A highly sensitive magnetic sensor using the Giant MagnetoImpedance effect has been developed. The sensor performance is studied and estimated. The sensor circuitry consists of a square wave generator (driving source), a sensing element in a form of composite wire of a 25 $\mu$m copper core electrodeposited with a thin layer of soft magnetic material ($Ni_{80}Fe_{20}$), and two amplifier stages for improving the gain, switching mechanism, scaler circuit, an AC power source driving the permeability of the magnetic coating layer of the sensing element into a dynamic state, and a signal pickup LC circuit formed by a pickup coil and an capacitor. Experimental studies on sensor have been carried out to investigate the key parameters in relation to the sensor sensitivity and resolution. The results showed that for high sensitivity and resolution, the frequency and magnitude of the ac driving current through the sensing element each has an optimum value, the resonance frequency of the signal pickup LC circuit should be equal to or twice as the driving frequency on the sensing element, and the anisotropy of the magnetic coating layer of the sensing wire element should be longitudinal.
The Air Quality Sensor(AQS), located near the fresh air inlet, serves to reduce the amount of pollution entering the vehicle cabin through the HVAC(heating, ventilating, and air conditioning) system by sending a signal to close the fresh air inlet door/ventilation flap when the vehicle enters a high pollution area. The sensor module which includes two independent sensing elements for responding to diesel and gasoline exhaust gases, and temperature sensor and humidity sensor was designed for intelligent AQS in automobile. With this sensor module, AVR microcontroller was designed with back propagation neural network to a powerful gas/vapor pattern recognition when the motor vehicles pass a pollution area. Momentum back propagation algorithm was used in this study instead of normal backpropagation to reduce the teaming time of neural network. The signal from neural network was modified to control the inlet of automobile and display the result or alarm the situation in this study. One chip microcontroller, ATmega 128L(ATmega Ltd., USA) was used for the control and display. And our developed system can intelligently reduce the malfunction of AQS from the dampness of air or dense fog with the backpropagation neural network and the input sensor module with four sensing elements such as reducing gas sensing element, oxidizing gas sensing element, temperature sensing element and humidity sensing element.
This paper presents the robust control simulation of a composite beam using self-sensing actuators(SSA). The self-sensing actuator is a new concept for intelligent material, where a single piezoelectric element simultaneously functions as both a sensor and an actuator. In a practical implementation of the self-sensing actuator an electrical bridge circuit is used to measure strain. The circuit could provide significant information about strain in the element if it were well-balanced. Our aim is design a robust controller which guarantees that the performance of a self-sensing actuator is robust against perturbation of the bridge balance and to confirm the advantages of this technique. Simulation results show that the self-sensing actuator driven by the designed controller exhibits excellent performance in suppressing the vibration of a composite beam.
MPA (Multi-Point Averaging) flow element is a new type of differential pressure (DP) flow-sensing device that was developed by Seojin Instech to improve the operating characteristics of the conventional Averaging Pilot Tube (APT) flow elements. Operating characteristics of a flowmeter in general can be defined in terms of measurement accuracy and range. Improvement of accuracy and expanding the range of flow measurement were the two main objectives of the development. To achieve these dual objectives several upstream and downstream pressure-sensing holes were placed in MPA flow element. During the course of the development it was found that certain arrangements of the pressure-sensing holes improved measurement accuracy but did not expand operating flow range of Averaging Pilot Tubes. Development tests were performed with water between Reynolds number of 50,000 and 1,000,000 in the four-inch test line at the Alden Research Laboratory, U.S.A. Purpose of this paper is to present the relationship between the various locations of the pressure-sensing holes and the performance characteristics of MPA flow element. Furthermore, the operating characteristics of the best performing MPA are compared with those of typical orifice and APT.
A sensing element for tri-axial force measurement, unit sensor of tactile sensor, was designed and evaluated by using finite element method (ANSYS). The sensor has a maximum force range of ${\pm}10$ N in the x, y, and z direction. Optimal cell structures and piezoresistor positions were determined by the strain distribution obtained from finite element analysis. Finally three Wheatstone birdge circuits were arranged and verified by $F_x$, $F_y$, and $F_z$ loading conditions. In addition, in case of sensing element subjected to thermal loading, the outputs of three bridge circuits were also evaluated.
