Health Monitoring of Aerospace Structures: Smart Sensor Technologies and Signal Processing
暫譯: 航空結構健康監測：智慧感測技術與信號處理

W. J. Staszewski, C. Boller, G. R. Tomlinson

Health Monitoring of Aerospace Structures: Smart Sensor Technologies and Signal Processing
  • 出版商: Wiley
  • 出版日期: 2004-02-13
  • 售價: $5,080
  • 貴賓價: 9.5 折 $4,826
  • 語言: 英文
  • 頁數: 288
  • 裝訂: Hardcover
  • ISBN: 0470843403
  • ISBN-13: 9780470843406
  • 相關分類: 感測器 Sensor

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商品描述

Description:

Providing quality research for the reader, this title encompasses all the recent developments in smart sensor technology for health monitoring in aerospace structures, providing a valuable introduction to damage detection techniques. Focussing on engineering applications, all chapters are written by smart structures and materials experts from aerospace manufacturers and research/academic institutions.

This key reference:

  • Discusses the most important aspects related to smart technologies for damage detection; this includes not only monitoring techniques but also aspects related to specifications, design parameters, assessment and qualification routes.
  • Presents real case studies and applications; this includes in-flight tests; the work presented goes far beyond academic research applications.
  • Displays a balance between theoretical developments and engineering applications

 

Table of Contents:

List of Contributors.

Preface.

1. Introduction (G. Bartelds, J.H. Heida, J. McFeat and C. Boller).

1.1 Health and Usage Monitoring in Aircraft Structures – Why and How?

1.2 Smart Solution in Aircraft Monitoring.

1.3 End-User Requirements.

1.3.1 Damage Detection.

1.3.2 Load History Monitoring.

1.4 Assessment of Monitoring Technologies.

1.5 Background of Technology Qualification Process.

1.6 Technology Qualification.

1.6.1 Philosophy.

1.6.2 Performance and Operating Requirements.

1.6.3 Qualification Evidence – Requirements and Provision.

1.6.4 Risks.

1.7 Flight Vehicle Certification.

1.8 Summary.

References.

2. Aircraft Structural Health and Usage Monitoring (C. Boller and W.J. Staszewski).

2.1 Introduction.

2.2 Aircraft Structural Damage.

2.3 Ageing Aircraft Problem.

2.4 LifeCycle Cost of Aerospace Structures.

2.4.1 Background.

2.4.2 Example.

2.5 Aircraft Structural Design.

2.5.1 Background.

2.5.2 Aircraft Design Process.

2.6 Damage Monitoring Systems in Aircraft.

2.6.1 Loads Monitoring.

2.6.2 Fatigue Monitoring.

2.6.3 Load Models.

2.6.4 Disadvantages of Current Loads Monitoring Systems.

2.6.5 Damage Monitoring and Inspections.

2.7 Non-Destructive Testing.

2.7.1 Visual Inspection.

2.7.2 Ultrasonic Inspection.

2.7.3 Eddy Current.

2.7.4 Acoustic Emission.

2.7.5 Radiography, Thermography and Shearography.

2.7.6 Summary.

2.8 Structural Health Monitoring.

2.8.1 Vibration and Modal Analysis.

2.8.2 Impact Damage Detection.

2.9 Emerging Monitoring Techniques and Sensor Technologies.

2.9.1 Smart Structures and Materials.

2.9.2 Damage Detection Techniques.

2.9.3 Sensor Technologies.

2.9.4 Intelligent Signal Processing.

2.10 Conclusions.

References.

3. Operational Load Monitoring Using Optical Fibre Sensors (P. Foote, M. Breidne, K. Levin, P. Papadopolous, I. Read, M. Signorazzi, L.K. Nilsson, R. Stubbe and A. Claesson).

