ES2541622B1 - Dispositivo inteligente de alerta sísmica - Google Patents

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Abstract

Dispositivo inteligente de alerta sísmica y de fuego en estructuras, que en caso de evento de sismo cumple la función de alertar previamente, definir las rutas de evacuación y diagnosticar la estructura. Está compuesto por dos módulos: un módulo centro de procesamiento (1) y un módulo de sensado y transmisión (2). El módulo centro de procesamiento (1) está compuesto por tres secciones: fuente de alimentación solar, sensor de aceleración y su procesamiento, y procesamiento de la información y transmisión de datos. El módulo de sensado y transmisión (2) está compuesto por dos secciones: fuente de alimentación solar y sensor de aceleración y su procesamiento. El dispositivo se configura mediante una red de módulos de sensado interconectados inalámbricamente, los cuales son de dos tipos de sensores, unos para fuego y/o gas y otros acelerómetros, siendo estos últimos sensibles a movimientos sísmicos e inclinaciones.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo inteligente de alerta sismica CAMPO TECNOLOGICO
La presente invention se relaciona con un dispositivo inteligente de alerta sismica, el cual en caso de evento de sismo, cumple la funcion de alertar previamente, comparar parametros maximos aceptables de aceleracion, desplazamiento y/o inclination, en tiempo real y en consecuencia determinar si es necesario evacuar o no. Como funcion final es diagnosticar la estructura e informar si los parametros de aceleracion o desplazamiento fueron superados. Lo constituye dos modulos: un modulo centro de procesamiento y un modulo de sensado y transmision. Se configura mediante una red de modulos de sensado y transmision interconectados inalambricamente, compuestos por sensores que pueden ser de dos tipos: gas y acelerometros, estos ultimos son sensibles a movimientos slsmicos e inclinaciones, se entiende que pueden estar presente uno dos o los tres sensores dentro del modulo de centro de procesamiento y/o en el modulo de sensado y transmision.
La fuente de alimentation solar, provee de energla a los sensores anteriormente mencionados, se obtiene de fotoceldas, que mediante un circuito regulador de corriente y voltaje, controla la carga de la baterla.
Cuando ocurre un sismo, este genera diferentes tipos de onda; una de ellas superficial (onda S), que es destructora, y otra onda longitudinal (onda P), mas veloz que la anterior. El dispositivo aprovecha esta diferencia de tiempo en la llegada para alertar a los ocupantes que va a ocurrir un evento slsmico y debe salvaguardarse (ejemplo en el triangulo de la vida). Una vez ocurrido el sismo, el dispositivo detecta el dano sufrido por la estructura y detecta si hubo fuego asociado al sismo. Posterior al sismo, evalua si los desplazamientos presentados estan por encima de los de diseno o los maximos estimados a criterio, informando si la estructura requiere ser evacuada, evaluada o ninguna atencion por parte de ingenieros especialistas. El sistema puede tambien utilizarse para tsunamis.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
En el estado de la tecnica, existen sistemas de detection sismica para llevar a cabo una alerta previa, pero ninguno de ellos, diagnostica la estructura conforme a unos parametros maximos establecidos, ni se ajustan automaticamente conforme a la degradation de la rigidez de la estructura. Los pocos que existen, cuentan con sistemas bastante complejos y costosos, asl como que ninguno de ellos informa si la estructura requiere ser evacuada, evaluada o ninguna atencion por parte de ingenieros especialistas. Tampoco toman la decision, si es necesaria la evacuacion o deben permanecer en su sitio por considerarlo un lugar seguro.
En este sentido, el documento US4628299 se refiere a un metodo para proveer una alarma temprana sobre la futura ocurrencia de un terremoto que comprende los siguientes pasos: Medir inicialmente la intensidad de campo de una senal de radio-difusion en una localization separada del lugar de transmision de dicha senal y entregar una indication humanamente sensible en caso de que la intensidad de campo de dicha senal disminuya mas alla de un valor predeterminado anteriormente. En este caso la senal de una estacion es monitoreada periodicamente.
