EQUIPO Y MEDICIONES
Contents
1. registrador en cinta de v deo de 14 canales TEAC XR 50 analizador de dos canales BR EL amp KJ R Tipo 2034 aceler metro BR EL 8 KJ R Tipo 4370 amplificador de carga BR EL amp KJ R Tipo 2635 o gt 2 3 1 Registrador en cinta de v deo de 14 canales TEAC XR 50 Es un instrumento de 14 canales Figura 2 6 que usa una cinta de v deo est ndar VHS de media pulgada Su tama o es peque o su peso ligero de f cil operaci n y registro multicanal Emplea un procesador para el control de todas las fases de operaci n que incluye revisi n de errores operacionales y permite reducci n en el consumo de energ a El equipo fue dise ado para una gran fiabilidad resistencia a los impactos y versatilidad que puede ser usado en una gran cantidad de aplicaciones en interiores y en el campo A continuaci n se describen sus caracter sticas principales Operator s Manual ESPECIFICACIONES M todo de registro o reproducci n FM o DR DR es opcional 37 Determinaci n de caracter sticas Din micas de Estructuras o o 16 1 o o o o Cinta 246 m de largo y 12 7 mm de ancho Se recomienda la cinta MAXELL T 120HGX G N mero de canales 14 m s uno de memoria Del 1 al 14 s lo para datos y el 15 para datos o compensaci n de ruido y control de cinta Cabezales 15 para registrar y reproducir y una para borrar Controles manuales puede operar con control remoto con excepci n del inter2. 100 s o 4 Extens metros def rmetros distanci metros oe p Figura 2 1 a Espectro s smico b instrumentos Roca 1996 En la Figura 2 1 se representa esquem ticamente el espectro s smico en funci n del periodo y la frecuencia se al ndose sus fuentes y los instrumentos de medici n en cada intervalo La vibraci n ambiental se sit a en el intervalo entre 0 1 y 10 Hz y es la fuente de excitaci n utilizada en este trabajo para determinar el periodo fundamental de vibraci n de edificios Veremos c mo para alcanzar este objetivo es suficiente un registrador de una se al unicanal y un sensor de desplazamiento velocidad o aceleraci n de una sensibilidad adecuada para medir las peque as amplitudes 31 Determinaci n de caracter sticas Din micas de Estructuras producidas por la vibraci n ambiental aunque de acuerdo con la norma ANSI S2 47 1990 equivalente a la norma internacional ISO 4866 1990 del American National Standards Institute 1990 y algunos autores como Muri Vila y Gonz lez 1995 es necesario realizar medidas simult neas para establecer la funci n de transferencia del edificio por lo cual es indispensable un equipo de al menos dos canales Al considerar una se al monocrom tica x en el tiempo t la primera derivada se 07 2 modifica con un factor w pulsaci n y la segunda con w como se observa en las siguientes ecuaciones donde A es la amplitud de la onda
3. x A sen wt v A w cos wt 2 a A w sen wt Las se ales que se miden en Barcelona corresponden a vibraciones que producen aceleraciones en el intervalo de 10 a 10 m s en edificios de 1 a 20 niveles donde se esperan periodos fundamentales entre 0 2 y 20 Hz 2 1 EQUIPO UTILIZADO La mayor a de las mediciones efectuadas en Barcelona se realizaron con un equipo unicanal y en algunos edificios se trabaj con uno multicanal capaz de recibir m s de dos se ales simult neamente Parte del estudio se realiz en la ciudad de Adra Almer a donde se usaron el equipo unicanal y un equipo de tres canales cedido por la Universidad de Almer a En el Cap tulo 3 se comparan y discuten los resultados obtenidos utilizando equipos uni y multicanal Esta instrumentaci n se describe brevemente a continuaci n 2 2 EQUIPO DE UN CANAL 2 2 1 Descripci n general Las caracter sticas del instrumento utilizado en este trabajo fueron tomadas del manual de instrucciones Instruction Manual 2515 1989 El instrumento est formado por un Analizador de Vibraciones BR EL amp KJ R Tipo 2515 Figura 2 2 y un aceler metro BR EL KJ R Tipo 8318 Figura 2 3 El analizador opera con corriente alterna o con bater as y amplifica filtra analiza y almacena los datos Este equipo se compone de un registrador y un procesador de se ales todo contenido en una caja y ha sido dise ado para estudiar problemas de vibraci n y para control regular de m quin
