Structural Health Monitoring Using Smart Sensors - ideals ...

5.3 Synchronized sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.3.1 Time synchronization effect on SHM applications . . . . . . . . . . . . 74
5.3.2 Estimation on time synchronization error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.3.3 Issues toward synchronized sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.3.4 Realization of synchronized sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
CHAPTER 6 ALGORITHMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
6.1 Natural Excitation Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
6.2 Eigensystem Realization Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
6.3 Damage Locating Vector method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
6.4 Distributed Computing Strategy for SHM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
6.5 Stochastic Damage Locating Vector method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
6.6 Extension of DCS for SHM with the SDLV method . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
CHAPTER 7 REALIZATION OF DCS FOR SHM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
7.1 Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
7.1.1 Fast Fourier Transform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
7.1.2 Singular value decomposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
7.1.3 Eigensolver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
7.1.4 Complex matrix inverse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
7.1.5 Sort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
7.2 DCS implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
7.2.1 Sensing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
7.2.2 NExT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
7.2.3 ERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
7.2.4 DLV methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
7.2.5 DCS logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
7.2.6 Final implementation on the Imote2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
7.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
CHAPTER 8 EXPERIMENTAL VERIFICATION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
8.1 Experimental setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
8.2 NExT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
8.3 ERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
8.4 DLV methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
8.5 DCS logic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
8.6 Calculation and communication time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
8.7 Battery life . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
8.8 Damage detection results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
8.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
CHAPTER 9 CONCLUSIONS AND FUTURE STUDIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
9.1 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
9.2 Future studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
9.2.1 Sensing capability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
9.2.2 Damage detection capability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162