הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

קליטת נתוני פרוטוקול קביעת פונקציות רגישות Embedded

5.7K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/53690

⸱

20 באפריל 2016

 ,  , 
1Laboratory for Systems Integrity and Reliability (LASIR), Vanderbilt University, 2Mechanical Engineering, Purdue University

במאמר זה

סיכום

מתואר הליך רכישת הנתונים לקביעת פונקציות רגישות משובצות. הנתונים נרכשים ומוצגות תוצאות מייצגות עבור להב טורבינת רוח בקנה מידה מגורים.

תקציר

היעילות של טכניקות ניטור בריאות מבניות רבות תלוי המיקום של חיישני המיקום של כוחות הקלט. אלגוריתמים לקביעת חיישן אופטימלי ומאלץ מקומות בדרך כלל דורשים נתונים, או מדומים או למדוד, מהמבנה הפגום. פונקציות רגישות Embedded לספק גישה לקביעת מיקום החיישן הטוב ביותר הזמין כדי לזהות נזק עם נתונים רק מהמבנה בריא. בסרטון ואת כתב היד הזה, הליך רכישת נתונים ושיטות העבודה מומלצת לקביעת פונקציות הרגישות הגלומה של מבנה מוצג. תפקידי תגובת התדר ששימשו לחישוב של פונקציות רגישות מוטבע נרכשים באמצעות בדיקות השפעה מודאלית. הנתונים נרכשים ותוצאות נציגים מוצגות עבור להב טורבינת מגורים בהיקף רוח. אסטרטגיות על מנת לאמוד את איכות הנתונים נרכשות ניתנות במהלך ההדגמה של תהליך רכישת נתונים.

מבוא

טכניקות ניטור בריאות מבניות רבות מסתמכות על שינויי פונקציות תגובת תדר נמדדים (FRFs) כדי לזהות ניזק בתוך מבנה. עם זאת, כמה מהשיטות הללו לטפל כיצד לקבוע מיקומים חיישן ו / או להציב כוחות קלט כי יהיה למקסם את היעילות של השיטה כדי לזהות נזק. פונקציות רגישות Embedded (ESFs) ניתן להשתמש כדי לקבוע את רמת הרגישות של FRF לשינוי מקומי ביישוב תכונות החומר של המבנה. לכן, בגלל ניזק בדרך כלל תוצאות שינוי נקודות נוקשות, דעיכה, או מסה של המבנה, ESFs לספק שיטה לקביעת מיקומי חיישן כוח הטובים ביותר עבור טכניקות ניטור בריאות מבוססות FRF.

המטרה בוידאו זה כתב היד היא לפרט את תהליך רכישת נתונים ושיטות עבודה מומלצת לקביעת ESFs למבנה. התהליך כולל קביעת FRFs שונה בדיקות השפעה מודאלית, אשר מבוצעת על ידי מגרה structuמחדש עם פטיש השפעה מודאלית ומדידה בתשובתה עם תאוצה. בעבודה זו, המבנה למבחן הוא להב הטורבינה 1.2 מ 'מגורים בקנה מידה הרוח. מטרת הבדיקות והניתוח היא יפקיד לאתר חיישן אשר רגישים ביותר לניזק ללהב. במקומות חיישן אלה יכולים לשמש בתכנית ניטור בריאות מבנית כדי לפקח על הלהב לניזק.

