ITPE20130002A1

ITPE20130002A1 - INNOVATIVE TYPE DEVICE FOR THE CONTINUOUS MONITORING OF STRUCTURAL DAMAGE

Info

Publication number: ITPE20130002A1
Application number: IT000002A
Authority: IT
Inventors: Gabriele Bellizzotti
Original assignee: Rt Service Srl
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-08-16

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo “DISPOSITIVO DI TIPO INNOVATIVO PER IL MONITORAGGIO CONTINUO DEL DANNO STRUTTURALE” DESCRIPTION of the industrial invention entitled "INNOVATIVE DEVICE FOR THE CONTINUOUS MONITORING OF STRUCTURAL DAMAGE"

Settore dell’innovazione La presente invenzione riguarda il settore del monitoraggio strutturale di strutture civili, oltre che di tipo meccanico, ovvero aereonautiche. Innovation sector The present invention relates to the structural monitoring sector of civil structures, as well as of the mechanical type, ie aeronautical.

Stato dell’arte e problemi tecnici connessi State of the art and related technical problems

Allo stato dell’arte il monitoraggio dello stato di integrità ovvero di danneggiamento (cosiddetto Health Monitoring) di una struttura civile, meccanica, o aereonautica viene effettuato mediante prove non distruttive che permettono l’individuazione di situazioni di danno attraverso metodi radiografici, magnetoscopici, ecografici, o altri noti. At the state of the art, the monitoring of the state of integrity or damage (so-called Health Monitoring) of a civil, mechanical, or aeronautical structure is carried out through non-destructive tests that allow the identification of damage situations through radiographic, magnetoscopic, ultrasound methods. , or others known.

L’ applicazioni di tali metodologie nella totalità dei casi necessita della presenza di almeno un operatore qualificato in prossimità della struttura, che attraverso le sopracitate tecniche sottopone a test l’elemento strutturale in oggetto e attraverso l’analisi dei dati rilevati individua la presenza o meno di un danno e determina il suo grado di severità. The application of these methodologies in all cases requires the presence of at least one qualified operator near the structure, who through the aforementioned techniques tests the structural element in question and through the analysis of the data collected identifies the presence or not damage and determines its degree of severity.

Essendo l’identificazione di un danno strutturale un’operazione fortemente legata all’operatore, essa prevede oltre a tempi lunghi per l’esecuzione e l’analisi delle prove, nonché la necessaria fisica in loco dell’addetto. Da ciò deriva il principale limite degli attuali strumenti e tecniche di monitoraggio strutturale, cioè che le prove debbano essere effettuate in situazioni programmate, discrete nel tempo e non continue ed inoltre che i risultati dipendono dalle capacità dell’operatore, e sono quindi condizionati dalla sua esperienza ed abilità. Le prove diagnostiche vengono spesso svolte quando già si sono riscontrate sintomi di anomalie strutturali pregiudizievoli per il funzionamento dell’opera, e quindi la diagnosi di danno arriva in maniera tardiva rispetto ad operazioni correttive o risanative. Ne deriva una dannosa riduzione della vita utile dell'opera stessa, nonché situazioni di rischio potenziale per persone e cose coinvolte nell’esercizio della struttura. Since the identification of a structural damage is an operation strongly linked to the operator, it provides, in addition to long times for the execution and analysis of the tests, as well as the necessary on-site physics of the employee. From this derives the main limitation of the current structural monitoring tools and techniques, namely that the tests must be carried out in programmed situations, discrete over time and not continuous and furthermore that the results depend on the skills of the operator, and are therefore conditioned by his experience and skill. Diagnostic tests are often carried out when symptoms of structural anomalies that are prejudicial to the functioning of the work have already been found, and therefore the diagnosis of damage arrives late with respect to corrective or remedial operations. The result is a harmful reduction in the useful life of the work itself, as well as situations of potential risk for people and things involved in the operation of the structure.

