Structural Health Monitoring (SHM) gradually becomes a technique for ensuring the health and safety of civil infrastructures and is also an important approach for the research of the damage accumulation and disaster evolving characteristics of civil infrastructures. It is attracting prodigious research interests and the active development interests of scientists and engineers because a great number of civil infrastructures are planned and built every year in mainland China. In a SHM system the sheer number of accompanying wires, fiber optic cables, and other physical transmission medium is usually prohibitive, particularly for such structures as offshore platforms and long-span structures. Fortunately, with recent advances in technologies in sensing, wireless communication, and micro electro mechanical systems (MEMS), wireless sensor technique has been developing rapidly and is being used gradually in the SHM of civil engineering structures. In this paper, some recent advances in the research, development, and implementation of wireless sensors for the SHM of civil infrastructures in mainland China, especially in Dalian University of Technology (DUT) and Harbin Institute of Technology (HIT), are introduced. Firstly, a kind of wireless digital acceleration sensors for structural global monitoring is designed and validated in an offshore structure model. Secondly, wireless inclination sensor systems based on Frequency-hopping techniques are developed and applied successfully to swing monitoring of large-scale hook structures. Thirdly, wireless acquisition systems integrating with different sensing materials, such as Polyvinylidene Fluoride(PVDF), strain gauge, piezoresistive stress/strain sensors fabricated by using the nickel powder-filled cement-based composite, are proposed for structural local monitoring, and validating the characteristics of the above materials. Finally, solutions to the key problem of finite energy for wireless sensors networks are discussed, with future works also being introduced, for example, the wireless sensor networks powered by corrosion signal for corrosion monitoring and rapid diagnosis for large structures.
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.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.4
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pp.1294-1300
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2010
In an environment where all nodes move, the sensor node receives anchor node's position information within communication radius and modifies the received anchor node's position information by one's traveled distance and direction in saving in one's memory, where if there at least 3, one's position is determined by performing localization through trilateration. The proposed localization mechanisms have been simulated in the Matlab. In an environment where certain distance is maintained and nodes move towards the same direction, the probability for the sensor node to meet at least 3 anchor nodes with absolute coordinates within 1 hub range is remote. Even if the sensor node has estimated its position with at least 3 beacon information, the angle ${\theta}$ error of accelerator and digital compass will continuously apply by the passage of time in enlarging the error tolerance and its estimated position not being relied. Dead reckoning technology is used as a supplementary position tracking navigation technology in places where GPS doesn't operate, where one's position can be estimated by knowing the distance and direction the node has traveled with acceleration sensor and digital compass. The localization algorithm to be explained is a localization technique that uses Dead reckoning where all nodes are loaded with omnidirectional antenna, and assumes that one's traveling distance and direction can be known with accelerator and digital compass. The simulation results show that our scheme performed better than other mechanisms (e.g. MCL, DV-distance).
In this study, data transmission ratio and power consumption issues of Zigbee based sensor module and personal digital assistant(PDA) were addressed to develop ECG telemetry device. PDA processes the data transmitted through serial port using non-blocking method. The transmission rate was dependent on the packet structure. It was 300 ECG samples/sec, when each packet was composed of 2 ECG data and 3-axial acceleration vector. Using two AAA batteries in series, operating time of the wireless sensor module was above 28 hours in average. Power consumption of PDA was dependent on screen ON/OFF condition and serial port usage. In this application, operating time of PDA was 5 hours in average. In conclusion, there was no problem in the power consumption of wireless sensor module and transmission rate, when the developed device was used as 24 hour Holter device. But, PDA has the problem of power consumption, which should be solved.
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.23
no.2
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pp.76-83
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2022
With the recent development of IT technology, research and interest in various biosignal measuring devices is increasing. As an aging society is in full swing, research on the elderly population using IT-related technologies is continuously developing. This study is about the development of life pattern detection and fall detection algorithm, which is one of the medical service areas for the elderly, who are rapidly developing as they enter a super-aged society. This study consisted of a system using a 3-axis accelerometer and an electrocardiogram sensor, collected data, and then analyzed the data. It was confirmed that behavioral patterns could be classified from the actual research results. In order to evaluate the usefulness of the human activity monitoring system implemented in this study, experiments were performed under various conditions, such as changes in posture and walking speed, and signal magnitude range and signal vector magnitude parameters reflecting the acceleration of gravity of the human body and the degree of human activity. was extracted. And the possibility of discrimination according to the condition of the subject was examined by these parameter values.
Purpose: Image artifacts caused by patient motion cause problems in cone-beam computed tomography (CBCT) because they lead to distortion of the 3-dimensional reconstruction. This prospective study was performed to quantify patient movement during CBCT acquisition and its influence on image quality. Materials and Methods: In total, 412 patients receiving CBCT imaging were equipped with a wireless head sensor system that detected inertial, gyroscopic, and magnetometric movements with 6 dimensions of freedom. The type and amplitude of movements during CBCT acquisition were evaluated and image quality was rated in 7 different anatomical regions of interest. For continuous variables, significance was calculated using the Student t-test. A linear regression model was applied to identify associations of the type and extent of motion with image quality scores. Kappa statistics were used to assess intra- and inter-rater agreement. Chi-square testing was used to analyze the impact of age and sex on head movement. Results: All CBCT images were acquired in a 10-month period. In 24% of the investigations, movement was recorded (acceleration: >0.10 [m/s2]; angular velocity: >0.018 [°/s]). In all examined regions of interest, head motion during CBCT acquisition resulted in significant impairment of image quality (P<0.001). Movement in the horizontal and vertical axes was most relevant for image quality (R2>0.7). Conclusion: Relevant head motions during CBCT imaging were frequently detected, leading to image quality loss and potentially impairing diagnosis and therapy planning. The presented data illustrate the need for digital correction algorithms and hardware to minimize motion artefacts in CBCT imaging.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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