Ravizza, Gabriele;Ferrari, Rosalba;Rizzi, Egidio;Chatzi, Eleni N.
Smart Structures and Systems
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제22권5호
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pp.631-641
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2018
This paper outlines a computational procedure for the effective merging of diverse sensor measurements, displacement and acceleration signals in particular, in order to successfully monitor and simulate the current health condition of civil structures under dynamic loadings. In particular, it investigates a Kalman Filter implementation for the Heterogeneous Data Fusion of displacement and acceleration response signals of a structural system toward dynamic identification purposes. The procedure is perspectively aimed at enhancing extensive remote displacement measurements (commonly affected by high noise), by possibly integrating them with a few standard acceleration measurements (considered instead as noise-free or corrupted by slight noise only). Within the data fusion analysis, a Kalman Filter algorithm is implemented and its effectiveness in improving noise-corrupted displacement measurements is investigated. The performance of the filter is assessed based on the RMS error between the original (noise-free, numerically-determined) displacement signal and the Kalman Filter displacement estimate, and on the structural modal parameters (natural frequencies) that can be extracted from displacement signals, refined through the combined use of displacement and acceleration recordings, through inverse analysis algorithms for output-only modal dynamics identification, based on displacements.
초음파 의료용 변형률 영상에서 화질을 향상시키기 위해서는 정확한 변위를 계산하여야 한다. 본 논문에서는 2차원 방향의 움직임에 의한 변위를 구할 때 1차원 변위 계산법을 적용하기 위하여 초음파 신호의 축방향 변위와 측방향 변위를 분리하여 계산하였다. 측방향 변위를 계산하기 위하여, 측방향으로 정렬된 1차원 신호를 해석 신호 (analytic signal)로 변환한 뒤 상호상관방법을 이용하였다. 제안한 측방향 변위계산 알고리즘을 이용하여 구한 측방향 변위로 측방향 움직임을 보상한 뒤에, 다시 축방향 변위를 구하여 변형률 영상을 얻었다. 제안한 방법으로 얻은 변형률 영상은, 기존의 축방향 변위만 계산하여 얻은 변형률 영상에 비해 신호 대 잡음비와 명암대비 대 잡음비에서 향상됨을 팬텀과 인체 데이터를 이용한 실험을 통해 확인하였다.
Spool displacement of a direction control valve is the standard signal to measure the bandwidth frequency of the direction control valve. When the spool displacement signal is not available, it is suggested in this study to use the metering hydraulic line as an alternative way to measure - 90 degree phase bandwidth frequency of the hydraulic direction control valve. Dynamics of the hydraulic line is composed of inertia, capacitance, and friction effects. The effect of oil inertia is dominant in common hydraulic line dynamics and the line dynamics is close to a derivative action in a range of high frequency; such as a range of bandwidth frequency of common directional control valves. Phase difference between spool displacement and line load pressure is nearly constant as a valve close to 90 degree. If phase difference is compensated from the phase between valve input and pressure, compensated phase may be almost same as the phase of spool displacement that is a standard signal to measure phase bandwidth frequency of the directional control valve. A series of experiments were conducted to examine the possibility of using line pressure in to measure phase bandwidth frequency of a directional control valve. Phase bandwidth frequency could be measured with relatively high precision based on metering hydraulic line technique and it reveals consistent results even when valve input, oil temperature, and supply pressure change.
건축 구조물의 상대적인 변위 계측을 위하여 2메가 픽셀 Full HD(FHD) 해상도의 카메라와 디지털 영상상관(DIC, Digital Image Correlation) 플랫폼을 설계하고, 계측에 영향을 주는 영상 품질을 분석하였다. DIC 플랫폼은 Freescale사의 I.MX6를 기반으로 설계하였다. 영상 상관을 이용한 계측은 영상의 품질에 따라 계측 정밀도에 영향을 줄 수 있는데, 이러한 영상 품질 요인으로 영상의 밝기(brightness), 대조(contrast), 신호대 잡음비(SNR, Signal to Noise Ratio)를 분석하였다. 관심 영역(ROI, Region Of Interest)으로 설정한 부분에서 추출한 영상을 기준 영상으로 삼고, 일정 시간 경과 후 디지털 영상 상관(DIC)을 이용하여 기준 영상의 이동을 화소 및 부화소 단위로 추적 계산하여 변위를 측정하였다. 더불어 DIC 기반의 비접촉 원격 계측의 유효성을 파악하기 위하여 25m, 35m, 50m의 계측 거리에서, 영상 품질 요인 및 ROI 의 크기를 조정하여 측정을 하고 정밀도를 분석하였다.
