Taylor, Stuart G.;Farinholt, Kevin M.;Park, Gyuhae;Todd, Michael D.;Farrar, Charles R.
Smart Structures and Systems
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v.6
no.5_6
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pp.661-673
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2010
This paper presents recent developments in an extremely compact, wireless impedance sensor node (the WID3, $\underline{W}$ireless $\underline{I}$mpedance $\underline{D}$evice) for use in high-frequency impedance-based structural health monitoring (SHM), sensor diagnostics and validation, and low-frequency (< ~1 kHz) vibration data acquisition. The WID3 is equipped with an impedance chip that can resolve measurements up to 100 kHz, a frequency range ideal for many SHM applications. An integrated set of multiplexers allows the end user to monitor seven piezoelectric sensors from a single sensor node. The WID3 combines on-board processing using a microcontroller, data storage using flash memory, wireless communications capabilities, and a series of internal and external triggering options into a single package to realize a truly comprehensive, self-contained wireless active-sensor node for SHM applications. Furthermore, we recently extended the capability of this device by implementing low-frequency analog-to-digital and digital-to-analog converters so that the same device can measure structural vibration data. The compact sensor node collects relatively low-frequency acceleration measurements to estimate natural frequencies and operational deflection shapes, as well as relatively high-frequency impedance measurements to detect structural damage. Experimental results with application to SHM, sensor diagnostics and low-frequency vibration data acquisition are presented.
Condition monitoring has been recognized as an effective and low-cost method to enhance the reliability and improve the maintainability of power electronic converters. In power electronic converters, high-frequency oscillation occurs during the switching transients of power transistors, which is known as ringing. The ringing frequency mainly depends on the values of the parasitic capacitance and stray inductance in the oscillation loop. Although circuit stray inductance is an important factor that leads to the ringing, it does not change with transistor aging. A shift in either the inside inductance or junction capacitance is an important failure precursor for power transistors. Therefore, ringing frequency can be used to monitor the health of power transistors. However, the switching actions of power transistors usually result in a dynamic behavior that can generate oscillation signals mixed with background noise, which makes it hard to directly extract the ringing frequency. A frequency extraction method based on empirical mode decomposition (EMD) and Fast Fourier transformation (FFT) is proposed in this paper. The proposed method is simple and has a high precision. Simulation results are given to verify the ringing analysis and experimental results are given to verify the effectiveness of the proposed method.
Kim, Kyeong-Seop;Shin, Seung-Won;Lee, Jeong-Whan;Choi, Hee-Jung
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.57
no.6
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pp.1109-1115
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2008
In the ubiquitous health monitoring environments, it is quite important not only to evaluate the physiological health condition but also mental stress condition. In order to achieve this goal, a heart activity monitoring system utilizing a wearable bipolar electrode is devised and the heart rate variability(HRV) is extracted and interpreted in both frequency and time feature domains. Consequently, to evaluate the emotional stress condition of the subjects, a stress-induced experimental protocol was applied to healthy subjects and the time and frequency features of heart activity were analyzed in terms of the ratio of low frequency components v.s., high frequency components and the relevant the moving average distributions compromising the successive RR peaks intervals in the ambulatory ECG measurement system.
The scour induced by strong currents and wave action decreases the embedded length of monopiles and leads to a decrease of their structural stability. The objective of this study is the development and consideration of scour-monitoring techniques for offshore monopile foundations. Tests on physical models are carried out with a model monopile and geo-materials prepared in a cylindrical tank. A strain gauge, two coupled ultrasonic transducers, and ten electrodes are used for monitoring the scour. The natural frequency, ultrasonic reflection images, and electrical resistivity profiles are obtained at various scour depths. The experimental results show that the natural frequency of the model monopile decreases with an increase in the scour depth and that the ultrasonic reflection images clearly detect the scour shape and scour depth. In addition, the electrical resistivity decreases with an increase in scour depth. This study suggests that natural frequency measurement, ultrasonic reflection imaging, and electrical resistivity profiling may be used as effective tools to monitor the scour around an offshore monopile foundation.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.12
s.117
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pp.1224-1230
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2006
Pipe thinning is one of the major issues for the structural fracture of pipes of nuclear power plants. Therefore a method to inspect a large area of piping systems quickly and accurately is needed. In this paper, we proposed the method for monitoring pipe thinning. Our basic idea come from that a group velocity of impact wave is different as wall thickness. If the group velocity is measured, wall thickness can be estimated. To obtain the group velocity, time -frequency analysis is used. This is because an arrival time difference can be measured easily in time-frequency domain rather than time domain. To test the performance of this technique, experiments have been performed for a plate and U type pipe. Results show that the proposed technique is quite powerful in the monitoring pipe thinning.
