Name: Data Acquisition Protocollo per la determinazione delle funzioni di sensibilità embedded (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-20T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 46 s
Description: Scopri come determinare le funzioni di sensibilità embedded per il monitoraggio strutturale di una pala di turbina eolica residenziale. Questo metodo computazionale modella la risposta strutturale senza richiedere parametri specifici di massa, rigidezza e smorzamento.

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Preparazione 1. Pre-test <ol><li> Progettare e fabbricare il dispositivo di prova. Progettare il dispositivo di replicare le condizioni al contorno realistiche, scegliendo luoghi bulloni per abbinare le posizioni di montaggio della lama. Scegliere acciaio per il fissaggio di minimizzare il contributo del dispositivo per la risposta dinamica del provino. <ol><li> Imbullonare la lama per la t-staffa personalizzato. </li><li> Fissare l&#39;apparecchio a un tavolo d&#39;acciaio. </li></ol></li><li> Identificare e segnare griglia di posizioni di impatto. <ol><li> Scegliere 30 punti che si estendono su tutta la lama. </li><li> Mark punti con un pennarello o cera e il numero di riferimento. Misurare la spaziatura punto utilizzando un metro a nastro per un uso successivo nella rappresentazione visiva dei risultati. </li></ol></li><li> Selezionare e calibrare accelerometri. <ol><li> Scegli asse singolo, 10 mV / g accelerometri. Assicurarsi di scegliere accelerometri con sensibilità appropriata per evitare di sovraccaricare il sensore e per ottenere una buona segnalerapporti silenziata LS. Inoltre, assicurarsi la gamma di frequenza dei sensori è sufficiente per catturare la gamma di frequenze di interesse per provino. </li><li> Calibrare ogni sensore. <ol><li> Fissare il sensore ad un agitatore a mano la cui uscita è una forza singola frequenza con una magnitudo di 9.81 m / sec 2 rms (cioè 1 g). </li><li> Misurare la risposta per 2 sec. </li><li> Determinare il valore efficace ampiezza della risposta dalla lettura software. </li><li> Moltiplicare l&#39;ampiezza RMS dal 1000 per determinare il fattore di calibrazione per l&#39;accelerometro in unità di mV / g. </li></ol></li></ol></li><li> Selezionare martello e punta martello. <ol><li> Scegliere un martello impatto con una sensibilità di 11.2 mV / N. Assicurarsi di selezionare un martello che eccita sufficientemente il provino sia in campo di ampiezza e frequenza. </li><li> Scegliete una punta di nylon. Assicurarsi di selezionare una punta martello che eccita sufficientemente il provino sia in campo di ampiezza e frequenza. </li><li> connect il martello per il sistema di acquisizione dati con un cavo BNC. </li></ol></li><li> Identificare le posizioni dei sensori e collegare sensori (Figura 4). <ol><li> Scegliere posizioni a punti M e n su entrambi i lati della posizione danni. </li><li> Montare un terzo accelerometro in posizione k. I dati di questo sensore saranno utilizzati per convalidare i risultati dell&#39;analisi funzione di sensibilità incorporato. </li><li> Fissare accelerometri che usano colla super. Lasciare che la colla super per impostare completamente prima di effettuare il test di impatto. </li></ol></li><li> Selezionare i parametri di prova della GUI di acquisizione dati. <ol><li> Attiva rilevamento doppio colpo. </li><li> Impostare la frequenza di campionamento di 25.600 Hz. La gamma di frequenza utilizzabile è quindi 12.800 Hz. </li><li> Impostare il tempo di campionamento di 1 sec. </li><li> Selezionare il canale martello come canale trigger. Impostare il livello di trigger 10 EU. </li><li> Impostare la lunghezza pre-trigger al 5% del tempo totale di campionamento. Il pre-tDati rigger sono dati raccolti prima di iniziare l&#39;acquisizione dei dati che sono stati memorizzati in un buffer. È importante recuperare e salvare i dati in modo che l&#39;intero evento di impatto viene catturata. </li><li> Selezionare lo stimatore H1 FRF. Questo stimatore presuppone che vi sia rumore sui canali di risposta e nessun rumore sul canale forza. Nota: Non dati delle finestre durante l&#39;acquisizione. Windows può essere applicato in post-elaborazione, se necessario. </li><li> Inserisci accelerometro e informazioni martello, compresi i fattori di calibrazione e le note di identificazione. </li><li> Salvare le impostazioni per la tenuta dei registri e per l&#39;uso in test futuri. </li></ol></li></ol> 2. prove di impatto sulla lama sano <ol><li> punto Impact 1 con il martello. Quando l&#39;ampiezza della forza di impatto superiore alla soglia prescelto, il sistema di acquisizione dati sarà attivato e dati, compresa la quantità selezionata di dati pre-trigger, inizia la registrazione. <ol><li> Durante acquisitio datin, monitorare i canali per evitare canale di ritaglio e doppie impatti osservando le storie temporali visualizzati nel software di acquisizione dati. </li><li> Durante l&#39;acquisizione dei dati, monitorare la coerenza per ciascun canale accelerometro per valutare la qualità dei dati acquisiti osservando la trama coerenza del software di acquisizione dati. </li></ol></li><li> Ripetere il punto 2.1 a quattro volte di più al punto 1. <ol><li> Utilizzare ampiezze impatto coerenti per tutti gli impatti. </li></ol></li><li> Ripetere i punti 2.1 e 2.2 per tutti i punti. </li></ol> 3. prove di impatto sulla lama danneggiato <ol><li> Ripetere la sezione 2 sulla lama danneggiata al fine di raccogliere i dati per validare i risultati delle funzioni sensibilità embedded. Fatta eccezione per il cambiamento nel campione, tutti i parametri di prova sono mantenuti gli stessi. </li></ol>