3.1 Introduction.

3.2 Fibre Optics.

3.2.1 Optical Fibres.

3.2.2 Optical Fibre Sensors.

3.2.3 Fibre Bragg Grating Sensors.

3.3 Sensor Target Specifications.

3.4 Reliability of Fibre Bragg Grating Sensors.

3.4.1 Fibre Strength Degradation.

3.4.2 Grating Decay.

3.4.3 Summary.

3.5 Fibre Coating Technology.

3.5.1 Polyimide Chemistry and Processing.

3.5.2 Polyimide Adhesion to Silica.

3.5.3 Silane Adhesion Promoters.

3.5.4 Experimental Example.

3.5.5 Summary.

3.6 Example of Surface Mounted Operational Load Monitoring Sensor System.

3.6.1 Sensors.

3.6.2 Optical Signal Processor.

3.6.3 Optical Interconnections.

3.7 Optical Fibre Strain Rosette.

3.8 Example of Embedded Optical Impact Detection System.

3.9 Summary.

References.

4. Damage Detection Using Stress and Ultrasonic Waves (W.J. Staszewski, C. Boller, S. Grondel, C. Biemans, E. O’Brien, C. Delebarre and G.R. Tomlinson).

4.1 Introduction.

4.2 Acoustic Emission.

4.2.1 Background.

4.2.2 Transducers.

4.2.3 Signal Processing.

4.2.4 Testing and Calibration.

4.3 Ultrasonics.

4.3.1 Background.

4.3.2 Inspection Modes.

4.3.3 Transducers.

4.3.4 Display Modes.

4.4 Acousto-Ultrasonics.

4.5 Guided Wave Ultrasonics.

4.5.1 Background.

4.5.2 Guided Waves.

4.5.3 Lamb Waves.

4.5.4 Monitoring Strategy.

4.6 Piezoelectric Transducers.

4.6.1 Piezoelectricity and Piezoelectric Materials.

4.6.2 Constitutive Equations.

4.6.3 Properties.

4.7 Passive Damage Detection Examples.

4.7.1 Crack Monitoring Using Acoustic Emission.

4.7.2 Impact Damage Detection in Composite Materials.

4.8 Active Damage Detection Examples.

4.8.1 Crack Monitoring in Metallic Structures Using Broadband Acousto-Ultrasonics.

4.8.2 Impact Damage Detection in Composite Structures Using Lamb Waves.

4.9 Summary.

References.

5. Signal Processing for Damage Detection (W.J. Staszewski and K. Worden).

5.1 Introduction.

5.2 Data Pre-Processing.

5.2.1 Signal Smoothing.

5.2.2 Signal Smoothing Filters.

5.3 Signal Features for Damage Identification.

5.3.1 Feature Extraction.

5.3.2 Feature Selection.

5.4 Time–Domain Analysis.

5.5 Spectral Analysis.

5.6 Instantaneous Phase and Frequency.

5.7 Time–Frequency Analysis.

5.8 Wavelet Analysis.

5.8.1 Continuous Wavelet Transform.

5.8.2 Discrete Wavelet Transform.

5.9 Dimensionality Reduction Using Linear and Nonlinear Transformation.

5.9.1 Principal Component Analysis.

5.9.2 Sammon Mapping.

5.10 Data Compression Using Wavelets.

5.11 Wavelet-Based Denoising.

5.12 Pattern Recognition for Damage Identification.

5.13 Artificial Neural Networks.

5.13.1 Parallel Processing Paradigm.

5.13.2 The Artificial Neuron.

5.13.3 Multi-Layer Networks.

5.13.4 Multi-Layer Perceptron Neural Networks and Others.

5.13.5 Applications.

5.14 Impact Detection in Structures Using Pattern Recognition.

5.14.1 Detection of Impact Positions.

5.14.2 Detection of Impact Energy.

5.15 Data Fusion.

5.16 Optimised Sensor Distributions.

5.16.1 Informativeness of Sensors.

5.16.2 Optimal Sensor Location.

5.17 Sensor Validation.

5.18 Conclusions.

References.

