Moffat, Ricardo A.;Beltran, Juan F.;Herrera, Ricardo
Geomechanics and Engineering
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v.9
no.3
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pp.397-414
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2015
Three different applications for monitoring displacements in underground structures using a BOTDR-based distributed optical fiber strain sensing system are presented. These applications are related to the strain measurements of (1) instrumented PVC tube designed to be attached to tunnel side wall and ceiling as a sensor; (2) rock bolts for tunnels; and (3) shotcrete lining under loading. The effectiveness of using the proposed strain sensing system is evaluated by carrying out laboratory tests, in-situ measurements, and numerical simulations. The results obtained from this validation process provide confidence that the optical fiber is able to quantify strain fields under a variety of loading conditions and consequently use this information to estimate the behavior of rock mass during mining activity. As the measuring station can be located as far as 1 km of distance, these alternatives presented may increase the safety of the mine during mining process and for the personnel doing the measurements on the field.
The present paper is concerned with the design of distributed sensors and actuators. Strain type sensors and actuators are considered with their intensity continuously distributed throughout a continuous structure. The sensors measure a weighted average of the strain tensor. As a starting point for their design we introduce the concept of collocated sensors and actuators as well as the so-called natural output. Then we utilize the principle of virtual work for an auxiliary quasi-static problem to assign a mechanical interpretation to the natural output of the sensors to be designed. Therefore, we take the virtual displacements in the principle of virtual work as that part of the displacement in the original problem, which characterizes the deviation from a desired one. We introduce different kinds of distributed sensors, each of them with a mechanical interpretation other than a weighted average of the strain tensor. Additionally, we assign a mechanical interpretation to the collocated actuators as well; for that purpose we use an extended body force analogy. The sensors and actuators are applied to solve the displacement tracking problem for continuous structures; i.e., the problem of enforcing a desired displacement field. We discuss feed forward and feed back control. In the case of feed back control we show that a PD controller can stabilize the continuous system. Finally, a numerical example is presented. A desired deflection of a clamped-clamped beam is tracked by means of feed forward control, feed back control and a combination of the two.
Kim, Kyung-Su;Bae, Dae-Seok;Koh, Yong-Kwon;Kim, Jung-Yul
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.8
no.4
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pp.293-301
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2010
Optical fiber cable, as a sensor, was installed on the wall of KAERI(Korea Atomic Energy Research Institute) Underground Research Tunnel(KURT) in order to monitor the physical stability of the tunnel, which was constructed for technical development and demonstration of radioactive waste disposal. This monitoring system has two simultaneous measurements of temperature and strain over time using Brillouin backscatter. According to the results of the monitoring from Jan. 2008 to Nov. 2009, there is no significant displacement or movement at the tunnel wall However, the cumulative volume of total strain increased slightly as time passes with the comparison of the reference observation, which was measured in Jan. 2008. The change in cumulative volume of total strain indicates that the strain level had been affected by saturation and de-saturation phenomena due to groundwater fluctuation at several points at KURT. This system is based on the distributed sensing technique concept, not point sensing. By using this system, a displacement can be detected with the range from $20{\mu}{\varepsilon}$ to $28,000{\mu}{\varepsilon}$ every 1m interval in minimum. A temperature variation can be monitored at every 0.5m interval with the resolution of 0.01 in minimum. Based on the study, this monitoring system is potentially applicable to long term monitoring systems for radioactive waste disposal project as well as other structures and underground openings.
Minardo, Aldo;Coscetta, Agnese;Porcaro, Giuseppe;Giannetta, Daniele;Bernini, Romeo;Zeni, Luigi
Structural Monitoring and Maintenance
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v.1
no.2
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pp.173-182
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2014
We describe the application of a distributed optical fiber sensor based on stimulated Brillouin scattering, as an integrated system for safety monitoring of railway infrastructures. The strain distribution was measured statically and dynamically along 60 meters of rail track, as well as along a 3-m stone arch bridge. We show that, gluing an optical fiber along the rail track, traffic monitoring can be performed in order to identify the train passage over the instrumented sector and determine its running conditions. Furthermore, dynamic and static strain measurements on a rail bridge are reported, aimed to detect potential structural defects. The results indicate that distributed sensing technology represents a valuable tool in railway traffic and safety monitoring.
