ES2953402T3 - Monitorización de la salud estructural de las columnas - Google Patents

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Abstract

Un método y aparato para monitorear la salud estructural de un conjunto de columnas tales como columnas de iluminación y/o columnas dentro de ese conjunto, cada una de las cuales está conectada para recibir energía de una fuente externa o de otro modo. El método comprende los pasos de ubicar en una superficie superior de cada o una pluralidad de columnas dentro del material a monitorear un microcontrolador conectado para recibir energía desde la fuente eléctrica de la columna respectiva. El microcontrolador incluye un chip o placa electrónica que incluye, en circuito, un acelerómetro, un componente Wi-Fi/RF o 3G/4G o similar y un componente de sistema de posicionamiento global (GPS) o similar. El microcontrolador es operable para detectar y monitorear la magnitud y dirección de las fuerzas impuestas sobre la columna respectiva y la dirección de la cual se derivan dichas fuerzas, y para transmitir los datos recibidos a un servidor remoto para su análisis. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Monitorización de la salud estructural de las columnas
Campo de invención
La presente invención se refiere a un sistema y un método para monitorizar la salud estructural de un conjunto de columnas tales como columnas de iluminación y/o columnas dentro de ese conjunto. La presente invención también se refiere a aparatos para monitorizar la salud estructural de un conjunto de columnas que son columnas de iluminación dentro de ese conjunto. El término “columnas de iluminación” incluye “postes de iluminación” y otras estructuras similares.
Por “conjunto” se entiende una pluralidad de columnas de iluminación o similares ubicadas juntas en una ubicación o área geográfica específica y sujetas a las mismas o similares condiciones climáticas. Esta definición incluye una pluralidad de columnas de iluminación o similares dentro de un área administrativa.
Antecedentes de la invención
Las Autoridades Locales y las Agencias de Carreteras prueban rutinariamente su conjunto de columnas de iluminación para verificar la capacidad del conjunto para soportar las cargas de viento y/o la pérdida de la sección de la pared debido a, por ejemplo, la corrosión.
Dichas pruebas se llevan a cabo actualmente utilizando varios métodos. Estos incluyen aplicar una carga artificial a una columna y medir la desviación, la medición ultrasónica de la sección de la pared de una columna y los sistemas que utilizan corrientes parásitas para determinar el nivel de corrosión y la pérdida resultante de la sección de la pared.
Ejemplos de estos métodos se divulgan en los documentos WO2011/142516A, US2014/0211487A, WO2014/078907A, WO2015/022213A, WO2013/007382A y JP2004125776A.
Mientras que estos y otros métodos actualmente disponibles pueden ser capaces de proporcionar datos precisos y vidas útiles pronosticadas, existen, sin embargo, varias desventajas importantes para estos y otros métodos conocidos.
Una de dichas desventajas es que en todos los sistemas existentes conocidos por los Solicitantes se requiere tomar una decisión con respecto al número de columnas dentro de un conjunto que se va a probar y con qué frecuencia se debe realizar la prueba. Los programas de prueba que se establecen empleando dichos sistemas inevitablemente no pueden tener en cuenta las cargas de viento localizadas o las condiciones del suelo.
Aunque se requiere que los fabricantes de columnas proporcionen una vida útil mínima de diseño de veinticinco años, existen numerosos casos en los que la vida útil de la columna es mucho menor, debido al diseño de la columna y/o condiciones ubicadas que son más agresivas de lo previsto.
También puede darse el caso de que la edad real instalada de una columna no esté documentada, lo que significa que podría haber pasado su vida útil proyectada.
Debido a años de falta de financiación en infraestructura, se ha encontrado que los conjuntos de columnas de iluminación incluyen con frecuencia un número significativo de columnas que han superado su vida útil y, por lo tanto, se deben probar para garantizar que sean estructuralmente seguras dentro del dominio público. Desafortunadamente, ha habido casos de fallas catastróficas, algunas de las cuales han causado lesiones e incluso la muerte.
Una desventaja adicional de los métodos de prueba conocidos es que estos generalmente requieren que un operario visite la instalación y verifique la salud estructural de una columna. Esto puede ser un ejercicio costoso en términos de administración de pruebas y gestión del tráfico vial. También hay un aumento en el riesgo para los operarios mientras se llevan a cabo las pruebas. Este es particularmente el caso cuando el sitio de prueba se encuentra en una ubicación peligrosa tal como, por ejemplo, en las reservas centrales de las autopistas.
La presente invención busca proporcionar Entre otros un método y un aparato mejorados para monitorizar la salud estructural de un conjunto de iluminación o columnas similares que supera o al menos alivia los problemas asociados con los métodos y aparatos conocidos al proporcionar un equipo de monitorización para la ubicación sobre y la conexión a la fuente de potencia de una o una pluralidad de columnas de un conjunto de dichas columnas, dicho equipo de monitorización puede operar para capturar datos relevantes para la salud estructural de las columnas que se están monitorizando y para transmitir dichos datos en tiempo real a un servidor remoto para análisis mediante un software personalizado.
Resumen de la invención
La invención es como se define en las reivindicaciones 1 y 5.
