Desenvolvimento de um sistema de SHM sem fio e com compensação automática de temperatura
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Data
2015-08-19
Autores
Cortez Ledesma, Nicolás Eusebio [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Structural health monitoring have attracted much research interest over the last few decades. With recent advances in wireless communication technology, wireless networks can potentially offer a low-cost alternative to traditional cable-based sensing systems. This work presents the design and implementation of a novel wireless structural health monitoring system based on a promising and simple method to detect damage in structures using the electromechanical impedance principle. The proposed system is a wireless low-power scalable sensor network composed of smart sensor nodes, a link node and a remote monitoring center (host node and server). The link node is used as the coordinator of a ZigBee network of multiple smart sensor nodes; and as a gateway to integrate ZigBee network with the remote monitoring center via a GSM/GPRS network and/or an HTTP server. The smart sensor node, based on microcontroller, is a portable core, standalone, which automatically compensates measurements with environment temperature variation, may control various sensors and operates in either local or remote mode. The identification of damage is performed by simply analyzing the variations of root mean square voltage of the response signals from piezoelectric transducers, such as PZT (Lead Zirconate Titanate) patches bonded to the structure, obtained for different frequencies of excitation signals in time domain, and it is not necessary to compute the electromechanical impedance. The temperature compensation is performed using the correlation coefficients to compute the effective frequency displacement value from the data signatures. Experiments were successfully performed on an aluminum structure and temperature varying from 0oC to 60oC; the results indicate that the proposed smart sensor node, which can be monitored from anywhere in the world and is able to detect damage in the initial stage, even in the presence of ...
O monitoramento de integridade estrutural tem atraído o interesse de muitos pesquisadores ao longo das últimas décadas. Com os recentes avanços na tecnologia de comunicação sem fio, as redes sem fio podem, potencialmente, oferecer uma alternativa de baixo custo para seus homólogos tradicionais baseados em cabo. Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento e implementação de um novo sistema de monitoramento de integridade estrutural sem fio baseado em um promissor e simples método para detectar dano em estruturas usando o princípio da impedância eletromecânica. O sistema proposto consiste de uma rede de sensores sem fio, escalável e de baixa potência; composta por nós sensores inteligentes, um nó de enlace e um centro de monitoramento remoto. O nó de enlace é usado como coordenador de uma rede ZigBee composta por múltiplos nós sensores inteligentes; e como um gateway para integrar a rede ZigBee com o centro de monitoramento remoto via uma rede GSM/GPRS e/ou um servidor HTTP. O nó sensor inteligente, baseado em microcontrolador, é um núcleo portátil, autônomo, realiza automaticamente a compensação das medições com variações da temperatura ambiente, pode controlar vários sensores e opera em modo local ou remoto. A identificação de dano é realizada mediante simples análise nas variações da tensão eficaz do sinal de resposta de transdutores piezelétricos, tais como cerâmicas de titanato zirconato de chumbo (PZT) colados à estrutura, obtidos no domínio do tempo para diferentes frequências do sinal de excitação, sendo que não é necessário calcular a impedância eletromecânica. A compensação dos efeitos da temperatura é realizada utilizando os coeficientes de correlação para calcular o valor efetivo do deslocamento de frequência a partir das assinaturas coletadas. Experimentos foram realizados com sucesso em uma estrutura de alumínio, variando a temperatura na faixa de 0oC-60oC; os resultados...
O monitoramento de integridade estrutural tem atraído o interesse de muitos pesquisadores ao longo das últimas décadas. Com os recentes avanços na tecnologia de comunicação sem fio, as redes sem fio podem, potencialmente, oferecer uma alternativa de baixo custo para seus homólogos tradicionais baseados em cabo. Neste trabalho apresenta-se o desenvolvimento e implementação de um novo sistema de monitoramento de integridade estrutural sem fio baseado em um promissor e simples método para detectar dano em estruturas usando o princípio da impedância eletromecânica. O sistema proposto consiste de uma rede de sensores sem fio, escalável e de baixa potência; composta por nós sensores inteligentes, um nó de enlace e um centro de monitoramento remoto. O nó de enlace é usado como coordenador de uma rede ZigBee composta por múltiplos nós sensores inteligentes; e como um gateway para integrar a rede ZigBee com o centro de monitoramento remoto via uma rede GSM/GPRS e/ou um servidor HTTP. O nó sensor inteligente, baseado em microcontrolador, é um núcleo portátil, autônomo, realiza automaticamente a compensação das medições com variações da temperatura ambiente, pode controlar vários sensores e opera em modo local ou remoto. A identificação de dano é realizada mediante simples análise nas variações da tensão eficaz do sinal de resposta de transdutores piezelétricos, tais como cerâmicas de titanato zirconato de chumbo (PZT) colados à estrutura, obtidos no domínio do tempo para diferentes frequências do sinal de excitação, sendo que não é necessário calcular a impedância eletromecânica. A compensação dos efeitos da temperatura é realizada utilizando os coeficientes de correlação para calcular o valor efetivo do deslocamento de frequência a partir das assinaturas coletadas. Experimentos foram realizados com sucesso em uma estrutura de alumínio, variando a temperatura na faixa de 0oC-60oC; os resultados...
Descrição
Palavras-chave
Redes de sensores sem fio, Detectores, Monitoramento da integridade estrutural, Wireless sensor networks
Como citar
CORTEZ LEDESMA, Nicolás Eusebio. Desenvolvimento de um sistema de SHM sem fio e com compensação automática de temperatura. 2015. 117 f. Tese (doutorado) - Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, Faculdade de Engenharia, 2015.