組み込み感度関数を決定するためのデータ収集プロトコル

この手順の全体的な目標は、構造体に埋め込まれた感度関数を決定することです。この手順は、住宅規模の風力タービンブレードでデモンストレーションされます。この方法は、特定の場所での損傷によって構造物の応答がどのように変化するかなど、構造物のヘルスモニタリングに関連する重要な質問に答えるのに役立ちます。

この手法の主な利点は、実験的に測定されたデータに基づいて構造をモデル化する方法を提供し、質量、剛性、および減衰の特定のパラメータを知る必要がないことです。まず、現実的な境界条件を再現するためのテストフィクスチャを設計します。この例では、ボルトの位置はブレードの取り付け位置と一致するように準備されています。

治具を鋼で製造して、試験片の動的応答に対する治具の影響を最小限に抑えます。最初にブレードをカスタムTブラケットにボルトで固定し、次に固定具をスチールテーブルに固定して、固定具を組み立てます。次に、ブレード上の衝撃位置のグリッドを特定してマークします。

マーカーまたはワックスペンを使用して、ブレード全体にまたがる30のポイントに印を付けて番号を付けます。次に、テスト結果を視覚的に表現するために、ポイントの相対位置を測定します。次に、10ミリボルト/gの単軸加速度計を準備します。

加速度計の適切な感度を選択することは、良好な信号対雑音比を得るために重要です。また、加速度センサーの周波数範囲が、試料の目的の周波数範囲を捉えるのに十分であることを確認してください。各センサーをキャリブレーションします。

秒9.81メートルの2乗の単一周波数力を出力できるハンドヘルドシェーカーにセンサーを取り付けます。2 秒間の揺れに対するセンサーの応答を測定します。力の出力は、ソフトウェア読み出しで提供されます。

RMS 振幅に 1000 を掛けて、加速度計のキャリブレーション係数をミリボルト/g で求めます。次のステップは、ニュートンあたり11.2ミリボルトの感度を持つインパクトハンマーを準備することです。ハンマーが振幅と周波数の両方で試験片を励起できることを確認してください。

次に、ハンマーの機能を損なわないようにナイロンチップをハンマーに取り付けます。最後に、BNCケーブルを介してハンマーをデータ収集システムに接続します。次に、ブレード上のセンサーの位置を特定し、加速度計を瞬間接着剤で取り付けます。

損傷した位置の両側の点 m と n の位置を選択します。次に、3 番目の加速度計を位置 k に取り付けます。このセンサーからのデータは、組み込み感度関数解析の結果を検証するために使用されます。

データ集録GUIを開きます。まず、ダブルヒット検出を有効にします。次に、サンプリング周波数を10、240ヘルツに設定します。

使用可能な周波数範囲は、サンプリング周波数の半分です。3 番目に、サンプル時間を 1 秒に設定します。第四に、ハンマーチャネルをトリガーチャネルとして選択し、トリガーレベルを10ニュートンに設定します。

第5に、プリトリガの長さを合計サンプル時間の5%に設定します。プリトリガデータは、データ集録システムが起動する前に収集され、バッファに保存されます。このデータを取得して保存し、影響イベント全体がキャプチャされるようにすることが重要です。

第 6 に、応答チャネルにノイズがあり、力チャネルにノイズがないと仮定する H1 FRF 推定器を選択します。最後に、キャリブレーション係数と識別ノートを含む加速度計とハンマーの情報を入力します。次に、記録を保持し、将来のテストで使用するために設定を保存します。

センサーの取り付けに使用した瞬間接着剤が完全に硬化したら、ハンマーで1をポイントします。衝撃力の振幅が選択したトリガーレベルを超えると、データ収集システムがトリガーされ、選択した量のプレトリガーデータを含むデータの記録が開始されます。データ集録中は、クリッピングや二重の衝撃を避けるために、ソフトウェアでチャンネルを監視します。

また、コヒーレンス プロットを観察して、取得したデータの品質をさらに評価します。取得中にデータをウィンドウにしないでください。一貫した衝撃振幅で1つの衝撃ポイントをさらに4回

次に、ブレード上の選択したポイントごとにこのプロセスを繰り返します。すべてのポイントに衝撃を与えた後、損傷したブレードでこのプロセスを完全に繰り返します。損傷したブレードからのデータは、埋め込まれた感度機能の有効性を評価するためにのみ必要です。

埋め込まれた感度関数自体を決定する必要はありません。周波数応答関数と同様に、埋め込まれた感度関数には、構造の固有振動数の近くにピークがあります。関数の値が高いほど、ポイント m と n の間の損傷に対する位置の感度が高くなります。

たとえば、142ヘルツ付近の関数の振幅を考えてみましょう。1 列目と 3 列目の四角形に対応するセンサーの位置が、損傷に最も敏感であることは明らかです。これらの位置は、健康なブレードで取得したデータから決定されたことに注意してください。

正常なブレードから決定された周波数応答関数と損傷したブレードから決定された周波数応答関数の違いは、これら 2 つのプロットの類似性によって証明されるように、埋め込まれた感度関数がブレード上の損傷に対して最も敏感な位置を予測するのに非常に効果的であることを示しています。このビデオを見れば、構造体に埋め込まれた感度関数を決定するために必要なデータを取得する方法について十分に理解できるはずです。この手順は風力タービンのブレードで示されていますが、インパクトハンマーと加速度計で応答を測定できるあらゆる構造物に適用できます。