De otra parte, el documento US591 0763 divulga un sistema que provee una alerta a una poblacion especlfica de un terremoto, antes de que lleguen los movimientos del suelo tlpicamente asociados a este tipo de desastres naturales.
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Utiliza varias estaciones locales, equipadas con detectores de movimiento y microprocesadores disenados para casi instantaneamente dar un perfil del movimiento de suelo a un sitio central de procesamiento el cual recibe en conjunto senales similares desde varios sitios. Una instruction de advertencia es entonces transmitida de vuelta a todos los sitios de detection locales para iniciar la transmision de advertencias a las areas locales de la poblacion general.
Otro documento en el estado del arte relacionado con este tipo de tecnologla, es la patente US6392538, este documento presenta un sistema de seguridad que responde a la notification enviada inalambricamente para informar a un usuario, que tome acciones de protection en situaciones como terremotos. El sistema esta compuesto por: Un sensor de terremoto el cual detecta dicha condition, una oficina central, un enlace de comunicaciones y un transmisor quienes notifican a la oficina central.
Sin embargo, esta invencion presenta desventajas que se basan en que el sistema es de alto costo, debido a la infraestructura requerida. Para lo anterior; es necesario crear una red sismologica que depende de las caracterlsticas tectonicas de la zona que se quiere cubrir. Ademas, no tiene en cuenta las caracterlsticas estaticas y dinamicas de cada edification. Este sistema de alarma trata como un conjunto de edificaciones por zonas y todas por igual, independientemente de los materiales con que fue construido, distribution de la masa en la edificacion. Tampoco tiene en cuenta sistemas de alerta durante el evento y diagnostico posterior de la estructura al evento.
Adicional a los documentos anteriores, se tiene la patente US6731220, que relaciona especlficamente un metodo de resolution de fuertes movimientos y un dispositivo que puede usar los datos registrados de terremotos en todos los lugares del mundo, para analizar la forma de onda de las fuertes agitaciones para obtener los parametros caracterlsticos de los mismos. El metodo de acuerdo a la invention es el siguiente: Calcular y analizar cada clase de parametro caracterlstico de un terremoto en un marco de tiempo preestablecido. El dispositivo usa un modulo de baterla, modulo de sensor de aceleracion e inclination, modulo de micro controlador, modulo de salida de alarma y modulo de visualization de estado. Esta invencion se utiliza especlficamente para analizar los parametros caracterlsticos de un sismo, sin embargo no involucra aspectos como la respuesta de la estructura al sismo ni el diagnostico de la misma.
De otra parte, el documento US7598884, describe un sistema de alarma slsmica que comprende dos o mas sensores para detectar senales de movimiento y los elementos de procesamiento electronico de la senal para analizarlas. De acuerdo a la invencion, el sistema tiene al menos dos unidades de deteccion, cada una comprendiendo un sensor de choque y los elementos electronicos de analisis, configurados de tal manera que ellos detecten las ondas primarias de los terremotos usando senales de los sensores de choque.
Las unidades de deteccion monitorean las ondas primarias para observar si su intensidad supera un valor predeterminado. Entre las dos unidades del sistema se tiene una alarma configurada la cual se activara una vez se comparen las variables caracterlsticas y los valores predeterminados, si estos valores coinciden, se confirma as! una onda primaria.
Considerando la information anterior; es evidente que existe en el estado de la tecnica la necesidad de disenar e implementar un sistema de alarma de sismos inteligente especlfico para las caracterlsticas estaticas y dinamicas de cada edificacion en particular y que sea capaz de detectar el sismo, realizar no solo el aviso de alarma previa, sino que igualmente pueda analizar la capacidad estructural del edificio y dar indicaciones de evacuation de acuerdo con la respuesta y condiciones estructurales despues del sismo. Cabe anotar que los documentos
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anteriormente mencionados se dirigen a la cuantificacion del sismo mas no de la respuesta de la estructura.