4. alta sensibilidad que incorpora un preamplificador La transmisi n de la se al se efect a modulando la corriente modo que permite distancias de cable de hasta un kil metro Asimismo incorpora un filtro pasa bajas para medici n de microvibraciones en grandes estructuras Tiene una 35 Determinaci n de caracter sticas Din micas de Estructuras sensibilidad de 316 LA ms pesa 470 gramos y opera en el intervalo de frecuencias comprendido entre 0 06 Hz y 1 25 kHz Su frecuencia de resonancia es de 6 5 kHz y su respuesta es aproximadamente plana entre 0 1 y 1000 Hz 10 La principal aplicaci n de este instrumento es la investigaci n de vibraci n de grandes estructuras como edificios puentes y barcos Master Catalogue 1989 2 2 5 Localizaci n de sensores Para instalar los aceler metros se deben utilizar reas lo m s retiradas posible de equipos mec nicos o de personas ya que cualquier movimiento de los sensores con respecto al edificio altera tanto el contenido energ tico como el espectro de frecuencias de la se al y por lo tanto puede tambi n distorsionar los resultados Cuando como en este trabajo se desea medir nicamente el periodo fundamental de los edificios es conveniente colocar el sensor a dos tercios de la altura del edificio ya que es en ese lugar donde se anula el segundo modo Figura 2 4 En estudios que involucran los modos superiores de vibraci n el lugar recomendable es en el primer tercio de
5. donde se almacenan hasta 100 espectros con sus respectivos an lisis valor del cursor y n mero de promedios Posibilidad de comparaci n incluyendo la diferencia entre el espectro almacenado y el instant neo Ancho de banda constante m s el 23 y 6 constante del porcentaje del an lisis de la banda base Expresi n de las unidades en los ejes X e Y Variedad de cursores auxiliares cursor de arm nicos cursor de lectura de fase diferenciaci n e integraci n de las lecturas del cursor Valores del cursor y medidas de los par metros expresados en unidades de uso com n en ingenier a Caracter sticas avanzadas de disparo incluyendo fuente de alimentaci n para disparos externos usando c lulas fotoel ctricas BR EL amp KJ R Ayuda en problemas de disparo incluyendo zoom no destructivo promedio lineal y exponencial tiempo promedio y an lisis cepstrum Posibilidad de muestreo externo Ajuste autom tico y manual del contraste de la pantalla en funci n de la iluminaci n ambiental Interfaz digital Bus IEEE 488 para conexi n con otros instrumentos Salida de datos en forma anal gica y en v deo An lisis de la vibraci n en m quinas y estructuras barcos puentes edificios etc tera Control de condiciones de m quinas y estructuras Adquisici n y almacenamiento de espectros de vibraci n para su procesado posterior 2 2 4 Aceler metro BR UEL KJ R Tipo 8318 El sensor utilizado es un aceler metro de
6. la altura lugar donde el primer modo no es tan influyente La localizaci n en planta del sensor debe ser sobre el centro de rotaci n del edificio generalmente coincide con el centro geom trico posici n 2 Figura 2 5 Para determinar el periodo rotacional hay que utilizar medidas simult neas de dos sensores colocados en las posiciones 1 y 2 Figura 2 6 o en esquinas diagonalmente opuestas Figura 2 4 Modos de vibraci n de un edificio a primer modo o fundamental b segundo modo y c tercer modo En este trabajo el equipo se coloca en la azotea o en el ltimo nivel cerca del centro geom trico de la estructura y se mide la aceleraci n en las direcciones longitudinal y transversal al edificio Fijando los sensores al edificio se reproduce fielmente su movimiento sin introducir respuesta adicional relacionada el sistema de fijaci n sensor edificio De 36 Instrumentaci n acuerdo con el American National Standard Institute 1990 las abrazaderas deben evitarse siendo preferible utilizar un cubo met lico donde se monten r gidamente los sensores En circunstancias especiales es aceptable unir el sensor con adhesivos o bases magn ticas Figura 2 5 Localizaci n de sensores en un edificio para medir las componentes longitudinal y transversal de la se al 2 3 EQUIPO MULTICANAL El laboratorio de Geof sica de la Universidad Polit cnica de Catalu a cuenta tambi n con un equipo de varios canales que consta de
