Structural health monitoring (SHM) is an active research area devoted to the assessment of the structural integrity of critical components of aerospace, civil and mechanical systems. Guided wave methods have been proposed for SHM of plate-like structures using permanently attached piezoelectric transducers, which generate and sense waves to evaluate the presence of damage. Effective interrogation of structural health is often facilitated by sensors and actuators with the ability to perform directional scanning. In this research, the novel class of Frequency Steerable Acoustic Transducers (FSATs) is proposed for directional generation/sensing of guided waves. The FSATs are characterized by a spatial arrangement of the piezoelectric material which leads to frequency-dependent directionality. The resulting FSATs can be employed both for directional sensing and generation of guided waves, without relying on phasing and control of a large number of channels. Because there is no need for individual control of transducer elements, hardware and power requirements are drastically reduced so that cost and hardware limitations of traditional phased arrays can be partially overcome. The FSATs can be also good candidates for remote sensing and actuation applications, due to their hardware simplicity and robustness. Validation of the proposed concepts first employs numerical methods. Next, the prototyping of the FSATs allows an experimental investigation confirming the analytical and numerical predictions. Imaging algorithm based on frequency warping is also proposed to enhance results representation.

Health monitoring of aeronautic structures and human beings is becoming crucial because of the human safety issues. In this thesis integrated (IUTs) and flexible ultrasonic transducers (FUTs) have been developed using a sol-gel spray piezoelectric film fabrication technology. IUTs can be fabricated directly onto the structures with curved surfaces even on-site. FUTs were made using membrane substrates of thickness less than 75 mum. In-situ monitoring of AI airframe thickness was carried out and the thickness measurement accuracy was better than 36 mum and 41 mum for IUT and FUT, respectively. The thickness of the ice on top of the AI airframe was also measured. Two crucial piezoelectric constants d33 and d31 of the composite film were measured with laser interferometer and optical coherence tomography system, respectively. Pulse and breath of a human being were also monitored using flexible piezoelectric membrane sensors. In addition, bones in human body were observed using FUTs as well and their performance is comparable to that of commercial ultrasonic transducers.

Η μελέτη αυτή αποσκοπεί να εμβαθύνει εμπεριστατωμένα στο ζήτημα του ελέγχου βλαβών αυτοκινήτου με την χρήση πιεζοκρυστάλλων. Οι κρύσταλλοι αυτοί είναι τοποθετημένοι στο σώμα της μηχανής και λαμβάνουν δονήσεις από το περιβάλλον τους τις οποίες μετατρέπουν σε ηλεκτρικά σήματα. Τα σήματα αυτά επεξεργάζονται κατόπιν από ένα μικροελεγκτή και συγκεκριμένα το AduC 7026 της Analog Devices. Η διάταξη μας δηλαδή είναι ικανή να ανιχνεύσει οποιαδήποτε βλάβη υπάρχει στο αυτοκίνητο η οποία επηρεάζει συστήματα εντός της εμβέλειας των πιεζοηλεκτρικών αισθητήρων οι οποίοι βρίσκονται πάνω στο σώμα της μηχανής. Η μελέτη χωρίζεται σε έξι μέρη. Στο πρώτο αναλύεται εξαρχής η κατασκευή , η λέιτουργία και τα μέρη της μηχανής του αυτοκινήτου. Στο δεύτερο αναλύεται η φύση , η λειτουργία των πιεζοκρυστάλλων και οι σχέσεις που διέπουν τη λειτουργία τους. Στο τρίτο μέρος ακολουθεί η μέθοδος με την οποία αναλύονται οι δονήσεις και εκμαιεύεται συμπέρασμα για την ορθή ή εσφαλμένη λειτουργία της μηχανής. Στο τέταρτο εξετάζεται η δομή και η λειτουργία του μικροελεγκτή, καθώς και παρουσιάζεται το λογισμικό Keil-Uvision. Στο πέμπτο παρατίθενται τμήματα του κώδικα που αναπτύχθηκε και εξηγείται η λειτουργία τους. Στο έκτο γίνεται η προσομοίωση του κώδικα. Ο κώδικας γράφτηκε σε γλώσσα προγραμματισμού C. / This thesis aims to investigate the subject of fault detection of automobile vehicles by the use of piezoelectric transducers that are placed upon the engine of the vehicle. The transducers receive the vibrations and turn them into electric signals. These signals are being processed by a microcontroller and specifically the Aduc7026 built by Analog Devices. The ordinance is capable of detecting faults in the vehicle affecting systems within the range of vibration receiving capability of piezoelectric transducers The thesis is devided into 6 parts. The 1st section deals with the construction and the operation of the internal combustion engine. In the 2nd section the nature, the operation and the mathematical formulations that define the operation of piezoelectric transducers are being analyzed. The 3rd part deals with the method by which the vibrations are analyzed so as to decide whether the engine operates normally. The 4th section deals with the structure and operation of the microcontroller and with the Keil-Uvision software. In the 5th part sections of the code are referenced and their operation is being explained. In the 6th and final part the code is being simulated. The code is written in C programming language.

