Evaluación de la condición de infraestructura industrial crítica con sensores de bajo costo, eficientes, inalámbricos, inteligentes, alimentados por batería (LEWIS)

Abstract

[ES] Los ingenieros y gerentes han comenzado recientemente a explorar el uso de sensores para el monitoreo de cargas críticas y operaciones en el campo. En particular, la aplicación de sensores inalámbricos (WS) ha ganado interés debido a sus ventajas de reducción de costos en comparación con sus homólogos cableados. Muchos nuevos avances han hecho el desarrollo de WS rentables, laborales y efectivos en el tiempo para la recopilación de datos, como resultado de lo cual se puede usar WS de manera aún más confiable para tomar decisiones informadas sobre el rendimiento de las estructuras bajo cargas de servicio y extremas. Además de los beneficios de costos, los dispositivos inalámbricos tienen muchas otras ventajas: garantizan interacciones en tiempo real con eventos; no requieren asistencia humana en el sitio, y son menos invasivas para las estructuras (consulte Now y otros (2017) para obtener una descripción detallada). Si bien muchos de los desafíos para un WS eficiente han sido resueltos por sistemas de sensores, tales como sensores de bajo costo, eficientes, inalámbricos e inteligentes (LEWIS), en tiempo real, hay varios problemas en la aplicación de tales sensores para aplicaciones remotas, incluyendo la alta la tasa de recopilación de datos y su capacidad limitada para el monitoreo del entorno exterior (OEM, que se refiere al monitoreo de las condiciones ambientales como la humedad, la temperatura, las fugas de agua y la presión del agua). Esta tesis presenta la prueba y la implementación de una segunda generación de WS de bajo costo, eficiente, y que funciona con baterías (LEWIS2) que puede medir y registrar la aceleración y la velocidad angular en tiempo real. Esta nueva plataforma de detección funciona sobre la base de un ecosistema de código abierto de Arduino, y combina microcontroladores de bajo costo con baterías con acelerómetros y módulos de transmisión inalámbricos asequibles. El sistema LEWIS2 previsto ha sido desarrollado para transmitir los datos en tiempo real a la estación base o, si es necesario, a una oficina remota a través de una conexión a Internet. La primera aplicación de LEWIS2 describe el resultado de los experimentos de campo que realizó el autor de esta tesis para validar la efectividad del nuevo sensor LEWIS2 propuesto para aplicaciones de detección remota y en exteriores. El experimento de campo involucró el lanzamiento de un cohete. Además, durante el experimento, el autor de esta tesis fue capaz de monitorear la trayectoria de un cohete. Esta información puede recopilar respuestas estructurales durante el lanzamiento para informar el diseño estructural de futuros lanzamientos. Por lo tanto, el experimento no solo muestra que el nuevo sistema LEWIS2 se puede usar para aplicaciones en exteriores, sino que también se puede aplicar a nuevas disciplinas como la ingeniería aeroespacial. Esto demuestra la flexibilidad de la plataforma LEWIS2. La segunda aplicación en la que se centra esta tesis es el desplazamiento. El desplazamiento de estructuras bajo perturbaciones potenciales es ampliamente considerado por los inspectores y gerentes de infraestructura industrial como un diagnóstico vital en la evaluación de la condición y la evaluación del desempeño. Sin embargo, los procedimientos existentes para medir desplazamientos en infraestructuras industriales a menudo requieren mucho tiempo y son costosos. El sensor inteligente inalámbrico eficiente (LEWIS2) de bajo costo y alimentado por batería que se propone en este documento es capaz de medir la aceleración y la velocidad angular en los tres ejes para estimar los desplazamientos dinámicos sin referencia de estructuras bajo perturbaciones potenciales. La efectividad del nuevo sistema LEWIS2 ha sido evaluada a través de una serie de experimentos de laboratorio.