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Please use this identifier to cite or link to this item: http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/37285
Title: Reliable data acquisition system for a low-cost accelerograph applied to structural health monitoring
Other Titles: Sistema de adquisición de datos confiable para un acelerógrafo de bajo costo aplicado al monitoreo de la salud estructural
Authors: Muñoz Calle, Milton Rodrigo
Guevara Baculima, Remigio Clemente
Gonzalez Martinez, Santiago Renan
Jimenez Pacheco, Juan Carlos
metadata.dc.ucuenca.correspondencia: Gonzalez Martinez, Santiago Renan, santiago.gonzalezm@ucuenca.edu.ec
Keywords: Data acquisition system
Internet of things
Real time processing
Single board computer
Structural health monitoring
metadata.dc.ucuenca.areaconocimientofrascatiamplio: 2. Ingeniería y Tecnología
metadata.dc.ucuenca.areaconocimientofrascatidetallado: 2.2.5 Telecomunicaciones
metadata.dc.ucuenca.areaconocimientofrascatiespecifico: 2.2 Ingenierias Eléctrica, Electrónica e Información
metadata.dc.ucuenca.areaconocimientounescoamplio: 07 - Ingeniería, Industria y Construcción
metadata.dc.ucuenca.areaconocimientounescodetallado: 0714 - Electrónica y Automatización
metadata.dc.ucuenca.areaconocimientounescoespecifico: 071 - Ingeniería y Profesiones Afines
Issue Date: 2021
metadata.dc.ucuenca.volumen: Volumen 3, número 2
metadata.dc.source: Journal of Applied Science, Engineering, Technology, and Education
metadata.dc.identifier.doi: 10.35877/454RI.asci159
metadata.dc.type: ARTÍCULO
Abstract: 
This paper presents and evaluates a continuous recording system designed for a low-cost seismic station. The architecture has three main blocks. An accelerometer sensor based on MEMS technology (Microelectromechanical Systems), an SBC platform (Single Board Computer) with embedded Linux and a microcontroller device. In particular, the microcontroller represents the central component which operates as an intermediate agent to manage the communication between the accelerometer and the SBC block. This strategy allows the system for data acquisition in real time. On the other hand, the SBC platform is used for storing and processing data as well as in order to configure the remote communication with the station. This proposal is intended as a robust solution for structural health monitoring (i.e. in order to characterize the response of an infrastructure before, during and after a seismic event). The paper details the communication scheme between the system components, which has been minutely designed to ensure the samples are collected without information loss. Furthermore, for the experimental evaluation the station was located in the facilities on a relevant infrastructure, specifically a hydroelectric dam. The system operation was compared and verified with respect to a certified accelerograph station. Results prove that the continuous recording system operates successfully and allows for detecting seismic events according to requirements of structural health applications (i.e. detects events with a frequency of vibration less than 100 Hz). Specifically, through the system implemented it was possible to characterize the effect of a seismic event of 4 MD reported by the regional seismology network and with epicenter located about 30 Km of the hydroelectric dam. Particularly, the vibration frequencies detected on the infrastructure are in the range of 13 Hz and 29 Hz. Regarding the station performance, results from experiments reveals an average CPU load of 51%, consequently the processes configured on the SBC platform do not involve an overload. Finally, the average energy consumption of the station is close to 2.4 W, therefore autonomy provided by the backup system is aroud of 10 hours.
Description: 
Este artículo presenta y evalúa un sistema de registro continuo diseñado para una estación sísmica de bajo costo. La arquitectura tiene tres bloques principales. Un sensor acelerómetro basado en tecnología MEMS (Microelectromechanical Systems), una plataforma SBC (Single Board Computer) con Linux embebido y un dispositivo microcontrolador. En particular, el microcontrolador representa el componente central que opera como agente intermedio para gestionar la comunicación entre el acelerómetro y el bloque SBC. Esta estrategia permite al sistema la adquisición de datos en tiempo real. Por otro lado, la plataforma SBC se utiliza para almacenar y procesar datos así como para configurar la comunicación remota con la estación. Esta propuesta pretende ser una solución robusta para el monitoreo de la salud estructural (es decir, para caracterizar la respuesta de una infraestructura antes, durante y después de un evento sísmico). El documento detalla el esquema de comunicación entre los componentes del sistema, que ha sido diseñado minuciosamente para garantizar que las muestras se recolecten sin pérdida de información. Además, para la evaluación experimental la estación se ubicó en las instalaciones sobre una infraestructura relevante, específicamente una presa hidroeléctrica. El funcionamiento del sistema se comparó y verificó con respecto a una estación acelerográfica certificada. Los resultados demuestran que el sistema de registro continuo funciona con éxito y permite detectar eventos sísmicos de acuerdo con los requisitos de las aplicaciones de salud estructural (es decir, detecta eventos con una frecuencia de vibración inferior a 100 Hz). Específicamente, a través del sistema implementado se pudo caracterizar el efecto de un evento sísmico de 4 MD reportado por la red regional de sismología y con epicentro ubicado a unos 30 Km de la presa hidroeléctrica. Particularmente, las frecuencias de vibración detectadas en la infraestructura están en el rango de 13 Hz y 29 Hz. En cuanto al rendimiento de la estación, los resultados de los experimentos revelan una carga de CPU promedio del 51%, por lo que los procesos configurados en la plataforma SBC no implican una sobrecarga. Finalmente, el consumo medio de energía de la estación se acerca a los 2,4 W, por lo que la autonomía que proporciona el sistema de respaldo es de alrededor de 10 horas.
URI: https://jurnal.ahmar.id/index.php/asci/article/view/159
metadata.dc.ucuenca.urifuente: http://jurnal.ahmar.id/index.php/asci
ISSN: 2685-0591
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