Submitted by Marcelo Marchi (marcelo.marchi@outlook.com) on 2016-02-01T14:54:11Z No. of bitstreams: 1 MARCHI_M.pdf: 2521553 bytes, checksum: bbdd16180ad3fd8085e045a41549b236 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-02-02T13:31:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marchi_m_dr_bauru_pdf.pdf: 2521553 bytes, checksum: bbdd16180ad3fd8085e045a41549b236 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-02T13:31:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marchi_m_dr_bauru_pdf.pdf: 2521553 bytes, checksum: bbdd16180ad3fd8085e045a41549b236 (MD5) Previous issue date: 2015-12-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O processo de retificação é considerado um dos últimos na cadeia de produção de peças de precisão, sendo, portanto, essencial ter um sistema de monitoramento confiável para avaliar a condição da superfície da peça. Neste trabalho é proposto o uso do método da impedância eletromecânica (EMI) para monitorar, em tempo real, o processo de retificação plana, especialmente no que diz respeito à condição da peça retificada. O método EMI se destaca por sua simplicidade e por utilizar componentes de baixo custo, tais como os transdutores piezelétricos de PZT (Pb-Lead Zirconate Titanate). A fim de avaliar a viabilidade do método EMI no processo de retificação, ensaios experimentais foram realizados numa máquina retificadora plana empregando-se rebolo CBN e peça de aço SAE 1020, com transdutores de PZT instalados na peça e no seu suporte. Durante o processo de retificação, a impedância elétrica do transdutor foi medida e índices de dano foram calculados e comparados com o desgaste da peça. Os resultados experimentais indicam que o método EMI pode ser uma alternativa eficiente e de baixo custo para o monitoramento de peças de precisão no processo de retificação plana. / Grinding is considered one of the last processes in precision parts manufacturing, which makes it indispensable to have a reliable monitoring system to evaluate workpiece surface integrity. This paper proposes the use of the electromechanical impedance (EMI) method to monitor the surface grinding operation in real time, particularly the surface integrity of the ground workpiece. The EMI method stands out for its simplicity and for using low-cost components such as PZT (lead zirconate titanate) piezoelectric transducers. In order to assess the feasibility of applying the EMI method to the grinding process, experimental tests were performed on a surface grinder using a CBN grinding wheel and a SAE 1020 steel workpiece, with PZT transducers mounted on the workpiece and its holder. During the grinding process, the electrical impedance of the transducers was measured and damage indices were calculated and compared with workpiece wear. The experimental results indicate that the EMI method can be an efficient and cost effective alternative for monitoring precision workpieces during the surface grinding process. / CAPES: 118227-2

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-09-15Bitstream added on 2014-12-02T11:20:51Z : No. of bitstreams: 1 000799830.pdf: 4517190 bytes, checksum: 4566f2d205fed1f4cb035a7c44ec4214 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Esta tese apresenta o estudo e implementação de técnicas de inspeção de estruturas delgadas tipo placa utilizando arrays de transdutores piezelétricos e ondas acústicas guiadas, associados a métodos de formação e composição de imagens. A detecção de danos em estruturas através de ondas guiadas e arrays de transdutores é um campo de pesquisa de grande importância, principalmente em áreas como a aeroespacial e de geração de energia, que utilizam estruturas delgadas e que exigem inspeção eficaz e completa, visando confiabilidade e segurança. O emprego de ondas acústicas guiadas permite inspecionar grandes áreas utilizando sensores sem a necessidade de realizar varreduras pela peça, de maneira não-destrutiva. Além disso, apresenta sensibilidade a diversos tipos de defeitos, como furos, corrosão, variação de espessura e defeitos superficiais. São estudados aspectos de propagação de ondas, diferentes modos de propagação e dispersão, assim como as principais características dos arrays e a formação de imagens. Os estudos teóricos são acompanhados por simulações usando os softwares MATLAB e PZFlex para obtenção dos modos de propagação das ondas, interação com defeitos e diagramas de radiação dos transdutores, cujos resultados são validados por meio da análise experimental em placas de materiais isotrópicos (alumínio). Montou-se um array linear de transdutores piezelétricos com 16 elementos na borda de uma placa de