מלבד שימוש ESFs לקבוע את מיקומי חיישן היעילים ביותר להשתמש בתכנית ניטור בריאות מבנית, כמה אלגוריתמי מיקום חיישן אופטימליים ניתן למצוא גם הפגינו בספרות. ב [קרמר], קרמר איטרטיבית מעריך את היכולת של מערכת של חיישנים כדי לבחון את דרך מערכת. לאחרונה, אלגוריתמים גנטיים 1-3 ורשתות עצביות 4 פותחו תפקידו לאתר חיישן אופטימלי. ב 5, גישת בייס משמשת שלוקחת בחשבון את הסיכון של סוגים שונים של טעויותוחלוקת שיעור הנזקים. ב 6, מודל אלמנטים סופיים היה ממונפת לזהות את מיקומי חיישן הסיכוי הטוב ביותר כדי לזהות נזק. ברוב של אלגוריתמי מיקום החיישן מוצגים בספרות, נתונים מהמבנה הפגום, אם מדומים או למדוד, נדרשים. אחד יתרונות של הגישה הרגישה המוטבעת הם כי במקומות החיישן ניתן לקבוע מהמבנה הבריא.

יתרון נוסף של ESFs הוא כי תכונות חומר לא צריכות להיות ידועות במפורש. במקום זאת, תכונות חומר הם "מוטבעים" ב הביטויים עבור של FRFs המערכת. לכן, כל מה שצריך כדי לחשב ESFs הם קבוצה של FRFs נמדד במקומות קלט / פלט מסוים. באופן ספציפי, הרגישות (JK H) FRF מחושבת מתגובה נמדדה בנקודת j לקלט ב k נקודות, לשינוי קשיח (mn K) בין נקודות m ו- nהוא

figure-introduction-1

אֵיפֹה figure-introduction-2 ESF הוא כפונקציה של התדר, ω 7-9. ההליך למדידת FRFs נדרש לחשב את הצד הימני של המשוואה (1) הוא, מפורטים בפרק הבא שמודגם בסרטון.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

הכנת טרום בדיקת 1.

  1. עיצוב לפברק והתקן המדידה. לעצב את המתקן לשכפל תנאי שפה מציאותיים ידי בחירת מקומות בורג כדי להתאים את מיקומי ההרכבה של הלהב. בחר פלדה עבור המתקן כדי למזער את תרומתו מהמנורה אל התגובה הדינמית של הדגימה במבחן.
    1. המבריח את הלהב אל t-הסוגר המותאם אישית.
    2. הצמד את מקבע שולחן פלדה.
  2. לזהות ולסמן רשת של מקומות השפעה.
    1. בחר 30 נקודות כי היקף הלהב כולו.
    2. מארק מצביע עם עט סימון או שעווה ומספר לעיון. מדוד המרווח לנקודה באמצעות סרט מדידה לשימוש מאוחר יותר ייצוג חזותי של תוצאות.
  3. בחר ולכייל תאוצה.
    1. בחר ציר יחיד, 10 תאוצה mV / g. הקפד לבחור תאוצה ברגישות הראויה על מנת למנוע עומס יתר על החיישן כדי להשיג אות טובהיחסי -noise. כמו כן, הקפיד טווח התדרים של החיישנים מספיק כדי ללכוד את טווח התדרים של ריבית עבור דגימת הבדיקה.
    2. כיול כל חיישן.
      1. חבר את החיישן שייקר מוחזק ביד שתפוקתם כוח יחיד בתדר בעצמה של 9.81 מ '/ השני 2 RMS (כלומר, 1 ז).
      2. למדוד את התגובה למשך 2 שניות.
      3. קבע את משרעת RMS של התגובה מן הודעת התוכנה.
      4. הכפל את משרעת RMS ב -1,000 לקבוע את גורם כיול עבור תאוצה ביחידות של mV / g.
  4. פטיש בחר קצה הפטיש.
    1. בחר בהדף עם רגישות של 11.2 mV / N. הקפד לבחור פטיש מספיק מלהיב את דגימת הבדיקה בשני בגודל ובתדר.
    2. בחר טיפ ניילון. הקפד לבחור טיפ פטיש מספיק מלהיב את דגימת הבדיקה בשני בגודל ובתדר.
    3. שיתוףnnect הפטיש למערכת רכישת נתונים באמצעות כבל BNC.
  5. זיהוי מיקומי חיישן ולצרף חיישנים (איור 4).
    1. בחר במיקומים בנקודות m ו- n משני צדי מיקום הניזק.
    2. הר תאוצה שלישית ב k מיקום. נתוני חיישן זה ישמשו כדי לאמת את התוצאות של ניתוח הפונקציה רגישה המוטבע.
    3. צרף תאוצה באמצעות דבק סופר. אפשר דבק סופר להגדיר לחלוטין לפני ביצוע בדיקות ההשפעה.
  6. פרמטרי בדיקה בחרו ב- GUI רכישת נתונים.
    1. הפעל איתור מכה כפולה.
    2. הגדר את תדר הדגימה כדי 25,600 הרץ. טווח התדר השמיש הוא, אם כן, 12,800 הרץ.
    3. קבע את זמן מדגם 1 שניות.
    4. בחרו בערוץ פטיש כערוץ ההדק. הגדר את רמת ההדק עד 10 האיחוד האירופי.
    5. הגדר את האורך מראש הדק עד 5% מהזמן המדגם. The-T מראשנתוני חבלן נתונים שנאספו לפני רכישת הנתונים נכתבה כי אוחסן חיץ. חשוב לאחזר ולשמור נתונים זה כך שאירוע השפעה כולו הוא נתפס.
    6. בחר את אומד FRF H1. אומדן זה מבוסס על ההנחה כי יש רעש בערוצי התגובה ולא רעש בערוץ הכח.
      הערה: אין נתונים חלון במהלך הרכישה. Windows ניתן ליישם שלאחר עיבוד, במידת הצורך.
    7. זן מידע תאוצה ופטיש, כולל גורמי כיול והערות זיהוי.
    8. שמור הגדרות עבור ניהול רישומים לשימוש בדיקות עתידיות.

