• Interaction and multiscale mechanics
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• 제1권3호
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• pp.357-368
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• 2008

The result of damage detection from on-site measurements is commonly polluted by unavoidable measurement noises. It is widely recognized that this side influence could be reduced to some extent if the sensor placement was properly designed. Although many methods have been proposed to find the optimal number and location of mono-type sensors, the optimal layout of multi-type sensors need further investigation, because a network of heterogeneous sensors is commonly used in engineering. In this paper, a new criterion of the optimal placement for different types of sensors is proposed. A corresponding heuristic is developed to search for good results. In addition, Monte Carlo simulation is suggested to design a robust damage detection system which contains certain redundancies. The validity of these methods is illustrated by two bridge examples.

• 전자공학회논문지CI
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• 제44권1호
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• pp.41-48
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• 2007

본 논문은 2.4GHz 무선 채널 특성을 가진 센서 노드의 손실 없는 데이터 전송을 위한 최적의 배치 방법을 제안한다. 제안한 방식은 무선 환경에서 log-normal path loss 모델을 구성하여 최적의 송수신 거리를 결정하고, 센서 노드의 밀도 계산을 통해서 최적의 센서 노드 개수를 구한다. 데이터 손실이 없는 전송을 위해 송수신 가능 거리와 센서 노드의 개수를 이용하여 공간에 최적으로 배치할 수 있는 위치를 SOM(Self-Organizing Feature Maps)으로 탐색한다. 논문에서 실험한 건물에서는 센서노드의 송수신 거리는 20m이고, 최적의 센서 노드 개수는 8개가 되었으며, 시뮬레이션을 통해서 센서 노드의 최적의 위치 탐색과 센서 노드의 연결 상태를 확인하였다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제17권2호
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• pp.205-210
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• 2017

무선 센서 네트워크는 환경 모니터링, 감시 시스템, 무인 우주 탐사 등의 다양한 분야에서 활용 가능하다. 하지만 노드의 부적절한 배치로 인해 센싱할 수 없는 지역이 생기거나 특정 지역에 노드가 과도하게 중복 될 수도 있다. 이는 데이터 수집을 어렵게 하고, 에너지 낭비를 야기할 수 있다. 본 논문에서는 노드 재배치를 통해 이러한 배치 문제를 해결한다. 먼저 중복 배치된 노드를 찾고, 이 노드들을 센싱할 수 없는 지역으로 옮겨서 최대한 넓은 지역을 센싱할 수 있도록 한다. 본 논문에서는 이를 위해 필요한 효율적인 알고리즘을 제안하고 시뮬레이션을 통해 제안 방법을 검증하였다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제54권2호
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• pp.305-317
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• 2015

Optimal sensor placement (OSP) is an integral component in the design of an effective structural health monitoring (SHM) system. This paper describes the implementation of a novel collaborative-climb monkey algorithm (CMA), which combines the artificial fish swarm algorithm (AFSA) with the monkey algorithm (MA), as a strategy for the optimal placement of a predefined number of sensors. Different from the original MA, the dual-structure coding method is adopted for the representation of design variables. The collaborative-climb process that can make the full use of the monkeys' experiences to guide the movement is proposed and incorporated in the CMA to speed up the search efficiency of the algorithm. The effectiveness of the proposed algorithm is demonstrated by a numerical example with a high-rise structure. The results show that the proposed CMA algorithm can provide a robust design for sensor networks, which exhibits superior convergence characteristics when compared to the original MA using the dual-structure coding method.

• Smart Structures and Systems
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• 제21권4호
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• pp.407-420
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• 2018

In structural health monitoring, it is meaningful to comprehensively utilize accelerometers and strain gauges to obtain the modal information of a structure. In this paper, a modal estimation theory is proposed, in which the displacement modes of the locations without accelerometers can be estimated by the strain modes of selected strain gauge measurements. A two-stage sensor placement method, in which strain gauges are placed together with triaxial accelerometers to obtain more structural displacement mode information, is proposed. In stage one, the initial accelerometer locations are determined through the combined use of the modal assurance criterion and the redundancy information. Due to various practical factors, however, accelerometers cannot be placed at some of the initial accelerometer locations; the displacement mode information of these locations are still in need and the locations without accelerometers are defined as estimated locations. In stage two, the displacement modes of the estimated locations are estimated based on the strain modes of the strain gauge locations, and the quality of the estimation is seen as a criterion to guide the selection of the strain gauge locations. Instead of simply placing a strain gauge at the midpoint of each beam element, the influence of different candidate strain gauge positions on the estimation of displacement modes is also studied. Finally, the modal assurance criterion is utilized to evaluate the performance of the obtained multitype sensor placement. A bridge benchmark structure is used for a numerical investigation to demonstrate the effectiveness of the proposed multitype sensor placement method.