Ademas de las ventajas de manipulation y adaptation a cualquier tipo de estructura civil, el dispositivo se caracteriza por ser autonomo en cuanto a la fuente de alimentation ya que funciona mediante energla solar, reduciendo costos de operation y asegurando su funcionamiento independientemente de cualquier falla electrica en la estructura. As! mismo, el dispositivo al ser inalambrico facilita la instalacion y garantiza la conectividad.
En todos los casos, una vez ocurrido el sismo, el centro de procesamiento, en tiempo real, almacena digitalmente los registros de todos los sensores, identificados independientemente, los analiza mediante el uso de inteligencia artificial e involucra las condiciones estructurales particulares de cada estructura, lo cual permite la toma de decision en funcion de las caracterlsticas estructurales de la edification.
El dispositivo puede sugerir a los ocupantes que permanezcan en sus instalaciones una vez ocurrido el sismo por considerar la estructura segura. Esto debido a que no se superaron las aceleraciones previamente establecidas para su evacuation. Adicionalmente, se requiere que el dispositivo sea de facil uso y con una simplicidad significativa, con el fin de reducir costos de operacion y mantenimiento del mismo.
DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
La invention puede ser entendida de una mejor forma por medio de las figuras, donde se muestran cada uno de los elementos que componen el sistema inteligente de alerta slsmica que se desea proteger. Ademas, las figuras senalan los numeros de referencia asignados a los elementos que conforman dicho aparato.
La figura 1A, corresponde a un esquema de distribution del dispositivo inteligente de alerta slsmica de acuerdo a la presente invencion, en la cual se detalla una posible configuration de los modulos que comprenden el dispositivo, los cuales son: centro de procesamiento (1) Y uno o mas modulos de sensado y transmision (2) que conforman una red interconecta inalambricamente (2). La figura 1B, muestra una posible configuracion para el dispositivo dependiendo de la conformation arquitectonica o estructural de la edificacion.
La figura 2 corresponde a la vista frontal del modulo centro de procesamiento (1) del dispositivo inteligente de alerta slsmica, en donde se ilustra la tapa del dispositivo que soporta el panel solar (A). La figura 2A, muestra una vista interna en detalle del modulo centro de procesamiento (1) del dispositivo inteligente de alerta slsmica.
La figura 3 corresponde a una vista frontal del modulo de sensado y transmision (2) del dispositivo inteligente de alerta slsmica, esta estructura externa, en principio, es identica a la de la figura 2. La figura 3A, es una vista del despiece de la parte interna del modulo de sensado y transmision (2).
La figura 4 corresponde al diagrama de flujo donde se esquematizan las operaciones que se llevan a cabo con el dispositivo de la invencion antes, durante y despues de un evento slsmico.
La figura 5 muestra un ejemplo de la forma y el tamano de la caja para los dispositivos de acuerdo con la invencion, donde el ancho es de 210 mm, el largo es de 185 mm y la profundidad de 40 mm.
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DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION
El objeto de la presente invention es proporcionar un dispositivo inteligente de alerta slsmica, el cual consta basicamente de:
• Un modulo centro de procesamiento (1) Y un modulo de sensado y transmision (2).
• El modulo de centro de procesamiento (1) esta compuesto por tres secciones: fuente de alimentation solar (A), sensor de aceleracion y su procesamiento (B), y procesamiento de la information y transmision de datos (C). Estas estan contenidas en una caja.
La section de la fuente de alimentacion solar esta compuesto por un panel de celdas solares (A'), un circuito de carga (A"), y una baterla (A"').
La seccion de sensado de aceleracion y su procesamiento (B), contiene un sensor (13) que mide variaciones en aceleracion e inclination en los tres ejes principales, un microcontrolador
(14) el cual procesa las senales entregadas por el sensor y un elemento de envlo de informacion que comprende un dispositivo que se encarga de enviar la informacion inalambrica
(15) al elemento (16) ubicado en la seccion (C) que corresponde al procesamiento de la informacion y transmision de datos, en donde el elemento (16) es un dispositivo similar al dispositivo (15) que se diferencia en que unicamente recibe informacion emitida inalambricamente por el dispositivo (15) localizado bien sea dentro del modulo de centro de procesamiento (1) o en el modulo de sensado y transmision (2).