With the rapid development of the distributed strain sensing (DSS) technology, the strain becomes an alternative monitoring parameter to analyze slope stability conditions. Previous studies reveal that the horizontal strain measurements can be used to evaluate the deformation pattern and failure mechanism of soil slopes, but they fail to consider various influential factors. Regarding the horizontal strain as a key parameter, this study aims to investigate the stability condition of a locally loaded slope by adopting the variable-controlling method and conducting a strength reduction finite element analysis. The strain distributions and factors of safety in different conditions, such as slope ratio, soil strength parameters and loading locations, are investigated. The results demonstrate that the soil strain distribution is closely related to the slope stability condition. As the slope ratio increases, more tensile strains accumulate in the slope mass under surcharge loading. The cohesion and the friction angle of soil have exponential relationships with the strain parameters. They also display close relationships with the factors of safety. With an increasing distance from the slope edge to the loading position, the transition from slope instability to ultimate bearing capacity failure can be illustrated from the strain perspective.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.3
no.3
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pp.237-243
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1999
Recently, there has been considerable interest in the development of fiber-optic sensors based on fiber Bragg gratings (FBGs), which can be made into Ge-doped fiber's core by UV phase mask or holographic methods. A good sensitivity and small size of this sensor make it an ideal candidate for distributed sensing in smart structures or other structural monitoring applications. In this study, fiber optic Bragg grating sensor, which could be applied to measure the absolute strains, was constructed and the strain sensitivity of this sensor was investigated in order to apply to the structural health monitoring. Fiber Fabry-Perot (FFP) filter has been used to detect the optical signals instead of optical spectrum analyzer. It has been convenient to determine the structural strains from the output signal of FBGs. The fiber optic Bragg grating sensor was attached on the aluminum beam near the electrical strain gage to measure the same strain. The relationship between strain and fiber signal was linearly fitted. The strain sensitivity of the fiber optic Bragg grating sensor was determined as $l.57{\mu}{\varepsilon}/{\mu}sec$ from the aluminum beam test.
According to the United States FMVSS 208, every passenger car on the market after September of 2006 must install a safety system, which can deploy the airbag with different intensity or suppression based on the passenger type, to reduce infant and child injuries from airbag deployments. The Weight Classification System, which has been developed by Hyundai Autonet, is a system that classifies the person occupying the passenger seat. To overcome sensing problems due to the weight sensors small voltage, the Distributed Systems Interface is adopted.
This paper proposes the strain-insensitive temperature sensing in quasi-distributed sensor system using different thermal expension coefficient materials. This system has the high sensitivity and hasn't the necessity of reference signal. We can monitor the condition of the power cable with this system.
A number of acceleration-based damage detection methods have been developed but they have not been widely applied in engineering practices because the acceleration response is insensitive to minor damage of civil structures. In this article, a damage detection approach using the long-gauge strain sensing technology and the principle component analysis technology is proposed. The Long gauge FBG sensor has its special merit for damage detection by measuring the averaged strain over a long-gauge length, and it can be connected each other to make a distributed sensor network for monitoring the large-scale civil infrastructure. A new damage index is defined by performing the principle component analyses of the long-gauge strains measured from the intact and damaged structures respectively. Advantages of the long gauge sensing and the principle component analysis technologies guarantee the effectiveness for structural damage localization. Examples of a simple supported beam and a steel stringer bridge have been investigated to illustrate the successful applications of the proposed method for structural damage detection.
Sun, Yijie;Shi, Bin;Chen, Shen-En;Zhu, Honghu;Zhang, Dan;Lu, Yi
Smart Structures and Systems
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v.13
no.1
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pp.41-53
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2014
Optical fiber Brillouin sensor in a coil winding setup is proposed in this paper to measure the expansion deformation of a concrete column with a central rebar subjected to accelerated corrosion. The optical sensor monitored the whole dynamic corrosion process from initial deformation to final cracking. Experimental results show that Brillouin Optical Time Domain Reflectometer (BOTDR) can accurately measure the strain values and identify the crack locations of the simulated reinforced concrete (RC) column. A theoretical model is used to calculate the RC corrosion expansive pressure and crack length. The results indicate that the measured strain and cracking history revealed the development of the steel bar corrosion inside the simulated RC column.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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