Soluzioni ricercate per i problemi tecnici connessi allo stato dell'arte Solutions sought for technical problems related to the state of the art

La presente invenzione è stata realizzata con soluzioni che possono ovviare alle caratteristiche sfavorevoli degli attuali sistemi e metodologie di monitoraggio che operano in maniera discreta nel tempo, e fornire altresì un sistema che consente di monitorare una struttura civile, ovvero meccanica, ovvero aereonautica, verificandone lo stato di idoneità strutturale nel tempo, con continuità e tempestivamente prima che si verifichino condizioni di pericolo, e senza necessità di interrompere l’esercizio della struttura medesima,. The present invention has been realized with solutions that can obviate the unfavorable characteristics of current monitoring systems and methodologies that operate discreetly over time, and also provide a system that allows you to monitor a civil, or mechanical, or aeronautical structure, verifying its state of structural suitability over time, continuously and promptly before dangerous conditions occur, and without the need to interrupt the operation of the structure itself.

Infatti il presente sistema innovativo è composto da: In fact, this innovative system is composed of:

- un insieme di componenti hardware, costituito da uno o più accelerometri posizionati sulla struttura oggetto del monitoraggio, di tipo wireless, in grado cioè di trasmettere i dati raccolti tramite sistemi standard di comunicazione a radiofrequenza (commercialmente noti come Bluetooth, Wi-fi, GSM, ecc.), e da una centralina di acquisizione ed elaborazione dati. Detta centralina è dotata di memoria digitale di qualsiasi tipo noto allo stato dell’arte (quali ad esempio di tipo magnetico, ottico, elettronica allo stato solido, ecc.), sulla quale è registrata una banca dati contenente i valori delle frequenze proprie del sistema riferiti alla sua configurazione iniziale “integra”, e rilevati ad esempio in fase di collaudo iniziale dell’opera; - un sistema di telecomunicazioni composto da apparecchiature di conversione e trasmissione del segnale riguardante lo stato istantaneo di danneggiamento fino ad un terminale in dotazione all’ utilizzatore, che può essere anche un comune telefono cellulare di tipo GSM; - un software di tipo commerciale che fornisce gli algoritmi di elaborazione dei dati accelerometrici raccolti dai suddetti sensori hardware, per ottenere i valori delle frequenze proprie di vibrazione del sistema, che sono elaborati dalla suddetta centralina. - a set of hardware components, consisting of one or more accelerometers positioned on the structure being monitored, of the wireless type, i.e. capable of transmitting the data collected through standard radiofrequency communication systems (commercially known as Bluetooth, Wi-Fi, GSM , etc.), and by a data acquisition and processing unit. This control unit is equipped with a digital memory of any type known in the state of the art (such as magnetic, optical, solid-state electronics, etc.), on which a database containing the values of the system's own frequencies is recorded. referring to its initial “intact” configuration, and detected for example in the initial testing phase of the work; - a telecommunications system consisting of equipment for converting and transmitting the signal concerning the instantaneous state of damage up to a terminal supplied to the user, which can also be a common GSM-type mobile phone; - a commercial software that provides the accelerometric data processing algorithms collected by the aforementioned hardware sensors, to obtain the values of the system's own vibration frequencies, which are processed by the aforementioned control unit.

La centralina inoltre confronta continuamente i dati elaborati con quelli memorizzati e qualora la differenza di detti valori dovesse superare una soglia prefissata, attiva il trasmettitore per inviare un segnale di avviso ad un cellulare in dotazione all’ utilizzatore del sistema, avvertendolo preventivamente del verificarsi di una condizione critica. The control unit also continuously compares the processed data with those stored and if the difference in these values exceeds a predetermined threshold, it activates the transmitter to send a warning signal to a mobile phone supplied to the user of the system, warning him in advance of the occurrence of a critical condition.

