Monitoraggio della deflessione dei ponti con il vibrometro laser Doppler serie Q di Ommatidia

Verso la misurazione remota e senza contatto della dinamica strutturale e dello SHM su vasta scala

Il monitoraggio accurato della deflessione e della vibrazione dei ponti è essenziale per comprendere le prestazioni strutturali, il comportamento alla fatica e la sicurezza a lungo termine. I metodi tradizionali, come gli estensimetri, gli accelerometri e i trasduttori di spostamento, forniscono informazioni locali, ma richiedono l’installazione a contatto, la preparazione della superficie e spesso interrompono il traffico.

In Ommatidia LiDAR, stiamo facendo progredire il monitoraggio senza contatto dei ponti attraverso il nostro vibrometro laser Doppler serie Q. Questo sistema combina il rilevamento coerente multicanale e l’integrazione fotonica avanzata, consentendo la misurazione 3D simultanea delle vibrazioni e dello spostamento su intere campate del ponte, da una posizione remota e sicura.

Grazie al monitoraggio della deflessione dei ponti con il vibrometro laser Doppler serie Q di Ommatidia, gli ingegneri possono ora ottenere misurazioni interferometriche di precisione su scala reale senza interrompere le operazioni.

Approfondimenti tecnici: dalla coerenza ottica alla dinamica strutturale

Il cuore del sistema è costituito dall’interferometria a onda continua modulata in frequenza (FMCW), una tecnica basata sul laser che misura la distanza assoluta e la velocità Doppler attraverso sorgenti a frequenza variabile.
Utilizzando circuiti integrati fotonici (PIC) massicciamente paralleli, il sensore serie Q analizza 128 canali ottici in tempo reale. Ogni canale esegue simultaneamente il rilevamento interferometrico della distanza e la vibrometria.

Questa architettura consente al sistema di fornire:

• Risoluzione dello spostamento sub-millimetrica a distanze superiori a 50 metri

• Misurazione simultanea di centinaia di punti con stabilità di fase coerente

• Frequenze di campionamento multi-kilohertz adatte per l’analisi modale e della risposta transitoria

Queste caratteristiche rendono il vibrometro laser Doppler serie Q ideale per il monitoraggio continuo o di prova del carico della deflessione dei ponti.

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Test sul campo: misurazione della deflessione in un ponte stradale a campata multipla

In un recente test sul campo, abbiamo implementato un vibrometro laser Doppler FMCW Q1s sotto un ponte stradale a più campate su Calle de la Hierbabuena, Tres Cantos, Spagna (Figura 1).
L’installazione è stata completata in pochi minuti utilizzando solo una testa sensore montata su treppiede, un computer e delle batterie. I 128 canali laser sono stati allineati lungo l’asse dell’impalcato del ponte per registrare il profilo di deflessione durante il traffico in tempo reale.

Vista di Google Maps (a sinistra) e immagine del ponte (a destra). Configurazione del monitoraggio della deflessione del ponte utilizzando il vibrometro laser Doppler serie Q di Ommatidia.

Configurazione delle misurazioni. La linea verde tratteggiata è una guida per l’occhio. Configurazione del monitoraggio della deflessione del ponte utilizzando il vibrometro laser Doppler serie Q di Ommatidia.

Risultati: dati in tempo reale sulla deflessione e la vibrazione del ponte

Durante i test con traffico in tempo reale, Deflection Guard™ ha catturato il profilo di deflessione del ponte mentre un camion passava sopra.
La massima deflessione verticale registrata è stata di circa 0,3 mm.
I dati dinamici, acquisiti a 40 kHz, consentono anche un’analisi dettagliata delle vibrazioni modali e transitorie.

Interfaccia Deflection Guard™ che mostra gli stati del ponte scarico e carico.
Interfaccia software che visualizza la deflessione del ponte prima e dopo il passaggio del camion.

Dal test di carico allo sviluppo di gemelli digitali

I set di dati raccolti costituiscono la base di un digital twin per il ponte.
Elaborando questi dati, gli ingegneri possono estrarre parametri modali, funzioni di risposta in frequenza e indicatori di smorzamento o rigidità. Nel tempo, queste informazioni consentono la visualizzazione dei cambiamenti strutturali e la rilevazione precoce del degrado molto prima che si verifichino danni visibili.

Gli sviluppi recenti includono:

• Sincronizzazione multi-unità per ponti grandi o multi-campata

• Monitoraggio continuo e automatico per SHM a lungo termine

• Fusione automatizzata dei dati e integrazione della dashboard per informazioni in tempo reale

Verso un monitoraggio della salute strutturale scalabile

Questo studio dimostra come la vibrometria ottica senza contatto possa integrare o sostituire la strumentazione tradizionale dei ponti.
Eliminando la necessità di installazione di sensori, il vibrometro laser Doppler serie Q consente una rapida implementazione, una manutenzione minima e una copertura continua, ideale per la moderna gestione delle infrastrutture.

Per i ricercatori di dinamica strutturale, fornisce un nuovo metodo per convalidare i modelli e analizzare le interazioni modali.
Per gli ingegneri civili e dei ponti, offre uno strumento efficiente e pronto per l’uso sul campo per la pianificazione della manutenzione, l’analisi dell’estensione della vita utile e la valutazione post-evento.

Mentre Ommatidia LiDAR si espande nel monitoraggio di ferrovie e autostrade, la serie Q continua a ridefinire l’Structural Health Monitoring (SHM) ottico con un rilevamento delle anomalie più precoce, ispezioni più sicure e una gestione patrimoniale più intelligente.

Informazioni su Ommatidia LiDAR

Ommatidia LiDAR S.L. progetta e produce avanzati sistemi LiDAR FMCW alimentati da circuiti integrati fotonici.
La sua piattaforma RADAR laser serie Q offre metrologia di alta precisione e architettura scalabile per ispezione industriale, strumentazione aerospaziale e monitoraggio delle infrastrutture civili.