Design and implementation of a wireless passive sensing system for structural health monitoring
Yapısal sağlık izleme için kablosuz pasif bir algılayıcı sistemin tasarlanması ve gerçekleştirilmesi
- Tez No: 430271
- Danışmanlar: PROF. DR. AYHAN ALTINTAŞ, PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR, DOÇ. DR. VAKUR BEHÇET ERTÜRK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 165
Özet
Yapısal sağlık izleme, belirli hasar göstergelerinin gözlemlenerek, yapılarda hasarın tespit edilmesini ve önüne geçilmesini ve insan yaşamının korunmasını amaçlar. Yapısal sağlık izlemedeki en önemli hasar göstergelerinden biri, betonun içinde gömülü halde bulunan çelik donatılarda oluşan gerinimdir. Bu gerinim, zaman içerisinde yavaşça oluşabileceği gibi, deprem gibi aşırı yüklemeler sonucu birdenbire de meydana gelebilir. Bu çalışmada, yapılarda oluşan gerinim ve bağıl yer değiştirme seviyelerinin algılanarak ölçülmesi amaçlı yeni bir kablosuz pasif algılayıcı sistem sunulmaktadır. Algılayıcı sistem, bir iç içe geçmiş yarık-halka rezonatör prob (NSRR) ile alıcı-verici bir antenden oluşmaktadır. Bu iki eleman elektromanyetik bağlaşık bir sistem oluşturarak çok yüksek bir hassasiyet ve çözünürlük ile beraber geniş bir dinamik menzili mümkün kılmaktadır. Bu sistemle, çelik donatıların elastik (geri döndürülebilir-doğrusal) ve plastik (geri döndürülemez-doğrusal olmayan) deformasyon bölgelerindeki gerinim/yer değiştirmeyi takip etmek mümkündür. Bu çalışmada, şu deneyler için sonuçlar verilmektedir: Laboratuvar ortamında yer değiştirme düzeneğinde gerçekleştirilen karakterizasyon deneyleri, çelik bir donatının kırılmaya kadar çekici bir kuvvet ile yüklendiği çekme deneyleri ve bir kirişin yüklenerek kirişin aşağısında bulunan donatılarda uzamanın gözlemlendiği basit mesnetli kiriş deneyleri. özellikle, basit mesnetli kiriş deneyleri, önerilen algılayıcı sistemin gerçek hayat uygulaması olarak kullanılması yolunda son basamak olma özelliği taşımaktadır. Algılayıcı sistemin, gerinim pulu gibi kablolu aygıtların bozulup ölçüm yapamadıkları noktalardan çok daha sonra bile doğru olarak veri almaya devam ettiği gösterilmektedir. Ayrıca, donatılar ve betonun oluşturduğu karmaşık elektromanyetik ortamın algılamaya olan etkileri de incelenmektedir. Bunlara ek olarak, geliştirildiği takdirde ileride iki boyutlu gerinim haritası çıkarma gibi uygulamalarda yararlanılabilecek, birden çok prob ve tek anten ile gerçeklenen bir çoklu algılama kabiliyeti öne sürülüp deneylerle kanıtlanmaktadır. Son olarak, NSRR yapısı için bir eşdeğer devre modeli önerilmekte, bu modelin sonuçlarının, tam dalga benzetimler ve ölçüm sonuçlarıyla örtüştüğü gösterilmektedir. Bu çalışma, tasarlanan algılayıcı sistemin mikrogerinim seviyesinde yapısal sağlık izleme uygulamaları ile deprem sonrası hasar tespiti açısından faydalı olabilecek yüksek seviyedeki yer değiştirmelerin ölçülmesi için de bir alternatif oluşturma potansiyeli olduğunu ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Structural health monitoring (SHM) aims to ensure detection and prevention of damage in structures and protection of human life via observation of certain damage indicators. In SHM, one of the most important damage indicators is the strain forming on the steel reinforcing bars (rebars) embedded inside concrete. This strain can slowly develop over time, or can suddenly occur due to an overload such as an earthquake. In this dissertation, a novel wireless passive sensing system is presented for detecting and measuring the level of strain and relative displacement in structures. The sensing system comprises a nested split-ring resonator (NSRR) probe along with a transceiver antenna. These two elements form an electromagnetically coupled system that yields very high sensitivity and resolution of displacement and strain sensing accompanied with a wide dynamic range of measurement. Using this wireless system, it is possible to track strain/displacement in both the elastic (reversible-linear) and plastic (irreversible-nonlinear) deformation regions of steel rebars. In the dissertation, the results of the following experiments are presented: Characterization experiments carried out on a translation stage in laboratory environment, tensile test experiments where a rebar is loaded with a pulling force until fracture, and simply supported beam experiments where a beam undergoes loading, which leads to tensile strains on rebars at the bottom of the beam. Especially, the simply supported beam experiments constitute a decisive step toward a real-life application of the proposed sensing system. The sensing system is shown to acquire accurate data until the end of the measurements in which the wired devices such as strain gages break down and fail to capture. Furthermore, the effects of the complex electromagnetic medium formed by the rebars and the concrete on sensing are investigated. In addition, a multi-point sensing capability via multiple probes and single antenna is proposed and experimentally demonstrated, which can be used in 2-D surface strain mapping with further improvements. Finally, an equivalent circuit model is given for the NSRR structure, the results of which are compared to and found to be in good agreement with full-wave simulations and measurements. This study shows that the designed sensing system has the potential to be an alternative for both microstrain-level SHM and large displacement measurements, which can be useful for post-earthquake damage assessment
Benzer Tezler
- Design and enhancement of microstrip patch antenna for personal networks in the government institutions
Mikro şerit tasarımı ve geliştirilmesi kişisel ağlar için yama antenidevlet kurumlarında
SAIF MOHAMMED KADHIM KAMAL AL ATTAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolAltınbaş ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ABDULLAHI ABDU IBRAHIM
- Quick discovery of mobile devices: Carrier sensing orsimultaneous detection
Başlık çevirisi yok
ALTUĞ KARAKURT
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolThe Ohio State UniversityDR. ATİLLA ERYİLMAZ
- Design and implementation of a microwave cavity resonator for modulated backscattered wave
Kiplemeli dalga geri saçılımı için mikrodalga kovuk çınlatıcı tasarım ve üretimi
AHMET AKKOÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞİMŞEK DEMİR
- Performance assessment of nonlinear active devices to design broadband microwave power amplifiers via virtual gain optimization
Doğrusal olmayan aktif elemanların performans analizi ve sanal kazanç optimizasyonuyla genişbandlı mikrodalga güç kuvvetlendiricisi tasarımı
SEDAT KILINÇ
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL SERDAR ÖZOĞUZ
PROF. DR. BEKİR SIDDIK BİNBOĞA YARMAN
- GaAs pHEMT class-E power amplifier design
GaAs pHEMT E-sınıfı güç küvvetlendirici tasarımı
BEHNOOSH MESKOOB
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
ÖĞR. GÖR. HASAN BÜLENT YAĞCI