<ol><li>Singh, N., Joshi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimization+of+location+and+number+of+sensors+for+structural+health+monitoring+using+genetic+algorithm%5BTitle%5D)+AND+%22Mater+Forum%22%5BJournal%5D)">Optimization of location and number of sensors for structural health monitoring using genetic algorithm.</a> Mater Forum. 33, 359-367 (2009).</li>
<li>Gao, H., Rose, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasonic+sensor+placement+optimization+in+structural+health+monitoring+using+evolutionary+strategy%5BTitle%5D)+AND+%22Review+Of+Qnde%22%5BJournal%5D)">Ultrasonic sensor placement optimization in structural health monitoring using evolutionary strategy.</a> Review Of Qnde. 25, 1687-1693 (2006).</li>
<li>Raich, A. M., Liszkai, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-objective+optimization+of+sensor+and+excitation+layouts+for+frequency+response+function-based+structural+damage+identification%5BTitle%5D)+AND+%22Comput-Aided+Civinfrastructure+Eng%22%5BJournal%5D)">Multi-objective optimization of sensor and excitation layouts for frequency response function-based structural damage identification.</a> Comput-Aided Civinfrastructure Eng. 27 (2), 95-117 (2012).</li>
<li>Worden, K., Burrows, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimal+sensor+placement+for+fault+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Eng+Struct%22%5BJournal%5D)">Optimal sensor placement for fault detection.</a> Eng Struct. 23 (8), 885-901 (2001).</li>
<li>Flynn, E. B., Todd, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Bayesian+approach+to+optimal+sensor+placement+for+structural+health+monitoring+with+application+to+active+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Mech+Syst+Signal+Pr%22%5BJournal%5D)">A Bayesian approach to optimal sensor placement for structural health monitoring with application to active sensing.</a> Mech Syst Signal Pr. 24 (4), 891-903 (2010).</li>
<li>Markmiller, J., Chang, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensor+network+optimization+for+a+passive+sensing+impact+detection+technique%5BTitle%5D)+AND+%22Struct+Health+Monit%22%5BJournal%5D)">Sensor network optimization for a passive sensing impact detection technique.</a> Struct Health Monit. 9 (1), 25-39 (2010).</li>
<li>Yang, C., Adams, D., Yoo, S., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+embedded+sensitivity+approach+for+diagnosing+system-level+noise+and+vibration+problems%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Sound+Vibration%22%5BJournal%5D)">An embedded sensitivity approach for diagnosing system-level noise and vibration problems.</a> J. Sound Vibration. 269 (3), 1063-1081 (2004).</li>
<li>Yang, C., Adams, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Predicting+changes+in+vibration+behavior+using+first-+and+second-order+iterative+embedded+sensitivity+functions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Sound+Vibration%22%5BJournal%5D)">Predicting changes in vibration behavior using first- and second-order iterative embedded sensitivity functions.</a> J. Sound Vibration. 323 (1), 173-193 (2009).</li>
<li>Yang, C., Adams, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Damage+Identification+Technique+based+on+Embedded+Sensitivity+Analysis+and+Optimization+Processes%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Sound+Vibration%22%5BJournal%5D)">A Damage Identification Technique based on Embedded Sensitivity Analysis and Optimization Processes.</a> J. Sound Vibration. 333 (14), 3109-3119 (2013).</li>
<li>Rocklin, G. T., Crowley, J., Vold, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparison+of+the+H1%2C+H2%2C+and+Hv+frequency+response+functions%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Of+IMAC+III%22%5BJournal%5D)">A comparison of the H1, H2, and Hv frequency response functions.</a> Proc. Of IMAC III. 1, 272-278 (1985).</li>
<li>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).</li>
<li>Guratzsch, R., Mahadevan, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+health+monitoring+sensor+placement+optimization+under+uncertainty%5BTitle%5D)+AND+%22AIAA+J%22%5BJournal%5D)">Structural health monitoring sensor placement optimization under uncertainty.</a> AIAA J. 48 (7), 1281-1289 (2010).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

