I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0                                                                         2 6 5       Si m p l e   I n s t r u m e n t a t i o n   Sy s t e m   f o r   L a r g e   St r u c t u r e   Vi b r a t i o n   M o n i t o r i n g   ( D i d i k   R . Sa n t o s o )   A   S i m p l e   I n s t r u m e n t a t i o n   S y s t e m   f o r   L a r g e   S t r u c t u r e   V i b r a t i o n   M o n i t o r i n g         D i d i k   R .   S a n t o s o   D i v i s i o n   o f   I n s t r u m e n t a t i o n ,   P h y s i c s   D e p a r t m e n t ,   B r a w i j a y a   U n i v e r s i t y   J l .   V e t e r a n   2   M a l a n g   6 5 1 4 5 ;   T e l p .   + 6 2 - 3 4 1 - 5 7 5 8 3 3 ,   F a x .   + 6 2 - 3 4 1 - 5 7 5 8 3 4     E m a i l :   d i e k s @ u b . a c . i d       A b s t r a k   Si s t e m   i n s t r u m e n t a s i   t r a d i s i o n a l   y a n g   d i g u n a k a n   u n t u k   m o n i t o r i n g   v i b r a s i   b a n g u n a n   i n f r a s t r u k t u r   s k a l a   b e s a r   s e p e r t i   j e m b a t a n ,   r e l   k e r e t a   a p i ,   d a n   s e j e n i s n y a ,   u m u m n y a   m e m p u n y a i   d e s a i n   y a n g   k o m p l e k s .   M e n j a d i k a n n y a   s e d e r h a n a   a k a n   s a n g a t   b e r m a n f a a t   b a i k   d a l a m   s e g i   h a r g a n y a   y a n g   m u r a h   m a u p u n   p e m e l i h a r a a n n y a   y a n g   m u d a h .   M a k a l a h   i n i   m e n j e l a s k a n   b a g a i m a n a   m e n g e m b a n g k a n   s i s t e m   i n s t r u m e n t a s i   t e r s e b u t .   Si s t e m   d i b a n g u n   b e r b a s i s   j a r i n g a n   s i s t e m   t e r d i s t r i b u s i   d e n g a n   t o p o l o g i   f i e l d - b u s ,   m e n g g u n a k a n   a r s i t e k t u r     s i n g l e   m a s t e r   m u l t i   s l a v e s .   M a s t e r   m e r u p a k a n   u n i t   p e n g e n d a l i ,   d i b a n g u n   b e r b a s i s k a n   s e b u a h   PC   y a n g   d i l e n g k a p i   d e n g a n   a n t a r m u k a   R S - 4 8 5 .   Sl a v e   m e r u p a k a n   u n i t   s e n s i n g ,   t i a p - t i a p   u n i t   s l a v e   d i b a n g u n   d e n g a n   m e n g i n t e g r a s i k a n   s e b u a h   s e n s o r   v i b r a s i   3 - s u m b u   d e n g a n   s i s t e m   a k u i s i s i   d a t a   b e r b a s i s   m i k r o k o n t r o l e r .   Se n s o r   v i b r a s i   d i d e s a i n   m e n g g u n a k a n   k o m p o n e n   u t a m a   s e b u a h   M E M S   a c c e l e r o m e t e r .   S e m e n t a r a   p e r a n g k a t   l u n a k   d i k e m b a n g k a n   u n t u k   d u a   f u n g s i ;   s e b a g a i   p e n g e n d a l i   s i s t e m   p e r a n g k a t   k e r a s   d a n   p e m r o s e s a n   d a t a .   U n t u k   m e n g u j i   k i n e r j a   s i s t e m   i n s t r u m e n t a s i   y a n g   d i k e m b a n g k a n ,   b e b e r a p a   u j i   l a b o r a t o r i u m   t e l a h   d i l a k u k a n .   H a s i l n y a   m e n u n j u k k a n   b a h w a   s i s t e m   m e m i l i k i   k i n e r j a   y a n g   c u k u p   b a i k .     K a t a   k u n c i :   Si s t e m   i n s t r u m e n t a s i ,   M EM a c c e l e r o m e t e r ,   M i k r o k o n t r o l e r ,   Si s t e m   t e r d i s t r i b u s i .         A b s t r a c t   c o n v e n t i o n a l   i n s t r u m e n t a t i o n   s y s t e m s   i n   m o n i t o r i n g   v i b r a t i o n   o f   l a r g e - s c a l e   i n f r a s t r u c t u r e   b u i l d i n g   s u c h   a s   b r i d g e s ,   r a i l w a y ,   a n d   o t h e r s   s t r u c t u r a l   b u i l d i n g ,   g e n e r a l l y   h a s   a   c o m p l e x   d e s i g n .   M a k e s   i t   s i m p l e   w o u l d   b e   v e r y   u s e f u l   b o t h   i n   t e r m s   o f   l o w - c o s t   a n d   e a s y   m a i n t e n a n c e .   T o   m a k e   s y s t e m   b e c o m e   s i m p l e ,   l o w   c o s t ,   a n d   e a s y   i n   m a i n t e n a n c e ,   t h i s   p a p e r   p r o p o s e s   a   d i s t r i b u t e d   n e t w o r k   f o r   i m p l e m e n t a t i o n   s y s t e m .   T h e   s y s t e m   c o n s i s t s   o f   f i e l d   b u s   t o p o l o g y ,   u s i n g   s i n g l e - m a s t e r   m u l t i - s l a v e   a r c h i t e c t u r e .   M a s t e r   i s   a   c o n t r o l   u n i t ,   b u i l t   b a s e d   o n   a   PC   e q u i p p e d   w i t h   R S - 4 8 5   i n t e r f a c e .   Sl a v e   i s   a   s e n s i n g   u n i t ;   e a c h   s l a v e   i s   b u i l t   b y   i n t e g r a t i n g   a   3 - a x i s   v i b r a t i o n   s e n s o r   w i t h i n   a   m i c r o c o n t r o l l e r   b a s e d   d a t a   a c q u i s i t i o n   s y s t e m .   Vi b r a t i o n   s e n s o r   i s   d e s i g n e d   u s i n g   t h e   m a i n   c o m p o n e n t s   o f   a   M E M S   a c c e l e r o m e t e r .   T h e   s o f t w a r e   i s   d e v e l o p e d   f o r   t w o   f u n c t i o n s ;   a   c o n t r o l   s y s t e m   h a r d w a r e   a n d   a   d a t a   p r o c e s s i n g .   T o   v e r i f y   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   d e v e l o p e d   i n s t r u m e n t a t i o n   s y s t e m ,   s e v e r a l   l a b o r a t o r y   t e s t s   h a v e   b e e n   p e r f o r m e d .   T h e   r e s u l t   s h o w s   t h a t   t h e   s y s t e m   h a s   g o o d   p e r f o r m a n c e .     K e y w o r d s :   I n s t r u m e n t a t i o n   s y s t e m ,   M EM a c c e l e r o m e t e r ,   M i c r o c o n t r o l l e r ,   D i s t r i b u t e d   s y s t e m .         1 .   