6. Structural Health Monitoring Evaluation Tests (P.A. Lloyd, R. Pressland, J. McFeat, I. Read, P. Foote, J.P. Dupuis, E. O’Brien, L. Reithler, S. Grondel, C. Delebarre, K. Levin, C. Boller, C. Biemans and W.J. Staszewski).

6.1 Introduction.

6.2 Large-Scale Metallic Evaluator.

6.2.1 Lamb Wave Results from Riveted Metallic Specimens.

6.2.2 Acoustic Emission Results from a Full-Scale Fatigue Test.

6.3 Large-Scale Composite Evaluator.

6.3.1 Test Article.

6.3.2 Sensor and Specimen Integration.

6.3.3 Impact Tests.

6.3.4 Damage Detection Results – Distributed Optical Fibre Sensors.

6.3.5 Damage Detection Results – Bragg Grating Sensors.

6.3.6 Lamb Wave Damage Detection System.

6.4 Flight Tests.

6.4.1 Flying Test-Bed.

6.4.2 Acoustic Emission Optical Damage Detection System.

6.4.3 Bragg Grating Optical Load Measurement System.

6.4.4 Fibre Optic Load Measurement Rosette System.

6.5 Summary.

References.

Index.

商品描述(中文翻譯)

描述：
本書提供高品質的研究資料，涵蓋航空結構健康監測中智慧感測器技術的所有最新發展，並對損傷檢測技術提供了寶貴的介紹。專注於工程應用，所有章節均由來自航空製造商及研究/學術機構的智慧結構和材料專家撰寫。

這本重要的參考書：
- 討論與損傷檢測相關的智慧技術的最重要方面；這不僅包括監測技術，還包括與規範、設計參數、評估和認證路徑相關的方面。
- 提供實際案例研究和應用；這包括飛行測試；所呈現的工作遠超過學術研究應用。
- 展示理論發展與工程應用之間的平衡。

