สุขภาพโครงสร้าง (SHM)

Structural Health Monitoring

ระบบ eQNode ใช้เซ็นเซอร์ accelerometer 3 แกน ร่วมกับการวิเคราะห์ทางวิศวกรรม เพื่อประเมินสุขภาพโครงสร้างอาคารแบบ real-time โดยอาศัยหลักการทาง Structural Dynamics และ Vibration Analysis ตามมาตรฐานสากล

คู่มือการใช้งาน/สุขภาพโครงสร้าง (SHM)

ระบบ eQNode ใช้เซ็นเซอร์ Analog Devices ADXL355 ซึ่งเป็น 3-axis MEMS digital accelerometer ระดับ ultralow noise ที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับงาน Structural Health Monitoring (SHM), Seismology และ Inertial Navigation โดยมีความละเอียดระดับ micro-G (μG)

คุณสมบัติหลัก ADXL355

พารามิเตอร์ค่าหมายเหตุ
ประเภท3-Axis MEMS AccelerometerDigital output (SPI/I2C)
ความละเอียด3.9 μG/LSB (20-bit)ที่ช่วง ±2g
ช่วงวัด±2g, ±4g, ±8gเลือกได้ตามการใช้งาน
Noise Density22.5 μG/√HzUltralow noise สำหรับงาน SHM
BandwidthDC ถึง 1,500 Hzครอบคลุมงานสั่นสะเทือนทุกประเภท
อุณหภูมิทำงาน-40°C ถึง +125°Cทนสภาพแวดล้อมภาคสนาม
Temperature Stability±0.15 mg/°COffset drift ต่ำมาก
Non-linearity±0.1% FSความแม่นยำสูง

การแปลงหน่วย

ความสัมพันธ์ระหว่างหน่วย Acceleration

1 g = 9.81 m/s² = 1,000 mg = 1,000,000 μG

ตัวอย่างการแปลง:
  ADXL355 อ่านค่า 3,900 μG = 3.9 mg = 0.0039 g
  PGA 0.02g = 20 mg = 20,000 μG
  PGA 0.5g  = 500 mg = 500,000 μG

ความละเอียดต่ำสุดที่ตรวจจับได้:
  3.9 μG ≈ 0.0000039 g ≈ 0.0000383 m/s²
  → ตรวจจับ micro-tremor และ ambient vibration ได้

ทำไมถึงเลือก ADXL355?

เหมาะกับงาน SHM
  • • Noise ต่ำมาก (22.5 μG/√Hz) ตรวจจับการสั่นเล็กน้อยได้
  • • DC-coupled: วัดทั้ง static (แรงโน้มถ่วง) และ dynamic (การสั่น)
  • • Bandwidth กว้าง: ครอบคลุมความถี่โครงสร้างอาคาร (0.1-50 Hz)
  • • Temperature stability ดี: ผลกระทบจากอุณหภูมิน้อย
เหมาะกับงาน Seismology
  • • ความละเอียด 3.9 μG: ตรวจจับแผ่นดินไหวอ่อนมากได้
  • • ช่วงวัดถึง ±8g: ไม่ saturate แม้แผ่นดินไหวรุนแรง
  • • 20-bit ADC: ข้อมูลมีรายละเอียดสูง
  • • Digital output: ลด noise จากสาย analog

การติดตั้งเซ็นเซอร์ในระบบ eQNode

แกนเซ็นเซอร์ (Sensor Orientation)

ADXL355 ในระบบ eQNode:
  Ax = แนวนอน (ขนานพื้น) → ตรวจจับการสั่นในแนวราบ
  Ay = แนวตั้ง (แกนแรงโน้มถ่วง) → วัด gravity ≈ 1g
  Az = แนวนอน (ตั้งฉากกับ Ax) → ตรวจจับการสั่นในแนวราบอีกแกน

DC-coupled Output:
  สภาวะปกติ: Ax ≈ 0g, Ay ≈ 1g, Az ≈ 0g
  ตรวจสอบการติดตั้ง: |Ay| ควรอยู่ 0.8-1.2g

ข้อมูลที่ส่งออก (ผ่าน MQTT):
  ax, ay, az = ค่า acceleration (หน่วย g)
  pga = Peak Ground Acceleration (หน่วย g)
  rms = Root Mean Square (หน่วย g)
  fq = Dominant Frequency (หน่วย Hz)
  t1 = อุณหภูมิ (°C)

อ้างอิงและมาตรฐาน

  • Chopra, A.K. (2020). Dynamics of Structures: Theory and Applications to Earthquake Engineering, 5th Edition
  • ISO 4866:2010 - Mechanical vibration and shock: Vibration of fixed structures
  • Farrar, C.R. & Worden, K. (2013). Structural Health Monitoring: A Machine Learning Perspective
  • มาตรฐาน มยผ. 1302-52 (มาตรฐานการออกแบบอาคารต้านแผ่นดินไหว กรมโยธาธิการ)