alumínio com defeitos artificiais. Os sinais provenientes de todas as possíveis combinações dos pares transmissor-receptor foram adquiridos para a utilização de técnicas de abertura sintética. A primeira contribuição deste trabalho é um método para detecção dos defeitos baseado na fase instantânea dos sinais. Substituindo-se a informação de amplitude dos sinais pela fase instantânea (IP) no método de formação de imagem, ... / This thesis presents the study and implementation of non-destructive testing techniques of platelike structures using piezoelectric array transducers and guided acoustic waves, associated with beamforming techniques and image compounding methods. Damage detection in structures using guided waves and arrays is a promising research area, especially in the aerospace and energy fields, where the use of plate-like structures demands thorough inspection due to the high safety levels of operation. Guided acoustic waves techniques can be used to inspect relatively large areas without the necessity of moving the transducers, in a non-destructive way. There are different propagation modes that can be coupled to the plate, and each mode is sensitive to specific types of defects, like notches, delamination and surface defects. Wave propagation, different propagation modes and dispersion characteristics, as well as arrays characteristics and imaging algorithms, are studied. MATLAB and PZFlex simulations are used to get further insight in the theoretical aspects, to obtain dispersion curves, interaction with defects and array response. Experimental results validate the simulations with isotropic materials (aluminum). A 16-elements piezoelectric linear array is mounted at the border of an aluminum plate with artificial defects. The signals related to all combinations of transmit-receive pairs are obtained with burst excitation, for use with synthetic aperture (SA) techniques. The first contribution of this work is a method for defect detection based on the instantaneous phase of the aperture data. The instantaneous phase (IP) image is obtained by replacing the amplitude information by the instantaneous phase in the conventional SA beamforming. From the analysis of the IP image, a threshold level is proposed in terms of the number of signals used for imaging. This threshold is applied to the IP image, resulting ... / FAPESP: 10/02240-0 / FAPESP: 10/16400-0 / FAPESP: 13/00330-0

Orientador: Ricardo Tokio Higuti / Co-orientador: Oscar Martinez-Graullera / Banca: Claudio kitano / Banca: Samuel da Silva / Banca: Nicolas Leonardo Pérez Alvarez / Banca: Joaquim Miguel Maia / Resumo: Esta tese apresenta o estudo e implementação de técnicas de inspeção de estruturas delgadas tipo placa utilizando arrays de transdutores piezelétricos e ondas acústicas guiadas, associados a métodos de formação e composição de imagens. A detecção de danos em estruturas através de ondas guiadas e arrays de transdutores é um campo de pesquisa de grande importância, principalmente em áreas como a aeroespacial e de geração de energia, que utilizam estruturas delgadas e que exigem inspeção eficaz e completa, visando confiabilidade e segurança. O emprego de ondas acústicas guiadas permite inspecionar grandes áreas utilizando sensores sem a necessidade de realizar varreduras pela peça, de maneira não-destrutiva. Além disso, apresenta sensibilidade a diversos tipos de defeitos, como furos, corrosão, variação de espessura e defeitos superficiais. São estudados aspectos de propagação de ondas, diferentes modos de propagação e dispersão, assim como as principais características dos arrays e a formação de imagens. Os estudos teóricos são acompanhados por simulações usando os softwares MATLAB e PZFlex para obtenção dos modos de propagação das ondas, interação com defeitos e diagramas de radiação dos transdutores, cujos resultados são validados por meio da análise experimental em placas de materiais isotrópicos (alumínio). Montou-se um array linear de transdutores piezelétricos com 16 elementos na borda de uma placa de alumínio com defeitos artificiais. Os sinais provenientes de todas as possíveis combinações dos pares transmissor-receptor foram adquiridos para a utilização de técnicas de abertura sintética. A primeira contribuição deste trabalho é um método para detecção dos defeitos baseado na fase instantânea dos sinais. Substituindo-se a informação de amplitude dos sinais pela fase instantânea (IP) no método de formação de imagem, ... / Abstract: This thesis presents the study and implementation of non-destructive testing techniques of platelike structures using piezoelectric array transducers and guided