El transmisor inalámbrico es preferiblemente un transmisor WI-FI/RF o un componente 3G/4G.
El componente de posicionamiento global es preferiblemente un componente de GPS.
El microcontrolador también puede incluir un componente de giroscopio.
El microcontrolador también puede incluir en el circuito un protector de sobrevoltaje eléctrico.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
En el método de acuerdo con la invención, el aparato de monitorización comprende un microcontrolador ubicado sobre una superficie superior de cada columna de iluminación cuyo estado estructural se va a monitorizar.
Cada microcontrolador es potenciado por la energía eléctrica a la columna de iluminación en la que está ubicado y comprende un chip o placa electrónica que incluye, en circuito, un acelerómetro, un transmisor inalámbrico tal como un componente Wi-Fi/RF y/o un componente 3G/4G, un componente de sensor de posicionamiento global (GPS) y/o un componente de reloj en tiempo real, un componente de giroscopio y un protector de sobrevoltaje electrónico. El aparato de monitorización también incluye una matriz de anemómetros montados sobre una o más columnas del conjunto para medir la velocidad y la dirección del viento. Esta matriz de anemómetros también se potencia de la energía eléctrica de las columnas de iluminación sobre las que se ubican.
El acelerómetro se emplea para detectar y monitorizar Entre otros la magnitud y dirección de las fuerzas vibratorias impuestas sobre la columna durante, por ejemplo, períodos de vientos fuertes y movimientos de la columna causados por cargas dinámicas impuestas por dichas fuerzas.
El componente de giroscopio se emplea para detectar movimientos o desviaciones de la sección superior de la columna respectiva alejándola de su posición vertical normal y las direcciones de estos movimientos. Por lo tanto, el componente de giroscopio proporcionará la tasa angular de movimientos o desviaciones de las columnas inspeccionadas en las direcciones X, Y y Z en grados. A partir de estos datos se pueden calcular las aceleraciones en las direcciones X, Y y Z.
El componente WI-FI/RF se proporciona para transmitir los datos recibidos por el sistema de monitorización o concentrador a un servidor remoto para análisis y el componente de acelerómetro proporciona una medida de la dirección desde la cual se derivan las fuerzas impuestas sobre la columna.
Los datos capturados del equipo de monitorización son enviados por los componentes WI-FI/RF del conjunto de columnas a un concentrador de datos central. Luego, los datos recopilados se transmiten a un servidor remoto para análisis utilizando un paquete de software personalizado. De esta manera, la salud estructural de un conjunto de columnas, tal como las columnas de iluminación, se puede evaluar de forma continua o periódica y luego se pueden tomar medidas correctivas en caso de que se encuentre que uno o más del conjunto de columnas a partir de los datos recopilados necesite reparación o reemplazo.
En esta disposición preferida, los anemómetros se sujetan a columnas seleccionadas en posiciones que juntas proporcionan sustancialmente un rango de direcciones de 360 grados alrededor del conjunto de columnas.
Se proporcionan anemómetros sobre cada columna de un conjunto de columnas que se va a monitorizar, o alternativamente, se ubican en una sola columna o en unas pocas columnas seleccionadas dentro de un grupo sobre la base de que la velocidad y la dirección del viento son generalmente similares en cada ubicación geográfica y las mediciones de una sola estructura se aplica a un grupo de columnas.
Estos datos de viento luego son capturados por el sistema de monitorización central o concentrador y transmitidos por el componente WI-FI/RF al servidor remoto.
Se debe entender que el chip o placa electrónica se puede fabricarse utilizando varias plataformas de productos diferentes. Por lo tanto, se puede adherir una placa electrónica al módulo CMS (Sistema de Gestión Central) de iluminación o se puede formar como un módulo separado adherido a la placa electrónica de la lámpara o linterna de la columna de iluminación.
En ambos casos, las plataformas se construyen para instalarse dentro o muy cerca de la lámpara o linterna de las columnas y utilizar la fuente de potencia de la lámpara o linterna.
Las opciones de componentes adicionales incluyen un módulo separado instalado sobre la superficie superior de la lámpara o linterna, nuevamente utilizando la fuente de potencia de la lámpara o linterna, o un módulo separado instalado sobre la superficie superior de la estructura.
El componente WI-FI/RF es preferiblemente operable para enviar datos en tiempo real al servidor remoto. Una alternativa a un componente WI-FI/RF es un componente 3G/4G.
Los datos recopilados por el servidor remoto incluirán, por ejemplo, la fecha y la hora de la captura de datos, la posición geográfica de la columna y/o el conjunto de columnas desde el que se originaron los datos recopilados, la elevación sobre el nivel del mar del conjunto de columnas de iluminación desde que se recopilaron los datos, datos que se relacionan con la identificación de columnas individuales y la velocidad y dirección de aceleración del conjunto medido bajo cargas de viento medidas.
En la disposición descrita, todos los datos capturados se envían y se mantienen en un servidor remoto donde el personal autorizado puede ver los datos relevantes o extractos de los datos a través de un software personalizado.