7. s en 8 intervalos y se muestra en la pantalla con 255 l neas 1275 cuando se utiliza la funci n zoom de amplificaci n La escala de frecuencia en modo de aceleraci n var a desde 0 3 Hz con un filtro de 20dB por octava hasta 20 kHz con una respuesta lineal y con atenuaci n de 20 dB o sea 10 veces menor entre 0 15 y 0 3 Hz Tambi n dispone de 8 intervalos seleccionables en frecuencia Para el presente estudio se ha utilizado un intervalo de muestreo de 2 5 milisegundos que corresponde a 5000 muestras en 12 5 segundos En el dominio frecuencial se ha trabajado en modo de aceleraci n en el rango comprendido entre 0 y 20 Hz con intervalos de 80 mHz El aceler metro transmite una se al el ctrica que es procesada por el analizador de vibraciones visualiz ndose el resultado en una pantalla de 12 7 cm Tanto el espectro como la serie temporal pueden guardarse en memoria Posteriormente el contenido almacenado se puede transferir a un ordenador para su impresi n en papel o para su procesado El aparato consta de un preamplificador para conexi n directa al aceler metro y para integrar la se al y dispone de 50 memorias no vol tiles pudiendo promediar hasta 2000 espectros o funciones temporales Al asegurarse la toma de registros fiables sin la necesidad de interrumpir el trabajo para procesar los datos en el laboratorio se reduce el tiempo de trabajo de campo y se obtienen los periodos dominantes de forma inmediata en los lugar
8. Instrumentaci n CAP TULO 2 INSTRUMENTACI N En este cap tulo se presentan los aspectos relacionados con la instrumentaci n La elecci n del equipo a utilizar en los trabajos de ingenier a s smica requiere un conocimiento del espectro de frecuencias de las vibraciones que comprende desde el de las mareas terrestres con periodos de d as hasta los bajos periodos presentes en los modelos a escala reducida pasando entre otras por las frecuencias caracter sticas de los sismos locales las explosiones y las vibraciones industriales Asimismo es importante tener en cuenta la amplitud del movimiento del suelo o de la estructura que se quiere medir para seleccionar el instrumento con ancho de banda y rango din mico adecuados al tipo de se al que queremos analizar a Espectro s smico vibraciones industriales microsismos pg 3 s modelos escala sismos locales reducida explosiones ondas superficiales emisi n ac stica prospecci n ondas s smicas oscilaciones mareas internas libres terrestres a 2 h _ AG AA A POSSE p s 10 10 107 10 107 1 10 10 10 104 fHz 10 104 10 10 10 1 107 10 107 10 L vibraci n ambiental J b Instrumentos o A Piezoel ctricos 10 10 Hz Aceler metros 20 100 Hz o sensores de muy bajo ruidos Ge fonos de prospecci n 4 50 Hz 4 Sism metros de corto periodo 0 2 2s 0048 aproximadamente 1 Hz Sism metros de largo periodo 10
9. as El instrumento puede operar en condiciones muy adversas caracter sticas del trabajo diario de campo Su dise o le permite resistir el polvo y agua y tambi n los golpes y vibraciones que pudiera recibir durante su traslado La bater a del analizador es 32 Instrumentaci n recargable proporciona un m nimo de 3 horas de operaci n continua y permite un funcionamiento port til Figura 2 2 Fotograf a del Analizador de Vibraciones BR EL amp KJ R Tipo 2515 utilizado en medici n de la aceleraci n en la parte superior de un edificio Figura 2 3 Aceler metro BR EL amp KJ R Tipo 8318 Master Catalogue 1989 2 2 2 Modos de operaci n Al recibir los datos el analizador los registra como una serie temporal y calcula la transformada de Fourier es decir trabaja en los dominios del tiempo y de la frecuencia En el modo temporal la se al se puede sincronizar usando un disparador interno o externo y promediar lo cual mejora sensiblemente la relaci n se al ruido y reduce los efectos de otras se ales as ncronas En el modo frecuencial se puede usar una 33 Determinaci n de caracter sticas Din micas de Estructuras ventana de Hanning para obtener el espectro de Fourier o una ventana rectangular para obtener la densidad espectral de energ a El rango din mico es de 60 dB con un intervalo de medici n de 120 dB para cualquier sensibilidad de aceler metro La escala de tiempo es de 62 5 ms a 12 5
