This paper presents a systematic investigation of the effect of sensor location on the data quality and subsequently, on the effectiveness of machine health monitoring. Based on an analysis of the signal propagation process from the defect location to the sensor, numerical simulations using finite element modeling were conducted on a bearing test bed to determine the signal strength at several representative sensor locations. The results showed that placing sensors closely to the machine component being monitored is critical to achieving high signal-to-noise ratio, thus improving the data quality. Using millimeter-sized piezoceramic plates, the obtained results were evaluated experimentally. A comparison with a set of commercial vibration sensors verified the developed structural dynamics-based sensor placement strategy. It further demonstrated that the proposed shock wave-based sensing technique provided an effective alternative to vibration measurement, while requiring less space for sensor installation.
Soman, Rohan N.;Onoufrioua, Toula;Kyriakidesb, Marios A.;Votsisc, Renos A.;Chrysostomou, Christis Z.
Smart Structures and Systems
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v.14
no.1
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pp.55-70
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2014
The paper presents a multi-objective optimization strategy for a multi-type sensor placement for Structural Health Monitoring (SHM) of long span bridges. The problem is formulated for simultaneous placement of strain sensors and accelerometers (heterogeneous network) based on application demands for SHM system. Modal Identification (MI) and Accurate Mode Shape Expansion (AMSE) were chosen as the application demands for SHM. The optimization problem is solved through the use of integer Genetic Algorithm (GA) to maximize a common metric to ensure adequate MI and AMSE. The performance of the joint optimization problem solved by GA is compared with other established methods for homogenous sensor placement. The results indicate that the use of a multi-type sensor system can improve the quality of SHM. It has also been demonstrated that use of GA improves the overall quality of the sensor placement compared to other methods for optimization of sensor placement.
The structural health monitoring (SHM) benchmark study on optimal sensor placement problem for the instrumented Canton Tower has been launched. It follows the success of the modal identification and model updating for the Canton Tower in the previous benchmark study, and focuses on the optimal placement of vibration sensors (accelerometers) in the interest of bettering the SHM system. In this paper, the sensor placement problem for the Canton Tower and the benchmark model for this study are first detailed. Then an information entropy based sensor placement method with the purpose of damage detection is proposed and applied to the benchmark problem. The procedure that will be implemented for structural damage detection using the data obtained from the optimal sensor placement strategy is introduced and the information on structural damage is specified. The information entropy based method is applied to measure the uncertainties throughout the damage detection process with the use of the obtained data. Accordingly, a multi-objective optimal problem in terms of sensor placement is formulated. The optimal solution is determined as the one that provides equally most informative data for all objectives, and thus the data obtained is most informative for structural damage detection. To validate the effectiveness of the optimally determined sensor placement, damage detection is performed on different damage scenarios of the benchmark model using the noise-free and noise-corrupted measured information, respectively. The results show that in comparison with the existing in-service sensor deployment on the structure, the optimally determined one is capable of further enhancing the capability of damage detection.
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.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1997.04a
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pp.102-109
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1997
A study to determine a proper sensor placement was developed to improve force identification. Improper selection of response position cause erroneous result in force identification problem. This paper presents two methods to improve the conditioning of the system's FRM(Frequency Response Matrix) which affects the accuracy of result. The basic strategy of the two methods in selecting the response position is to let the smallest singular value be as large as possible by maximizing the orthogonality of FRM. The suggested methods are tested numerically with a fixed-fixed beam model. The test results show that the proposed methods are very effective in dealing with the force identification problem.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.36
no.12B
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pp.1670-1679
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2011
In the area of wireless sensor networks, sensor coverage and network connectivity problems are caused by a limited detection range and the communication distance of the nodes. To solve the coverage and connectivity problems, many studies are suggested, but most research is restricted to apply into the real environment because they didn't consider various environmental factors on wireless sensor network deployment. So in this paper, we propose a node deployment strategy considering environmental factors and the number of nodes in surveillance and reconnaissance sensor networks(SRSN). The proposed node deployment method divides the installation of the surveillance and reconnaissance sensor networks system into four steps such as identification of influences factors for node placement through IPB process, sensor node deployment based on sensing range, selection of monitoring site, and relay node deployment based on RF communication range. And it deploys the sensor nodes and relay nodes considered the features of the surveillance and reconnaissance sensor network system and environmental factors. The result of simulation indicates that the proposed node deployment method improves sensor coverage and network connectivity.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.9
s.90
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pp.819-826
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2004
A multi-step optimum strategy for the selection of the locations and directions of strain gauges is proposed in this paper to capture at best the modal response of blade in a series of modes on fan blades. It is consist of three steps including two pass reduction step, genetic algorithm and fine optimization to find the locations-directions of strain gauges. The optimization is based upon the maximum signal-to-noise ratio(SNR) of measured strain values with respect to the inherent system measurement noise, the mispositioning of the gauge in location and gauge failure. Optimal gauge positions for a fan blade is analyzed to prove the effectiveness of the multi-step optimum methodology and to investigate the effects of the considering parameters such as the mispositioning level, the probability of gauge failure, and the number of gauges on the optimal strain gauge position.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.8
no.9
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pp.3034-3055
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2014
Wireless Sensor Networks have extensively been utilized for ambient data collection from simple linear structures to dense tiered deployments. Issues related to optimal resource allocation still persist for simplistic deployments including linear and hierarchical networks. In this work, we investigate the case of dimensioning parameters for linear and tiered wireless sensor network deployments with notion of providing extended lifetime and reliable data delivery over extensive infrastructures. We provide a single consolidated reference for selection of intrinsic sensor network parameters like number of required nodes for deployment over specified area, network operational lifetime, data aggregation requirements, energy dissipation concerns and communication channel related signal reliability. The dimensioning parameters have been analyzed in a pipeline monitoring scenario using ZigBee communication platform and subsequently referred with analytical models to ensure the dimensioning process is reflected in real world deployment with minimum resource consumption and best network connectivity. Concerns over data aggregation and routing delay minimization have been discussed with possible solutions. Finally, we propose a node placement strategy based on a dynamic programming model for achieving reliable received signals and consistent application in structural health monitoring with multi hop and long distance connectivity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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