بروتوكول الحصول على البيانات لتحديد جزءا لا يتجزأ من وظائف الحساسية

Abstract

فعالية العديد من التقنيات المراقبة الصحية هيكلية تعتمد على وضع أجهزة الاستشعار وموقع القوات الإدخال. خوارزميات لتحديد الاستشعار الأمثل وإجبار المواقع عادة ما تتطلب البيانات، إما مقلد أو قياسها، من بنية تالف. توفر وظائف حساسية جزءا لا يتجزأ من هذا النهج لتحديد أفضل المتاح موقع استشعار للكشف عن الأضرار مع البيانات فقط من هيكل صحي. في هذا الفيديو ومخطوطة، ويرد الإجراء الحصول على البيانات وأفضل الممارسات لتحديد وظائف حساسية جزءا لا يتجزأ من هيكل. يتم الحصول على وظائف استجابة التردد المستخدمة في حساب المهام حساسية مضمن باستخدام اختبار تأثير مشروط. يتم الحصول على البيانات وأظهرت نتائج ممثل عن نطاق سكني شفرة توربينات الرياح. استراتيجيات لتقييم جودة البيانات التي يتم الحصول عليها يتم توفيرها من خلال مظاهرة من عملية الحصول على البيانات.

Introduction

العديد من التقنيات المراقبة الصحية هيكلية تعتمد على التغيرات في وظائف استجابة التردد قياس (FRFs) للكشف عن الأضرار ضمن هيكل. ومع ذلك، فإن عددا قليلا من هذه الأساليب معالجة كيفية تحديد مواضع الاستشعار و / أو مواقع القوة المدخلات التي من شأنها زيادة فعالية طريقة للكشف عن الأضرار. وظائف حساسية جزءا لا يتجزأ من (كلية العلوم التربوية) يمكن استخدامها لتحديد حساسية من الاتحاد الروماني لتغيير المحلية في خصائص المواد هيكل و. ولذلك، لأن الضرر النتائج عادة في التغيير المحلي في صلابة، التخميد، أو كتلة من الهيكل، وتوفر كلية العلوم التربوية طريقة لتحديد أفضل أجهزة الاستشعار وقوة مواقع لتقنيات المراقبة الصحية على أساس FRF.

والغرض من هذا الفيديو ومخطوطة غير بالتفاصيل عملية الحصول على البيانات وأفضل الممارسات لتحديد كلية العلوم التربوية للهيكل. وتشمل عملية تحديد FRFs مختلف من اختبار تأثير مشروط، والتي يتم تنفيذها بواسطة مثيرة لstructuإعادة بمطرقة تأثير الوسائط وقياس ردها مع التسارع. في هذا العمل، وهيكل يجري اختبارها هو 1.2 متر نطاق سكني توربينات الرياح شفرة. الهدف من الاختبار والتحليل هو تحديد مواقع أجهزة الاستشعار التي هي الأكثر حساسية للتلف النصل. ثم يمكن استخدام هذه المواقع أجهزة الاستشعار في نظام المراقبة الصحية الهيكلي لمراقبة شفرة عن الضرر.

إلى جانب استخدام كلية العلوم التربوية لتحديد المواقع استشعار الأكثر فعالية لاستخدامها في نظام المراقبة الصحية الهيكلي، ويمكن أيضا العثور عدة خوارزميات الاستشعار وضع المثلى التي ظهرت في الأدب. في [كرامر]، كرامر تكرارا تقييم قدرة مجموعة من أجهزة الاستشعار لمراقبة وسائط نظام. وفي الآونة الأخيرة، تم تطوير الخوارزميات الجينية ^1-3 والشبكات العصبية ⁴ لتحديد المواقع وأجهزة الاستشعار الأمثل. في ^5، ويستخدم نهج النظرية الافتراضية التي تأخذ في الاعتبار خطر الاصابة بأنواع مختلفة من الأخطاءوتوزيع معدلات الضرر. في ^6، والاستدانة نموذج العنصر المحدود لتحديد المواقع استشعار الأكثر احتمالا للكشف عن الأضرار. في معظم خوارزميات الاستشعار وضع قدم في الأدب، وبيانات عن الهيكل التالفة، سواء محاكاة أو قياسها، مطلوب. ميزة واحدة من النهج حساسية جزءا لا يتجزأ من أن المواقع استشعار يمكن تحديد من بنية صحية.