attrezzature di prova dovrebbero essere progettati per replicare le condizioni al contorno realistiche in modo che i risultati saranno applicabili in condizioni operative. La scelta del numero di punti di impatto utilizzati per le prove è un compromesso tra l&#39;avere risoluzione spaziale sufficiente e il tempo di test. Selezionare il martello in base alle dimensioni del provino e la gamma di frequenza di interesse. In generale, più piccolo è il martello, la più ampia gamma di frequenze eccitato. Tuttavia, martelli più...

Molte tecniche di monitoraggio strutturale si affidano a cambiamenti delle funzioni di risposta in frequenza misurate (FRF) per rilevare danni all&#39;interno di una struttura. Tuttavia, alcuni di questi metodi affrontare come determinare posizionamenti sensori e / o luoghi forza di input in grado di massimizzare l&#39;efficacia del metodo per rilevare danni. Funzioni sensibilità integrati (ESFS) possono essere utilizzati per determinare la sensibilità di un FRF ad una modifica locale delle proprietà del materiale di una struttura. Pertanto, poiché i danni in genere si traduce in un cambiamento locale nella rigidità, smorzamento, o massa della struttura, ESFS forniscono un metodo per la determinazione dei sensori e di forza migliori posizioni per le tecniche di monitoraggio della salute FRF-based. Lo scopo di questo video e manoscritto è nei dettagli il processo di acquisizione dei dati e le migliori pratiche per la determinazione ESFS per una struttura. Il processo include la determinazione varie FRF dai test di impatto modale, che viene eseguito da un emozionante structuri con un martello impatto modale e misurando la sua risposta con accelerometri. In questo lavoro, la struttura in fase di sperimentazione è una zona residenziale scala pala eolica 1,2 m. L&#39;obiettivo del test e analisi è quello di identificare posizioni dei sensori che sono più sensibili ai danni alla lama. Queste posizioni dei sensori potrebbero essere utilizzati in un sistema di monitoraggio strutturale per monitorare la lama per danni. Oltre l&#39;uso di ESFS per determinare le posizioni dei sensori più efficaci da utilizzare in un sistema di monitoraggio strutturale, diversi algoritmi ottimali di posizionamento del sensore si possono trovare anche dimostrato in letteratura. In [Kramer], Kramer valuta iterativamente la capacità di un insieme di sensori ad osservare le modalità di un sistema. Più recentemente, gli algoritmi genetici 1-3 e reti neurali 4 sono stati sviluppati per identificare posizioni ottimali sensori. In 5, un approccio Bayesiano è utilizzato che tiene conto del rischio di diversi tipi di errorie la distribuzione di frequenza dei danni. In 6, un modello agli elementi finiti è stato sfruttato per identificare le posizioni dei sensori più probabile per rilevare danni. Nella maggior parte degli algoritmi di posizionamento del sensore presenti in letteratura, i dati della struttura danneggiata, se simulato o misurato, è richiesto. Un vantaggio dell&#39;approccio sensibilità incorporato è che le posizioni dei sensori possono essere determinati dalla struttura sana. Un altro vantaggio è che ESFS proprietà del materiale non devono essere esplicitamente note. Invece, le proprietà del materiale sono &quot;embedded&quot; nelle espressioni per FRF del sistema. Pertanto, tutto ciò che è necessario per calcolare ESFS sono un insieme di FRF misurate in particolari posizioni di ingresso / uscita. In particolare, la sensibilità del FRF (H jk) calcolata da una risposta misurata al punto j ad un ingresso al punto k, al cambiamento di rigidità (K mn) tra i punti m ed nè <img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/53690/53690equation1.jpg" /> dove <img alt="Equation2" src="/files/ftp_upload/53690/53690equation2.jpg" /> è il FSE in funzione della frequenza, ω 7-9. La procedura per misurare le FRF necessari per calcolare il lato destro dell&#39;equazione (1) è dettagliato nella sezione successiva e dimostrato nel video.

