최근 모니터링 및 예측 시스템을 이용하여 사전에 결함을 발견하고 이를 경고하는 시스템이 활발히 연구되고 있다. 차량 안전 관리에 있어서도 예측 결함 분석 기술을 적용하여 자동차 휠 베어링의 고장 유무 및 고장 유형을 조기에 경고하는 시스템이 필요하다. 본 논문에서는 휠 베어링과 결합 된 센서 모듈과 각 센서 모듈에서 차량 가속 정보 및 진동 정보를 수집, 저장 및 분석하는 진단 시스템을 제시하였다. 제안된 센서 모듈은 저비용으로 차량의 휠 베어링 상태를 모니터링하며, 이렇게 수집된 데이터를 활용하여 진단 및 고장 예측 기능을 수행하는 방안을 연구하였다. 개발된 센서 모듈과 예측 분석 시스템은 가진 테스트 장비 및 실제 차량을 이용하여 테스트하고 그 유효성을 평가하였다.
Characteristics of a wireless sensor powered by the IDE (interdigitated electrode) embedded piezoelectric cantilever generator were analyzed in order to evaluate its potential for use in wireless sensor applications. The IDE embedded piezoelectric cantilever was designed and fabricated to have a self-resonance frequency of 126 Hz and acceleration of 1.57 G, respectively, for the mechanical resonance with a practical conveyor system in a thermal-power plant. It produced maximum output power of 2.81 mW under the resistive load of $160{\Omega}$ at 126 Hz. The wireless sensor module is electrically connected to a rectifier capacitor with capacity of 0.68 farad and 3.8 V for power supply by the piezoelectric cantilever generator. The unloaded capacitor could be charged as a rate of approximately $365{\mu}V/s$ while the capacitor exhibited that of 0.997 mV/min. during communication under low duty cycle of 0.2%. Therefore, it is considered that the fabricated IDE embedded piezoelectric cantilever generator can be used for wireless sensor applications.
As computer capability and test skill become more and more advanced, finite element method and modal test are being widely applied in engineering design. In order to correlate and reconcile the inevitable discrepancies between the analytical and experimental models, many techniques have been developed. Among these methods, multiple-system methods are known as the effective tools in that they can supply the rich modal data available which are experimentally obtained. These abundant modal data can help structural system parameters estimated well. Multiple-system methods can be classified into the structural modification methods and feedback controller methods. The structural modification methods need the physical attachment of structures and their concept may limit the application of them. To overcome this drawback, the feedback controller methods are addressed which enable us to get more modal data without the structural change. Mode decoupling controller(MDC), one of them, is to use acceleration out)ut feedback to perturb an open-loop system. The output feedback controller generally cannot guarantee the stability of a closed-loop system. However, MDC can solve this problem under the certain constraints. So far, MDC utilizes accelerations as the sensor signals. In this research, strain sensors are going to be picked up to apply to the MDC. Strain output is recently used for structural system identification due to the drastically improved and miniaturized strain sensor. In this paper, we show that the MDC using strain output has differences compared with acceleration output in estimating the structural system parameters. The associated simulation is performed to demonstrate the above mentioned characteristics.
In present study, Operational Modal Analysis (OMA) was employed to carry out the dynamic and vibration analysis of the threshing unit of the combine harvester thresher as a mechanical component. The main study is to find the causes of vibration and to decrease it to enhance the lifetime and efficiency of the threshing unit. By utilizing OMA, structural modal parameters such as mode shapes, natural frequencies, and damping ratio was calculated. The combine harvester was excited by engine to vibrate different parts and accelerometer sensor collected acceleration signals at different speeds, and OMA was utilized by nonparametric and frequency analysis methods to obtain modal parameters while vibrating in real working conditions. Afterwards, finite element model was designed from the thresher and updated using the data obtained from the modal analysis. Using the conducted analyses, it was specified that proximity of the thresher pass frequency to one of the natural frequencies (16.64 Hz) was the most important effect of vibration in the thresher. Modification process of the structure was carried out by increasing mass required for changing the natural frequency location of the first mode to 12.4 Hz in order to reduce resonance and vibration of the thresher.