ميزة أخرى لكلية العلوم التربوية هي أن خصائص المواد ليس من الضروري أن يعرف بشكل واضح. بدلا من ذلك، خصائص المواد هي "جزء لا يتجزأ" في التعبير عن FRFs النظام. لذلك، كل ما هو مطلوب لحساب كلية العلوم التربوية هي مجموعة من FRFs قياسها في مواقع معينة الإدخال / الإخراج. على وجه التحديد، وحساسية من الاتحاد الروماني (H _كيه) تحسب من استجابة قياسها ي أشر إلى مدخلا عند نقطة ك، إلى تغيير في صلابة (K _{بالمليون)} بين نقاط م و nهو

أين هو كلية العلوم التربوية بوصفها وظيفة من التردد، ω ^7-9. الإجراء لقياس FRFs المطلوبة لحساب الجانب الأيمن من المعادلة (1) هو مفصل في القسم التالي وأظهر في شريط الفيديو.

Protocol

التحضير 1. مرحلة ما قبل الاختبار

1. تصميم وتصنيع المباراة الاختبار. تصميم لاعبا اساسيا لتكرار شروط الحدود واقعية عن طريق اختيار مواقع الترباس لمطابقة المواقع متزايدة من النصل. اختيار الصلب لاعبا اساسيا للحد من مساهمة من المباراة إلى الاستجابة الديناميكية للعينة الاختبار.
   1. الترباس نصل إلى العرف تي قوس.
   2. المشبك اعبا اساسيا على طاولة مصنوعة من الحديد.
2. تحديد ووضع علامة شبكة من مواقع التأثير.
   1. اختيار 30 نقطة التي تغطي شفرة بأكملها.
   2. يشير علامة مع علامة أو الشمع القلم وعدد كمرجع. قياس المسافات نقطة باستخدام شريط قياس لاستخدامها لاحقا في التمثيل المرئي للنتائج.
3. اختيار ومعايرة التسارع.
   1. اختيار محور واحد، 10 فولت / ز التسارع. تأكد من اختيار التسارع مع حساسية المناسبة من أجل تجنب إثقال كاهل أجهزة الاستشعار ولتحقيق إشارة إلى جيدةنسب -noise. أيضا، تأكد من أن نطاق الترددات من أجهزة الاستشعار كافية للقبض على مدى التردد من الفائدة للعينة الاختبار.
   2. معايرة كل أجهزة الاستشعار.
      1. ونعلق أجهزة الاستشعار لشاكر باليد خرجها هو قوة تيرة واحدة بلغت قوته 9.81 م / ث ² التربيعي (أي 1 غرام).
      2. قياس الاستجابة لمدة 2 ثانية.
      3. تحديد جذر تربيعي مدى الاستجابة من قراءات البرنامج.
      4. مضاعفة السعة التربيعي من 1000 إلى تحديد عامل المعايرة لالتسارع في وحدات بالسيارات / ز.
4. اختر مطرقة ورأس المطرقة.
   1. اختر مطرقة تأثير مع وجود حساسية من 11.2 فولت / N. تأكد من تحديد مطرقة الذي يثير فيه الكفاية عينة اختبار في كل من السعة والتردد النطاق.
   2. اختر رأس النايلون. تأكد من تحديد طرف المطرقة التي تثير بما فيه الكفاية عينة اختبار في كل من السعة والتردد النطاق.
   3. شاركnnect المطرقة لنظام الحصول على البيانات مع كابل BNC.
5. تحديد مواقع أجهزة الاستشعار ونعلق أجهزة الاستشعار (الشكل 4).
   1. اختيار مواقع على نقاط م ون على جانبي موقع الضرر.
   2. جبل التسارع الثالث في مكان ك. وسيتم استخدام البيانات من هذه استشعار للتحقق من صحة نتائج التحليل وظيفة حساسية المضمنة.
   3. إرفاق التسارع باستخدام الغراء عظمى. السماح للالغراء سوبر لضبط تماما قبل إجراء اختبار تأثير.
6. المعلمات اختبار الاختيار في واجهة المستخدم الرسومية الحصول على البيانات.
   1. تمكين مزدوج كشف تضررا.
   2. ضبط تردد أخذ العينات إلى 25،600 هرتز. نطاق الترددات التي يمكن استخدامها، ومن ثم فإن 12،800 هرتز.
   3. ضبط الوقت العينة إلى 1 ثانية.
   4. حدد القناة مطرقة كقناة الزناد. تعيين مستوى الزناد إلى 10 في الاتحاد الأوروبي.
   5. تعيين طول ما قبل الزناد إلى 5٪ من إجمالي عينة وقت. ما قبل رالبيانات مناور هو البيانات التي تم جمعها قبل بدء الحصول على البيانات التي تم تخزينها في منطقة عازلة. ومن المهم لاسترداد وحفظ هذه البيانات بحيث يتم التقاط الحدث تأثير كامل.
   6. حدد مقدر H1 FRF. يفترض هذا مقدر أن هناك الضوضاء على القنوات استجابة والضجيج لا على قناة قوة.
      ملاحظة: لا بيانات نافذة خلال الاستحواذ. ويمكن تطبيق النوافذ في مرحلة ما بعد المعالجة، إذا لزم الأمر.
   7. أدخل التسارع والمعلومات مطرقة، بما في ذلك العوامل المعايرة والملاحظات تحديد الهوية.
   8. حفظ الإعدادات لحفظ السجلات ولاستخدامها في التجارب المستقبلية.

