The structural health monitoring (SHM) benchmark study on optimal sensor placement problem for the instrumented Canton Tower has been launched. It follows the success of the modal identification and model updating for the Canton Tower in the previous benchmark study, and focuses on the optimal placement of vibration sensors (accelerometers) in the interest of bettering the SHM system. In this paper, the sensor placement problem for the Canton Tower and the benchmark model for this study are first detailed. Then an information entropy based sensor placement method with the purpose of damage detection is proposed and applied to the benchmark problem. The procedure that will be implemented for structural damage detection using the data obtained from the optimal sensor placement strategy is introduced and the information on structural damage is specified. The information entropy based method is applied to measure the uncertainties throughout the damage detection process with the use of the obtained data. Accordingly, a multi-objective optimal problem in terms of sensor placement is formulated. The optimal solution is determined as the one that provides equally most informative data for all objectives, and thus the data obtained is most informative for structural damage detection. To validate the effectiveness of the optimally determined sensor placement, damage detection is performed on different damage scenarios of the benchmark model using the noise-free and noise-corrupted measured information, respectively. The results show that in comparison with the existing in-service sensor deployment on the structure, the optimally determined one is capable of further enhancing the capability of damage detection.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.4
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pp.1133-1145
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1996
A method is proposed to predict the deformed shape of the structure subjected to the unknown external loads using the signal from the piezoceramic sensors. Such a shape estimation is based on the linear relationship between the deformation of structure and the signal from sensor, which is calculated using finite element method. The deformed shape is, then calculated using the linear matrix and the signals from the piezoceramic sensors attached to the structures. For the purpose, a structural analysis program is developed using a multi-layerd finite element of 8 nodes with 3 displacement and one voltage degrees of freedom at each node. The multiple layers with the different material properties can be layered within the element. The incompatible mode with the element is found to be crucial to catch the bending behavior accurately. The accuracy of the program is, then, verified by being compared with the experimental results performed by Crawley. The proposed shape estimation method is also verified for the different loads and sensor size. It is shown that the results of shape estimation method using the linear matrix well predicts the deflections compared with those of finite element method.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.35
no.1
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pp.39-45
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2015
Applications of smart sensors have been extended to safety systems in the aerospace, transportation and civil engineering fields. In particular, structural health monitoring techniques using smart sensors have gradually become necessary and have been developed to prevent dangers to human life and damage to assets. Generally, smart sensors are based on electro-magnets and have several weaknesses, including electro-magnetic interference and distortion. Therefore, fiber optic sensors are an outstanding alternative to overcome the weaknesses of electro-magnetic sensors. However, they require expensive devices and complex systems. This paper proposes a new, affordable and simple sensor system that uses a single fiber to monitor pressures at multiple-points. Moreover, a prototype of the sensor system was manufactured and tested for a feasibility study. Based on the results of this experimental test, a relationship was carefully observed between the bend loss conditions and light-intensity. As a result, it was shown that impacts at multiple-points could be monitored.
The agricultural environment is changing and becoming more advanced due to the influence of the 4th Industrial Revolution. From the basic plan of Rural Informatics to the current level of 2nd generation smart farms aimed at improving productivity using Big data, cloud network and more IoT technology. We are continuing to provide support and research and development. However, many problems remain to be solved in order to supply and settle smart farms in Korea. The purpose of this study is to provide a method of collecting and sharing data on farming environment and to help improve the income and productivity of farmers based on collected data. In the case of hog farm, the multiple sensors for environmental data like temperature, humidity and gases and the network environment for connecting the internet were established. The environment sensor was made using the ESP8266 Node MCU board as micro-controller, DHT22 sensor for temperature and humidity, and MQ series sensors for various gases in the hog pens. The network sensor was applied experimentally for one month and the environmental data of the hog farm was stored on a web database. This study is expected to raise the importance of collecting and managing the agricultural and environmental data, for the next generation farmers to understand the smart farm more easily and to try it by themselves.
