数据采集​​协议确定嵌入式灵敏度功能

Summary

描述了确定嵌入式灵敏度函数的数据采集过程。获取数据并显示住宅规模风力涡轮机叶片的代表性结果。

Abstract

许多结构健康监测技术的有效性取决于传感器的位置和输入力的位置。确定最佳的传感器，并迫使地点通常算法需要的数据，无论是模拟或测量，从损坏的结构。嵌入式灵敏度函数提供了确定最好的传感器位置检测与健康的结构唯一的数据损坏的方法。在此视频和手稿，数据采集过程和用于确定结构的内嵌灵敏度函数的最佳实践呈现。在嵌入式灵敏度函数的计算中使用的频率响应函数是通过模态冲击试验获得的。数据获取和有代表性的结果示于住宅​​规模的风力涡轮机叶片。被采集，用于评估的数据的质量策略数据采集过程的示范过程中提供的。

Introduction

许多结构健康监测技术依赖于测量的频率响应函数（频响函数）的变化来检测结构中的损坏。然而，很少有这些方法解决如何确定传感器的展示位置和/或输入力的位置，这将最大限度地方法的有效性，检测损坏。嵌入式灵敏度函数（ESFS）可以被用来确定一个FRF的敏感性在一个结构的材料特性的局部变化。因此，由于损伤通常导致在刚度，阻尼或该结构的质量的局部变化，ESFS提供了确定基于FRF的健康监测技术最好传感器和力的位置的方法。

该视频和手稿的目的是为了详细数据采集过程和用于确定结构ESFS最佳做法。该方法包括从模态冲击试验，它是由激发structu进行确定各个的FRF采用模态冲击锤重并测量其与加速度计的响应。在这项工作中，被测试的结构是1.2 m的小区规模的风力涡轮机叶片。测试和分析的目的是确定哪些是向叶片损坏最敏感的传感器位置。这些传感器位置然后可以在一个结构健康状态监测方案来用于监测损伤刀片。

除了使用ESFS来确定最有效的传感器位置的结构健康状态监测方案使用，几个传感器优化布设也可以在文献中证实找到。在[克莱默]，克莱默迭代地计算一组传感器中的观察系统的模式的能力。最近，遗传算法^1-3和神经网络⁴已经开发了确定最佳传感器位置。在^图5中 ，贝叶斯方法使用，考虑到不同类型的错误的风险和损坏率的分布。在^图6中 ，有限元模型杠杆，以确定最可能检测到损坏的传....

Protocol

1.预测试准备

1. 设计和制造测试夹具。设计夹具通过选择螺栓位置以匹配叶片的安装位置到复制现实边界条件。选择钢夹具，以尽量减少从夹具到试样的动态响应的贡献。
   1. 博尔特刀片的定制T支架。
   2. 夹紧固定到钢表。
2. 识别和标记撞击位置的网格。
   1. 选择30个点，涵盖了整个叶片。
   2. 标志点用记号笔或蜡笔和数量，以供参考。使用在结果可视化表示以后使用卷尺测量点间距。
3. 选择和校准加速度计。
   1. 选择单一轴，为10 mV / g加速度计。一定要选择具有适当的灵敏度加速度计，以避免过载传感器，并实现良好的信噪比-noise比率。此外，一定的传感器的频率范围是足以捕获的为试样感兴趣的频率范围。
   2. 校准每个传感器。
      1. 附加传感器的手持式振动器，其输出是9.81米/秒²有效值（ 即 ，1克）的大小的单一频率的力。
      2. 测量2秒的响应。
      3. 确定从软件读出响应的幅值的均方根值。
      4. 由1000乘以均方根值，以确定在毫伏/ g的单位加速度计的校准因子。
4. 选择到锤尖。
   1. 选择11.2毫伏/ N灵敏度的冲击锤。一定要选择锤子是足够兴奋的幅度和频率范围内的试样。
   2. 选择一个尼龙提示。一定要选择一个锤子提示，充分....

Results

图1显示了一个典型的嵌入式灵敏度函数。到一个FRF类似，英基具有接近该结构的固有频率峰值。在ESF的值越高，越敏感的位置是一个点m和n之间的损坏。每个风力涡轮机叶片所测试的30磅的具有独特的ESF。这些ESFS可以比较，以确定哪些传感器位置将损坏最敏感。例如， 图2示出了近142赫兹的ESFS的振幅。从该图，很明显，对应于在第一列和第三列的正方形传感器位置是对损伤最敏感的。请注意，这些位置是从健康叶片获得的数据来确定。

图3示出了在从数据从健康确定的FRF之间的FRF测量差刀片和那些从损坏的叶片数据确定。差之间的FRF和ESFS相似之处显示ESFS的有效性来预测在哪些在由于损坏的FRF最大变化将被呈现的位置。

Discussion

测试夹具的设计应复制现实边界条件，使得结果将操作条件下适用。的用于测试撞击点的数量的选择是具有足够的空间分辨率和测试时间之间的权衡。选择基于测试样品的大小和所关注的频率范围内的锤。在一般情况下，锤越小，更宽的频率范围内激发。然而，小锤子通常产生较低幅度的力量。冲击锤被监测与测力计来测量的影响时程。类型锤尖的也影响激发的频率范围。较硬的尖端，更广泛的激发的频带。超级胶水被选择过蜡，例如，以最小化由安装材料响应的衰减。

在数据采集软件，使双点击检测以automati凯莉表示何时发生了双重影响。单身的影响是需要的，因为它们产生更广泛，更可重复的力谱。当力的幅度上升到选定的触发电平以上，数据采集开始。时间数据由数据采集软件获得的。采集过程中的数据应被监视，以确保数据的质量。信道限幅，当由传感器测得的响应超过允许的电压范围时发生，应避免使用。一致性是用来判断数据质量优良的指标。在一般情况下，一致性应接近一个由冲击激发的频率范围内的所有频率。在相干骤降有望接近测试样品的反谐振频率，因为信噪比低，噪声是不相关的输入。一旦质量数据被获取时，时间历程经由快速傅立叶变换（FFT）转换到频域，并且平均F.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
加速度计	PCB	356B11	三个用于测试
冲击锤	PCB	086C01
数据采集卡	NI	9234
DAQ 机箱	NI	cDAQ-9171	或类似
软件	MATLAB
超级胶水	Loctite	454
手持式摇床	PCB	394C06	用于校准