Structural Health Monitoring Using Smart Sensors - ideals ...
Structural Health Monitoring Using Smart Sensors - ideals ...
Structural Health Monitoring Using Smart Sensors - ideals ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Contents<br />
Page<br />
CHAPTER 1 INTRODUCTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1<br />
1.1 <strong>Monitoring</strong> of civil infrastructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1<br />
1.2 SHM using smart sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2<br />
1.3 Overview of report . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3<br />
CHAPTER 2 BACKGROUND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5<br />
2.1 <strong>Smart</strong> sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5<br />
2.1.1 <strong>Smart</strong> sensor’s essential features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5<br />
2.1.2 <strong>Smart</strong> sensors to date . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9<br />
2.2 Middleware services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15<br />
2.3 <strong>Structural</strong> <strong>Health</strong> <strong>Monitoring</strong> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17<br />
2.4 Attempts toward SHM using smart sensors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22<br />
2.4.1 Research attempts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22<br />
2.4.2 Difficulties in using smart sensors for SHM applications . . . . . . . 23<br />
2.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27<br />
CHAPTER 3 SHM ARCHITECTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28<br />
3.1 Desirable characteristics of an SHM system employing smart sensors . . . . . 28<br />
3.2 SHM system architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33<br />
3.2.1 Network system architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33<br />
3.2.2 <strong>Smart</strong> sensor platform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35<br />
3.2.3 Middleware services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36<br />
3.2.4 Damage detection algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36<br />
3.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36<br />
CHAPTER 4 SENSOR BOARD CUSTOMIZATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41<br />
4.1 Strain sensor board development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41<br />
4.2 AA filter board development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43<br />
4.3 Experimental verification of strain sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47<br />
4.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49<br />
CHAPTER 5 MIDDLEWARE SERVICES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51<br />
5.1 Data aggregation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51<br />
5.1.1 Estimate on data amount in SHM applications . . . . . . . . . . . . . . . . 51<br />
5.1.2 Model-based data aggregation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53<br />
5.1.3 Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55<br />
5.2 Reliable communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56<br />
5.2.1 The effects of data loss on SHM applications . . . . . . . . . . . . . . . . 57<br />
5.2.2 Packet loss estimation in RF communication . . . . . . . . . . . . . . . . . 61<br />
5.2.3 Reliable communication protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62