2. اختبار تأثير على شفرة صحي

1. نقطة التأثير 1 بالمطرقة. عندما تتجاوز السعة من قوة تأثير مستوى الزناد المختار، سيتم تشغيل نظام الحصول على البيانات وسوف البيانات، بما في ذلك مبلغ محدد من البيانات قبل الزناد، ويبدأ تسجيل.
   1. خلال acquisitio البياناتن، ومراقبة القنوات لتفادي أي قناة لقطة والآثار مزدوجة من خلال مراقبة تاريخها الوقت المعروض في البرنامج الحصول على البيانات.
   2. خلال الحصول على البيانات، ومراقبة التماسك لكل قناة التسارع لتقييم جودة البيانات التي يحصل عليها من خلال مراقبة مؤامرة التماسك في البرنامج الحصول على البيانات.
2. كرر الخطوة 2.1 أربع مرات أكثر في النقطة (1).
   1. استخدام سعة تأثير متسقة لجميع الآثار.
3. كرر الخطوات من 2.1 و 2.2 لجميع النقاط.

3. اختبار تأثير على شفرة التالفة

1. كرر القسم 2 على شفرة التالفة من أجل جمع البيانات من أجل التحقق من صحة النتائج جزءا لا يتجزأ من وظيفة حساسية. باستثناء التغيير في عينة اختبار، يتم الاحتفاظ كافة المعلمات اختبار نفسه.

Representative Results

ويبين الشكل 1 وظيفة حساسية جزءا لا يتجزأ نموذجية. مماثلة لFRF، وكلية العلوم التربوية ديه قمم بالقرب من الترددات الطبيعية للهيكل. ارتفاع قيمة كلية العلوم التربوية، وأكثر حساسية الموقع للضرر بين نقاط م ون. كل من ثلاثين نقطة اختبار على شفرة توربينات الرياح لديها كلية العلوم التربوية فريدة من نوعها. ويمكن مقارنة هذه كلية العلوم التربوية لتحديد موقع جهاز استشعار يمكن أن تكون أكثر حساسية للأضرار. على سبيل المثال، ويبين الشكل 2 سعة من كلية العلوم التربوية قرب 142 هرتز. من هذه المؤامرة، فمن الواضح أن المواقع استشعار الموافق الساحات من الأعمدة الأولى والثالثة هي الأكثر حساسية للأضرار. لاحظ أن هذه المواقع يتم تحديد من بيانات تم الحصول عليها من شفرة صحية.

ويبين الشكل 3 فرق قياس في FRFs بين FRFs تحديدها من البيانات من الأصحاء شفرة وتلك المحسوبة من البيانات من شفرة التالفة. وتبين أوجه التشابه بين الفرق في FRFs وكلية العلوم التربوية فعالية من كلية العلوم التربوية التنبؤ المواقع التي ستعرض أكبر التغييرات في FRFs بسبب الضرر.