I n t r o d u c t i o n   T h e   a i m   o f   s t r u c t u r a l   h e a l t h   m o n i t o r i n g   ( S H M )   i s   t o   p r o v i d e   p e r i o d i c   o r   c o n t i n u o u s   i n s p e c t i o n s   o f   s t r u c t u r a l   m e m b e r s   t o   g e t   c u r r e n t   d a t a   f o r   v e r i f i c a t i o n   i f   t h e   s t r u c t u r e   i s   u n d e r   a   l o a d ,   b e h a v e s   u n u s u a l l y ,   o r   d a m a g e d   [ 1 ] .   T h e   S H M   c o v e r s   a   b r o a d   f i e l d   t h a t   e n c o m p a s s e s   a   n u m b e r   o f   s y n e r g i s t i c   t e c h n o l o g i e s   t h a t   t o g e t h e r   c a n   p r o v i d e   a   s y s t e m .   Vi e w e d   f r o m   t h e   a s p e c t   o f   i n s t r u m e n t a t i o n   s y s t e m ,   SH M   a t   l e a s t   h a s   t h r e e   m a i n   p a r t s ;   s e n s o r   t e c h n o l o g y ,   d a t a   a c q u i s i t i o n   t o p o l o g i e s ,   a n d   n e t w o r k   a r c h i t e c t u r e   [ 2 ] .     Vi b r a t i o n   i s   o n e   o f   p h y s i c a l   p a r a m e t e r   t h a t s   o f t e n   u s e d   o n   t h e   S H M   a c t i v i t y   [ 3 ] ,   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   Vi b r a t i o n   c a n   b e   m e a s u r e d   b y   u s i n g   s o m e   k i n d s   o f   s e n s o r s ,   s u c h   a s   s t r a i n   g a u g e ,   f i b e r   o p t i c ,   p i e z o e l e c t r i c ,   a n d   a c c e l e r o m e t e r .   O f   c o u r s e   e a c h   o f   t h e m   h a s   o w n   m e r i t s   a n d   l i m i t a t i o n s .   C u r r e n t l y ,   t h e   u s e   o f   M EM a c c e l e r o m e t e r   a s   a   v i b r a t i o n   s e n s o r   b e g a n   t o   d e m a n d .   T h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                              I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     2 6 5     2 7 4   2 6 6   a d v a n t a g e   i s   i t s   s m a l l   s i z e ,   c o m p a c t ,   s e n s i t i v e ,   l i g h t w e i g h t ,   a n d   r e l a t i v e l y   c h e a p   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   M EM S   a c c e l e r o m e t e r   i s   a l s o   a v a i l a b l e   i n   c o m m e r c i a l   m a r k e t s   i n   v a r i o u s   t y p e s ,   i n c l u d i n g   t h o s e   t h a t   h a d   3 - a x i s   s e n s i n g .   An d   t h e n   m e a s u r e m e n t   o f   v i b r a t i o n   i n   t h r e e   d i r e c t i o n s   ( XYZ )   c a n   b e   p e r f o r m e d   o n l y   b y   u s i n g   a   s i n g l e   M EM s e n s o r .     T h e   o t h e r   h a n d ,   t h e   a p p l i c a t i o n   o f   t h e   m i c r o c o n t r o l l e r - b a s e d   i n s t r u m e n t a t i o n   s y s t e m   r e c e n t l y   h a s   b e e n   g r o w i n g   [ 8 ] ,   [ 9 ] .   I n   t h e   d e v e l o p m e n t   o f   m o d e r n   i n s t r u m e n t a t i o n   s y s t e m s ,   t h e   u s e   o f   m i c r o c o n t r o l l e r s   a s   t h e   b r a i n s   o f   t h e   d a t a   a c q u i s i t i o n   s y s t e m   i s   c o m m o n l y   d o n e .   I t   h a s   s m a l l   s i z e ,   p r o g r a m m a b l e ,   s i m p l e ,   r e l i a b l e   a n d   l o w - c o s t .   T h e   u s e   o f   m i c r o c o n t r o l l e r   i n   h a r d w a r e   d e s i g n   c a n   i m p r o v e   p e r f o r m a n c e ,   s i m p l i f y   d e s i g n   a n d   i m p l e m e n t a t i o n .     F u r t h e r m o r e ,   a   c o m m e r c i a l   SH M   I n s t r u m e n t a t i o n   s y s t e m   u s u a l l y   h a s   c o m p l e x   d e s i g n   a n d   t h e n   v e r y   e x p e n s i v e .   T h e r e f o r e ,   d e v e l o p m e n t   o f   t h e   s y s t e m   i n   t h e   s i m p l e   w a y   a n d   l o w - c o s t   i n   b u d g e t   i s   d e s i r a b l e   a n d   c h a l l e n g e   f o r   r e s e a r c h e r s .   T h i s   i s   u s e f u l   n o t   o n l y   f o r   i n   t r u t h   s i m p l e   a n d   l o w - c o s t   a p p l i c a t i o n ,   b u t   a l s o   t o   c o n d u c t   r e s e a r c h   a c t i v i t i e s   i n   t h e   s t r u c t u r a l   s a f e t y   s y s t e m .   I n   t h i s   r e s e a r c h ,   a   s i m p l e   a n d   i n e x p e n s i v e   i n s t r u m e n t a t i o n   s y s t e m ,   w h i c h   m a y   b e   u s e f u l   f o r   o n - l i n e   d i s t r i b u t e d   3 - a x i s   s t r u c t u r a l   v i b r a t i o n   m o n i t o r i n g   h a s   b e e n   d e v e l o p e d .       2 .   D e s c r i p t i o n   o f   t h e   Sy s t e m     U s u a l l y   SH M   i n s t r u m e n t a t i o n   u s i n g   a   d i s t r i b u t e d   s y s t e m   a r c h i t e c t u r e ,   i t   i s   a n   o p e n   a n d   s t a n d a r d i z e d   s y s t e m   t o   b r i n g   v a r i e t i e s   o f   s e n s o r s   u n d e r   o n e   u m b r e l l a .   T h e   s y s t e m   i s   p o w e r f u l   f o r   l a r g e   a r e a   o f   m e a s u r e m e n t ,   d u e   t o   d i s t r i b u t e d   b u r d e n ,   e a s y   s y s t e m   g r o w t h ,   l o w e r   p o s s i b i l i t y   o f   d a t a   l o s s e s ,   a n d   e a s i n e s s   o f   m e a s u r e m e n t   o f   s i m u l t a n e o u s   e v e n t s   [ 1 0 ] .   F i g u r e   1   s h o w s   t h e   a r c h i t e c t u r e   o f   t h e   d e v e l o p e d   s y s t e m .   T h e   s y s t e m   b u i l d s   o n   a   m u l t i - d r o p   n e t w o r k   t o p o l o g y   w i t h   s i n g l e - m a s t e r   m u l t i - s l a v e   a r c h i t e c t u r e .   