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 รองรับเซ็นเซอร์ 2 รุ่น ที่ออกแบบมาสำหรับงาน SHM และ Seismology โดยเฉพาะ: Analog Devices ADXL355 (ใช้ในรุ่น EQC) และ Murata SCA3400 (ใช้ในรุ่น EQS)

ADXL355 — Analog Devices (รุ่น EQC)

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

SCA3400 — Murata (รุ่น EQS)

Murata SCA3400 เป็น 3-axis MEMS accelerometer/inclinometer ระดับอุตสาหกรรม ใช้เทคโนโลยี capacitive sensing แบบ bulk-micromachined silicon ให้ความเสถียรระยะยาวสูง (long-term stability) เหมาะกับงาน SHM ที่ต้องติดตั้งถาวรและตรวจวัดต่อเนื่องเป็นปีๆ

พารามิเตอร์ค่าหมายเหตุ
ประเภท3-Axis MEMS Accelerometer/InclinometerDigital output (SPI)
ความละเอียด0.7 mg/LSB (12-bit effective)ที่ช่วง ±1.5g
ช่วงวัด±1.5g, ±3g, ±6gเลือก mode ได้
Noise Density35 μG/√HzLow noise ระดับอุตสาหกรรม
BandwidthDC ถึง 70 Hzเหมาะกับความถี่โครงสร้างอาคาร
อุณหภูมิทำงาน-40°C ถึง +125°Cทนสภาพแวดล้อมภาคสนาม
Temperature Stability±0.2 mg/°COffset drift ต่ำ
Long-term Stability< 2 mg/yearเสถียรมากสำหรับการติดตั้งถาวร
Self-testมี (Built-in)ตรวจสอบความถูกต้องอัตโนมัติ

เปรียบเทียบ ADXL355 vs SCA3400

คุณสมบัติADXL355 (EQC)SCA3400 (EQS)เหมาะกับ
Noise Density22.5 μG/√Hz35 μG/√HzADXL355 ดีกว่าเล็กน้อย
ความละเอียด ADC20-bit12-bit effectiveADXL355 ละเอียดกว่า
BandwidthDC - 1,500 HzDC - 70 HzADXL355 กว้างกว่า
Long-term Stabilityดีดีมาก (< 2 mg/year)SCA3400 เสถียรกว่า
Self-testไม่มีมี Built-inSCA3400 ตรวจสอบตัวเองได้
ช่วงวัดสูงสุด±8g±6gADXL355 กว้างกว่า
CouplingDC-coupledDC-coupledเหมือนกัน
InterfaceSPI / I2CSPIADXL355 ยืดหยุ่นกว่า

สรุป: ADXL355 เหมาะกับงานที่ต้องการ resolution สูงสุดและ bandwidth กว้าง เช่น ตรวจจับ micro-earthquake ส่วน SCA3400 เหมาะกับงานติดตั้งถาวร ที่ต้องการความเสถียรระยะยาวและมี self-test สำหรับการดูแลระยะไกล ทั้งคู่เป็นเซ็นเซอร์ระดับ seismic-grade ที่ใช้งานได้จริงในระบบ SHM

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
  SCA3400 อ่านค่า 700 μG = 0.7 mg = 0.0007 g
  PGA 0.02g = 20 mg = 20,000 μG
  PGA 0.5g  = 500 mg = 500,000 μG

การติดตั้งเซ็นเซอร์ในระบบ eQNode

แกนเซ็นเซอร์ (Sensor Orientation)

ทั้ง ADXL355 (EQC) และ SCA3400 (EQS) ใช้แกนเดียวกัน:
  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

  • Analog Devices — ADXL355 Datasheet: Low Noise, Low Drift, Low Power, 3-Axis MEMS Accelerometer
  • Murata — SCA3400 Datasheet: 3-Axis MEMS Accelerometer with Digital SPI Interface
  • 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)