La desviación estructural de las columnas monitorizadas durante cargas de viento conocidas se calcula a través de los datos capturados por el acelerómetro. Por lo tanto, los datos de aceleración recibidos se pueden integrar dos veces para proporcionar mediciones de desviación en los ejes X e Y. Luego, la desviación se puede analizar contra cálculos estructurales específicos para cada tipo de columna.
Se puede proporcionar una función de alerta para indicar que una o más columnas de un conjunto está/n en una condición insegura. Esta función puede ser predictiva para indicar que es probable que una o más columnas de un conjunto se vuelva/n inseguras dentro de un período de tiempo previsto.
Es una práctica estándar en toda la industria global evaluar la capacidad de una estructura al utilizar códigos y mapas de carga de viento. Luego, los cálculos estructurales se rigen por la cantidad de desviación que se produce, que está directamente relacionada con la velocidad del viento. Es posible, con estos datos en tiempo real, verificar que la estructura está en servicio e incluso predecir otros modos de falla, tal como la vida de fatiga.
El software personalizado está diseñado para que, en cualquier momento, se pueda interrogar la integridad estructural de una columna, así como capturar datos de forma rutinaria con una frecuencia determinada por el personal autorizado. Se incluirán ciertos parámetros estructurales para que el personal autorizado pueda recibir una advertencia si la estructura se desvía fuera del rango de operación normal.
Esto se puede utilizar para indicar si, por ejemplo, una columna está involucrada en un accidente de tráfico o sufre una falla estructural catastrófica. Se proporcionan beneficios de seguridad adicionales ya que las autoridades pertinentes pueden responder rápidamente a una posible obstrucción en la carretera a través de una alerta de advertencia transmitida por el aparato de monitorización, en lugar de esperar a recibir un informe de un transeúnte.
El software también se puede vincular al Registro de Activos de una Autoridad Local para proporcionar de esta manera datos históricos con respecto a los resultados estructurales del método y aparato de monitorización de esta invención.
Si bien la invención se ha descrito con referencia particular a las columnas de iluminación y los conjuntos de dichas columnas, la invención tiene la misma relevancia para otras especies de columnas y conjuntos de columnas, que incluyen mástiles de telecomunicaciones, señales de ferrocarril, mástiles de distribución de potencia, pilones y similares.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de monitorización para monitorizar de forma continua o periódica la salud estructural de cada columna individual de un conjunto de columnas de iluminación, en particular un conjunto de postes de iluminación, cada uno de los cuales está conectado para recibir potencia desde una fuente externa, el sistema se caracteriza porque el sistema de monitorización comprende
(a) una pluralidad de microcontroladores, cada uno conectado para recibir potencia desde dicha fuente externa y cada uno comprende un chip o placa electrónica, cada uno de los cuales está ubicado sobre una superficie superior de una respectiva de dichas columnas de iluminación de dicho conjunto de columnas de iluminación;
(b) cada chip o placa incluye, en circuito, un acelerómetro configurado para detectar la magnitud de las fuerzas vibratorias y la carga dinámica impuesta por dichas fuerzas sobre la columna de iluminación respectiva;
(c) un transmisor inalámbrico configurado para transmitir datos en tiempo real recopilados y registrados por cada uno de dichos microcontroladores a un servidor remoto para análisis, y
(d) un componente de posicionamiento global,
el sistema de monitorización comprende adicionalmente anemómetros posicionados sobre la superficie superior de una o más de las columnas de iluminación para medir la velocidad y la dirección del viento que actúa sobre dicha columna de iluminación o columnas de iluminación y para transmitir dichas mediciones a dicho chip o placa de una o más de dichas columnas de iluminación, en la que cada uno de dichos datos transmitidos en tiempo real incluye la fecha y la hora de la recopilación de datos y la posición geográfica de la respectiva columna de iluminación desde la cual se originaron los datos recopilados junto con la velocidad y la dirección de aceleración de dicha columna de iluminación bajo cargas de viento medidas y datos que se relacionan con la identificación individual de las columnas de iluminación.
2. El sistema de monitorización como se reivindica en la reivindicación 1 caracterizado porque el transmisor inalámbrico es un componente WI-FI/RF o 3G/4G.
3. El sistema de monitorización como se reivindica en la reivindicación 1 o la reivindicación 2 caracterizado porque cada microcontrolador también incluye un componente de giroscopio operable para detectar movimientos o desviaciones de la columna de iluminación respectiva fuera de su posición vertical normal y la tasa angular de movimientos o desviaciones en las direcciones X, Y y Z.
4. El sistema de monitorización como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque cada microcontrolador también incluye en el circuito un componente de reloj en tiempo real.
5. Un método para monitorizar la salud estructural de cada columna individual de un conjunto de columnas de iluminación a través de un sistema de monitorización de acuerdo con las reivindicaciones 1-4, el método se caracteriza por las etapas de:
ubicar sobre la superficie superior de cada columna de iluminación de dicho conjunto de columnas de iluminación el microcontrolador respectivo;
posicionar anemómetros sobre la superficie superior de la respectiva una o más columnas de iluminación; transmitir en tiempo real a dicho servidor remoto los datos registrados por cada uno de dichos microcontroladores.
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