Il sistema radar interferometrico nel controllo dinamico di strutture

Recent progress in radar techniques and systems led to the development of a microwave interferometer suitable to the application in remote monitoring of civil engineering structures. The main characteristic of the new radar system, named IBIS-S, is the possibility of simultaneously measuring the (static or dynamic) relative displacement of several points of a structure with high sensitivity. The aim of this dissertation is to study in depth the instrument’s usage techniques and evaluate its performance in dynamic testing of steel bridge. For this purpose two ambient vibration tests were performed on truss bridges in order to compare the results, in terms of modal characteristics of the considered structures, with those obtained by traditional instruments. Throughout the dissertation, different aspects are developed concerning radar technology, structure control and signal analysis. As regards experimental tests, the methodology of dynamic survey using both accelerometers and interferometric radar is presented in detail. Then the collected data are processed through the Operational Modal Analysis, analyzing Power Spectral Densities and the Frequency Domain Decomposition technique. The comparison between two different approaches proves both accuracy in identifying the main modes and their frequencies and inaccuracy in measuring displacement and extracting modal shapes. It should be noted that such inconsistencies are emphasized by the size and complexity of the structure, and may be limited by the use of corner reflectors to detect the targets. The critical issues encountered show a latent unreliability of the sensor in terms of exact localization of the point being monitored, rather than in terms of inaccuracy in providing measurements.

Recenti progressi nel campo dei sistemi e delle tecniche radar hanno portato allo sviluppo di un interferometro a microonde, potenzialmente adatto al monitoraggio remoto di strutture civili. La peculiarità del nuovo sistema radar, detto IBIS-S, è la capacità di misurare spostamenti relativi sia statici che dinamici in diversi punti della struttura con elevate precisioni. L’obiettivo del seguente lavoro di tesi è quello di approfondire le tecniche di impiego e valutare il comportamento dello strumento nel controllo dinamico, e secondariamente anche in quello statico, di ponti con impalcato metallico. A tal fine sono state effettuate due indagini di vibrazione ambientale su viadotti a trave reticolare per il confronto dei risultati, in termini di caratteristiche modali delle strutture studiate, con quelli ottenuti mediante strumenti tradizionali. Nel corso della trattazione vengono sviluppati diversi aspetti riguardanti la tecnologia radar, il controllo di strutture e l’analisi dei segnali. In merito alle prove sperimentali si illustra nel dettaglio la metodologia di rilevamento dinamico sia con sensori accelerometrici che mediante radar interferometrico. Successivamente si elabora l’analisi modale operazionale dei dati acquisiti attraverso lo studio delle densità spettrali di potenza e la tecnica di identificazione dinamica Frequency Domain Decomposition. Dal confronto tra i due differenti approcci si verifica sia l’accuratezza nell’individuazione dei modi principali e relative frequenze, che l’incertezza nella misura di spostamenti ed estrazione delle forme modali. Si evidenzia che le incertezze risultano accentuate dalle dimensioni e dalla complessità della struttura, e possono essere limitate dall’impiego di corner reflector nella materializzazione dei bersagli. Le criticità incontrate manifestano una latente inaffidabilità del sensore non in termini di incertezza nella restituzione delle misure quanto riguardo alla precisione nella individuazione esatta del punto oggetto del monitoraggio.