This study aims to establish an effective methodology for the detection of instant damages occurred in cable-stayed bridges with the measurements of cable vibration and structural temperatures. A transfer coefficient for the daily temperature variation and another for the long-term temperature variation are firstly determined to eliminate the environmental temperature effects from the cable force variation. Several thresholds corresponding to different levels of exceedance probability are then obtained to decide four upper criteria and four lower criteria for damage detection. With these criteria, the monitoring data for three stay cables of Ai-Lan Bridge are analyzed and compared to verify the proposed damage detection methodology. The simulated results to consider various damage scenarios unambiguously indicate that the damages with cable force changes larger than ${\pm}1%$ can be confidently detected. As for the required time to detect damage, it is found that the cases with ${\pm}2%$ of cable force change can be discovered in no more than 6 hours and those with ${\pm}1.5%$ of cable force change can be identified in at most 9 hours. This methodology is also investigated for more lightly monitored cases where only the air temperature measurement is available. Under such circumstances, the damages with cable force changes larger than ${\pm}1.5%$ can be detected within 12 hours. Even though not exhaustively reflecting the environmental temperature effects on the cable force variation, both the effective temperature and the air temperature can be considered as valid indices to eliminate these effects at high and low monitoring costs.
The existing monitoring and control systems of utility-pipe conduit (power tunnel, cable tunnel etc) have established communication lines using optical fiber, leaky coaxial cable (LCX), and several kinds of control cable. Due to the properties of the used media, the cost of equipment is considerably high and the maintenance of the system is difficult. Also, the term of carrying out is long so that the extension of the system is in difficulty. Now it is desirable to adopt Power Line Communication (hereinafter, PLC) technology in the monitoring and control systems and use the existing low-voltage power-line for lamplight as communication line. This will lead the reduction of the construction cost and the easy maintenance of the system. In this paper, we research the characteristics of PLC in conduit, design and manufacture the field test system, and analyze the performance of the system by field test. Then, we introduce the reliable monitoring and control system of utility-pipe conduit using PLC.
Gu, Beom W.;Choi, Su Y.;Choi, Young Soo;Cai, Guowei;Seneviratne, Lakmal;Rim, Chun T.
Nuclear Engineering and Technology
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제48권4호
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pp.982-996
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2016
In this paper, new tethered aerial robots including roaming tethered aerial robots (RTARs) for radioactive material sampling and stationary tethered aerial robots (STARs) for environment monitoring are proposed to meet extremely-long-endurance missions of nuclear power plants. The flight of the proposed tethered aerial robots may last for a few days or even a few months as long as the tethered cable provides continuous power. A high voltage AC or DC power system was newly adopted to reduce the mass of the tethered cable. The RTAR uses a tethered cable spooled from the aerial robot and an aerial tension control system. The aerial tension control system provides the appropriate tension to the tethered cable, which is accordingly laid down on the ground as the RTAR roams. The STAR includes a tethered cable spooled from the ground and a ground tension control system, which enables the STAR to reach high altitudes. Prototypes of the RTAR and STAR were designed and successfully demonstrated in outdoor environments, where the load power, power type, operating frequency, and flight attitude of the RTAR and STAR were: 180 W, AC 100 kHz, and 20 m; and 300 W, AC or DC 100 kHz, and 80 m, respectively.
Obscured structural members are mostly under-evaluated during condition assessment due to lack of visual inspection capability. Insufficient information about the integrity of these structural members poses a significant risk for public safety. Time domain reflectometry (TDR) is a novel approach in structural health monitoring (SHM). Ordinary coaxial cables "as is" without a major modification are not suitable for SHM with TDR. The objective of this study is to propose a practical and cost-effective modification approach to commercially available coaxial cables in order to use them as a "cable sensor" for damage detection with the TDR equipment for obscured structural members. The experimental validation and assessment of the proposed modification approach was achieved by conducting 3-point bending tests of the model piles as a representative obscured structural member. It can be noted that the RG59/U-6 and RG6/U-4 cable sensors expose higher strain sensitivity in comparison with non-modified "as is" versions of the cables used. As a result, the cable sensors have the capability of sensing both the presence and the location of a structural damage with a maximum aberration of 3 cm. Furthermore, the crack development can be monitored by the RG59/U-6 cable sensor with a simple calibration.