Il presente sistema innovativo può trovare svariate applicazioni, nel monitoraggio sia di infrastrutture pubbliche quali ponti, viadotti, edifici sensibili, ecc., sia di opere private quali complessi sistemi di piping, sovrastrutture di produzione, piattaforme petrolifere, ecc. This innovative system can find various applications, in monitoring both public infrastructures such as bridges, viaducts, sensitive buildings, etc., and private works such as complex piping systems, production superstructures, oil platforms, etc.

BREVE DESCRIZIONE DELLE ILLUSTRAZIONI DELL’INVENZIONE BRIEF DESCRIPTION OF THE ILLUSTRATIONS OF THE INVENTION

La presente invenzione viene descritta in una configurazione preferita di realizzazione, proposta a titolo esemplificativo e non limitativo. The present invention is described in a preferred embodiment, proposed by way of non-limiting example.

La fig. 1 è uno schema a blocchi del sistema innovativo e dei suoi componenti principali. DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE ILLUSTRAZIONI DELL’INVENZIONE E SUO FUNZIONAMENTO Fig. 1 is a block diagram of the innovative system and its main components. DETAILED DESCRIPTION OF THE ILLUSTRATIONS OF THE INVENTION AND ITS OPERATION

La fig. 1 è lo schema funzionale a blocchi di una realizzazione del sistema innovativo che riporta i suoi componenti principali. Il sistema include l’hardware (20) che comprende: - uno o più accelerometri (21) installati sulla struttura (10) oggetto del monitoraggio continuo per la verifica del suo stato di danneggiamento. Essi sono dotati dell’ apparecchiatura (211) per l’invio del segnale raccolto mediante trasmissione a radiofrequenza, e pertanto senza necessità di cavi di collegamento; Fig. 1 is the functional block diagram of an implementation of the innovative system which shows its main components. The system includes the hardware (20) which includes: - one or more accelerometers (21) installed on the structure (10) subject to continuous monitoring to verify its damage status. They are equipped with the equipment (211) for sending the signal collected by radio frequency transmission, and therefore without the need for connection cables;

- una centralina (22) di ricezione ed elaborazione dati, composta da: - a control unit (22) for receiving and processing data, consisting of:

* un sistema di ricezione (221) del suddetto segnale radio proveniente dagli accelerometri; * un sistema di elaborazione dati (222) dotata di apposito software che tramite algoritmi noti nell’arte permette di determinare in continuo le frequenze proprie di vibrazione della struttura; * una memoria di massa (223) su cui sono registrati i valori delle frequenze proprie di vibrare della struttura (10) nello stato iniziale non danneggiato, in un formato informatico noto all’arte di un database ivi residente. Detti dati sono confrontati con quelli elaborati in continuo dando luogo ad un segnale di errore cioè di misura dello scostamento tra valori elaborati in continuo e valori iniziali memorizzati; * a reception system (221) of the aforementioned radio signal coming from the accelerometers; * a data processing system (222) equipped with special software which, through algorithms known in the art, allows to continuously determine the natural vibration frequencies of the structure; * a mass memory (223) on which the values of the natural frequencies of vibration of the structure (10) are recorded in the initial undamaged state, in a computer format known in the art of a database resident there. Said data are compared with those processed continuously giving rise to an error signal that is to measure the difference between the values processed continuously and the initial values stored;

* un dispositivo soglia (224) che rileva se lo scostamento tra dati immagazzinati e dati rilevati supera un dato valore ammissibile, ed in caso positivo attiva il dispositivo di trasmissione (23); * a threshold device (224) which detects if the deviation between stored data and detected data exceeds a given admissible value, and if so activates the transmission device (23);

- il dispositivo di trasmissione (30) per l’invio a distanza dell’ informazione sullo stato di danneggiamento, composto da: - the transmission device (30) for the remote sending of information on the state of damage, consisting of:

* un sistema di conversione in continuo (301) dei dati elettronici inerenti l’informazione dello stato di danneggiamento in un segnale trasmissibile a distanza; * a continuous conversion system (301) of electronic data relating to the information of the state of damage in a signal that can be transmitted at a distance;

* un dispositivo di trasmissione secondo lo standard GSM (302) che emette il segnale (303) dello stato di danneggiamento della struttura all 'utilizzatore del sistema; * a transmission device according to the GSM standard (302) which emits the signal (303) of the state of damage of the structure to the user of the system;

* il terminale di comunicazione costituito dal telefono cellulare (304) operante secondo il medesimo standard di comunicazione GSM. * the communication terminal consisting of the cellular telephone (304) operating according to the same GSM communication standard.

Claims

CLAIMS 1. Device for continuous remote monitoring of the integrity and state of damage of a structure (10). Said structure, of a civil, mechanical or aeronautical type, is initially intact and is put into operation, comprising at least one control point of said state of damage. Said device is characterized in that it comprises a hardware (20), comprising in turn: - at least one transducer (21) made in such a way as to be installed inside said structure to be monitored on said control point, which continuously detects over time the instantaneous value of the physical quantity from which the damage status can be determined, converting it continuously into an output signal, representative of the magnitude itself. Said transducer further comprises any system for the continuous sending (211) of this signal to a position other than that of the control point; - a remote control unit (22), located in a position other than that of said control point of the structure to be monitored, comprising: any continuous reception system (221) of said signal sent by said transducer which converts said signal into continuous in digital electronic data, an electronic system of continuous processing (222) of said digital data in which software programs reside such that the technical parameter in the form of electronic data representative of the instantaneous entity of the state of damage to the structure.

2. Device for the continuous remote monitoring of the integrity and state of damage of a structure as in claim 1, characterized in that it comprises a remote communication system (30) of said instantaneous state of damage of the structure, comprising : - any continuous conversion system (301) of said electronic data of the state of damage into a signal representative of the state, outgoing from the control unit and transmissible at a distance; - any system for sending (302) of said signal (303) of the state of damage to a position other than that of the control unit; - a remote communication terminal (304) assigned to a user, located in a position other than that of said control unit, which receives said signal (303) and converts it into a graphic indication, text, sound or any other form which can be interpreted by said user.

3. Device for the continuous remote monitoring of the integrity and state of damage of a structure as per the preceding claims, characterized in that said control unit comprises any mass storage system (223) on which the representative data of the initial state of the intact structure, such that said software continuously determines the instantaneous extent of the deviation between the instantaneous state of damage and the initial intact state.

4. Device for the continuous remote monitoring of the integrity and state of damage of a structure as per the preceding claims, characterized in that it comprises a threshold component (224) which, when said amount of the deviation between the instantaneous state of damage and intact initial state exceeds an admissible established value, activates said remote communication system (30) for sending a warning signal (303) to the user through said remote terminal (304).

5. Device for continuous remote monitoring of the integrity and state of damage of a structure referred to in the preceding claims, characterized in that: - said transducers (21) are accelerometers; - said systems for continuous transmission (211) and continuous reception (221) of the signal from said transducer (21) to said control unit (22) are of the wireless radio frequency type, according to any standard known in the art; - said technical parameter representative of the state of damage of the structure is the natural frequency of vibration; - said remote sending system (302) of said signal (303) of the state of damage up to said remote terminal (304) is of the wireless radio frequency type, according to any standard known in the art;

6. Device for continuous remote monitoring of the integrity and state of damage of a structure as per the preceding claims, characterized in that said system for sending (302) the signal (303) of the state of damage and remote terminal ( 304) both operate according to the GSM standard and its subsequent evolutions known in the art.

7. Device for continuous monitoring of the integrity and state of damage of a structure as per the preceding claims, characterized in that said remote terminal (304) is a mobile phone.

8. A method of continuous remote monitoring of the integrity and state of damage of a structure that uses the system referred to in the preceding claims.