An anemometer employing the bulk PTC thermistor as the sensing element is investigated in this study. The numerical and experimental works are carried out to improve the sensitivity problem of the element by focusing fluid dynamics point of view. The typical shape of the sensing element has been used as a rectangular type, but this shape has a sensitivity problem because of flow separations on the sharp edge when the flow direction is different from that of the sensing element. In order to reduce the reading error, the installer has to be very careful about the flow direction. The reading error fluctuation by time as well as the sensitivity problem can be improved considerably through this study. It can be concluded that the small change of the sensor shape can improve the performance of the flow sensor.
Savino, Pierclaudio;Gherlone, Marco;Tondolo, Francesco
Structural Engineering and Mechanics
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제72권2호
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pp.217-227
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2019
The methodology known as "shape sensing" allows the reconstruction of the displacement field of a structure starting from strain measurements, with considerable implications for structural monitoring, as well as for the control and implementation of smart structures. An approach to shape sensing is based on the inverse Finite Element Method (iFEM) that uses a variational principle enforcing a least-squares compatibility between measured and analytical strain measures. The structural response is reconstructed without the knowledge of the mechanical properties and load conditions but based only on the relationship between displacements and strains. In order to efficiently apply iFEM to the most common structural typologies of civil engineering, its formulation according to the kinematical assumptions of the Bernoulli-Euler theory is presented. Two beam inverse finite elements are formulated for different loading conditions. Depending on the type of element, the relationship between the minimum number of required measurement stations and the interpolation order is defined. Several examples representing common applications of civil engineering and involving beams and frames are presented. To simulate the experimental strain data at the station points and to verify the accuracy of the displacements obtained with the iFEM shape sensing procedure, a direct FEM analysis of the considered structures is performed using the LUSAS software.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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제3권1호
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pp.66-70
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2001
This paper describes the design of a two-axis force sensor for robots finger. In detects the x-direction force Fx and y-direction force Fy simultaneously. In order to safely grasp an unknown object using the robots fingers, they should detect the force or gripping direction and the force of gravity direction, and perform the force control using the forces detected. Therefore, the robots hand should be made by the robots finger with tow-axis force sensor that can detect the x-direction force and y-direction force si-multaneously. Thus, in this paper, the two-axis force sensor for robots finger is designed using several parallel-plate beams. The equations to calculate the strain of the beams according to the force in order to design the sensing element of the force sensor are derived and these equations are used to design the aize of two-axis force sensor sensing element. The reliability of the derive equa-tions is verified buy performing a finite element analysis of the sensing element. The strain obtained through this process is compared to that obtained through the theory analysis and a characteristics test of the fabricated sensor. It reveals that the rated strains calculated from the derive equations make a good agreement with the results from the Finite Element Method analysis and from the character-istic test.
This paper presents a feasibility study of flexible piezoelectric paint for use in wide-band low-profile surface-mount or embeddable ultrasonic sensor for in situ structural health monitoring. Piezoelectric paint is a piezoelectric composite with 0-3 connectivity. Because of its ease of application, piezoelectric paint can be readily fabricated into sensing element with complex pattern. This study examines the characteristics of piezoelectric paint in acoustic emission signal and ultrasonic guided wave sensing. A series of ultrasonic tests including pitch catch and pencil break tests were performed to validate the ultrasonic wave sensing capability of piezoelectric paint. The results of finite element simulation of ultrasonic wave propagation, and acoustic emission generated by a pencil lead break on an aluminum plate are also presented in this paper along with corresponding experimental data. Based on the preliminary experimental results, the piezoelectric paint appears to offer a promising sensing material for use in real-time monitoring of crack initiation and propagation in both metallic and composite structures.
Shoukry, Samir N.;Luo, Yan;Riad, Mourad Y.;William, Gergis W.
Smart Structures and Systems
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제12권6호
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pp.661-678
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2013
In this paper, a wireless sensing system for structural field evaluation and rating of bridges is presented. The system uses a wireless platform integrated with traditional analogue sensors including strain gages and accelerometers along with the operating software. A wireless vehicle position indicator is developed using a tri-axial accelerometer node that is mounted on the test vehicle, and was used for identifying the moving truck position during load testing. The developed software is capable of calculating the theoretical bridge rating factors based on AASHTO Load and Resistance Factor Rating specifications, and automatically produces the field adjustment factor through load testing data. The sensing system along with its application in bridge deck rating was successfully demonstrated on the Evansville Bridge in West Virginia. A finite element model was conducted for the test bridge, and was used to calculate the load distribution factors of the bridge deck after verifying its results using field data. A confirmation field test was conducted on the same bridge and its results varied by only 3% from the first test. The proposed wireless sensing system proved to be a reliable tool that overcomes multiple drawbacks of conventional wired sensing platforms designed for structural load evaluation of bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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