Published January 1, 2019 | Version v1
Publication Open

Evaluation of low-cost MEMS accelerometers for SHM: frequency and damping identification of civil structures

Creators

  • 1. Universidade de Brasília

Description

Sensing techniques based on accelerometers for modal parameters identification are among the most studied and applied in Structural Health Monitoring of civil structures.The advent of low-cost MEMS accelerometers and open-source electronic platforms, such as Arduino, have facilitated the design of low-cost systems suitable for modal identification, although there is still a lack of studies regarding practical application and comparison of commercially available low-cost accelerometers under SHM conditions.This work presents an experimental performance evaluation of six low-cost MEMS accelerometers for the identification of natural frequencies and damping ratios of a three-storey frame model and a reinforced concrete slab, as well as their noise characteristics.A low-cost Arduino-based data acquisition system was used.The results showed an overall good performance of the MEMS accelerometers, with identified natural frequencies errors within 1.02% and 7.76% of reference values, for the three-storey frame and concrete slab, respectively, and a noise density as low as 108 g/√Hz.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعد تقنيات الاستشعار القائمة على مقاييس التسارع لتحديد معلمات الوسائط من بين أكثر التقنيات التي تمت دراستها وتطبيقها في مراقبة الصحة الهيكلية للهياكل المدنية. وقد سهل ظهور مقاييس تسارع MEMS منخفضة التكلفة والمنصات الإلكترونية مفتوحة المصدر، مثل الأردوينو، تصميم أنظمة منخفضة التكلفة مناسبة لتحديد الوسائط، على الرغم من أنه لا يزال هناك نقص في الدراسات المتعلقة بالتطبيق العملي ومقارنة مقاييس التسارع منخفضة التكلفة المتاحة تجاريًا في ظل ظروف SHM. يقدم هذا العمل تقييمًا تجريبيًا للأداء لستة مقاييس تسارع MEMS منخفضة التكلفة لتحديد الترددات الطبيعية ونسب التخميد لنموذج إطار من ثلاثة طوابق وبلاطة خرسانية مسلحة، بالإضافة إلى خصائص الضوضاء الخاصة بها. تم استخدام نظام الحصول على البيانات منخفض التكلفة القائم على الأردوينو. أظهرت النتائج أداءً جيدًا بشكل عام لمقاييس تسارع MEMS، مع تحديد أخطاء الترددات الطبيعية في حدود 1.02 ٪ و 7.76 ٪ من القيم المرجعية، للإطار والبلاطة الخرسانية المكونة من ثلاثة طوابق، على التوالي، وضوضاء منخفضة مثل 108 غ/هرتز.

Translated Description (French)

Les techniques de détection basées sur les accéléromètres pour l'identification des paramètres modaux sont parmi les plus étudiées et appliquées dans la surveillance de la santé structurelle des structures civiles. L'avènement des accéléromètres MEMS à faible coût et des plates-formes électroniques open-source, telles que Arduino, ont facilité la conception de systèmes à faible coût adaptés à l'identification modale, bien qu'il y ait encore un manque d'études concernant l'application pratique et la comparaison des accéléromètres à faible coût disponibles dans le commerce dans des conditions SHM. Ce travail présente une évaluation des performances expérimentales de six accéléromètres MEMS à faible coût pour l'identification des fréquences naturelles et des rapports d'amortissement d'un modèle de cadre à trois étages et d'une dalle en béton armé, ainsi que leurs caractéristiques de bruit. Un système d'acquisition de données à faible coût basé sur Arduino a été utilisé. Les résultats ont montré une bonne performance globale des accéléromètres MEMS, avec des erreurs de fréquences naturelles identifiées à 1,02% et 7,76% des valeurs de référence, pour le cadre à trois étages et la dalle en béton, respectivement, et une densité de bruit aussi faible que 108 g/√Hz.

Translated Description (Spanish)

Las técnicas de detección basadas en acelerómetros para la identificación de parámetros modales se encuentran entre las más estudiadas y aplicadas en el monitoreo de la salud estructural de estructuras civiles. La llegada de acelerómetros MEMS de bajo costo y plataformas electrónicas de código abierto, como Arduino, han facilitado el diseño de sistemas de bajo costo adecuados para la identificación modal, aunque todavía faltan estudios sobre la aplicación práctica y la comparación de acelerómetros de bajo costo disponibles comercialmente en condiciones de SHM. Este trabajo presenta una evaluación del rendimiento experimental de seis acelerómetros MEMS de bajo costo para la identificación de frecuencias naturales y relaciones de amortiguación de un modelo de marco de tres pisos y una losa de concreto reforzado, así como sus características de ruido. Se utilizó un sistema de adquisición de datos basado en Arduino de bajo costo. Los resultados mostraron un buen rendimiento general de los acelerómetros MEMS, con errores de frecuencias naturales identificados dentro del 1,02% y el 7,76% de los valores de referencia, para el marco de tres pisos y la losa de concreto, respectivamente, y una densidad de ruido tan baja como 108 g/√Hz.

Files

1679-7825-lajss-16-07-e203.pdf.pdf

Files (3.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:dd862af596621adfadb463c67c79c36b
3.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تقييم مقاييس تسارع MEMS منخفضة التكلفة لـ SHM: تحديد التردد والتخميد للهياكل المدنية
Translated title (French)
Évaluation des accéléromètres MEMS à faible coût pour SHM : identification de la fréquence et de l'amortissement des structures civiles
Translated title (Spanish)
Evaluación de acelerómetros MEMS de bajo coste para SHM: identificación de frecuencia y amortiguación de estructuras civiles

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2969061532
DOI
10.1590/1679-78255308

Is supplement to
https://openalex.org/W4200152119 (Other)
https://openalex.org/W3157425845 (Other)
https://openalex.org/W2394141849 (Other)
https://openalex.org/W2393377267 (Other)
https://openalex.org/W2391492387 (Other)
https://openalex.org/W2389987364 (Other)
https://openalex.org/W2382174756 (Other)
https://openalex.org/W2379010733 (Other)
https://openalex.org/W2365375181 (Other)
https://openalex.org/W2254791580 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1243693327
  • https://openalex.org/W1967710412
  • https://openalex.org/W1973114251
  • https://openalex.org/W1975748424
  • https://openalex.org/W2016742347
  • https://openalex.org/W2019448139
  • https://openalex.org/W2027456229
  • https://openalex.org/W2041102875
  • https://openalex.org/W2041270620
  • https://openalex.org/W2058084172
  • https://openalex.org/W2069019289
  • https://openalex.org/W2083088739
  • https://openalex.org/W2106822551
  • https://openalex.org/W2111715272
  • https://openalex.org/W2113560025
  • https://openalex.org/W2120356561
  • https://openalex.org/W2150897308
  • https://openalex.org/W2161006131
  • https://openalex.org/W2161695306
  • https://openalex.org/W2185182998
  • https://openalex.org/W2284881614
  • https://openalex.org/W2313287215
  • https://openalex.org/W2463228956
  • https://openalex.org/W2534144621
  • https://openalex.org/W2598420928
  • https://openalex.org/W2598685347
  • https://openalex.org/W2614341944
  • https://openalex.org/W2692645000
  • https://openalex.org/W2736994521
  • https://openalex.org/W2752253279
  • https://openalex.org/W2780113335
  • https://openalex.org/W2788450706
  • https://openalex.org/W2794301631
  • https://openalex.org/W340263924