I t   h a s   c o n s i s t s   o f   s i n g l e   m a s t e r   u n i t   ( c a l l e d   a s   m a s t e r   t e r m i n a l   u n i t ,   M T U ) ,   a n d   s e v e r a l   s l a v e   u n i t s   ( c a l l e d   a s   r e m o t e   t e r m i n a l   u n i t ,   R T U ) .   M T U   i s   c o n t r o l   u n i t   a n d   R T U   i s   s e n s i n g   u n i t .   C o m m u n i c a t i o n   b e t w e e n   M T U   a n d   R T U   i s   c o n d u c t e d   t h r o u g h   R S - 4 8 5   b u s   s y s t e m ,   w h i c h   m e e t s   t h e   r e q u i r e m e n t s   f o r   a   t r u l y   m u l t i - p o i n t   c o m m u n i c a t i o n s   n e t w o r k ,   a n d   t h e   s t a n d a r d   s p e c i f i e s   u p   t o   1 2 7   n o d e s   e v e n   m o r e   o n   b u s .   M a x i m u m   c a b l e   l e n g t h   c a n   b e   a s   m u c h   a s   1 2 0 0   m   a n d   c a n   b e   e i t h e r   h a l f - d u p l e x   o r   f u l l - d u p l e x .   T h i s   a r c h i t e c t u r e   h a s   t h e   a d v a n t a g e s   s u c h   a s   h i g h   n o i s e   i m m u n i t y   a n d   f a s t   s i g n a l i n g   r a t e ,   u p   t o   1 1 5 . 2 0 0   k b p s   e v e n   m o r e   [ 1 1 ] .         S L A V E   U N I T   ( R T U ) R S - 485  Fi el dbus  net w or ( dat &   pow er ) V i b r a t i o n   S e n s o r ( 3 - a x i s ) S TR U C TU R E V I br at i on  ( x, y , z) D A Q R S 232  t R S 485 conver t er M A S T E R   U N I T   ( M T U )     F i g u r e   1 :   Sy s t e m   a r c h i t e c t u r e       I n   t h e   R S - 4 8 5   M T U - R T U   c o m m u n i c a t i o n   p r o c e d u r e ,   R T U   d e v i c e   t a k e s   o v e r   t h e   c o n t r o l   w h i l e   R T U   d e v i c e s   g e t   t h e   a d d r e s s ,   w h i c h   u p o n   t h e y   c a n   b e   c a l l e d .   E v e r y   R T U   h a s   i t s   u n i q u e   a d d r e s s   a n d   r e s p o n d s   o n l y   t o   p a c k e t s   a d d r e s s e d   t o   t h i s   u n i t .   p r o t o c o l   i s   r e q u i r e d   t o   e n s u r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0         Si m p l e   I n s t r u m e n t a t i o n   Sy s t e m   f o r   L a r g e   St r u c t u r e   Vi b r a t i o n   M o n i t o r i n g   ( D i d i k   R . Sa n t o s o )     2 6 7   t h a t   n o   m o r e   t h a n   o n e   R T U   t r a n s m i t s   a t   a n y   o n e   t i m e   o n   t h e   n e t w o r k .   I n   t h i s   d e s i g n ,   t h e   M T U   c o n t a c t s   a   p a r t i c u l a r   R T U   b y   t r a n s m i t t i n g   i t s   a d d r e s s   n u m b e r ,   f o l l o w e d   b y   a   c o m m a n d ,   f o r   e x a m p l e   s a m p l i n g   t i m e ,   n u m b e r   o f   d a t a   s a m p l i n g ,   e t c .   Al l   R T U   h e a r   t h e   a d d r e s s   n u m b e r   a n d   i g n o r e   a n y   c o m m a n d   n o t   a d d r e s s e d   t o   t h e m .   R T U   d e v i c e   w i t h   m a t c h i n g   a d d r e s s   s e n d s   i t s   a d d r e s s   t o   t h e   M T U   d e v i c e   a s   a   c o n f i r m a t i o n   o f   s u c c e s s f u l   t r a n s f e r   a n d   r e c e i v e s   d a t a ,   s o   l e t s   t h e   M T U   k n o w   t h a t   i t   i s   a l i v e   a n d   w e l l .   I n   c a s e   t h a t   R T U   d e v i c e   d o e s   n o t   s e n d   i t s   a d d r e s s   i n   s o m e   s p e c i f i e d   ( t i m e   o u t )   p e r i o d ,   M T U   w i l l   d e c l a r e   t h e   R T U .   Af t e r   R T U   g e t   i t s   c o r r e c t   a d d r e s s   f r o m   M T U ,   t h e n   i n t e r n a l   p r o c e s s   f o r   d a t a   a c q u i s i t i o n   i s   b e g i n n i n g   s o o n .   F i g u r e   2   s h o w s   f l o w   c h a r t   o f   c o m m u n i c a t i o n   p r o c e d u r e   b e t w e e n   M T U   a n d   R T U .       S t a r t P C I n i t i a l i z a t i o n S e n d i n g   R T U a d d r e s s   ( I D ) C h e c k   A C K S e n d i n g c o m m a n d s C h e c k   A C K S t a r t M i c r o c o n t r o l l e r I n i t i a l i z a t i o n R e c e i v i n g   R T U a d d r e s s   ( I D ) C h e c k   I D S l e e p , N o Y e s N o R e c e i v i n g c o m m a n d s S e n d i n g   A C K Y e s S e n d i n g   d a t a S t o p I n t e r n a l   p r o c e s s f o r   D A Q S e n d i n g   A C K R e c e i v i n g   d a t a S t o p Y e s N o M T U R T U U n t i l   r e s t a r t ( R E S )     F i g u r e   2 :   F l o w c h a r t   o f   t h e   R T U - M T U   c o m m u n i c a t i o n   p r o c e d u r e .       3 .   D e s i g n   a n d   I m p l e m e n t a t i o n     3 . 1 .   Vi b r a t i o n   Se n s o r   M o d u l e   I n   g e n e r a l ,   v i b r a t i o n   s e n s o r   s e r v e s   t o   d e t e c t   m e c h a n i c a l   v i b r a t i o n s   a n d   c o n v e r t   i t   i n t o   e l e c t r i c a l   v o l t a g e   p r o p o r t i o n a l l y .   An d   t h e n   c o n d i t i o n e d   t o   f i t   t h e   r e q u i r e m e n t s   r e q u e s t e d   b y   t h e   d a t a   a c q u i s i t i o n   s y s t e m ,   s o   t h a t   t h e   v o l t a g e   m a y   b e   a m p l i f i e d ,   f i l t e r e d ,   o r   o t h e r s .   T h e   v i b r a t i o n   s e n s o r   m o d u l e   c a n   b e   d i v i d e d   i n t o   t w o   p a r t s ,   a n   a c c e l e r o m e t e r   s e n s o r   c i r c u i t   a n d   s i g n a l   c o n d i t i o n i n g   c i r c u i t ,   a s   s h o w n   i n   F i g u r e     3 .   T h e   a c c e l e r o m e t e r   s e n s o r   i s   a   s e n s i n g   e l e m e n t   f o r   m e c h a n i c a l   v i b r a t i o n .     I t   i s   d e v e l o p e d   b a s e d   o n   M E M a c c e l e r o m e t e r   M M A7 2 6 0 Q T ,   e . g .   3 - a x i s   a n a l o g   a c c e l e r o m e t e r ,   i s s u e d   b y   F r e e s c a l e   Se m i c o n d u c t o r .   