acoustic waves, associated with beamforming techniques and image compounding methods. Damage detection in structures using guided waves and arrays is a promising research area, especially in the aerospace and energy fields, where the use of plate-like structures demands thorough inspection due to the high safety levels of operation. Guided acoustic waves techniques can be used to inspect relatively large areas without the necessity of moving the transducers, in a non-destructive way. There are different propagation modes that can be coupled to the plate, and each mode is sensitive to specific types of defects, like notches, delamination and surface defects. Wave propagation, different propagation modes and dispersion characteristics, as well as arrays characteristics and imaging algorithms, are studied. MATLAB and PZFlex simulations are used to get further insight in the theoretical aspects, to obtain dispersion curves, interaction with defects and array response. Experimental results validate the simulations with isotropic materials (aluminum). A 16-elements piezoelectric linear array is mounted at the border of an aluminum plate with artificial defects. The signals related to all combinations of transmit-receive pairs are obtained with burst excitation, for use with synthetic aperture (SA) techniques. The first contribution of this work is a method for defect detection based on the instantaneous phase of the aperture data. The instantaneous phase (IP) image is obtained by replacing the amplitude information by the instantaneous phase in the conventional SA beamforming. From the analysis of the IP image, a threshold level is proposed in terms of the number of signals used for imaging. This threshold is applied to the IP image, resulting ... / Doutor

Submitted by RICARDO ZANNI MENDES DA SILVEIRA null (ricazanni@gmail.com) on 2017-06-07T16:11:41Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Mestrado_Eng_Eletrica_Ricardo_Zanni_2017.pdf: 2344048 bytes, checksum: b519ada02ffab82aa4fa7f014877a9a4 (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-06-07T16:26:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 silveira_rzm_me_bauru.pdf: 2344048 bytes, checksum: b519ada02ffab82aa4fa7f014877a9a4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-07T16:26:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 silveira_rzm_me_bauru.pdf: 2344048 bytes, checksum: b519ada02ffab82aa4fa7f014877a9a4 (MD5) Previous issue date: 2017-05-26 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Transdutores piezelétricos são amplamente utilizados em muitos métodos não destrutivos para a detecção de danos estruturais em aplicações de monitoramento de integridade estrutural ou SHM (Structural Health Monitoring). Dentre os vários métodos não destrutivos, a técnica da impedância eletromecânica (E/M) é conhecida por utilizar cerâmicas piezelétricas pequenas e finas que desempenham simultaneamente as funções de atuador e sensor. O método convencional de instalação dessas cerâmicas piezelétricas na estrutura é utilizando um adesivo de alta rigidez como cola a base de epóxi ou cianoacrilato. No entanto, alguns estudos propõem métodos alternativos de instalação do transdutor, visando a sua reutilização ou que permitam o monitoramento em condições adversas sob as quais a instalação direta do sensor não seria possível. Assim, esta dissertação de mestrado apresenta uma análise experimental comparativa entre os principais métodos de acoplamento entre o transdutor piezelétrico e a estrutura monitorada em sistemas de SHM baseados na técnica da impedância eletromecânica (E/M). Os acoplamentos dos transdutores piezelétricos foram realizados pelos métodos da instalação direta, também conhecida como instalação convencional, por acoplamento magnético e lâminas de alumínio. O transdutor utilizado para os métodos de acoplamento foi o diafragma piezelétrico, comumente conhecido como buzzer. Testes com os três métodos de instalação foram realizados em estruturas de alumínio e o dano estrutural foi induzido por meio de adição de massa metálica (porca de aço), fixada diretamente na estrutura com cola a base de cianoacrilato. A análise comparativa entre os métodos de instalação foi realizada utilizando índices de danos obtidos das assinaturas de impedância elétrica dos diafragmas piezelétricos, além da função de resposta em frequência (FRF) e da densidade espectral de potência obtida pelo método da quebra do grafite. Os resultados experimentais apontam características importantes para os métodos de instalação, os quais têm influência significativa sobre a resposta em frequência e sensibilidade para a detecção de