Os sensores de ângulo de inclinação desempenham um papel crucial no monitoramento de pontes, sendo utilizados principalmente para medir as alterações no ângulo de inclinação das estruturas da ponte ou de seus componentes principais em relação à direção da gravidade. Essas pequenas alterações são frequentemente indicadores importantes do estado de saúde, da resposta à carga, do assentamento da fundação ou de possíveis problemas nas estruturas da ponte.

1. Principais cenários de aplicação

→Monitoramento da inclinação de pilares/torres de pontes

Monitore se há assentamento lento e irregular da fundação do pilar da ponte, o que pode causar a inclinação do mesmo. Utilizando sensores de inclinação para registrar continuamente as mudanças de ângulo por um longo período, é possível obter dados de tendência. O monitoramento em tempo real das mudanças na verticalidade ou nos ângulos predefinidos durante a construção de pilares/torres de pontes garante a precisão da obra.

→ Monitoramento do deslocamento e rotação do rolamento

Monitore o ângulo de rotação do apoio da ponte sob carga real. Alterações anormais no ângulo de rotação podem indicar envelhecimento, falha ou restrições anormais do apoio. Medindo o ângulo de inclinação relativo entre as placas superior e inferior do apoio, e considerando os parâmetros de projeto do mesmo, é possível calcular indiretamente o deslocamento por deslizamento.

→ Monitoramento do alinhamento e deformação da viga principal

Embora a medição direta da deflexão normalmente utilize transdutores de deslocamento ou níveis, a instalação de inclinômetros em locais específicos (por exemplo, no meio do vão, no topo dos pilares) permite o monitoramento das alterações de rotação nas seções transversais da viga. Ao integrar essas medições angulares com os parâmetros geométricos da viga (como o comprimento), é possível calcular a tendência de deflexão relativa nessas posições em relação aos pontos de referência. Essa abordagem é particularmente valiosa para o monitoramento da integridade estrutural (SHM) a longo prazo e para pontes de grandes vãos.

→ Monitoramento da deformação das nervuras da torre/arco do cabo:
Este processo monitoriza as alterações angulares nas torres de pontes estaiadas ou nas nervuras de pontes em arco sob carga, utilizando inclinômetros, avaliando a sua estabilidade estrutural global e o seu estado de deformação.

2. Vantagens dos sensores de inclinação MEMS no monitoramento de pontes

Os sensores de inclinação MEMS são pequenos, leves, fáceis de instalar em superfícies estruturais ou embutidos em peças específicas, e têm um impacto mínimo na própria estrutura. Comparados aos tradicionais inclinômetros de alta precisão ou sensores de fibra óptica, os sensores de inclinação MEMS têm baixo custo e preço unitário, tornando economicamente viável a implantação de redes de sensores em larga escala e de forma densa, obtendo-se assim informações mais abrangentes sobre o estado da estrutura. Com baixo consumo de energia, são particularmente adequados para redes de sensores sem fio alimentadas por baterias ou por sistemas de captação de energia, permitindo o monitoramento contínuo e não tripulado. Os sensores de inclinação MEMS são fáceis de integrar e digitalizar, geralmente emitindo sinais digitais diretamente (como I2C, SPI, RS485), o que facilita a integração com coletores de dados e módulos de transmissão sem fio para a construção de sistemas de monitoramento automatizados. A instalação dos sensores de inclinação MEMS é simples e geralmente requer apenas uma base fixa ou atração magnética. Possuem forte capacidade de resposta dinâmica, e alguns sensores MEMS de alto desempenho têm largura de banda suficiente para monitorar a resposta dinâmica de estruturas (como mudanças de inclinação causadas por vibração).

Principais considerações em aplicações

O monitoramento de pontes geralmente exige alta precisão (melhor que 0,01 ° ou até mesmo 0,001 °) e estabilidade. Embora a tecnologia MEMS continue avançando, sua deriva a longo prazo e sensibilidade à temperatura ainda representam desafios, especialmente em aplicações de alta precisão. É necessário selecionar cuidadosamente modelos de sensores que atendam aos requisitos de precisão e considerar estratégias de compensação de temperatura e calibração regular.

A deformação das estruturas de pontes geralmente não apresenta grandes variações angulares (frequentemente na faixa de alguns décimos de grau a alguns graus), mas os sensores precisam ter alta resolução e alta linearidade em uma pequena faixa. Ao mesmo tempo, também é necessário considerar os ângulos maiores que eventos extremos (como terremotos de grande magnitude) podem produzir.

Os sensores precisam ser capazes de suportar mudanças drásticas de temperatura, umidade, vibração e possível interferência eletromagnética no ambiente da ponte. É necessário escolher produtos de grau industrial ou com embalagens reforçadas.

A medição do ângulo de inclinação refere-se ao ângulo entre o corpo do sensor e a direção da gravidade. Portanto, a planicidade, a estabilidade e a conexão rígida com a estrutura a ser medida na superfície de instalação do sensor são cruciais. Qualquer pequena deformação ou folga na superfície de instalação afetará diretamente os resultados da medição.

Caso de uso

A Micro-Magic Inc. produz uma série de sensores de inclinação MEMS para atender às necessidades de diversos cenários de aplicação, incluindo as séries 70, T700 e T7000. Todas as séries de produtos são baseadas em padrões de projeto industrial, abrangendo sensores de inclinação de eixo único e de eixo duplo. A saída de sinal inclui saídas digitais e analógicas (corrente e tensão). A precisão de medição varia de média a alta. Todos os produtos suportam ou podem ser personalizados com os protocolos de comunicação RS232/RS485/RS422/TTL/CAN/MODBUS.

A Micro-Magic Inc. também produziu uma série de sensores de inclinação de placa única, que são convenientes para os clientes integrarem em seus próprios sistemas.

Para o cenário específico de pontes e barragens, a Micro-Magic Inc. também lançou uma série de sensores de inclinação sem fio. Alimentados por baterias de lítio e baseados na tecnologia IoT Bluetooth e Zigbee (opcional), esses sensores evitam as limitações de aplicação causadas pela fiação.

Conclusão:

Os sensores de inclinação MEMS, com suas vantagens exclusivas, oferecem um método de monitoramento angular local econômico, eficiente e fácil de implantar para o monitoramento da integridade estrutural de pontes. Eles desempenham um papel crucial no monitoramento de áreas como inclinação de pilares, rotação de apoios e tendências de deformação de vigas principais, sendo especialmente adequados para implantação em larga escala e monitoramento automatizado de longo prazo. Com o avanço da tecnologia e o aprimoramento das capacidades de processamento de dados, sua aplicação no monitoramento de pontes se tornará mais abrangente e inteligente.

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