T h e   M M A7 2 6 0 Q T   i s   l o w   c o s t   c a p a c i t i v e   M E M S   a c c e l e r o m e t e r   f e a t u r e s   s i g n a l   c o n d i t i o n i n g ,   a   1 - p o l e   l o w   p a s s   f i l t e r ,   t e m p e r a t u r e   c o m p e n s a t i o n   a n d   g - s e l e c t   w h i c h   a l l o w s   f o r   t h e   s e l e c t i o n   a m o n g   4   s e n s i t i v i t i e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                              I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     2 6 5     2 7 4   2 6 8   ( 1 . 5 ,   2 ,   4   a n d   6 g ) .   Z e r o - g   o f f s e t   f u l l   s c a l e   s p a n   a n d   f i l t e r   c u t - o f f   a r e   f a c t o r y   s e t   a n d   r e q u i r e   n o   e x t e r n a l   d e v i c e s .   M o r e   d e t a i l   a b o u t   M M A7 2 6 0 Q T   c a n   b e   f o u n d   i n   [ 1 2 ] .     F o r   t h e   p u r p o s e   o f   s i g n a l   f i l t e r i n g ,   a m p l i f y i n g ,   a n d   l e v e l   a d j u s t m e n t ,   i t   i s   n e c e s s a r y   t o   b u i l d   a   s u i t a b l e   s i g n a l   c o n d i t i o n i n g   c i r c u i t .   Si g n a l   c o n d i t i o n i n g   c i r c u i t   c o n s i s t s   o f   a   b a n d   p a s s   f i l t e r   ( B PF ) ,   v o l t a g e   b u f f e r   a n d   a m p l i f i e r ,   a n d   v o l t a g e   l e v e l   a d j u s t m e n t   ( D C - o f f s e t ) .   BPF   c i r c u i t   s e r v e s   t o   e l i m i n a t e   t h e   s t a t i c   D C   o u t p u t   v o l t a g e   o f   t h e   s e n s o r   ( i t   i s   s e n s o r   c h a r a c t e r i s t i c s )   a n d   a l s o   b l o c k s   t h e   h i g h   f r e q u e n c y   n o i s e .   BPF   t r a n s f e r   f u n c t i o n   o f   t h e   c i r c u i t   i s   g i v e n   b y :       ( ) + + - = ) / ( 1 1 ) / ( 1 1 L H f in in o u t j j C C V V w w w w                   ( 1 )       W i t h ,     f f L C R 1 = w ;       i n i n H C R 1 = w     w h e r e ,       f f L C R f p 2 1 = ,     l o w   c u t - o f f   f r e q u e n c y                   ( 2 )   i n i n H C R f p 2 1 =   ,   h i g h   c u t - o f f   f r e q u e n c y                 ( 3 )           F i g u r e   3 .   C i r c u i t   o f   v i b r a t i o n   s e n s o r   m o d u l e           F i g u r e   4 .   I m a g e   o f   3 - a x i s   ( XYZ )   v i b r a t i o n   s e n s o r   m o d u l e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0         Si m p l e   I n s t r u m e n t a t i o n   Sy s t e m   f o r   L a r g e   St r u c t u r e   Vi b r a t i o n   M o n i t o r i n g   ( D i d i k   R . Sa n t o s o )     2 6 9   Vo l t a g e   l e v e l   a d j u s t m e n t   i s   u s e d   t o   m a k e   t h e   c o n d i t i o n s   f o r   t h e   o u t p u t   s i g n a l   f r o m   t h e   s e n s o r   m o d u l e   i n   t h e   r a n g e   o f   0 - 5   v o l t s ,   a s   r e q u i r e d   b y   t h e   d a t a   a c q u i s i t i o n   s y s t e m .   I n   a d d i t i o n ,   t h e   s i g n a l   c o n d i t i o n i n g   c i r c u i t   i s   m a d e   o f   3   p i e c e s   f o r   c o n d i t i o n i n g   t h e   o u t p u t   o f   e a c h   a x i s   a c c e l e r o m e t e r ,   i e ,   X,   Y,   a n d   Z .   T h e   p r o t o t y p e   o f   3 - a x i s   v i b r a t i o n   s e n s o r   m o d u l e ,   w h i c h   c o n s i s t s   o f   M E M a c c e l e r o m e t e r   a n d   s i g n a l   c o n d i t i o n e r s   a r e   g i v e n   i n   F i g u r e   4 .       3 . 2 .   H a r d w a r e   o f   t h e   M T U   I n   t h e   m a s t e r - s l a v e s   a r c h i t e c t u r e ,   M T U   p e r f o r m   c o n f i g u r e s   t h e   s y s t e m ,   h o l d   c o n t r o l s   a c t i v i t i e s   i n   t h e   w h o l e   s y s t e m ,   d i s p l a y   m e a s u r i n g   d a t a   a n d   s t a t u s   o f   t h e   s y s t e m .   H a r d w a r e   o f   t h e   M T U   i s   s t a n d a r d   PC   ( w i t h   s e r i a l   p o r t   R S - 2 3 2 )   s u p p o r t e d   b y   R S - 2 3 2   t o   R S - 4 8 5   c o n v e r t e r     ( F i g u r e   5 ) .   T h e   f u n c t i o n   o f   t h e   R S - 2 3 2   t o   R S - 4 8 5   c o n v e r t e r   i s   t o   m a k e   p o s s i b l e   s e r i a l   p o r t   a s   m u l t i - p o i n t   c o m m u n i c a t i o n   p o r t s .   T h e   R S - 2 3 2   t o   R S - 4 8 5   c o n v e r t e r   i s   m a d e   b y   u s i n g   I C   H I N 2 3 2   ( I n t e r s i l )   a n d   M AX 4 8 5   ( M a x i m   Se m i c o n d u c t o r ) .   I n   a d d i t i o n ,   i f   t h e   PC   h a s   n o t   R S- 2 3 2   s e r i a l   p o r t   ( U SB  p o r t s   o n l y )   t h e n   i t   c a n   b e   h a n d l e d   b y   u s i n g   a   U SB   t o   s e r i a l   c o n v e r t e r .   T h i s   d e v i c e   c a n   b e   f o u n d   i n   t h e   c o m m e r c i a l   m a r k e t   e a s i l y .     I n   h a l f   d u p l e x   c o m m u n i c a t i o n   p r o c e d u r e ,   o r g a n i z a t i o n   o f   s e n d i n g   a n d   r e c e i v i n g   d a t a   m u s t   b e   r e g u l a t e d   t o   a v o i d   i n t e r f e r e n c e   o f   d a t a   d u r i n g   t r a n s f e r .   So ,   t h e   s y s t e m   m u s t   h a v e   a   d r i v e r   t o   d e t e r m i n e   f l o w   c o n t r o l   o f   t h e   d a t a ,   b e i n g   s e n d i n g   o r   r e c e p t i o n .   I n   t h e   p r o p o s e d   m o d u l e ,   t h i s   i s   i m p l e m e n t e d   b y   u s i n g   t h e   R e q u e s t   t o   Se n d   ( R T S)   s i g n a l ,   w h i c h   i s   o n e   o f   t h e   s e r i a l   p o r t   s i g n a l s .   