2. בדיקת השפעת על Blade בריא

  1. השפעת נקודת 1 עם הפטיש. כאשר האמפליטודה של כוח ההשפעה עולה על רמת ההדק שנבחרה, המערכת לאיסוף וניתוח נתונים תופעל ונתונים, לרבות הסכום הנבחר של נתונים מראש הדק, יחלו הקלטה.
    1. במהלך הנתונים acquisition, לפקח ערוצים למניעת חיתוך ערוץ ואת השפעות כפולות על ידי התבוננות היסטוריות הזמן מוצגת בתוכנת רכישת נתונים.
    2. במהלך רכישת נתונים, לפקח על קוהרנטיות עבור כל ערוץ תאוצה כדי להעריך את איכות הנתונים נרכשו על ידי התבוננות עלילת קוהרנטיות תוכנת רכישת נתונים.
  2. חזור על שלב 2.1 ארבע פעמים נוספות בשלב 1.
    1. השתמש אמפליטודות השפעה עקביות לכל ההשפעות.
  3. חזור על שלבי 2.1 ו -2.2 עבור כל הנקודות.

3. בדיקות השפעה על Blade הפגום

  1. מקטע חוזר 2 על הלהב הפגום כדי לאסוף נתונים על תיקוף תוצאות הפונקציה רגישה המוטבעות. מלבד שינוי הדגימה במבחן, כל פרמטרי הבדיקה נשמרים זהה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

איור 1 מציג פונקציה רגישה מוטבעת טיפוסית. דומה FRF, את ESF יש פסגות ליד התדרים הטבעיים של המבנה. הערך הגבוה מבין ESF, רגיש יותר לאור המיקום הוא לפגוע בין נקודות m ו- n. כל אחד בשלושים הנקודות נבדקו על להב טורבינת רוח יש ESF ייחודי. ניתן להשוות ESFs אלה כדי לקבוע אילו חיישן המיקום יהיה רגיש ביותר לנזק. לדוגמה, תרשים 2 מציג את אמפליטודות של ESFs ליד 142 הרץ. מ המזימה הזאת, ברור כי במקומות החיישן מתא...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