Kim, Dong-Wan;Ha, Jae-Hong;Shin, Hae-Gon;Lee, Yoon-Hee;Kim, Young-Baik
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1996.05a
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pp.587-593
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1996
Vibration analysis is one of the most powerful tools available for the detection and isolation of incipient faults in mechanical systems. The methods of vibration analysis in use today and under continuous study are broad band vibration monitoring, time domain analysis, and frequency domain analysis. In recent years, great interest has been generated concerning the use of time-frequency representation and its application for a machinery diagnostics and condition monitoring system. The objective of the research described in this paper was to develop a new diagnostic tool for the rotating machinery. This paper introduces a new time-frequency representation, Directional Wigner-Ville Distribution, which analyses the time- frequency structure of the rotating machinery vibration.
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.5
no.4
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pp.281-286
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2004
The wear process of end mill is a so complicated process that a more reliable technique is required for the monitoring and controling the tool life and its performance. This research presents a new tool wear monitoring method based on the sound signal generated on the machining. The experiment carried out continuous-side-milling for using the high-speed steel end mill under wet condition. The sound pressure was measured at 0.5m from the cutting zone by a dynamic microphone, and was analyzed at frequency domain. The tooth passing frequency appears as a harmonics form, and end mill wear is related with the first harmonic. It can be concluded from the result that the tool wear is correlate with the intensity of the measured sound at tooth passing frequency estimation of end mill wear using sound is possible through frequency analysis at tooth passing frequency under the given circumstances.
This paper presents a prestress-loss monitoring technique for prestressed concrete (PSC) girder structures that uses a vibration-based system identification method. First, the theoretical backgrounds of the prestress-loss monitoring technique and the system identification technique are presented. Second, vibration tests are performed on a lab-scaled PSC girder for which the modal parameter was measured for several prestress-force cases. A numerical modal analysis is performed by using an initial finite element (FE) model from the geometric, material, and boundary conditions of the lab-scaled PSC girder. Third, a vibration-based system identification is performed to update the FE model by identifying structural parameters since the natural frequency of the FE model became identical to the experimental results. Finally, the feasibility of the prestress-loss monitoring technique is evaluated for the PSC girder model by using the experimentally measured natural frequency and numerically identified natural frequency for several prestress-force cases.
Nowadays, many tunnels have been commissioned for several decades, which require effective inspection methods to assess their health conditions. The ambient vibration test has been widely adopted for the damage identification of concrete structures. In this study, the vibration characters of tunnel lining shells built with forepoling method was analyzed based on the analytical solutions of the Donnell-Mushtari shell theory. The broken rock, foreploing, rock-concrete contacts between rock mass and concrete lining, was represented by elastic boundaries with normal and shear stiffness. The stiffness of weak contacts has significant effects on the natural frequency of tunnel lining. Numerical simulations were also carried out to compare with the results of the analytical methods, showing that even though the low nature frequency is difficult to distinguish, the presented approach is convenient, effective and accurate to estimate the natural frequency of tunnel linings. Influences of the void, the lining thickness and the concrete type on natural frequencies were evaluated.
The respiratory and heart beat signals are the fundamental physiological signals for sleep monitoring in the home. Using the air mattress sensor system, the respiration and heart beat movements can be measured without any harness or sensor on the subject's body which makes long term measurement difficult and troublesome. The differential measurement technique between two air cells is adopted to enhance the sensitivity. The concept of the balancing tube between two air cells is suggested to increase the robustness against postural changes during the measurement period. With this balancing tube, the meaningful frequency range could be selected by the pneumatic filter method. The mathematical model for the air mattress and balancing tube was suggested and the validation experiments were performed for step and sinusoidal input. The results show that the balancing tube can eliminate the low frequency component between two cells effectively. This technique was applied to measure the respiration and heart beat on the bed, which shows the potential applications for sleep monitoring device in home. With the analysis of the waveform, respiration intervals and heart beat intervals were calculated and compared with the signal from conventional methods. The results show that the measurement from air mattress with balancing tube can be used for monitoring respiration and heart beat in various situations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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