Se t t i n g   t h e   R T s i g n a l   t o   a   h i g h - s t a t e   ( l o g i c   1 )   w i l l   e n a b l e   t h e   R S - 4 8 5   d r i v e r .   T h i s   m e a n s   t h e   M T U   i n   t h e   s t a t u s   o f   s e n d i n g .   O t h e r w i s e ,   s e t t i n g   t h e   R T s i g n a l   t o   l o w   s t a t e   ( l o g i c   0 )   p u t s   t h e   d r i v e r   i n t o   t h e   t r i s t a t e   c o n d i t i o n ,   t h i s   m e a n   M T U   i n   t h e   s t a t u s   o f   r e c e p t i o n .   I n   a d d i t i o n ,   m e c h a n i c a l   c o n n e c t i o n   b e t w e e n   M T U   a n d   R T U   i s   p e r f o r m e d   b y   R J - 4 5   s o c k e t .   T h i s   s o c k e t   c o n t a i n s   o f   s i x   l i n e s   w i t h i n   a   s i n g l e   U T c a b l e .   T o   s i m p l i f y   t h e   s y s t e m ,   t h e   p o w e r   s u p p l y   i n   t h i s   n e t w o r k   i s   c e n t r a l l y   p o w e r e d   b y   9   v o l t   f r o m   t h i s   u n i t .   I n   t h e   s l a v e   m o d u l e ,   t h e   v o l t a g e   w i l l   b e   r e d u c e d   a n d   r e g u l a t e d   t o   5   v o l t s   c o r r e s p o n d i n g   t o   a n   e l e c t r o n i c   s y s t e m .   F i g u r e   5 b   s h o w s   p r o t o t y p e   b o a r d   o f   t h e   d e v e l o p e d   h a r d w a r e .   M e c h a n i c a l   c o n n e c t i o n   b e t w e e n   M T U   a n d   R T U   i s   p e r f o r m e d   b y   R J - 4 5   s o c k e t .   T h i s   s o c k e t   c o n t a i n s   8 - w i r e s   w i t h i n   s i n g l e   U n s h i e l d e d   T w i s t e d   Pa i r   ( U T P)   c a b l e ,   b u t   o n l y   6 - w i r e s   u s e d   i n   t h e   s y s t e m ,   a s   e x p l a i n e d   a b o v e .         P o w e r   S o c k e t   R S - 2 3 2   t o   R S - 4 8 5 C o n v e r t e r V o l t . R e g A B C o m P o w e r T x R x R T S R S - 2 3 2 R J 4 5 - 1 , 2 R J 4 5 - 3 R J 4 5 - 5 R J 4 5 - 7 , 8 9 V R S - 4 8 5   F I E L D B U S P C                   ( a )   ( b )     F i g u r e   5 .   T h e   M a s t e r   U n i t   ( M T U ) :   ( a )   Bl o c k   d i a g r a m ,   ( b )   Pr o t o t y p e   b o a r d         3 . 3 .   H a r d w a r e   o f   t h e   R T U - D A Q   T h e   Sl a v e   U n i t   ( R T U )   p l a y s   k e y   r o l e   o f   t h e   s y s t e m   a s   a   s e n s i n g   u n i t .   H a r d w a r e   o f   t h e   R T U   c a n   b e   d i v i d e d   i n t o   t w o   m o d u l e s ,   v i b r a t i o n   s e n s o r   m o d u l e   ( a s   d e s c r i b e d   a b o v e )   a n d   d a t a   a c q u i s i t i o n   ( D AQ )   m o d u l e .   D A Q   m o d u l e   d e v e l o p e d   b a s e d   o n   P I C 1 6 F 8 7 7   m i c r o c o n t r o l l e r .   I t   h a s   s o m e   f e a t u r e s   i n s i d e   s u c h   a s   8 - c h a n n e l s   AD C   w i t h   1 0   b i t s   r e s o l u t i o n ,   T I M E R ,   U S AR T ,   8 x   1 4   w o r d s   o f   f l a s h   p r o g r a m   m e m o r y ,   3 6 8   x   8   b y t e s   o f   R AM   a n d   s o   o n   [ 1 3 ] .   T h e   R T U   a l s o   e q u i p p e d   w i t h   R S - 4 8 5   n e t w o r k   i n t e r f a c e   t o   p e r f o r m   c o m m u n i c a t i o n   w i t h   m a s t e r   u n i t   ( M T U ) .   F i g u r e   6   s h o w s   t h e   b l o c k   d i a g r a m   o f   t h e   s l a v e   u n i t   w h i c h   i s   d e v e l o p e d   i n   t h i s   r e s e a r c h .     M o r e o v e r ,   t h e   R T U   h a s   t h e   f o l l o w i n g   a s s i g n m e n t s :     ·   T h e   v i b r a t i o n   s e n s o r   m o d u l e   h a s   t h e   t a s k   t o   s e n s e   m e c h a n i c a l   v i b r a t i o n   o f   s t r u c t u r a l   m e m b e r s   i n   t h r e e   d i r e c t i o n s   ( XYZ )   a n d   t h e n   c o n v e r t s   t h e m   t o   t h e   e l e c t r i c a l   v o l t a g e s   p r o p o r t i o n a l l y   i n   t h e   r a n g e   o f   0 - 5   v o l t s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                              I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     2 6 5     2 7 4   2 7 0   ·   D a t a   a c q u i s i t i o n   m o d u l e   p r o v i d e s   3   a n a l o g   c h a n n e l s   i n p u t   t o   s e r v e   t h e   s e n s o r   o u t p u t .   T h e   o u t p u t   v o l t a g e   o f   t h e   s e n s o r   ( a n a l o g )   i s   c o n v e r t e d   i n t o   a   d i g i t a l   c o d e   w i t h   a   r e s o l u t i o n   o f   1 0   b i t s .   I n t e r n a l   t a s k s ,   s u c h   s a m p l i n g   r a t e   s e l e c t i o n ,   a r e   m a n a g e d   t h r o u g h   m i c r o c o n t r o l l e r   p r o g r a m   p r o c e d u r e s .   ·   T h e   n e t w o r k   c o m m u n i c a t i o n   i n t e r f a c e   i s   h a n d l e d   b y   I C   M A X4 8 5   t o   p e r f o r m   R S - 4 8 5   c o m m u n i c a t i o n .   C o m m u n i c a t i o n   f l o w   i s   r e g u l a t e d   b y   m i c r o c o n t r o l l e r   p r o g r a m   p r o c e d u r e .     ·   I f   n e c e s s a r y ,   d i g i t a l   d a t a   o f   v i b r a t i o n   m e a s u r e m e n t   c a n   b e   s t o r e d   t e m p o r a r i l y   i n   e x t e r n a l   m e m o r y   ( R AM )   b e f o r e   t h e   d a t a   i s   s e n t   t o   t h e   M a s t e r   U n i t .                 ( a )   ( b )     F i g u r e   6 .   T h e   R T U - D AQ   m o d u l e :   ( a )   Bl o c k   d i a g r a m ,     ( b )   Pr o t o t y p e   b o a r d         3 . 