Many sensor network applications have been developed for smart home, disaster management, and a wide range of other applications. These applications, however, generally assume a fixed base station as well as fixed sensor nodes. Previous research on sensor networks mainly focused on efficient transmission of data from sensors to fixed sink nodes. Recently there has been active research on mobile sink nodes, sink mobility is one of the most comprehensive trends for information gathering in sensor networks, but the research of an environment where both fixed sink nodes and mobile sinks are present at the same time is rather scarce. This paper proposes a scheme for context-aware by ubiquitous devices with the sink functionality added through fixed sinks under a previously-built, cluster-based multi-hop sensor network environment. To this end, clustering of mobile devices were done based on the fixed sinks of a previously-built sensor network, and by using appropriate fixed sinks, context gathering was made possible. By mathematical comparison with TTDD routing protocol, which was proposed for mobile sinks, it was confirmed that performance increases by average 50% in energy with the number of mobile sinks, and with the number of movements by mobile devices.
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.
Wireless sensor networks (WSNs) have emerged as a novel solution to many of the challenges of structural health monitoring (SHM) in civil engineering structures. While research projects using WSNs are ongoing worldwide, implementations of WSNs on full-scale structures are limited. In this study, a WSN is deployed on a full-scale 17.3m-long, 11-bay highway sign support structure to investigate the ability to use vibration response data to detect damage induced in the structure. A multi-level damage detection strategy is employed for this structure: the Angle-between-String-and-Horizon (ASH) flexibility-based algorithm as the Level I and the Axial Strain (AS) flexibility-based algorithm as the Level II. For the proposed multi-level damage detection strategy, a coarse resolution Level I damage detection will be conducted first to detect the damaged region(s). Subsequently, a fine resolution Level II damage detection will be conducted in the damaged region(s) to locate the damaged element(s). Several damage cases are created on the full-scale highway sign support structure to validate the multi-level detection strategy. The multi-level damage detection strategy is shown to be successful in detecting damage in the structure in these cases.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.20
no.7
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pp.1317-1324
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2016
Utilizing the Arduino platform to express the emotions that reflect the colors expressed the jewelry. Emotional color expression utilizes Plutchik's Wheel of Emotions model was applied to the similarity of emotions and colors. It receives the recognized value from the temperature, lighting, sound, pulse sensor and gyro sensor of a smart jewelery that can be easily accessible from your smartphone processes that recognize and process the emotion applied the rules of inference based on ontology. The emotional feelings color depending on the color looking for the emotion seen in context and applied to the smart LED jewelry. The emotion and the color combination of contextual information extracted from the recognition sensors are reflected in the built-in smart LED Jewelry depending on the emotions of the wearer. Take a light plus the emotion in a smart jewelery can represent the emotions of the situation, the doctor will be able to be a tool of representation.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.51
no.6
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pp.78-86
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2014
In this paper, a novel intensity-based fiber optic vibration sensor using a mass-spring structure, which consists of four serpentine flexure springs and a rectangular aperture within a proof mass, is proposed and its feasibility test is given by the simulation and experiment. An optical collimator is used to broaden the beam which is modulated by the displacement of the rectangular aperture within the proof mass. The proposed fiber optic vibration sensor has been analyzed and designed in terms of the optical and mechanical parts. A mechanical structure has been designed using theoretical analysis, mathematical modeling, and 3D FEM (Finite Element Method) simulation. The relative aperture displacement according to the base vibration is given using FEM simulation, while the output beam power according to the relative displacement is measured by experiment. The simulated sensor sensitivity of $15.731{\mu}W/G$ and detection range of ${\pm}6.087G$ are given. By using reference signal, the output signal with 0.75% relative error shows a good stability. The proposed vibration sensor structure has the advantages of a simple structure, low cost, and multi-point sensing characteristic. It also has the potential to be made by MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) technology.
Park, Young-Jin;Lyu, Hong-Kun;Lee, Sang-Kook;Cho, Hui-Sup
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.3
no.4
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pp.226-233
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2014
This paper presents an external light evasion method that rectifies the problem of misrecognition due to external lighting. The fundamental concept underlying the proposed method involves recognition of the differences between two images and elimination of the desynchronized external light by synchronizing the image sensor and inner light source of the optical touch screen. A range of artificial indoor light sources and natural sunlight are assessed. The proposed system synchronizes with a Vertical Synchronization (VSYNC) signal and the light source drive signal of the image sensor. Therefore, it can display synchronized light of the acquired image through the image sensor and remove external light that is not from the light source. A subtraction operation is used to find the differences and the absolute value of the result is utilized; hence, the order is irrelevant. The resulting image, which displays only a touched blob on the touchscreen, was created after image processing for coordination recognition and was then supplied to a coordination extraction algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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