Identificación de vibración en cables utilizando métodos ópticos

Abstract

Una forma de conocer el estado de salud de un cable y su tensión es estimar sus propiedades modales. Esta tesis tiene como objetivo la identificación de la tensión en un cable no lineal de polímero mediante la detección de la vibración y el empleo simultáneo de técnicas de visión computacional y sensores convencionales. Se aplican dos tipos de excitaciones para inducir la vibración del cable: vibraciones ambientales de banda ancha y condiciones iniciales (desplazamiento e impacto). Se llevan a cabo ensayos con diversas tensiones de cable con el propósito de abarcar un amplio rango de frecuencias fundamentales y evaluar el proceso de relajación inherente a este tipo de material. La oscilación se mide simultáneamente con sensores tradicionales (sensores ultrasónicos, acelerómetro y celda de carga) y cámaras de video. Con los videos se captura la oscilación del cable mediante el seguimiento de múltiples puntos característicos utilizando el algoritmo KLT, esto con y sin el uso de marcadores fiduciales en el cable. Se incorporan métricas que permiten evaluar el beneficio de utilizar marcadores. Utilizando los registros provenientes de sensores y cámaras, se calculan las propiedades modales mediante técnicas paramétricas de identificación como Covariance Driven Stochastic System Identification (SSI-COV) y Eigenrealization Algorthm (ERA). Con esto se realiza un análisis del desempeño de los videos en lo que respecta al cálculo de propiedades modales, incluso capturando sutiles variaciones en las propiedades modales en el tiempo. Para conocer las formas modales con mayor precisión, se debe realizar una corrección de perspectiva debido al ángulo de la cámara con respecto al cable. Se propone una metodología que permiten solucionar este problema utilizando calibración de cámara y triangulación. Junto con esto se pueden transformar los desplazamientos de píxeles a unidades métricas y realizar una comparativa con los medidos con sensores ultrasónicos. Se realiza un análisis de los resultados apoyado en gráficos que permiten resumir y visualizar de mejor manera las diferencias entre sensores y cámaras. Todo esto permite concluir que, a modo general, es posible determinar propiedades modales y desplazamientos con gran precisión, con errores menores a 0.1 % en los periodos y formas, incluso sin utilizar marcadores fiduciales. Adicionalmente se confirma que la precisión de los métodos basado en visión computacional permiten capturar la relajación del cable en forma precisa.