4   So f t w a r e   f o r   Si g n a l   Pr o c e s s i n g   So f t w a r e   f o r   s i g n a l   p r o c e s s i n g   o f f e r s   p r o c e d u r e s   t h a t   c a p a b l e   t o   b e   u s e d   f o r   a m p l i t u d e s   c a l c u l a t i o n   a n d   f r e q u e n c y   d e t e r m i n a t i o n .         3 . 4 . 1   A m p l i t u d e s   c a l c u l a t i o n   Pr o c e d u r e   f o r   c a l c u l a t e s   a m p l i t u d e s   e m p l o y   p r i n c i p l e   o f   p e a k s   d e t e c t i o n   o f   t h e   s i g n a l s .   M a x i m u m   a n d   m i n i m u m   p e a k s   a r e   f i r s t   d e t e r m i n e d   b y   s c a n n i n g   e v e r y   d a t a   s a m p l i n g .   By   m a k e   c o m p a r i s o n   o n e   t o   a n o t h e r   d a t a   s a m p l i n g ,   m a x i m u m   a n d   m i n i m u m   v a l u e s   o f   d a t a   s a m p l i n g   w i l l   b e   f o u n d .   T h e   a m p l i t u d e   v a l u e   i s   d i f f e r e n c e s   b e t w e e n   m a x i m u m   a n d   m i n i m u m   v o l t a g e   v a l u e s .   T h e r e f o r e ,   i n   f a c t   a m p l i t u d e   i n   t h i s   c a s e   i s   v o l t a g e   f r o m   p e a k   t o   p e a k   ( V p p ) .       3 . 4 . 2   F r e q u e n c i e s   d e t e r m i n a t i o n   I n   t h e   f i e l d   o f   s i g n a l s   a n a l y s i s ,   t o   c h a n g e   t h e   s i g n a l   f r o m   t h e   t i m e   d o m a i n   t o   t h e   f r e q u e n c y   d o m a i n   u s u a l l y   u s e s   t h e   F o u r i e r   t r a n s f o r m s .   T h e   r o l e   o f   D i s c r e t e   F o u r i e r   T r a n s f o r m   ( D F T ) ,   N   r e a l   d a t a   v a l u e   i n   t h e   t i m e   d o m a i n   t r a n s f o r m   b y   D F T   t o   N   c o m p l e x   d a t a   v a l u e   i n   t h e   f r e q u e n c y   d o m a i n ,   t h e   D F T   v a l u e   X ( k )   i s   g i v e n   b y   [ 1 4 ] :       - = W - = = 1 0 ) ( ) ] ( [ ) ( N n n T j k D e n T x n T x F k X         ( 4 )                   I f   r e a l   a n d   i m a g i n e r   c o m p o n e n t s   a r e   f o l l o w i n g :     - = W = 1 0 ) c o s ( ) ( ) ( N n T k n n T x k R ,   a n d     - = W = 1 0 ) s i n ( ) ( ) ( N n T k n n T x k I   ( 5 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0         Si m p l e   I n s t r u m e n t a t i o n   Sy s t e m   f o r   L a r g e   St r u c t u r e   Vi b r a t i o n   M o n i t o r i n g   ( D i d i k   R . Sa n t o s o )     2 7 1   t h e n   b y   n o r m a l i z e d ,   i t   i s   o b t a i n e d     [ ] 2 1 2 2 ) ( ) ( 1 ) ( k I k R N k X + =   ( 6 )     Eq u a t i o n   ( 6 )   i s   f o r m u l a   t o   c o v e r t s   a   s i g n a l   f r o m   t h e   t i m e   d o m a i n   t o   t h e   f r e q u e n c y   d o m a i n ,   w h i c h   i s   u s e d   i n   t h i s   p r o j e c t .           4 .   R e s u l t s   a n d   D i s c u s s i o n   F i g u r e   7 a   s h o w s   t h e   p h o t o g r a p h   o f   t h e   d e v e l o p e d   i n s t r u m e n t a t i o n   s y s t e m s   a s   d i s t r i b u t e d   n e t w o r k   s y s t e m .   T h e   s y s t e m   c o n s i s t s   o f   o n e   m a s t e r   u n i t   a n d   f o u r   s l a v e   u n i t s ,   w h i c h   c o n n e c t   t o   e a c h   o t h e r   i n   a   f i e l d b u s   n e t w o r k .   I n   t h i s   f i g u r e ,   m a s t e r   u n i t   i s   p e r f o r m e d   b y   PC   ( l a p t o p )   e q u i p p e d   b y   R S - 2 3 2   t o   R S - 4 8 5   c o n v e r t e r ,   w h i l e   s l a v e   u n i t   i s   p e r f o r m e d   b a s e d   o n   m i c r o c o n t r o l l e r .   Al t h o u g h   i t   o n l y   f o u r   R T U s   d e v e l o p e d   i n   t h i s   p r o j e c t ,   b u t   t h e   a d d i t i o n   o f   t h e   R T U   c a n   b e   e a s i l y   c a r r i e d   o u t   b y   g i v i n g   t h e   n e w   a d d r e s s   f o r   t h e   n e w   R T U   d e v i c e   b y   p l u g   a n d   p l a y .     I n   f i g u r e   7 b ,   m o n i t o r i n g   d i s p l a y   i s   s h o w n .   T h i s   f i g u r e   i s   t h e   m e a s u r e d   d a t a   t a k e n   f r o m   R T U   w i t h   a d d r e s s   n u m b e r   { 0 1 } ,   t h e s e   s i g n a l s   a r e   p r o d u c e d   b y   f a t i g u e   t e s t i n g   m a c h i n e .   W h i l e   t h e   l o w e r   d i s p l a y   i s   t h e   m e a s u r e d   d a t a   t a k e n   f r o m   R T U   w i t h   a d d r e s s   n u m b e r   { 0 4 } ,   t h e s e   s i g n a l s   a r e   p r o d u c e d   b y   h a n d   m a d e   v i b r a t i o n .   T h e   s o u r c e s   o f   v i b r a t i o n   s i g n a l   i n   t h i s   c a s e   a r e   j u s t   a n   e x a m p l e   t o   p r o v e   t h a t   t h e   d e v e l o p e d   i n s t r u m e n t a t i o n   s y s t e m   h a s   b e e n   f u n c t i o n i n g   w e l l .       M T U R T U R S - 4 8 5   C ON V E R T E R       a .   b .       F i g u r e   7 .   T h e   d e v e l o p e d   i n s t r u m e n t a t i o n   s y s t e m   a n d   i t s   d i s p l a y ,   ( a )   Ph o t o   o f   t h e   d e v e l o p e d   i n s t r u m e n t a t i o n   s y s t e m ,   ( b )   m o n i t o r i n g   d i s p l a y       F u r t h e r m o r e ,   F i g u r e     8   s h o w s   t h e   e x p e r i m e n t   s e t u p   t o   d e t e r m i n e   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   v i b r a t i o n   s e n s o r s .   I n   t h i s   e x p e r i m e n t ,   v i b r a t i o n   s e n s o r s   u s e d   t o   m e a s u r e   s p r i n g   v i b r a t i o n s   ( H o o k s   l a w ) .     T h e   p u r p o s e   o f   t h i s   e x p e r i m e n t   i s   t o   k n o w   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   s e n s o r   a t   l o w   f r e q u e n c i e s   m e a s u r e m e n t .   