The sending characteristics of the non-contact type displacement transducers can affect the performances of the magnetic bearing systems when they support the rotating shaft. The probe type displacement sensor detects not only the displacement of the rotor at the sensing position but also the surface irregularitis of the rotor such as surface roughnessand roundness errors. If there exist such measuring errors, the magnetic bearing can not apply proper force against the rotor displacements for the detected signal is the input to the magnetic bearing controllers. The cylindrical shape capacitive transducer can detect the rotor displacement by the integral sum of the charges which are formed between the sensor plates and rotor so that it can reduce the detecting errors induced by the surface irregularities of the rotor. By theore- tical analysis, we compared the sensing characteristics of the cylindrical shape capacitive transducers for the rotors that have some sinusoidal irregularities with that of the ideal probe type displacement transducers.
An extensometer system to measure strain and displacement of cylindrical fatigue specimen in a autoclave of high temperature and high pressure environment has been developed by KEPRI. The extensometer reads the displacement caused by fatigue loads at the target length of the specimen installed inside the autoclave. The performance of the extensometer were tested at 15MPa, $315^{\circ}C$ of a operating pressurized water reactor. Two LVDT's of magnet type were connected to the extensometer and used for converting the fatigue displacement to electronic signal. The device is being used for developing environmental fatigue curve of CF8M cast austenitic stainless steel (CASS) in the test condition of low cycle and low strain. This paper introduces the background and results of the development.
To improve productivity of a metal cutting process, it is required to monitor machining stability in real time. Since cutting environment is harsh against sensing conditions due to vibration, chip, and cutting fluid, etc., it is necessary to develop a robust and reliable sensing system for the practical application. In this work, a chatter monitoring system was developed and its effectiveness was proved. Spindle displacement caused by cutting was selected as a main monitoring parameter. A cylindrical capacitive displacement sensor was adopted. Chatter frequencies were identified through modal analysis. To quantify chatter vibrations, chatter correlation coefficient was introduced. The identification of the monitoring system showed a good agreement with the result of experiment.
This paper presents a control method for the performance improvement of a proportional solenoid actuator using a Pulse Width Modulation (PWM) signal. It is very difficult to obtain excellent response performance from a proportional solenoid actuator using a simple proportional controller with no PWM signal or dither because the mass and structure of a proportional solenoid actuator changes according to the application target, friction force in the proportional solenoid tube, operating force and displacement range. To solve the above problems, first, a controller with a PWM function for experimenting with attraction force characteristics was designed and manufactured. Secondly, an experimental setup for solenoid performance measurement with a force sensor and a displacement sensor was also manufactured. The attraction force characteristics according to the frequency and duty ratio variations of a PWM signal were tested and the relationships among the frequency, duty ratio, plunger mass and friction characteristics were analyzed. Finally, response characteristics improvements for proportional solenoid actuators are discussed.
To realize a robot hand interacting like a human hand, there are many tactile sensors sensing normal force, shear force, torque, shape, roughness and temperature. This sensing signal is essential to manipulate object accurately with robot hand. In particular, slip sensors make manipulation more accurate and breakless to object. Up to now several slip sensors were developed and applied to robot hand. Many of them used complicate algorithm and signal processing with vibration data. In this paper, we developed novel principle slip sensor using separation layer. These two layers are moved from each other when slip occur. Developed sensor can sense slip signal by measuring this relative displacement between two layers. Also our principle makes slip signal decoupled from normal force and shear force without other sensors. The sensor was fabricated using the NBR(acrylo-nitrile butadiene rubber) and the Ecoflex as substrate and a paper as dielectric. To verify our sensor, slip experiment and normal force decoupling test were conducted.
본 논문은 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 레벨 측정기 설계와 시뮬레이션을 통한 성능분석에 대하여 기술한다. 설계된 레벨미터는 FMCW radar를 이용하여 최대 20m 거리를 측정하며, 거리 계산을 위한 비트신호 분석기법으로 FFT(Fast Fourier Transform)와 Zoom-FFT를 적용하였다. 성능 분석을 위해 시뮬레이션을 통하여 두가지 기법을 비교 분석한 결과, 측정오류를 최소화하고 측정의 분해능을 향상시키기 위해서는 Zoom-FFT 기법이 보다 적절한 기법임을 확인하였다. 시뮬레이션은 주파수 분해능과 측정거리 분해능의 최적 값을 얻기 위해 다양한 조건에서 분석하였고, 1.024GHz 주파수 조건에서 2.2mm의 측정 분해능을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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