This paper presents a novel fiber optic accelerometer system for monitoring vibration of large-size structures. The system is composed of one (or multiple) sensor head, a light control unit and a signal processing unit. The sensing mechanism of the sensor head is based on a novel integration of the moire fringe phenomenon with fiber optics to achieve a robust performance in addition to its immunity to EM interference, easy cabling, and low cost. In this paper, a prototype of the fiber optic accelerometer system has been developed successfully. A low-cost light control unit has been developed to drive the system's optic and electronic components. A unique algorithm has also been developed to derive the sensor's acceleration from the raw signals of the light control unit; it is implemented via a separate signal processing unit. Finally, the shaking table tests successfully demonstrate the performance and the potential of the moire fringe fiber optic sensor system to monitor the health of civil infrastructures.
A low-cost wireless sensor network (WSN) solution with highly expandable super and simple nodes was developed. The super node was designed as a sensing unit as well as a receiving terminal with low energy consumption. The simple node was designed to serve as a cheaper alternative for large-scale deployment. A 12-bit ADC inputs and DAC outputs were reserved for sensor boards to ease the sensing integration. Vibration and thermal field tests of the Chi-Lu Bridge were conducted to evaluate the WSN's performance. Integral acceleration, temperature and tilt sensing modules were constructed to simplify the task of long-term environmental monitoring on this bridge, while a star topology was used to avoid collisions and reduce power consumption. We showed that, given sufficient power and additional power amplifier, the WSN can successfully be active for more than 7 days and satisfy the half bridge 120-meter transmission requirement. The time and frequency responses of cables shocked by external force and temperature variations around cables in one day were recorded and analyzed. Finally, guidelines on power characterization of the WSN platform and selection of acceleration sensors for structural health monitoring applications were given.
차량에서 스트러트 인슐레이터는 도로노면으로부터 발생하는 소음과 진동을 방지하는 역할을 한다. 대부분의 점탄성 마운트들은 고무로 되어있으며 천연고무가 주성분이다. 이러한 고무 부품들은 초기에는 제 역할을 하지만 오랜 시간 고온과 반복하중에 노출되면 성능저하가 일어난다. 고무성능 변화는 NVH를 떨어뜨리고 승차감을 저하시킨다. 본 연구에서는 차량실험을 통해 스프링 변위를 측정하였고, 재현실험에서 가속도 센서를 이용하여 운행거리와 차량연식에 따른 인슐레이터 고무성능을 가속도 값, 고무 영구 변형량, 경도를 나타내었다.
The primary purpose of this study is to observe the dynamic behavior within a vehicle on chassis dynamometer throughout cleat impact testing with two different constraining setups (Tie-down strap and one point fixation). Throughout this empirical experiment, no outstanding dynamic behavior characteristics are observed between two setups and thus, the performance of the one point fixation device is validated. Neither the interior noise nor acceleration at driver seat rail and knuckle is heavily influenced by two different constraining methods. However, one point fixation is far more advantageous considering its shorter set up time and its capability of measuring traction force with its built in force sensor.
Mass estimation was derived as functions of acceleration magnitude and primary frequency. The conventional method of mass estimation used frequency data directly in the frequency domain. The signals that can be obtained sensor contained noise as well as impact signal. Therefore, how well we can detect the frequency data in noise directly determines the quality of mass estimation. To find exact frequency data, we used time-frequency analysis. The time frequency method are expected to be more useful than the conventional frequency domain analyses for the mass estimation problem on a plate type structure. Also it has been concluded that the smoothed WVD can give more reliable means than the other methodologies for the mass estimation in a noisy environment.
Mass estimation was derived as functions of acceleration magnitude and primary frequency. The conventional method of mass estimation used frequency data directly in the frequency domain. The signals that can be obtained sensor contained noise as well as impact signal. Therefore, how well we can detect the frequency data in noise directly determines the quality of mass estimation. To find exact frequency data, we used time-frequency analysis. The time-frequency methods are expected to be more useful than the conventional frequency domain analyses for the mass estimation problem on a plate type structure. Also it has been concluded that the smoothed WVD can give more reliable means than the other methodologies for the mass estimation in a noisy environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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