Aplicación del sensor de ángulo de inclinación en la monitorización de estructuras de ingeniería de puentes
Los sensores de ángulo de inclinación desempeñan un papel crucial en la monitorización de puentes, utilizándose principalmente para medir cambios en el ángulo de inclinación de las estructuras o sus componentes clave con respecto a la dirección de la gravedad. Estos pequeños cambios suelen ser indicadores importantes del estado de salud, la respuesta a la carga, el asentamiento de los cimientos o posibles problemas en las estructuras del puente.
Monitoree si hay asentamientos lentos e irregulares en la cimentación del pilar del puente, lo que podría provocar su inclinación. Mediante sensores de inclinación que registran continuamente los cambios de ángulo durante un tiempo prolongado, se pueden obtener datos de tendencias. Monitoreo en tiempo real de los cambios de verticalidad o ángulos preestablecidos durante la construcción de pilares/torres de puentes para garantizar la precisión de la construcción.
→ Monitoreo del desplazamiento y la rotación de los rodamientos
Monitoree el ángulo de rotación del apoyo del puente bajo carga real. Cambios anormales en el ángulo de rotación pueden indicar envejecimiento, falla o restricciones anormales del apoyo. Al medir el ángulo de inclinación relativo entre las placas superior e inferior del apoyo, junto con sus parámetros de diseño, se puede calcular indirectamente su desplazamiento por deslizamiento.
→ Monitoreo de la alineación y deformación de la viga principal
Aunque la medición directa de la deflexión suele emplear transductores de desplazamiento o niveles, la instalación de inclinómetros en ubicaciones específicas (p. ej., en la mitad del vano o en la cima de los pilares) permite monitorear los cambios de rotación en las secciones transversales de las vigas. Al integrar estas mediciones angulares con los parámetros geométricos de la viga (como la longitud), se puede calcular la tendencia relativa de la deflexión en estas posiciones con respecto a los puntos de referencia. Este enfoque es especialmente útil para la monitorización de la salud estructural (MAS) a largo plazo y en puentes de gran luz.
→ Monitoreo de deformación de nervaduras de torres de cables y arcos:
Este proceso monitorea los cambios angulares en las torres de puentes atirantados o en las costillas de puentes de arco bajo carga utilizando inclinómetros, evaluando su estabilidad estructural global y su estado de deformación.
Los sensores de inclinación MEMS son compactos, ligeros, fáciles de instalar en superficies estructurales o integrados en piezas específicas, y tienen un impacto mínimo en la propia estructura. Su bajo coste y precio unitario son inferiores a los de los medidores de inclinación tradicionales de alta precisión o los sensores de fibra óptica, lo que facilita la implementación económica de redes de sensores a gran escala y de forma densa, obteniendo así información más completa sobre el estado estructural. Su bajo consumo de energía los hace especialmente adecuados para redes de sensores inalámbricas alimentadas por baterías o recolección de energía, lo que permite la monitorización a largo plazo sin intervención humana. Son fáciles de integrar y digitalizar, y suelen emitir señales digitales directamente (como I₂C, SPI, RS485), lo que facilita su integración con colectores de datos y módulos de transmisión inalámbrica para construir sistemas de monitorización automatizados. Su instalación es sencilla y el proceso suele ser relativamente sencillo, ya que solo requiere una base fija o atracción magnética. Los sensores de inclinación MEMS tienen una gran capacidad de respuesta dinámica, y algunos sensores MEMS de alto rendimiento tienen suficiente ancho de banda para monitorizar la respuesta dinámica de las estructuras (como los cambios de inclinación causados por la vibración).
Consideraciones clave en las aplicaciones
La monitorización de puentes suele requerir alta precisión (superior a 0,01° o incluso 0,001°) y estabilidad. Si bien la tecnología MEMS continúa avanzando, su deriva a largo plazo y su sensibilidad a la temperatura siguen siendo un desafío, especialmente en aplicaciones de alta precisión. Es necesario seleccionar cuidadosamente modelos de sensores que cumplan con los requisitos de precisión y considerar la compensación de temperatura y estrategias de calibración periódicas.
La deformación de las estructuras de puentes no suele variar mucho en ángulo (a menudo en un rango de unas pocas décimas de grado a unos pocos grados), pero los sensores deben tener alta resolución y alta linealidad en un rango pequeño. Al mismo tiempo, también es necesario considerar los ángulos mayores que pueden producir los eventos extremos (como los terremotos fuertes).
Los sensores deben soportar cambios drásticos de temperatura, humedad, vibración y posibles interferencias electromagnéticas en el entorno del puente. Es necesario elegir productos de embalaje de grado industrial o reforzados.
La medición del ángulo de inclinación se refiere al ángulo entre el cuerpo del sensor y la dirección de la gravedad. Por lo tanto, la planitud, la estabilidad y la conexión rígida con la estructura medida de la superficie de instalación del sensor son cruciales. Cualquier ligera deformación o holgura en la superficie de instalación afectará directamente los resultados de la medición.
Caso de uso
Micro-Magic Inc. ha producido una serie de sensores de inclinación MEMS para satisfacer las necesidades de diversos escenarios de aplicación, incluyendo las series 70, T700 y T7000. Todas las series de productos se basan en estándares de diseño industrial, abarcando tanto sensores de inclinación de un solo eje como sensores de inclinación de dos ejes. La salida de señal incluye salidas digitales y analógicas (corriente, voltaje). La precisión de la medición abarca un rango de media a alta. Todos los productos son compatibles o se pueden personalizar con los protocolos de comunicación RS232/RS485/RS422/TTL/CAN/MODBUS.
Micro-Magic Inc también ha producido una serie de sensores de inclinación de placa única, que son convenientes para que los clientes los integren en sus propios sistemas.
Para el caso particular de puentes y presas, Micro-Magic Inc. también ha lanzado una serie de sensores de inclinación inalámbricos. Alimentados por baterías de litio y basados en tecnología IoT (Bluetooth y Zigbee opcional), evitan las limitaciones de aplicación causadas por el cableado.
Los sensores de inclinación MEMS, con sus ventajas únicas, ofrecen un método económico, eficiente y fácil de implementar para la monitorización del ángulo local en puentes. Desempeñan un papel fundamental en la monitorización de áreas como la inclinación de los pilares, la rotación de los apoyos y las tendencias de deformación de las vigas principales, siendo especialmente adecuados para su implementación a gran escala y la monitorización automatizada a largo plazo. Con el avance de la tecnología y la mejora de las capacidades de procesamiento de datos, su aplicación en la monitorización de puentes será más profunda e inteligente.
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