Ny billig metode opdager bygningsdeformationer med ekstrem præcision i realtid

En ny kamera-baseret metode til måling af bygningsdeformationer kan registrere små forskydninger fra 10 meters afstand. Metoden kan være nyttig til løbende at opdage hurtige deformationer i højhuse, broer og andre store strukturer med det formål at tilpasse disse strukturer til ydre kræfter.

"Vores nye tilgang til at opdage bygningsdeformationer kan bruges til løbende at overvåge bevægelser. For broer, de målte deformationer kan bruges til at modvirke ydre belastninger såsom en lastbil, der krydser broen, derved øger broens levetid, "sagde Flavio Guerra fra universitetet i Stuttgart, medlem af forskergruppen. "Fordi det fungerer i realtid, den kunne bruges til at udløse en advarsel, i det øjeblik nye deformationer - som kan føre til revner - blev opdaget. "

Forskere ledet af Tobias Haist beskriver den nye teknik i tidsskriftet The Optical Society (OSA) Anvendt optik . Forskningen blev udført som en del af et projekt, der har til formål at udvikle den teknologi, der er nødvendig for at skabe bygninger, der tilpasser sig miljøforhold som sollys, lufttemperatur, vind og jordskælv.

"En dag kunne vi have lette bygninger, der ændrer form som reaktion på komplekse vindkræfter og kan forblive stille under et jordskælv, "sagde Guerra." Denne type tilpasning kræver ekstremt præcis bygningsdeformationsmåling, så bygningens nuværende tilstand estimeres, og den retning, som den sandsynligvis vil bevæge sig i, kan forudsiges. "

En vision-baseret metode

Den nye metode indebærer fastgørelse af et kamera på et stativ et lille stykke væk fra bygningens forside og fastgørelse af små lysemittere til bygningen. Kameraet registrerer derefter, om lyskilderne bevæger sig i forhold til hinanden. Et computergenereret hologram bruges til at oprette flere kopier af hvert lyskildebillede på billedsensoren. Gennemsnitlig bevægelse af flere kopier af laserpunktet hjælper med at reducere målefejl, såsom støj, giver måleusikkerheder under en hundrededel af en pixel. Brug af flere kameraer ville forbedre denne nøjagtighed endnu mere og gøre det muligt at anvende teknikken på meget store strukturer.

Selvom fiberoptiske sensorer kan bruges til strukturel sundhedsovervågning, de skal installeres, når bygningen er opført. Det nye kamera-baserede system kan tilsluttes efter konstruktion og bruger hardware, der er billigere end fiberoptiske systemer.

"Den flerpunktsmåling, vi brugte, er baseret på en relativt enkel metode udviklet til styring af koordinatmålemaskiner, "sagde Guerra." Dog, vi anvendte flerpunktsmetoden for første gang på store objekter udendørs under ændrede miljøforhold i realtid. "

Forskerne påpeger, at de fleste kamerainspektionssystemer belyser objektet - en bygning i dette tilfælde - og derefter afbilder det med et kamera. De tog en anden tilgang ved at fastgøre lysemittere til bygningen og rette lyset direkte mod kameraet. Denne opsætning tillader hurtigere og mere præcise målinger, fordi kameraet modtager mere lys.

Overvågning af en adaptiv struktur prototype

Forskerne brugte deres nye metode til at overvåge meget små bevægelser af en adaptiv bygningsprototype, der er 9 meter høj. Deres målinger matchede godt med vibrometer- og belastningsmåler sensordata opnået til prototypen.

Næste, forskerne planlægger at bruge systemet til at måle bevægelse i rigtige bygninger. De planlægger også at gøre softwaren mere robust og overflødig, så den er pålidelig til kontinuerlig måling 24 timer i døgnet.