Een nieuwe cameragebaseerde methode voor het meten van vervormingen van gebouwen kan kleine verplaatsingen van 10 meter afstand detecteren. De methode kan nuttig zijn voor het continu detecteren van snelle vervormingen in hoogbouw, bruggen en andere grote constructies met als doel deze constructies aan te passen aan externe krachten.

"Onze nieuwe aanpak om vervormingen van gebouwen te detecteren, zou kunnen worden gebruikt om bewegingen continu te bewaken. Voor bruggen, de gemeten vervormingen kunnen worden gebruikt om externe belastingen tegen te gaan, zoals een vrachtwagen die over de brug rijdt, waardoor de levensduur van de brug wordt verlengd, " zei Flavio Guerra van de Universiteit van Stuttgart, een lid van het onderzoeksteam. "Omdat het in realtime werkt, het zou kunnen worden gebruikt om een ​​waarschuwing af te geven op het moment dat nieuwe vervormingen - die tot scheuren kunnen leiden - werden gedetecteerd."

Onderzoekers onder leiding van Tobias Haist beschrijven de nieuwe techniek in het tijdschrift The Optical Society (OSA) Toegepaste optica . Het onderzoek werd uitgevoerd als onderdeel van een project dat tot doel heeft de technologie te ontwikkelen die nodig is om gebouwen te creëren die zich aanpassen aan omgevingsomstandigheden zoals zonlicht, luchttemperatuur, wind en aardbevingen.

"Op een dag zouden we lichtgewicht gebouwen kunnen hebben die van vorm veranderen als reactie op complexe windkrachten en die stil kunnen blijven staan ​​tijdens een aardbeving, "zei Guerra. "Dit type aanpassing vereist een uiterst nauwkeurige meting van de vervorming van het gebouw, zodat de huidige staat van het gebouw kan worden geschat en de richting waarin het waarschijnlijk zal bewegen kan worden voorspeld."

Een op visie gebaseerde methode

De nieuwe methode omvat het bevestigen van een camera op een statief op kleine afstand van de voorkant van het gebouw en het bevestigen van kleine lichtzenders aan het gebouw. De camera detecteert vervolgens of de lichtbronnen ten opzichte van elkaar bewegen. Een door de computer gegenereerd hologram wordt gebruikt om meerdere kopieën van elk lichtbronbeeld op de beeldsensor te maken. Het middelen van de beweging van de meerdere kopieën van de laserspot helpt meetfouten te verminderen, zoals lawaai, waardoor meetonzekerheden van minder dan een honderdste van een pixel ontstaan. Het gebruik van meerdere camera's zou die nauwkeurigheid nog meer verbeteren en het mogelijk maken om de techniek op zeer grote constructies te gebruiken.

Hoewel glasvezelsensoren kunnen worden gebruikt voor structurele gezondheidsmonitoring, ze moeten worden geïnstalleerd wanneer het gebouw wordt gebouwd. Het nieuwe cameragebaseerde systeem kan na de bouw worden bevestigd en maakt gebruik van hardware die goedkoper is dan glasvezelsystemen.

"De meerpuntsmeetbenadering die we hebben gebruikt, is gebaseerd op een relatief eenvoudige methode die is ontwikkeld voor de besturing van coördinatenmeetmachines, "zei Guerra. "Echter, we hebben de multipoint-methode voor het eerst toegepast op grote objecten buitenshuis onder veranderende omgevingsomstandigheden in realtime."

De onderzoekers wijzen erop dat de meeste camera-inspectiesystemen het object, in dit geval een gebouw, belichten en vervolgens met een camera in beeld brengen. Ze pakten het anders aan door lichtzenders aan het gebouw te bevestigen en het licht rechtstreeks op de camera te richten. Deze opstelling maakt snellere en nauwkeurigere metingen mogelijk omdat de camera meer licht ontvangt.

Monitoring van een prototype van een adaptieve structuur

De onderzoekers gebruikten hun nieuwe methode om zeer kleine bewegingen van een adaptief gebouwprototypeframe van 9 meter hoog te volgen. Hun metingen kwamen goed overeen met de vibrometer- en rekstrooksensorgegevens die voor het prototype waren verkregen.

Volgende, de onderzoekers zijn van plan het systeem te gebruiken om beweging in echte gebouwen te meten. Ze zijn ook van plan om de software robuuster en redundanter te maken, zodat deze 24 uur per dag betrouwbaar is voor continue metingen.