I n   t h e   m i d d l e   a n d   r i g h t   s i d e   o f   t h e s e   f i g u r e   a r e   g r a p h   o f   e x p e r i m e n t s   r e s u l t s .   G r a p h   o f   t i m e   s e r i e s   v i b r a t i o n   c a n   b e   m o n i t o r e d   c l e a r l y   o n   a l l   t h r e e   a x e s   o f   v i b r a t i o n ,   s i m u l t a n e o u s l y .   Am p l i f i c a t i o n   1 a n d   1 0 w h i c h   i s   p e r f o r m e d   b y   s i g n a l   c o n d i t i o n i n g   c i r c u i t   a l s o   f u n c t i o n   p r o p e r l y .   An d   t h e   l a s t ,   d e v e l o p e d   s o f t w a r e   t o   d e t e r m i n e   t h e   f r e q u e n c y   o f   v i b r a t i o n   h a s   a l s o   b e e n   w o r k i n g   w e l l .   W i t h   t h e s e   r e s u l t s   i t   c a n   b e   c o n c l u d e d   t h a t   t h e   s y s t e m   w o r k   w e l l ,   e s p e c i a l l y   a t   l o w   f r e q u e n c i e s   m e a s u r e m e n t s .   T o   d e t e r m i n e   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   i n s t r u m e n t a t i o n   i n   r e a l   f i e l d   a p p l i c a t i o n ,   i t   i s   n e c e s s a r y   t o   d o   f i e l d   e x p e r i m e n t s .   I n   t h i s   c a s e   t h e   i n s t r u m e n t a t i o n   u s e d   t o   m e a s u r e   w a l l   v i b r a t i o n   a n d   t a b l e   v i b r a t i o n ,   s i m u l t a n e o u s l y .   I t ' s   b o t h   f o r   t h r e e - a x i s   v i b r a t i o n .   F o r   t h e s e   p u r p o s e s ,   R T U - 1   i s   u s e d   t o   m e a s u r e   t h e   t a b l e   v i b r a t i o n ,   a n d   R T U - 2   i s   u s e d   t o   m e a s u r e   t h e   w a l l   v i b r a t i o n .   T o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                              I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     2 6 5     2 7 4   2 7 2   m e a s u r e   t h e   v i b r a t i o n   o n   t h e   t a b l e ,   s e n s o r s   a t t a c h e d   o n   t h e   t a b l e   w i t h   t h e   p o s i t i o n   i n   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   9 .       E X P E R I M E N T S E TU P 3 - A x i s  V i b r a ti o n Z - A x i s ,   1 X Z - A x i s ,   1 0 X     F i g u r e   8 .   Vi b r a t i o n   s e n s o r   p e r f o r m a n c e   t e s t               a .                 b .     F i g u r e   9 .   Ap p l i c a t i o n   o f   t h e   i n s t r u m e n t a t i o n   f o r   m e a s u r e m e n t   o f   s t r u c t u r a l   v i b r a t i o n   ( a ) .   W a l l   v i b r a t i o n   ( b ) .   T a b l e   v i b r a t i o n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0         Si m p l e   I n s t r u m e n t a t i o n   Sy s t e m   f o r   L a r g e   St r u c t u r e   Vi b r a t i o n   M o n i t o r i n g   ( D i d i k   R . Sa n t o s o )     2 7 3   So u r c e s   o f   v i b r a t i o n   g e n e r a t e d   f r o m   t h e   e d g e   o f   t h e   t a b l e   i n   t h e   l o n g i t u d i n a l   d i r e c t i o n   ( X - a x i s )   u s i n g   t h e   r u b b e r   h a m m e r .   D a t a   w e r e   c o l l e c t e d   o n   a l l   t h r e e   a x i s   v i b r a t i o n   ( X,   Y,   Z )   s i m u l t a n e o u s l y .   T o   m e a s u r e   t h e   v i b r a t i o n   o f   t h e   w a l l ,   t h e   s e n s o r   a t t a c h e d   t o   t h e   w a l l s   o f   t h e   b u i l d i n g   o n   e y e   s i d e   ( Y- a x i s ) .   S o u r c e s   o f   v i b r a t i o n   g e n e r a t e d   b y   u s i n g   t h e   r u b b e r   h a m m e r   i n   Z - a x i s   d i r e c t i o n   o f   t h e   s e n s o r .   D a t a   w e r e   c o l l e c t e d   o n   a l l   t h r e e   a x i s   v i b r a t i o n   ( X,   Y,   Z )   s i m u l t a n e o u s l y ,   a n d   r e c o r d e d   b y   u s i n g   t h e   d e v e l o p e d   s y s t e m .   R e s u l t s   o f   t h e   e x p e r i m e n t s   c a n   b e   s h o w n   i n   F i g u r e   9   a t   m i d d l e   a n d   r i g h t   s i d e   o f   t h e   f i g u r e .     F r o m   t h e   r e s u l t s   o f   t h e s e   e x p e r i m e n t s ,   i t   a p p e a r s   t h a t   t h e   f o r m   o f   v i b r a t i o n   s i g n a l s   o n   t a b l e s   w i d e n e d   i f   i t s   c o m p a r e d   t o   v i b r a t i o n   s i g n a l   o n   t h e   w a l l .   T h i s   s h o w s   t h a t   t h e   w a l l   i s   m o r e   r i g i d   c o m p a r e d   t o   t a b l e s .   H o w e v e r ,   f o r   b e t t e r   a n a l y s i s ,   o f   c o u r s e ,   i t   i s   r e q u i r e d   m o r e   s p e c i f i c   e x p e r i m e n t s .         5 .   C o n c l u s i o n s   C o n t i n u o u s l y   o p e r a t i n g   i n s t r u m e n t e d   s t r u c t u r a l   v i b r a t i o n   m o n i t o r i n g   s y s t e m s   i s   b e c o m i n g   a   p r a c t i c a l   a l t e r n a t i v e   t o   r e p l a c e   v i s u a l   i n s p e c t i o n   f o r   a s s e s s m e n t   o f   l a r g e - s c a l e   s t r u c t u r a l   c o n d i t i o n .   H o w e v e r ,   d e s i g n   i n s t r u m e n t a t i o n   s y s t e m   i n   t h e   s i m p l e   w a y   a n d   l o w   c o s t   i n   b u d g e t   i s   a   g r e a t   c h a l l e n g e   f o r   r e s e a r c h e r .   T h i s   p a p e r   o f f e r s   s i m p l e   a n d   l o w   c o s t   i n s t r u m e n t   s y s t e m   f o r   o n   l i n e   s t r u c t u r a l   v i b r a t i o n   m o n i t o r i n g .   T h e   s y s t e m   w a s   b u i l t   b a s e d   o n   R S - 4 8 5   n e t w o r k   t o p o l o g y   w i t h   s i n g l e - m a s t e r   m u l t i - s l a v e s   a r c h i t e c t u r e .   