. This system use the detection of phase difference between two synchronous receiver nodes connected through a wireless sensor network، and is based on using an array of inexpensive high-frequency oscillator circuits (4 GHz) as wireless transmitters through placing them in the important structural positions of the bridge piers، and then receiving and analyzing the signals sent by these transmitters by two synchronous receiver nodes. The proposed monitoring system measures the changes in phase difference between two synchronous receiver nodes before and after damage (displacement or deformation); it showed an accuracy of a tenth of a millimeter in the simulations، and it also has a high reliability in monitoring the structural heath of bridge because it provides a real-time report of status of each transmitter (activated، deactivated، damaged). The proposed system has a low price compared to other SHM methods and also has a much lower volume and complexity of data processing compared with similar techniques. This study did not had any field trial، but a complete simulation by the use of an array of six transmitters (TX) and two receivers (RX) was conducted for a scaled model with six piers، and mathematical and geometrical principles and signal processing and simulation details was thoroughly examined.