<table><tbody><tr><td>Accelerometro</td><td>PCB</td><td>356B11</td><td>tre utilizzati nel test</td></tr><tr><td>Martello a percussione</td><td>PCB</td><td>086C01</td><td></td></tr><tr><td>Scheda di acquisizione dati</td><td>NI</td><td>9234</td><td></td></tr><tr><td>DAQ chasis&nbsp;</td><td>NI</td><td>cDAQ-9171</td><td>o simile</td></tr><tr><td>Software</td><td>MATLAB</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Super colla</td><td>Loctite</td><td>454</td><td></td></tr><tr><td>Agitatore portatile</td><td>PCB</td><td>394C06</td><td>per la calibrazione&nbsp;</td></tr></tbody></table>

data acquisition protocollo per la determinazione delle funzioni di sensibilità embedded

Data Acquisition Protocol for Determining Embedded Sensitivity Functions

L&#39;efficacia delle molte tecniche monitoraggio strutturale dipende dal posizionamento dei sensori e la posizione delle forze di input. Algoritmi per la determinazione del sensore ottimale e costringendo posizioni in genere richiedono i dati, sia simulato o misurato, dalla struttura danneggiata. funzioni di sensibilità incorporati forniscono un approccio per determinare la migliore posizione del sensore a disposizione per rilevare i danni con solo i dati dalla struttura sana. In questo video e manoscritti, la procedura di acquisizione dei dati e le migliori pratiche per la determinazione delle funzioni di sensibilità integrate di una struttura è presentato. Le funzioni di risposta in frequenza utilizzati nel calcolo delle funzioni sensibilità incorporati vengono acquisite utilizzando prove di impatto modale. I dati vengono acquisiti e risultati rappresentativi sono mostrati per una lama di turbina eolica scala residenziale. Strategie per valutare la qualità dei dati in corso di acquisizione sono forniti durante la dimostrazione del processo di acquisizione dei dati. </p&gt;

La figura 1 mostra una tipica funzione di sensibilità incorporato. Simile a un FRF, il FSE ha picchi vicino le frequenze naturali della struttura. Più alto è il valore del FSE, il più sensibile la posizione è di danneggiare tra i punti M e n. Ognuno dei trenta punti testati sulla pala della turbina eolica ha un FSE unico. Questi ESFS possono essere confrontati per determinare quale posizione sensore sarebbe più sensibili ai danni. Ad esempio, la...

Viene descritta la procedura di acquisizione dati per determinare le funzioni di sensibilità incorporate. I dati vengono acquisiti e vengono mostrati risultati rappresentativi per una pala di turbina eolica su scala residenziale.

Data Acquisition Protocollo per la determinazione delle funzioni di sensibilità embedded

The effectiveness of many structural health monitoring techniques depends on the placement of sensors and the location of input forces. Algorithms for ...