Ph y s i c a l   p a r a m e t e r s   e . g .   s t r u c t u r a l   v i b r a t i o n   i s   d e t e c t e d   b y   u s i n g   M E M S   a c c e l e r o m e t e r   b a s e d   v i b r a t i o n   s e n s o r .   D a t a   a c q u i s i t i o n   s y s t e m   w a s   d e v e l o p e d   b a s e d   o n   m i c r o c o n t r o l l e r .   Se v e r a l   t e s t s   h a v e   b e e n   c a r r i e d   o u t   i n   l a b o r a t o r y   s c a l e .     T h e   s y s t e m   d e m o n s t r a t e d   h a s   a b i l i t y   t o   m e a s u r e   a n d   m o n i t o r   t h r e e - d i r e c t i o n ,   m u l t i - p l a c e s   v i b r a t i o n   o f   s t r u c t u r a l   m e m b e r s   b y   o n   l i n e ,   a s   d i s t r i b u t e d   i n s t r u m e n t a t i o n   s y s t e m .         R e f e r e n c e s   [ 1 ]   O m e n z e t t e r   P ,   Br o w n j o h n   J M W ,   M o y o   P.   I d e n t i f i c a t i o n   o f   u n u s u a l   e v e n t s   i n   m u l t i - c h a n n e l   b r i d g e   m o n i t o r i n g   d a t a .   M e c h a n i c a l   Sy s t e m   a n d   Si g n a l   Pr o c e s s i n g .   2 0 0 4   1 8 ( 5 ) :   4 0 9 - 4 3 0 .   [ 2 ]   H e r m a n   V A,   Ba r t   P.   Se n s o r   a n d   s y s t e m s   f o r   s t r u c t u r a l   h e a l t h   m o n i t o r i n g ,   J .   St r u c t u r a l   C o n t r o l .   2 0 0 3 ;   1 0 ( 2 ) :   1 1 7 - 1 2 5 .   [ 3 ]   Ad e w u y i   AP,   W u   Z S.   V i b r a t i o n - Ba s e d   St r u c t u r a l   H e a l t h   M o n i t o r i n g   T e c h n i q u e   U s i n g   St a t i s t i c a l   F e a t u r e s   f r o m   St r a i n   M e a s u r e m e n t s .   AR PN   J o u r n a l   o f   En g i n e e r i n g   a n d   Ap p l i e d   Sc i e n c e .   2 0 0 9 ;   4 ( 3 ) :   3 8 - 4 7 .   [ 4 ]   Pe t e r   C C ,   A l i s o n   F ,   L i u   SC .   R e v i e w   Pa p e r :   H e a l t h   M o n i t o r i n g   o f   C i v i l   I n f r a s t r u c t u r e .   St r u c t u r a l   H e a l t h   M o n i t o r i n g .   2 0 0 3 ;   2   ( 3 ) :   0 2 5 7 - 2 6 7 .       [ 5 ]   C a l e b   W ,   Br e n d a n   W ,   H e n r y   C H ,   L i ,   I s r a e l   H ,   Ad r i a n   P M .   Vi b r a t i o n   b a s e d   s t r u c t u r a l   h e a l t h   m o n i t o r i n g   o f   a d h e s i v e l y   b o n d e d   c o m p o s i t e   s c a r f   r e p a i r s ,   5 t h   Au s t r a l i a n   C o n g r e s s   o n   Ap p l i e d   M e c h a n i c s   ( AC A M ) .   Br i s b a n e ,   Au s t r a l i a .   2 0 0 7 .   [ 6 ]   J o e l   R ,   W i l l i a m   L ,   C l e g h o r n ,   J a m e s   KM .   D e s i g n   a n d   a n a l y s i s   o f   a   l o w   f r e q u e n c y   M EM S   v i b r a t i o n   s e n s o r   f o r   a u t o m o t i v e   f a u l t   d e t e c t i o n .   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   Ve h i c l e   D e s i g n .   2 0 1 0 ;   5 4 ( 2 ) :   9 3 - 1 1 0 .   [ 7 ]   J u n g   YK,   S o o n   W K,   H y u n   SY,   M o o n   YC .   D e v e l o p m e n t   o f   M E M S - B a s e d   Vi b r a t i o n   Se n s o r   f o r   T u n n e l   C o n s t r u c t i o n   a n d   M a i n t e n a n c e   M o n i t o r i n g   Sy s t e m .   2 2 t h   I n t e r n a t i o n a l   Sy m p o s i u m   o n   Au t o m a t i o n   a n d   R o b o t i c s   i n   C o n s t r u c t i o n   ( I SAR C ) ,   F e r r a r a ,   I t a l y .   2 0 0 5 .   [ 8 ]   Al - D h a h e r   A H G .   I n t e g r a t i n g   h a r d w a r e   a n d   s o f t w a r e   f o r   t h e   d e v e l o p m e n t   o f   m i c r o c o n t r o l l e r - b a s e d   s y s t e m s .   M i c r o p r o c e s s o r s   a n d   M i c r o s y s t e m s .   2 0 0 1 ;   2 5 ( 7 ) :   3 1 7 - 3 2 8 .   [ 9 ]   M i o d r a g   B ,   Vu j o   D ,   Br a n k o   S.   D i s t r i b u t e d   m e a s u r e m e n t   a n d   c o n t r o l   s y s t e m   b a s e d   o n   m i c r o c o n t r o l l e r s   w i t h   a u t o m a t i c   p r o g r a m   g e n e r a t i o n .   Se n s o r   a n d   Ac t u a t o r   A .   2 0 0 1 ;   9 0 ( 6 ) :   2 1 5 - 2 2 1 .   [ 1 0 ]   Sa n d i p   P,   R a k s h i t   A.   D e v e l o p m e n t   o f   n e t w o r k   c a p a b l e   s m a r t   t r a n s d u c e r   i n t e r f a c e s   f o r   t r a d i t i o n a l   s e n s o r s   a n d   a c t u a t o r s .   Se n s o r   a n d   Ac t u a t o r   A .   2 0 0 4 ;   1 1 2 ( 8 ) :   3 8 1 - 3 8 7 .   [ 1 1 ]   M a x i m - D a l l a s   S e m i c o n d u c t o r .   U s i n g   R S - 4 8 5 / R S - 4 2 2   t r a n s c e i v e r s   i n   F i e l d   b u s   n e t w o r k s .     a v a i l a b l e   o n     h t t p : / / w w w . m a x i m i c . c o m . a p p n o t e s . c f i n l a p p n o t e _ n u m b e r l 1 8 3 3   [ 1 2 ]   F r e e s c a l e ,   M M A7 2 6 0 Q   X YZ   T h r e e - Ax i s   L o w   g   Ac c e l e r a t i o n   Se n s o r ,     a v a i l a b l e   o n     h t t p : / / w w w . f r e e s c a l e . c o m / f i l e s / s e n s o r s / d o c / f a c t s h e e t _ M M A7 2 6 0 Q F S. p d f .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                              I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     2 6 5     2 7 4   2 7 4   [ 1 3 ]   An o n y m o u s .   PI C 1 6 F 8 7 X   d a t a   s h e e t   2 8 / 4 0 - p i n   8 - b i t   C M O S   F l a s h   M i c r o c o n t r o l l e r .   M i c r o c h i p   T e c h n o l o g y   I n c . ,   2 0 0 1 .   [ 1 4 ]   I f e a c h o r   EC ,   J e r v i s   BW .   D i g i t a l   s i g n a l   p r o c e s s i n g ,   a   p r a c t i c a l   a p p r o a c h .   N e w   Yo r k :   Ad d i s o n   W e s l e y .   1 9 9 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.