10. cia o respuesta en frecuencia coherencia relaci n se al ruido correlaci n cruzada autocorrelaci n y respuesta al impulso entre otras Todas las funciones est n disponibles en tiempo real y se pueden visualizar en el mismo momento de la medici n Pueden presentarse cuando tengan significado en t rminos de la parte real parte imaginaria amplitud y fase gr ficas de Nyquist o de Nichols Instruction Manual 2034 1983 La resoluci n del analizador en el dominio de la frecuencia es de 801 l neas con un intervalo de 1 56 a 25 6 kHz seleccionable en una secuencia binaria El intervalo de 39 Determinaci n de caracteristicas Din micas de Estructuras frecuencia seleccionado se puede colocar en cualquier parte de las frecuencias de banda base entre 0 y 25 6 kHz La frecuencia en tiempo real es de 800 Hz cuando opera dos canales y de 1 6 kHz cuando opera con un canal 2 3 3 Aceler metro BR EL amp KJ R Tipo 4370 Este sensor es un aceler metro Figura 2 7 con una sensibilidad de carga de 10 pC ms y de voltaje 8 mV ms Su frecuencia de resonancia es de 16 kHz y opera en un intervalo de 0 1 a 4800 Hz Es peque o siendo su peso de 54 gramos Master Catalogue 1989 Figura 2 7 Aceler metro BR EL amp KJ R Tipo 4370 Master Catalogue 1989 2 3 4 Amplificador de carga BR EL amp KJ R Tipo 2635 Es un instrumento port til Figuras 2 8 y 2 9 de bajo ruido con alimentaci n a red o independiente a pilas pa
11. dificios de la ciudad de Barcelona para obtener f rmulas emp ricas espec ficas de la ciudad se ha usado el equipo monocanal 42
12. do es particularmente importante para proceder a medir de forma masiva periodos fundamentales de edificios situados en grandes ciudades donde no resulta sencillo instrumentar los edificios ni controlar las fuentes de excitaci n esp reas El m todo que se propone es un m todo expedito y se explica en el pr ximo cap tulo 41 Determinaci n de caracteristicas Din micas de Estructuras Figura 2 10 Equipo de tres canales de la Universidad de Almer a Para su validaci n se han efectuado diversas pruebas 1 Se ha realizado y modelado una estructura a escala reducida que se situ sobre una mesa vibrante y se excit mediante diferentes acciones Para su estudio emp rico se utiliz el equipo multicanal y el analizador de dos canales para contrastar los m todos de obtenci n de la funci n de transferencia y del periodo fundamental 2 Se ha realizado un estudio de un edificio singular de la ciudad de Barcelona la Torre Mapfre Se efectu el modelado de su periodo fundamental y se obtuvieron registros de ruido usando t cnicas multicanal para hallar su funci n de transferencia 3 Se efectu un estudio de 22 edificios en la ciudad de Adra utilizando el equipo de 3 canales de la Universidad de Almer a y el monocanal del Laboratorio de Geof sica Este estudi permiti comparar los resultados obtenidos usando las t cnicas multicanal y las medidas de ruido en la parte m s alta de los edificios En las mediciones de los e
13. es donde se efect a la medici n De esta manera el planteamiento y selecci n de sitios para toma de registros se puede hacer en campo reduci ndose el tiempo total del levantamiento de los periodos predominantes de la estructura 2 2 3 Principales caracter sticas y usos de los equipos utilizados Describimos en este apartado las caracter sticas m s relevantes del equipo monocanal empleado CARACTER STICAS Bater a recargable con fuente de alimentaci n El uso de la fuente de alimentaci n prolonga la vida til de las bater as al no utilizarse simult neamente Construcci n robusta con protecci n a la entrada de agua polvo y frente a vibraci n y golpes 34 Instrumentaci n USOS Incluye un preamplificador para conexi n directa de aceler metros e integraci n de registros de vibraci n Suministro de corriente de excitaci n y voltaje de entrada para grabar se ales 60 dB de rango din mico con 120 dB de rango promedio para cualquier sensibilidad de aceler metro Calibraci n de entrada en escalones de 10 dB para facilitar el uso con aceler metros Uni Gain B amp K Rango frecuencial en modo de aceleraci n de 0 3 Hz 20 kHz filtro de 20 dB por octava en respuesta lineal y con atenuaci n de 20 dB de 0 15 a 0 3 Hz Rango frecuencial a escoger en 8 escalas F cil manejo An lisis en 255 l neas baseband o 1275 l neas zoom en los dominios tem poral y frecuencial Memoria no vol til