目錄：
- 貢獻者名單。
- 前言。
- 1. 介紹（G. Bartelds, J.H. Heida, J. McFeat 和 C. Boller）。
- 1.1 飛機結構的健康與使用監測 - 為什麼以及如何？
- 1.2 飛機監測中的智慧解決方案。
- 1.3 最終用戶需求。
- 1.3.1 損傷檢測。
- 1.3.2 載荷歷史監測。
- 1.4 監測技術的評估。
- 1.5 技術認證過程的背景。
- 1.6 技術認證。
- 1.6.1 哲學。
- 1.6.2 性能和操作要求。
- 1.6.3 認證證據 - 要求和提供。
- 1.6.4 風險。
- 1.7 飛行器認證。
- 1.8 總結。
- 參考文獻。
- 2. 飛機結構健康與使用監測（C. Boller 和 W.J. Staszewski）。
- 2.1 介紹。
- 2.2 飛機結構損傷。
- 2.3 老化飛機問題。
- 2.4 航空結構的生命週期成本。
- 2.4.1 背景。
- 2.4.2 範例。
- 2.5 飛機結構設計。
- 2.5.1 背景。
- 2.5.2 飛機設計過程。
- 2.6 飛機中的損傷監測系統。
- 2.6.1 載荷監測。
- 2.6.2 疲勞監測。
- 2.6.3 載荷模型。
- 2.6.4 當前載荷監測系統的缺點。
- 2.6.5 損傷監測和檢查。
- 2.7 無損檢測。
- 2.7.1 目視檢查。
- 2.7.2 超聲波檢查。
- 2.7.3 渦流檢測。
- 2.7.4 聲發射。
- 2.7.5 X光檢查、熱成像和剪切成像。
- 2.7.6 總結。
- 2.8 結構健康監測。
- 2.8.1 振動和模態分析。
- 2.8.2 衝擊損傷檢測。
- 2.9 新興監測技術和感測器技術。
- 2.9.1 智慧結構和材料。
- 2.9.2 損傷檢測技術。
- 2.9.3 感測器技術。
- 2.9.4 智能信號處理。
- 2.10 結論。
- 參考文獻。
- 3. 使用光纖感測器的操作載荷監測（P. Foote, M. Breidne, K. Levin, P. Papadopolous, I. Read, M. Signorazzi, L.K. Nilsson, R. Stubbe 和 A. Claesson）。
- 3.1 介紹。
- 3.2 光纖。
- 3.2.1 光纖。
- 3.2.2 光纖感測器。
- 3.2.3 光纖布拉格光柵感測器。
- 3.3 感測器目標規格。
- 3.4 光纖布拉格光柵感測器的可靠性。
- 3.4.1 光纖強度退化。
- 3.4.2 光柵衰減。
- 3.4.3 總結。
- 3.5 光纖塗層技術。
- 3.5.1 聚酰亞胺化學和加工。
- 3.5.2 聚酰亞胺對二氧化矽的附著。
- 3.5.3 硅烷附著促進劑。
- 3.5.4 實驗範例。
- 3.5.5 總結。
- 3.6 表面安裝的操作載荷監測感測器系統範例。
- 3.6.1 感測器。
- 3.6.2 光信號處理器。
- 3.6.3 光互連。
- 3.7 光纖應變羅盤。
- 3.8 嵌入式光學衝擊檢測系統範例。
- 3.9 總結。
- 參考文獻。
- 4. 使用應力和超聲波進行損傷檢測（W.J. Staszewski, C. Boller, S. Grondel, C. Biemans, E. O’Brien, C. Delebarre 和 G.R. Tomlinson）。
- 4.1 介紹。
- 4.2 聲發射。
- 4.2.1 背景。
- 4.2.2 轉換器。
- 4.2.3 信號處理。
- 4.2.4 測試和校準。
- 4.3 超聲波。
- 4.3.1 背景。
- 4.3.2 檢查模式。
- 4.3.3 轉換器。
- 4.3.4 顯示模式。
- 4.4 聲-超聲波。
- 4.5 引導波超聲波。
- 4.5.1 背景。
- 4.5.2 引導波。
- 4.5.3 藍姆波。
- 4.5.4 監測策略。
- 4.6 壓電轉換器。
- 4.6.1 壓電效應和壓電材料。
- 4.6.2 本構方程。
- 4.6.3 性質。
- 4.7 被動損傷檢測範例。
- 4.7.1 使用聲發射進行裂紋監測。
- 4.7.2 在複合材料中進行衝擊損傷檢測。
- 4.8 主動損傷檢測範例。
- 4.8.1 使用寬頻聲-超聲波在金屬結構中進行裂紋監測。
- 4.8.2 使用藍姆波在複合結構中進行衝擊損傷檢測。
- 4.9 總結。
- 參考文獻。
- 5. 損傷檢測的信號處理（W.J. Staszewski 和 K. Worden）。
- 5.1 介紹。
- 5.2 數據預處理。
- 5.2.1 信號平滑。
- 5.2.2 信號平滑濾波器。
- 5.3 用於損傷識別的信號特徵。
- 5.3.1 特徵提取。
- 5.3.2 特徵選擇。
- 5.4 時域分析。
- 5.5 頻譜分析。
- 5.6 瞬時相位和頻率。
- 5.7 時頻分析。
- 5.8 小波分析。
- 5.8.1 連續小波變換。
- 5.8.2 離散小波變換。
- 5.9 使用線性和非線性變換進行降維。
- 5.9.1 主成分分析。
- 5.9.2 Sammon映射。
- 5.10 使用小波進行數據壓縮。
- 5.11 基於小波的去噪。
- 5.12 用於損傷識別的模式識別。
- 5.13 人工神經網絡。
- 5.13.1 並行處理範式。
- 5.13.2 人工神經元。
- 5.13.3 多層網絡。
- 5.13.4 多層感知器神經網絡及其他。
- 5.13.5 應用。
- 5.14 使用模式識別進行結構中的衝擊檢測。
- 5.14.1 衝擊位置的檢測。
- 5.14.2 衝擊能量的檢測。
- 5.15 數據融合。

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