L'obiettivo generale di questa procedura è determinare le funzioni di sensibilità incorporate in una struttura. La procedura verrà dimostrata su una pala di turbina eolica su scala residenziale. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande fondamentali relative al monitoraggio dello stato strutturale, ad esempio come la risposta di una struttura cambierà a seguito di un danno in una determinata posizione.Il vantaggio principale di questa tecnica è che fornisce un metodo per modellare una struttura sulla base di dati misurati sperimentalmente, eliminando la necessità di conoscere parametri specifici per massa, rigidità e smorzamento. Iniziare progettando un dispositivo di prova per riprodurre condizioni al contorno realistiche. In questo esempio, le posizioni dei bulloni sono predisposte in modo da corrispondere ai punti di montaggio della pala.Realizzare l'attrezzatura in acciaio per ridurre al minimo il contributo dell'attrezzatura alla risposta dinamica del provino. Assemblare l'attrezzatura fissando prima la pala al supporto a T personalizzato e poi serrando l'attrezzatura a un tavolo in acciaio. A questo punto, identificare e segnare una griglia di punti d'impatto sulla pala.Utilizzare un pennarello o una matita copiativa per segnare e numerare 30 punti che coprono l'intera lama. Successivamente, misurare la posizione relativa di ciascun punto da utilizzare per la rappresentazione visiva dei risultati del test. Preparare quindi degli accelerometri monodirezionali da 10 millivolt per g.La scelta della sensibilità corretta del proprio accelerometro è fondamentale per ottenere buoni rapporti segnale-rumore. Inoltre, assicurarsi che la gamma di frequenza dell'accelerometro sia sufficiente a catturare la gamma di frequenza di interesse del proprio campione. Calibrare ciascun sensore.Collegare un sensore a un agitatore manuale in grado di generare una forza a singola frequenza di 9,81 metri al secondo quadrato. Misurare la risposta del sensore per due secondi di agitazione. L'output della forza è fornito nel display software.Moltiplicare l'ampiezza RMS per 1000 per determinare il fattore di calibrazione dell'accelerometro in millivolt per g. Il passo successivo consiste nel preparare un martello d'impatto che abbia una sensibilità di 11,2 millivolt per newton. Assicurarsi che il martello sia in grado di eccitare il campione in esame sia in ampiezza che in frequenza.Quindi, applicare una punta in nylon al martello, che non comprometta la sua funzionalità. Infine, collegare il martello al sistema di acquisizione dati tramite un cavo BNC. A questo punto, identificare le posizioni dei sensori sulla pala ed applicare gli accelerometri con colla cianoacrilica.Scegliere le posizioni nei punti m e n su entrambi i lati della posizione danneggiata. Quindi, montare un terzo accelerometro nella posizione k. I dati provenienti da questo sensore verranno utilizzati per convalidare i risultati dell'analisi della funzione di sensibilità incorporata.Aprire l'interfaccia grafica per l'acquisizione dei dati. Prima, abilitare il rilevamento dei doppi impulsi. Successivamente, impostare la frequenza di campionamento a 10.240 hertz.La gamma di frequenze utilizzabile è pari alla metà della frequenza di campionamento. In terzo luogo, impostare il tempo di campionamento a un secondo. In quarto luogo, selezionare il canale del martello come canale di trigger e impostare il livello di trigger a 10 newton.In quinto luogo, impostare la lunghezza del pre-trigger al 5% del tempo totale di campionamento. I dati del pre-trigger sono i dati raccolti e memorizzati in un buffer prima dell'avvio del sistema di acquisizione dati. È importante recuperare e salvare questi dati in modo da catturare l'intero evento d'impatto.Quindi, selezionare lo stimatore FRF H1, che presuppone la presenza di rumore sui canali di risposta e assenza di rumore sul canale di forza. Infine, inserire le informazioni relative all'accelerometro e al martello, inclusi i fattori di calibrazione e le note identificative. Successivamente, salvare le impostazioni per la documentazione e per l'utilizzo in futuri test.Dopo che la colla istantanea utilizzata per fissare i sensori si &egrave; completamente polimerizzata, colpire il punto d'impatto uno con il martello. Quando l'ampiezza della forza d'impatto supera il livello di attivazione scelto, il sistema di acquisizione dati verr&agrave; attivato e inizier&agrave; la registrazione dei dati, inclusa la quantit&agrave; selezionata di dati pre-trigger. Durante l'acquisizione dati, monitorare i canali nel software per evitare saturazione e doppi impatti.Inoltre, osservare il grafico della coerenza per valutare ulteriormente la qualità dei dati acquisiti. Non applicare finestre ai dati durante l'acquisizione. Ripetere l'impatto nel punto uno altre quattro volte con ampiezze di impatto costanti.Quindi, ripetere questo processo per ciascun punto selezionato sulla lama. Dopo aver colpito tutti i punti, ripetere nuovamente l'intero processo sulla lama danneggiata. I dati della lama danneggiata sono necessari soltanto per valutare l'efficacia delle funzioni di sensibilità incorporate.Non è necessario determinare le funzioni di sensibilità incorporate stesse. Analogamente alle funzioni di risposta in frequenza, le funzioni di sensibilità incorporate presentano dei picchi in prossimità delle frequenze naturali della struttura. Maggiore è il valore delle funzioni, maggiore è la sensibilità del punto rispetto a danni tra i punti m e n.Si considerino, ad esempio, le ampiezze della funzione in prossimità di 142 Hertz. È evidente che le posizioni dei sensori corrispondenti ai quadrati nelle prima e terza colonna sono le più sensibili al danno. Si noti che queste posizioni sono state determinate a partire dai dati acquisiti con una pala sana.La differenza tra le funzioni di risposta in frequenza determinate dalla pala sana e quelle determinate dalla pala danneggiata mostra che le funzioni di sensibilità incorporate sono molto efficaci nel prevedere le posizioni sulla pala che sono più sensibili ai danni, come dimostrato dalla somiglianza tra questi due grafici. Dopo aver visto questo video, si dovrebbe avere una buona comprensione di come acquisire i dati necessari per determinare le funzioni di sensibilità incorporate di una struttura. Sebbene dimostrato su una pala di turbina eolica, questo procedimento è applicabile a qualsiasi struttura la cui risposta possa essere misurata con un martello d'impatto e un accelerometro.

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La tecnica elettrofisiologica di registrazione intracellulare è dimostrato e utilizzato per determinare la sensibilità spettrali dei fotorecettori singoli nell'occhio composto di una farfalla.

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