14. ra usar con aceler metros u otros transductores piezoel ctricos Utiliza redes condicionadoras de tres d gitos que permiten introducir la sensibilidad exacta de carga del transductor utilizado para dar relaciones de salida del amplificador entre 0 1 y 1000 mV unidad seleccionables en pasos de 10 Db Incorpora redes activas de integraci n para la conversi n de aceleraci n de vibraci n en se ales de velocidad y desplazamiento Manual de Instrucciones 1982 2 4 EQUIPO DE TRES CANALES La Universidad de Almer a cuenta con un equipo de tres canales que consiste en tres sensores con respuesta plana en el rango de periodos entre 0 1 y 12 segundos con un sistema de registro basado en una placa de adquisici n de se ales y un ordenador port til Figura 2 10 Esta instrumentaci n ha sido utilizada para c lculo de periodos fundamentales en edificios de Granada Kobayashi et al 1996 y Almer a Enomoto et al 1997 40 Instrumentaci n Ss Amplifier Type 2635 Briel amp Kj r a v Over gt mn Ovt e e 316 Figura 2 8 Amplificador BR EL 8 KJ R Tipo 2635 Instruction Manual 2635 1986 Figura 2 9 Amplificador sensores y cables durante una medici n de un edificio 2 5 CONCLUSI N En este estudio se ha visto que en los casos en que se precisa conocer el periodo predominante de un edificio basta con operar con un equipo unicanal situado en la parte m s alta del edificio azotea o ltimo nivel Este resulta
15. ruptor de potencia on off y el de expulsi n de cinta Velocidades de cinta cuatro velocidades 1 7 1 2 pulgadas por segundo 19 05 cm s 2 3 3 4 pulgadas por segundo 9 52 cm s 3 1 7 8 pulgadas por segundo 4 76 cm s 4 15 16 pulgadas por segundo 2 38 cm s Velocidad de fluctuaci n de la cinta Menor que 0 2 Fluctuaci n de acuerdo a IRIG 107 73 1 Menos de 0 35 a 19 05 cm s 2 Menos de 0 45 a 9 52 cm s 3 Menos de 0 55 a 4 76 cm s 4 Menos de 0 7 a 2 38 cm s Tiempo de encendido apagado aproximadamente 2 segundos Tiempo de avance r pido en ambos sentidos aproximadamente 5 minutos Tiempo de registro o reproducci n continuo aproximadamente 3 horas a 15 16 pulgadas por segundo Voltaje de entrada de 1 Va 10 V con variaci n continua Impedancia de entrada 1 MO Voltaje de salida de 0 a 2 V con variaci n continua Corriente de salida 10 mA carga de 20 2 Ajuste del cero de salida 10 Visualizaci n de selecci n de canal cada canal es mostrado por un LED en el panel frontal Visualizaci n de velocidad de cinta LED en el panel frontal Contador de cinta contador lineal electr nico Factor de distorsi n distorsi n de arm nicos en FM inferior al 1 y distorsi n del tercer arm nico en DR de 1 Cruce entre canales bajo nivel de ruido entre canales adyacentes Linealidad menor que 0 5 Deriva inferior al 5 despu s de 30 minutos de funcionamiento Condiciones de operaci n tempera
16. tura ambiente de 0 C a 40 C y humedad relativa de 20 a 80 Fuente de alimentaci n corriente continua de 11 V a 15 V A 12 V aproximadamente 4 5 amperes Peso aproximadamente 16 5 kg Dimensiones aproximadamente 38 3 cm de largo por 19 2 cm de ancho y 32 cm de alto Tiempo de registro y respuesta en frecuencia la Tabla 2 1 presenta las relaciones se al ruido S R para diferentes modos de operaci n del equipo 38 Instrumentaci n velocidad de cinta Respuestaen 0 5 dB S R rms tiempo de registro pulgadas s frecuencia 10dB en DB aproximado 7 1 2 CD a 5 kHz 50 21 minutos 3 3 4 CD a 2 5 kHz 48 43 minutos 1 7 8 CD a 1 25 kHz 47 1 hora 27 minutos 15 16 CD a 625 kHz 46 2 horas 54 minutos Tabla 2 1 Algunas caracter sticas del registrador TEAC XR 50 COOCOO MITA AN Figura 2 6 Fotografia del registrador en cinta de v deo de 14 canales TEAC XR 50 izquierda y del analizador de dos canales BRUEL amp KJ R Tipo 2034 derecha 2 3 2 Analizador de dos canales BR EL K JR Tipo 2034 En este apartado se resume la informaci n del analizador de 2 canales Figura 2 6 El equipo puede medir y mostrar hasta 34 funciones diferentes en los dominios del tiempo y de la frecuencia incluyendo funciones estad sticas Algunas de estas funciones son la densidad de probabilidad distribuci n de probabilidad espectro instant neo autoespectro espectro cruzado funci n de transferen
Download Pdf Manuals
Related Search