danos estruturais. / Piezoelectric transducers are widely used in many non-destructive methods for detecting structural damage in Structural Health Monitoring (SHM) applications. Among the various techniques for detecting structural damage, the electromechanical impedance (EMI) technique is known to use fine and small piezoelectric ceramics that simultaneously perform the actuator and sensor functions. The conventional method of installing these piezoelectric ceramics in the structure is by using a high stiffness adhesive such as epoxy or cyanoacrylate based glue. However, some studies propose alternative methods of installing the transducer for reuse or to allow monitoring under adverse conditions under which direct sensor installation would not be possible. Thus, this master's thesis presents a comparative experimental analysis between the main coupling methods between the piezoelectric transducer and the monitored structure in SHM systems based on the electromechanical impedance technique. The piezoelectric transducer couplings were made by direct installation methods, also known as conventional installation, by magnetic coupling and aluminum foils. The transducer used for the coupling methods was the piezoelectric diaphragm, commonly known as buzzer. Tests with these methods were carried out on aluminum structures and the structural damage was induced using metallic masses (steel nuts), fixed directly to the structure with cyanoacrylate-based glue. The comparison of the results analysis between the coupling methods was performed using the indices of damages obtained from electrical impedance signatures of the piezoelectric diaphragm, the frequency response function (FRF) and the power spectral density (PSD) obtained by pencil lead break (PLB) test. The experimental results indicate important characteristics for each installation method and that the mounting method has a significant influence on the frequency response and sensitivity for the detection of structural damage. / FAPESP: 2015/02500-6

Orientador: José Manoel Balthazar / Banca: Airton Nabarrete / Banca: Angelo Marcelo Tusset / Banca: Vinicius Piccirillo / Banca: Atila Madureira Bueno / Abstract: Recently, the interest and research about energy harvesting has been increasing substantially in the technical-scientific community. With the great world demand for electrical energy, many researchers, in Brazil and in the World, have concentrated their efforts to seek new energy sources. In addition, with the technological advances is possible to use low-power consumption devices, that are, most of time, powered by a battery, which are limited energy sources having the necessity of recharging or substituting them periodically. In the energy harvesting process, the electrical energy is obtained through the conversion of mechanical energy created by a vibrating source in the environment using a transducer. Among the most common energy transduction mean, the use of piezoelectric materials has been of great interest in the energy harvesting matter due to its ease of application and its use to harvest energy in a wide range of frequencies. Vibration sources in the environment may occur in structures by vehicle traffics, a train movement, sea waves and even people. With that, the objective of this work is to study the energy harvesting using a nonlinear two-degrees-of-freedom portal frame platform with a nonlinear piezoelectric material coupled to one of its columns and externally base-excited. The nonlinear platform possesses two-to-one internal resonance between its two vibration modes. The nonlinearities of the piezoelectric material is considered as a nonlinear mathematical r... (Complete abstract click electronic access below) / Resumo: Recentemente, o interesse e a pesquisa de coleta de energia têm aumentado substancialmente no meio técnico-científico. Com a grande demanda mundial por energia elétrica, muitos pesquisadores, no Brasil e no Mundo, têm concentrado seus esforços na busca de novas fontes de energia. Além disso, com os avanços da tecnologia, é possível utilizar dispositivos de baixo consumo de energia, que são, na maioria das vezes, alimentados por uma bateria, que são fontes de energia finita havendo a necessidade da recarga ou troca periodicamente, das mesmas. No processo de coleta de energia, a energia elétrica é obtida através da conversão de energia mecânica criada por uma fonte de vibração do meio ambiente através de um transdutor. Entre os mais comuns meios de transdução de energia, o uso de materiais piezoelétricos vêm sendo de grande interesse em meio a coleta de energia devido sua facilidade de aplicação e seu uso para coleta de energia em um amplo intervalo de frequências. Fontes de vibração do meio ambiente podem ser causadas em estruturas através do movimento de veículos, um trêm, ondas do mar e até o deslocamento de pessoas. Com isso, este trabalho tem como objetivo estudar a coleta de energia utilizando uma plataforma aporticada não-linear de dois graus de liberdade contendo um material piezoelétrico não-linear acoplado a uma de suas colunas e excitado externamente em sua base. A plataforma não-linear possui ressonância interna 2:1 entre seus modos de vibrar. A não-linearidade do... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Submitted by Leandro Melo Campeiro (leandro_campeiro@yahoo.com.br) on 2018-05-24T19:40:02Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de Leandro Melo Campeiro.pdf: 3027230 bytes, checksum: 32f869e7ce55b33b1e9c46a166e8cf5f (MD5) / Approved for entry into archive by Minervina Teixeira Lopes null (vina_lopes@bauru.unesp.br) on 2018-05-25T18:21:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 campeiro_lm_me_bauru.pdf: 3027210 bytes, checksum: 3cff24ecda46e45540b84fc7048c28ff (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-25T18:21:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 campeiro_lm_me_bauru.pdf: 3027210 bytes, checksum: 3cff24ecda46e45540b84fc7048c28ff (MD5) Previous issue date: 2018-05-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A técnica da impedância eletromecânica (E/M) tem sido amplamente estudada nas últimas décadas como um método não destrutivo para detectar danos estruturais em aplicações de monitoramento de integridade estrutural (SHM – structural health monitoring) usando transdutores piezelétricos de baixo custo. Esses transdutores operam simultaneamente como sensor e atuador e são fixados à estrutura monitorada utilizando um adesivo a base de cianoacrilato. Embora muitos estudos tenham relatado a eficácia desse método de detecção, inúmeros problemas práticos têm sido reportados, como os efeitos de ruído e vibração, que precisam ser considerados para permitir o uso eficaz desse método em aplicações reais. Portanto, esta dissertação de mestrado apresenta uma análise experimental dos efeitos do ruído e das vibrações na detecção de danos estruturais em sistemas de SHM baseados na técnica da impedância eletromecânica. Os experimentos foram realizados em uma barra de alumínio usando dois diafragmas piezelétricos, sendo que um deles foi usado para obter as assinaturas de impedância elétrica e o outro foi usado como atuador para introduzir ruído e vibração controlada. Para a simulação de dano foi utilizada uma pequena massa metálica fixada na estrutura com uso de adesivo a base de cianoacrilato. Os efeitos do ruído e da vibração sobre as assinaturas de impedância foram avaliados por meio do cálculo da função de coerência e de índices básicos de dano. Os resultados indicam que a vibração e o ruído afetam significativamente o limiar do menor dano detectável, o qual pode ser compensado pelo aumento do sinal de excitação do transdutor piezelétrico utilizado para a obtenção das assinaturas de impedância elétrica. / The electromechanical impedance (EMI) technique has been extensively studied in recent decades as a non-destructive method for detecting structural damage in structural health monitoring (SHM) applications using low-cost piezoelectric transducers. These transducers operate simultaneously as actuator and sensor and they are fixed to the structure using cyanoacrylate-based glue. Although many studies have reported the effectiveness of this detection method, a lot of practical problems shown up, such as the noise effects and vibration, that need to be addressed to enable this method’s effective use in real applications. Therefore, this master's thesis presents an experimental analysis of noise and vibration effects on the structural damage detection in impedance-based SHM systems. The experiments were performed on an aluminum bar using two piezoelectric diaphragms, where one was used to measure the electrical impedance signatures and the other was used as an actuator to introduce noise and controlled vibration. To simulate damage, a small metal mass was fixed to the structure using cyanoacrylate glue. The effects of noise and vibration on the impedance signatures were evaluated by computing the coherence function and basic damage indices. The results indicate that vibration and noise significantly affect the threshold of the lowest detectable damage, which can be compensated by increasing the excitation signal of the piezoelectric transducer that measure the electrical impedance signature.

