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How do you determine the right sensors for your structural health monitoring?

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Structural health monitoring (SHM) is an essential aspect of maintaining the integrity and safety of various structures, from bridges to skyscrapers. To effectively monitor the health of a structure, the right sensors must be chosen based on several critical factors. This involves understanding the types of sensors available, their specific applications, and how they can be integrated into an SHM system to provide reliable data. In this article, you'll learn how to determine the most suitable sensors for your structural health monitoring needs, ensuring that your structures remain safe and sound for years to come.

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Carlos Villase?or M.

?Requieres apoyo con el análisis y dise?o estructural? Nosotros podemos con proyectos de acero, concreto, mampostería…

1 Sensor Types

When selecting sensors for SHM, you must first become familiar with the different types available. Common sensor types include strain gauges, which measure the deformation of a structure; accelerometers, which detect vibrations and movements; and inclinometers, which monitor changes in tilt or angle. Each type of sensor serves a unique purpose and is suited to detecting specific types of structural changes. Your choice will depend on the particular aspects of the structure's performance that you wish to monitor.

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Carlos Villase?or M.

?Requieres apoyo con el análisis y dise?o estructural? Nosotros podemos con proyectos de acero, concreto, mampostería, dictamen seguridad estructural. ?Requieres un programa de ruta crítica? Contáctame....
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Acelerómetros piezoeléctricos de alta sensibilidad: Estos sensores miden la aceleración y vibración en rangos muy bajos. Son útiles para detectar vibraciones sutiles en la estructura del edificios. Geófonos de vibración: Estos dispositivos también miden la vibración y se utilizan junto con analizadores o medidores. La sensibilidad del geófono debe ser al menos 15 V/ms?1, mientras que la sensibilidad sugerida para los transductores es de 10 V/g Sensores de velocidad de vibración: Pueden ser cristales piezoeléctricos, acelerómetros o sensores específicos. Transforman la vibración mecánica en una se?al eléctrica proporcional a la magnitud y frecuencia de la vibración3

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2 Measurement Needs

Understanding your measurement needs is crucial in choosing the right sensors. Consider what physical quantities you need to measure, such as displacement, strain, tilt, or acceleration. The nature of the structure and the types of loads it experiences will guide this decision. For instance, a bridge might require sensors that measure strain due to vehicular traffic, while a high-rise building might need accelerometers to track sway during high winds.

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El proceso de desarrollo de modelos estructurales implica que el ingeniero conozca a profundidad los fundamentos de la ingeniería estructural. En el caso de estructuras existentes, el modelo estructural debe ser capaz de predecir el comportamiento del sistema al menos ente un 85% a 95% de precisión, lo cual implica que no solo se tenga la información contenida en planos estructurales y memorias de cálculo, si no también realizar las calibraciones pertinentes del modelo de acuerdo a los datos obtenidos en el levantamiento estructural en todo lo que implica: corroboración de la geometría de la estructura, dimensiones y composición de los elementos estructurales y mediciones de las propiedades dinámicas de la estructura.

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3 Environmental Factors

The environment in which your structure exists can greatly influence sensor selection. Sensors must withstand environmental conditions such as temperature extremes, moisture, corrosion, and electromagnetic interference. If your structure is located in a coastal area, for example, you'll need sensors that are resistant to corrosion caused by saltwater. It's vital to choose sensors with appropriate protective measures to ensure long-term reliability.

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Para efectos de desarrollo de modelos de estructuras existentes, el periodo de las campa?as de medición de vibración ambiental no va más allá de unos 2 o 3 días. Se supone que los aparatos de medición deben ser construidos por el fabricante para resistir condiciones de intemperie, por lo tanto el fabricante debe indicar las condiciones más extremas a la que pueden estar expuesto los aparatos, con lo cual se puede realizar una planeación de la campa?a. En el caso de mediciones a largo plazo deben atenderse las recomendaciones que indique el fabricante.

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4 Data Quality

High-quality data is paramount for effective SHM. The resolution, accuracy, and range of the sensors must align with your monitoring objectives. High-resolution sensors can detect minute changes in a structure, which is essential for early warning signs of potential issues. Similarly, the accuracy of the sensors should be within an acceptable margin of error to ensure that the data reflects true structural behavior.

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5 Integration Ease

The ease of integrating sensors into your existing SHM system is another important consideration. The sensors should be compatible with your data acquisition systems and software for seamless operation. Wireless sensors, for example, may offer easier installation and reduced cabling compared to wired options. Additionally, consider the power requirements and maintenance needs of the sensors to ensure they fit within your operational capabilities.

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6 Cost-Benefit Analysis

Finally, conduct a cost-benefit analysis to determine the most economically viable sensors for your SHM system. While high-end sensors may offer superior performance, they also come with a higher price tag. Balance the cost against the criticality of the monitoring task. For non-critical applications, more affordable sensors may suffice. However, for vital structural components, investing in higher-quality sensors can be justified by the potential cost savings from avoiding structural failures.

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7 Here’s what else to consider

This is a space to share examples, stories, or insights that don’t fit into any of the previous sections. What else would you like to add?

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Carlos Villase?or M.

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Generalmente los equipos de medición de vibración ambiental son muy costosos y se rentan, por lo que debe contarse con una planeación detallada de la campa?a para obtener los datos al menos costo posible.

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1 Sensor Types

2 Measurement Needs

3 Environmental Factors

4 Data Quality

5 Integration Ease

6 Cost-Benefit Analysis

7 Here’s what else to consider

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