La seccion del procesamiento de la informacion y transmision de datos (C), esta compuesto por un dispositivo de envlo y reception de informacion inalambrica (16), microcontrolador (17) y una unidad de memoria (18).
• El modulo de sensado y transmision (2), esta compuesto por dos secciones: fuente de alimentacion solar (A), sensor de aceleracion y su procesamiento (B), estas estan contenidas en una caja.
La seccion de la fuente de alimentacion solar (A) esta compuesto por un panel de celdas solares (A'), un circuito de carga (A"), y una baterla (A"').
La seccion de sensado de aceleracion y su procesamiento (B), contiene un sensor (23) que mide variaciones en aceleracion e inclinacion en los tres ejes principales, un microcontrolador (24) el cual procesa las senales entregadas por el sensor y un elemento de envlo de informacion que comprende un dispositivo que se encarga de enviar la informacion inalambricamente (25) al elemento (16) ubicado en la seccion (C) del modulo de centro de procesamiento (1).
De acuerdo con lo anterior se entendera que el modulo (1) se diferencia del modulo (2), en la presencia de la seccion (C) y que de acuerdo con la necesidad del usuario, cualquier modulo (2) podra ser adaptado para convertirse en el modulo (1).
Adicionalmente el dispositivo inteligente de alerta slsmica de la presente invencion puede comprender una red de dos o mas modulos de sensado y transmision (2) interconectados inalambricamente entre si y con el modulo de centro de procesamiento (1).
En este sentido la cantidad de modulos de sensado y transmision (2) dependera de los modos de vibration de la estructura, de su altura, de su distribution de masa y de la rigidez de sus columnas, irregularidad en planta, irregularidad en alzado, es decir de las caracterlsticas dinamicas de la estructura. En una modalidad de la invencion, el numero de modulos estara comprendido entre 1 y 100, de preferencia 1 y 50, mas de preferencia 1 y 10 por piso y dependiendo del numero de pisos y rigidez de la estructura.
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El modulo de centro de procesamiento (1) del dispositivo inteligente de alerta slsmica recibe y almacena simultaneamente la information emitida por el elemento (24) del modulo o modulos de sensado y transmision (2) y de su propio elemento (15).
La forma y el tamano de la caja para los dispositivos de la invention, pueden variar de acuerdo con las necesidades y preferencias de los usuarios. En el ejemplo presentado en la invencion, el ancho se encuentra entre 210 mm y 300 mm, el largo entre 185 mm y 250 mm y la profundidad entre 30 mm y 50 mm).
Otro objeto de la presente invencion es el uso del modulo centro de procesamiento (1) dentro del dispositivo inteligente de alerta slsmica, donde el modulo de centro de procesamiento se usa para analizar la informacion y le permite al dispositivo tomar la decision de avisar el desalojo o la permanencia dentro de una estructura luego del movimiento de la misma.
EJEMPLO DE FUNCIONAMIENTO DEL DISPOSITIVO DE LA INVENCION
En una etapa preliminar a la instalacion del dispositivo de la invencion, como se ilustra en la figura 4, la persona versada en la materia (Ingeniero Mecanico, Ingeniero Civil o afln) hara los estudios previos tendientes a determinar las caracterlsticas dinamicas de la estructura, los umbrales de dano, coeficiente de degradation de la rigidez y capacidad de respuesta de la estructura. A partir de esta informacion se programa inicialmente el modulo de centro de procesamiento (1), el cual recibira constantemente la informacion enviada por los modulos de sensado y transmision (2).