גופי בדיקה צריכים להיות מתוכננים לשכפל תנאי שפה מציאותיים כך שהתוצאות תהיינה החלימו בתנאי הפעלה. הבחירה של מספר נקודות השפעה המשמשות לבדיקות היא trade-off בין בעל רזולוציה מרחבית מספיק זמן הבדיקה. בחר את הפטיש בהתבסס על הגודל של בדיקת דגימה ואת טווח התדרים של עניין. באופן כללי, ככל שקטן פטיש, הרחב את טווח התדרים נרגשים. עם זאת, פטישים קטנים בדרך כלל לייצר כוחות משרעת נמוכים יותר. פטישים מורגשים כלל מאובזרים עם מד כוח למדוד את היסטורית הזמן של ההשפעה. סוג קצה פטיש משפיע גם על טווח ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

החוקרים אין לי מה לחשוף.

תודות

יש המחברים לא בתודות.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מד תאוצהPCB356B11שלושה המשמשים בבדיקת
פטיש אימפקטPCB086C01
כרטיס רכישת נתוניםNI9234
DAQ chasis NIcDAQ-9171או תוכנה דומה
MATLAB
סופר דבקLoctite454
שייקר כף ידPCB394C06לכיול 

מקורות

  1. Singh, N., Joshi, M. Optimization of location and number of sensors for structural health monitoring using genetic algorithm. Mater Forum. 33, 359-367 (2009).
  2. Gao, H., Rose, J. Ultrasonic sensor placement optimization in structural health monitoring using evolutionary strategy. Review Of Qnde. 25, 1687-1693 (2006).
  3. Raich, A. M., Liszkai, T. R. Multi-objective optimization of sensor and excitation layouts for frequency response function-based structural damage identification. Comput-Aided Civinfrastructure Eng. 27 (2), 95-117 (2012).
  4. Worden, K., Burrows, A. P. Optimal sensor placement for fault detection. Eng Struct. 23 (8), 885-901 (2001).
  5. Flynn, E. B., Todd, M. D. A Bayesian approach to optimal sensor placement for structural health monitoring with application to active sensing. Mech Syst Signal Pr. 24 (4), 891-903 (2010).
  6. Markmiller, J., Chang, F. Sensor network optimization for a passive sensing impact detection technique. Struct Health Monit. 9 (1), 25-39 (2010).
  7. Yang, C., Adams, D., Yoo, S., Kim, H. An embedded sensitivity approach for diagnosing system-level noise and vibration problems. J. Sound Vibration. 269 (3), 1063-1081 (2004).
  8. Yang, C., Adams, D. Predicting changes in vibration behavior using first- and second-order iterative embedded sensitivity functions. J. Sound Vibration. 323 (1), 173-193 (2009).
  9. Yang, C., Adams, D. A Damage Identification Technique based on Embedded Sensitivity Analysis and Optimization Processes. J. Sound Vibration. 333 (14), 3109-3119 (2013).
  10. Rocklin, G. T., Crowley, J., Vold, H. A comparison of the H1, H2, and Hv frequency response functions. Proc. Of IMAC III. 1, 272-278 (1985).
  11. Meyer, J., Adams, D., Silvers, J. Embedded Sensitivity Functions for improving the effectiveness of vibro-acoustic modulation and damage detection on wind turbine blades. ASME 2014 DSCC, , (2014).
  12. Guratzsch, R., Mahadevan, S. Structural health monitoring sensor placement optimization under uncertainty. AIAA J. 48 (7), 1281-1289 (2010).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

פונקציות תגובה לתדרבדיקת השפעה מודאליתניטור בריאות מבניתלהב טורבינת רוחכיול תאוצההגדרת פטיש השפעהאסטרטגיית מיקום חיישניםניתוח קוהרנטיות
קליטת נתוני פרוטוקול קביעת פונקציות רגישות Embedded
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.