Orientador: Vera Lúcia da Silveira Nantes Button / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-22T22:55:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nascimento_ValeriaMonteirodo_D.pdf: 6068450 bytes, checksum: 537e820daa45af6d8d50ccee4ad135e5 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Para observar o efeito no campo acústico dos diversos parâmetros de configuração do projeto de um transdutor ultrassônico, foram simuladas várias configurações de transdutor de alta frequência (5 a 50 MHz), tipo array anular, com kerf e kerfless, de cerâmica PZT-5H e de filme de PVDF. Transdutores com configurações de três, quatro, cinco e seis anéis, em que os anéis possuíam a mesma largura foram simulados com elemento ativo de cerâmica. E transdutores com cinco, seis, sete, oito e dez anéis de mesma área, com separação física entre os elementos (kerf) e sem separação física entre os elementos (kerfless) foram simulados com elementos piezoelétricos de cerâmica PZT-5H e filme de PVDF. Também foram testados materiais de diferentes impedâncias acústicas nas camadas de retaguarda (epóxi, epóxi e Araldite, ferro, tungstênio, alumina e madeira), foram usadas diversas funções de excitação dos elementos piezoelétricos (Blackman, Wavelet, Gauss, Seno, Step) em frequências variadas, além de se acionar os diversos elementos anelares isoladamente, em grupos e com atraso temporal. O objetivo das simulações realizadas foi determinar a melhor configuração de um transdutor array anular, quanto ao número de anéis, espaçamento entre eles e necessidade ou não de separação física entre os elementos, levando-se em conta a complexidade de construção e as características do campo acústico gerado. Para isso, os parâmetros observados no campo acústico foram à amplitude do pico, a amplitude média de pressão, a profundidade do campo, a colimação do feixe principal e a presença de lóbulos laterais. Outros parâmetros observados foram à tensão e a carga nos elementos. Os resultados obtidos nas simulações dos transdutores arrays circulares, feitas com o programa PZFlex®, foram processados no Matlab® para visualização do campo acústico e extração de parâmetros. As funções de transferência do sinal de excitação e da resposta à estimulação foram calculadas com os dados obtidos. O transdutor kerfless foi simulado no PZFlex® e seus resultados processados no Matlab®, para comparar com os resultados do transdutor com kerf de mesma configuração. Os resultados das simulações mostraram que o campo acústico neste tipo de transdutor, array anular, tem a região de campo distante começando bem próximo à face do transdutor. A camada de retaguarda de epóxi e Araldite® apresentaram valores mais elevados de amplitude do campo acústico. A função de excitação foi Wavelet na frequência de 30 MHz devido às restrições da relação diâmetro / espessura da cerâmica PZT-5H. O transdutor kerfless apresentou um campo acústico com as mesmas características do transdutor com kerf, com a vantagem de sua construção ser mais simples / Abstract: In order to observe the effect of ultrasound transducers parameters configurations in an acoustic field, simulations were made in some different configuration of an annular array ultrasound transducer in high frequency (5 to 50 MHz), kerf and kerfless, with active element of PZT - 5H ceramic or PVDF. The transducers configurations simulated were three, four, five and six annulus, with the same width, and the active element was PZT-5H. And transducers with five, six, seven, eight and ten annulus, with the same area, with and without physical separation between the elements had been simulated with active element of PZT-5H ceramics or PVDF. The materials of backing layer (epoxy, epoxy and Araldite, iron, tungsten, alumina and wood dust) with different impedance were also be tested, and a variety of excited functions (Blackman, Wavelet, Gauss, Sine, Step), in different frequencies, and also with time delay in active elements. The objective of this simulation was to find out the better configuration of an annular array ultrasound transducer in high frequency, the number of annulus, spacing between them, the area, the transducer is kerf or kerfless, considering the build complexity and the characteristics of acoustic field. To do this, the peak amplitude, the depth and the average amplitude of the acoustic field was measured. The charge and the voltage in the elements were also observed. The results obtained in simulations in PZFlex® software were run in Matlab® to visualize the acoustic field and to extract parameter. The ultrasound kerfless transducer was simulated in PZFlex® and the data obtained runs in Matlab®, the results were compared with the results of a transducer with kerf in the same configuration. The simulation results showed that the acoustic field of this kind of transducer has Fraunhofer zone began near the transducer's face. The backing layer with epoxy and Araldite® showed high amplitude of acoustic field. The frequency 30 MHz was choice due to diameter/thickness relations. The excitation function was wavelet, as this present high values response in acoustic field. Kerfless transducer showed acoustic field characteristics the same as the kerf transducers, with the advantage of a simple construction / Doutorado / Engenharia Biomedica / Doutora em Engenharia Elétrica