Una vez instalado el dispositivo de la invencion en la estructura, el dispositivo pasa a estado de hibernation, dado que no se superan los llmites de aceleracion introducidos con la programacion inicial.
Durante un evento slsmico, por ejemplo, cuando se superan los umbrales programados inicialmente para ondas P, que llegan antes que las ondas daninas S, el dispositivo compara y almacena la informacion sensada con la predeterminada para la estructura, si esta es superada, el dispositivo emitira una alarma del triangulo de la vida, esta puede ser de tipo sonoro o audiovisual, la cual sera de utilidad para disminuir la probabilidad de perdidas de vida.
Al llegar la onda S, el dispositivo se encarga de almacenar la informacion entregada por cada uno de los modulos de sensado y transmision (2).
Una vez finalizado el evento el dispositivo suspende la alarma del triangulo de la vida, y analiza la informacion entregada por cada uno de los modulos de sensado y transmision (2), con el fin de evaluar la condition estructural y emitir la segunda alarma para avisar sobre la permanencia o evacuation de la estructura.

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo inteligente de alerta sismica, caracterizado porque comprende:
    • Un modulo de centro de procesamiento (1) Y un modulo de sensado y transmision (2), en donde el modulo de centro de procesamiento (1) esta compuesto por tres secciones: fuente de alimentacion solar (A), sensor de aceleracion y su procesamiento (B), y procesamiento de la information y transmision de datos (C) y porque el modulo centro de procesamiento (1) y el modulo de sensado y transmision (2) estan contenidas en diferentes cajas.
  2. 2. El dispositivo inteligente de alerta sismica de la reivindicacion 1, caracterizado porque la seccion de la fuente de alimentacion solar (A) esta compuesto por un panel de celdas solares (A'), un circuito de carga (A"), y una baterla (A"') y la section de sensado de aceleracion y su procesamiento (B) contiene un sensor (13) que mide variaciones en aceleracion e inclination en los tres ejes principales, un microcontrolador (14) que procesa las senales entregadas por el sensor y un elemento de envlo de informacion que comprende un dispositivo (15) que se encarga de enviar la informacion inalambrica al elemento (16) ubicado en la seccion (C) que corresponde al procesamiento de la informacion y transmision de datos.
  3. 3. El dispositivo inteligente de alerta sismica de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizado porque el elemento (16) es un dispositivo similar al dispositivo (15) que se diferencia en que unicamente recibe informacion emitida inalambricamente por el dispositivo (15) localizado bien sea dentro del modulo de centro de procesamiento (1) o en el modulo de sensado y transmision (2).
  4. 4. El dispositivo inteligente de alerta sismica de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el modulo de sensado y transmision (2) esta compuesto por dos secciones: fuente de alimentacion solar (A) y sensor de aceleracion y su procesamiento (B), y porque estan contenidas en una caja.
  5. 5. El dispositivo inteligente de alerta sismica de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque en el modulo de sensado y transmision (2), la seccion de la fuente de alimentacion solar (A) esta compuesta por un panel de celdas solares (A'), un circuito de carga (A"), y una baterla (A"'), y porque la seccion de sensado de aceleracion y su procesamiento (B), contiene un sensor (23) que mide variaciones en aceleracion e inclinacion en los tres ejes principales, un microcontrolador (24) el cual procesa las senales entregadas por el sensor y un elemento de envlo de informacion que comprende un dispositivo que se encarga de enviar la informacion inalambricamente (25) al elemento (16) ubicado en la seccion (C) del modulo de centro de procesamiento (1).
  6. 6. El dispositivo inteligente de alerta sismica de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el modulo de centro de procesamiento (1) recibe y almacena simultaneamente la informacion emitida por el elemento (24) del modulo o modulos de sensado y transmision (2) y de su propio elemento (15).
  7. 7. El uso de un modulo centro de procesamiento (1) dentro del dispositivo inteligente de alerta sismica para analizar la informacion y permitir la toma de decisiones de avisar desalojo o permanencia dentro de una estructura luego del movimiento de la misma.
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