• 대한기계학회논문집A
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• 제27권6호
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• pp.938-945
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• 2003

In the present study, the inverse perturbation method is applied to the structural damage detection in conjunction with a system condensation technique. The system condensation technique is adopted to r esolve the problem due to the incomplete measurement of the degrees-of-freedom (DOFs) in a natural mode. However, the numerical difficulty may arise in the system condensation when the DOFs to be measured are not properly selected. Thus, the issue of sensor placement for structural damage detection, in the framework of the condensation technique-based inverse perturbation method, is considered in this study. Also, a methodology to measure the number of sensors required to obtain reliable damage detection is proposed and then verified through some illustrative example problem.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권3호
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• pp.31-38
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• 2003

본 연구는 최적설계에 사용되는 역섭동법을 구조물의 손상탐지에 적용하였다. 이 방법은 손상의 위치를 정확하게 탐지하기 위하여 미지수보다 많은 수의 구속조건이 필요하므로, 최적설계와는 달리 비선형 회소자승법을 수치기법에 사용한다. 한편 손상탐지의 경우, 모든 자유도의 응답이 측정가능한 것은 아니며 제한된 수의 센서에서 부분적인 진동모드만 측정할 수 있다. 이처럼 부분적인 정보를 사용하여, 손상진단을 성공적으로 수행하기 위해서는 사용될 센서의 수와 위치를 결정하는 연구가 매우 중요한다. 본 논문에서는 센서의 개수가 결정되었을 때, 손상탐지에 적합한 센서 위치의 선정방법에 관하여 연구하였다. 이러한 연구의 결과로 순차적 소거법이 역섭동법을 이용한 손상탐지에 가장 적합한 센서위치의 선정방법임을 수치 예에서 확인하였다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제24권5호
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• pp.381-389
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• 2014

This study is concerned with the estimation of vibration-field of a cylindrical structure by modal expansion method(MEM). MEM is a technique that identifies modal participation factors using some of vibration signals and natural modes of the structure: The selection of sensor locations has a big influence on predicted vibration results. Therefore, this paper deals with four optimal sensor placement( OSP) methods, EFI, EFI-DPR, EVP, AutoMAC, for the estimation of vibration field. It also finds optimal sensor locations of the cylindrical structure by each OSP method and then performs MEMs. Predicted vibration results compared with reference ones obtained by forced response analysis. The standard deviations of errors between reference and predicted results were also calculated. It is utilized to select the most suitable OSP method for estimation of vibration field of the cylindrical structure.

• 한국방재학회 논문집
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• 제10권4호
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• pp.9-16
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• 2010

구조물 상시모니터링에서 센서위치 최적화는 모니터링 결과에 중요한 영향을 준다. 따라서 본 논문은 구조계수 또는 손상도를 추정하기 위한 목적으로 동특성 자료를 계측하고자 할 때, 충분한 정보를 획득할 수 있는 최적의 계측점을 선정하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 유전자 알고리즘을 계측점 선정을 위한 최적화 기법으로 사용하는 것이다. 유전자 알고리즘의 핵심인 적합도함수를 구조계수에 의한 모드벡터의 민감도와 모드벡터의 직교성을 고려할 수 있도록 구성하였다. 간단한 타워 구조물에 대한 예제 해석을 통해 제안된 방법의 타당성을 확인하였다. 적합도함수를 구성하고 있는 모드 민감도와 모드 직교성이 최적 계측점 선정에 어떤 영향을 주는지 예제해석을 통하여 분석하였다. 결론적으로, 제안된 적합도 함수를 사용하면 계측 목적에 타당한 계측점을 선정할 수 있음을 확인하였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 1998년도 춘계학술대회논문집; 용평리조트 타워콘도, 21-22 May 1998
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• pp.684-688
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• 1998

Optimization of the collocated piezoceramic sensor/actuator placement is investigated numerically and verified experimentally for vibration control of laminated composite plates. The finite element method is used for the analysis of dynamic characteristics of the laminated composite plates with the piezoceramic sensor/actuator. The structural damping index(SDI) is defined from the modal damping. It is chosen as the objective function for optimization. Weights for each vibrational mode are taken into account in the SDI calculation. The gradient method is used for the optimization. Optimum location of the piezoceramic sensor/actuator is determined by maximizing tie SDI. Numerical simulation and experimental results show that the optimum location of the piezoceramic sensor/actuator is dependent upon the outer layer fiber orientations of the plate, and location and size of the piezoceramic sensor/actuator.