해저 광테이블 공사는 해양조사, PLGR(Pre Lay Grapnel Run), 천해부공사, 포설/매설 순서로 이루어진다. PLGR은 케이블의 해저면 안착을 용이하게 하고, Plough 및 ROV(Remotely-Operated Vehicle)매설작업의 성능을 향상시키며, 매설 장비를 보호하기 위한 작업이다. 본 논문은 해저 광테이블 건설 작업 중에서 PLGR 작업을 효율적으로 관리할 수 있는 실시간 모니터링 시스템의 설계 및 구현에 대해서 논한다. 본 논문에서는 이를 위하여 전체적인 실시간 모니터링 시스템을 설계하고, 시리얼 멀티포트 통신 모듈, 실시간 처리 모듈, 환경 설정 모듈, 그리고 그래프 및 프린터 출력 모듈을 설계 및 구현하였다. 끝으로 본 논문의 타당성 검토를 위하여 시리얼 멀티포트 통신, 실시간 데이터 추출, 그래프 출력을 실험하였다.
In this study, a finite element(FE) analysis on electro-mechanical impedance response of cable-anchor connection interface under various anchor force is presented. In order to achieve the objective, the following approaches are implemented. Firstly, an interface washer coupled with piezoelectric(PZT) material is designed for monitoring cable-force loss. The interface washer is a small aluminum plate on which a PZT patch is surface-bonded. Cable-force loss could be monitored by installing the interface washer between the anchor plate and the anchorage of cable-anchor connection and examining the changes of impedance of the interface washer. Secondly, a FE model for cable-anchor connection is established to examine the effect of cable-force on impedance response of interface washer. Also, the effects of geometrical and material properties of the interface washer on impedance responses under various cable-forces are investigated. Finally, validation of the FE analysis is experimentally evaluated by a lab-scale cable-anchor connection.
본 논문은 direct digital synthesizer, 연산 증폭기 및 이득/위상 검출기로 구성된 소형 임피던스 분석기를 사용하여 차분 주파수 영역 반사 계측을 기반으로 한 케이블 결함 모니터링 시스템을 제시한다. 제안된 시스템은 주파수 영역 반사계측을 위한 고가의 벡터 네트워크 분석기를 저비용으로 대체할 수 있으므로, 장기간 동안 다중 지점을 모니터링하는 센서 네트워크 구성이 가능하다. 이 시스템의 성능은 전원 케이블의 결함 지점을 진단하는 실험을 통해 검증하였다.
Recently, there has been a surge in interest in equipment diagnosis and monitoring technology from the perspective of providing quality electricity in terms of reliability and safety. In order to meet the electrical demands of consumers, reliability of power supply needs to be maintained. For this purpose, a monitoring system for power cable is very important. Since real-time measuring equipment has many advantages, it is highly applicable. By measuring the load current and the surface temperature of power cables, we have monitored and identified the deterioration phenomena of power cables in operation. Since direct measurement of the cable conductor temperature is not easy, we have measured the surface temperature instead, and converted that temperature to obtain the conductor temperature of the cables. In addition, we have designed a system to detect the deterioration processes of the power cables in operation.
Stay cables play an essential role in cable-stayed bridges. Severe vibrations and/or harsh environment may result in cable failures. Therefore, an efficient structural health monitoring (SHM) solution for cable damage detection is necessary. This study proposes a data-driven method for immediately detecting cable damage from measured cable forces by recognizing pattern transition from the intact condition when damage occurs. In the proposed method, pattern recognition for cable damage detection is realized by time series classification (TSC) using a deep learning (DL) model, namely, the long short term memory fully convolutional network (LSTM-FCN). First, a TSC classifier is trained and validated using the cable forces (or cable force ratios) collected from intact stay cables, setting the segmented data series as input and the cable (or cable pair) ID as class labels. Subsequently, the classifier is tested using the data collected under possible damaged conditions. Finally, the cable or cable pair corresponding to the least classification accuracy is recommended as the most probable damaged cable or cable pair. A case study using measured cable forces from an in-service cable-stayed bridge shows that the cable with damage can be correctly identified using the proposed DL-TSC method. Compared with existing cable damage detection methods in the literature, the DL-TSC method requires minor data preprocessing and feature engineering and thus enables fast and convenient early detection in real applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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