الشكل 1. اتساع وظيفة حساسية ه mbedded لنقطة 1. قيمة من كلية العلوم التربوية يتوافق مع حساسية من الاتحاد الروماني في نقطة 1 إلى أضرار في هيكل في الموقع الذي تم اختياره. تغيير القيم بوصفها وظيفة من التردد. قمم في كلية العلوم التربوية تميل لتتوافق مع الترددات الطبيعية للهيكل. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

3690 / 53690fig2.jpg "/>
الشكل 2. سعة من كلية العلوم التربوية لجميع النقاط الثلاثين في 142 هرتز. يناظر كل مربع اللون إلى قيمة كلية العلوم التربوية في 142 هرتز لكل موقع المكانية التي تم اختبارها. الألوان الساخنة تتوافق مع النقاط التي كلية العلوم التربوية وتتوقع أكبر تغيير في FRF بسبب الضرر. الألوان الباردة تشير إلى أن التغيير في FRF عند هذه النقطة سوف تكون صغيرة نسبيا. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3. الفرق في FRFs، H _كيه، لجميع النقاط الثلاثين في 142 هرتز. وحسبت الخلافات عن طريق طرح FRFs تحديد من شفرات صحية والتالفة. الألوان الساخنة جود فوارق كبيرة في FRFs. الألوان الباردة تشير إلى SMAتغييرات ليرة لبنانية في FRFs. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم نقاط 4. تأثير استخدمت خلال الاختبار. وقد تم اختيار نقاط لتمتد النصل. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

وينبغي تصميم التركيبات اختبار لتكرار شروط الحدود واقعية بحيث أن النتائج سوف تكون قابلة للتطبيق في ظل ظروف التشغيل. اختيار عدد من نقاط التأثير المستخدمة في الاختبار هي مفاضلة بين وجود القرار المكانية كافية ووقت الاختبار. حدد مطرقة على أساس حجم عينة الاختبار ومدى التردد من الفائدة. بشكل عام، أصغر المطرقة، وأوسع نطاق التردد متحمس. ومع ذلك، مطارق صغيرة تنتج عادة ما تكون أقل قوات السعة. والمجهزة المطارق تأثير مع مقياس قوة لقياس التاريخ الوقت للتأثير. يؤثر نوع من طرف مطرقة أيضا مدى التردد من الإثارة. أصعب طرف، ونطاق التردد أوسع من الإثارة. يتم اختيار سوبر الغراء على الشمع، على سبيل المثال، للحد من التوهين من الاستجابة من المواد المتصاعدة.

في البرنامج الحصول على البيانات، تمكين مزدوج الكشف ضرب من أجل أتمتةساتيا إشارة عند وقوع التأثير المزدوج. والمطلوب آثار واحدة لأنها تنتج على نطاق أوسع، الطيف قوة أكثر للتكرار. عندما ترتفع السعة من قوة فوق مستوى الزناد المحدد، يتم بدء الحصول على البيانات. يتم الحصول على البيانات في الوقت بواسطة برنامج الحصول على البيانات. خلال الاستحواذ يجب مراقبة البيانات لضمان جودة البيانات. لقطة القناة، والذي يحدث عند الاستجابة يقاس استشعار يتجاوز نطاق الجهد المسموح به، وينبغي تجنبها. التماسك هو قياس ممتاز للاستخدام للحكم على جودة البيانات. بشكل عام، يجب أن يكون التماسك بالقرب من واحدة لجميع الترددات في نطاق التردد متحمس من تأثير. ومن المتوقع الانخفاضات في التماسك قرب ترددات مكافحة صدى عينة الاختبار لأن إشارة إلى نسبة الضوضاء منخفضة والضوضاء غير مرتبط المدخلات. بمجرد الحصول على بيانات نوعية، يتم تحويل التاريخ الوقت في نطاق التردد عن طريق تحويل فورييه السريع (الاتحاد الفرنسي للتنس)، ومتوسط ​​FRF هو estimaتيد باستخدام مقدر H1 ^10.

لتحديد كلية العلوم التربوية من FRFs قياسها خلال الاختبار، المعادلة 1 يمكن أن تستخدم في واحدة من طريقتين. أولا، النهج المباشر يمكن استخدامها، الأمر الذي يتطلب قياسات HJM، Hjn، HKM، وHKN. وسيتم تحديد هذه FRFs عن طريق وضع جهاز استشعار في موقع ك ومتنقل جهاز استشعار لكل المحتملين ي استشعار الموقع. سيتم تطبيق التأثيرات على اثنين من المواقع التي تغطي المكان الضرر. لجعل جمع البيانات أكثر كفاءة، ومبدأ المعاملة بالمثل يمكن أن تستخدم لعكس المدخلات وقياس المواقع. باستخدام هذا النهج، ويتم تحديد HMJ، Hnj، حمك، وHNK. الآن، بدلا من الاضطرار إلى نقل أجهزة الاستشعار لكل قياس مختلفة، وأجهزة استشعار تبقى ثابتة وثبتت فعاليتها في موقع التأثير. مرة واحدة يتم احتساب كلية العلوم التربوية لكل موقع، تتم مقارنة سعة لتحديد الموقع الذي يهو الأكثر حساسية لضرر بين المواقع م ون. لاحظ أن يفترض الضرر مكان واحد في هذا العمل.

ويمكن الآن للنتائج التحليل كلية العلوم التربوية أن تستخدم في خطة المراقبة الصحية الهيكلي القائم FRF. في ^11، وقد تبين أن المواقع أجهزة الاستشعار التي تم تحديدها من قبل كلية العلوم التربوية بأنها الأكثر حساسية للأضرار كانت أكثر فعالية في تحديد وجود الضرر إلى شفرة توربينات الرياح.

طرق أخرى للتنبؤ المواقع التي FRF بنية سوف تكون حساسة للضرر عادة ما تعتمد على النمذجة التحليلية للهيكل ^{3، 6،} هو مقلد ^12. البيانات FRF باستخدام تركيبات مختلفة من المدخلات وقياس المواقع. ومع ذلك، فإن نتائج هذه الطرق تعتمد على تطوير نموذج موثوق بها ودقيقة، الأمر الذي يتطلب معرفة مفصلة من خصائص المواد والهندسة للهيكل. لأن كلية العلوم التربوية يمكن أن تحسب من البيانات المقاسة معملياعلى بنية صحية، وتحديد خصائص المواد غير مطلوب وهندسة الهيكل لا بد من تحديدها.

واحد الحد المحتمل للتقنية هو أنه يتطلب معرفة مسبقة من حيث الضرر سوف يحدث. في العديد من التطبيقات، وهذا شرط لا يحد لأن بسبب الإجهاد التحليلات والخبرة السابقة، وموقع الضرر الذي يمكن أن يتوقع. في التطبيقات حيث الموقع الضرر غير معروف، مجموعات بيانات متعددة يمكن الحصول عليها، في كل مرة على افتراض الضرر موقع مختلف. ضمن بروتوكول الحصول على البيانات، وقد تم تحديد العديد من أفضل الممارسات التي لا تنطبق إلا على الحصول على البيانات لكلية العلوم التربوية، ولكن أيضا تطبيق عموما إلى اختبار تأثير مشروط. أن تكون قادرة على الحكم على نوعية البيانات التي يتم الحصول عليها يحسن من ذوي الخبرة، ولكن معرفة أساسيات بما في ذلك تحديد قوة لفة قبالة وتقييم التماسك ستمكن حتى أولئك جديدة لمشروط اختبار تأثير لاكتساب مرحبابيانات نوعية غ.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

الكتاب ليس لديهم الاعترافات.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Accelerometer	PCB	356B11	three used in testing
Impact hammer	PCB	086C01
Data acquisition card	NI	9234
DAQ chasis	NI	cDAQ-9171	or similar
Software	MATLAB
Super glue	Loctite	454
Handheld Shaker	PCB	394C06	for calibration

References

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).

Tags

الهندسة، العدد 110، جزءا لا يتجزأ من وظائف حساسية، ورصد الهيكلي الصحة، وظائف استجابة التردد، الاهتزازات، اختبار تأثير، شفرات توربينات الرياح