Experimental validation of the sensing capabilities of tunable interdigital transducer

• Autorzy: Mańka M.

Identyfikatory

DOI

10.29354/diag/80753

Warianty tytułu

PL

Dostrajalny przetwornik międzypalczasty, T-IDT, badania eksperymentalne zdolności do wykrywania uszkodzeń

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Modern systems and methods of Structural Health Monitoring (SHM) and Non Destructive Testing (NDT) require new types of transducers. In this paper, a new type of Lamb Wave transducer, the Tunable Interdigital Transducer (T-IDT), developed at AGH University of Science and Technology, is presented and its sensing capabilities are discussed based on experimental tests. The properties of the proposed transducer are similar to those of a traditional Interdigital Transducer (IDT), except for its ability to change the wavelength to which the transducer is tuned without introducing any physical changes in the electrode layout. In the paper, three sets of experiments are presented. The first two determine the ability of the transducer to measure the distance of damage from the transducer. The last set of experiments investigates the angular sensitivity of the proposed transducer for modelled damage. The presented results are compared to ones obtained with a traditional IDT.

PL

Nowoczesne systemy i metody Monitorowania Stanu Konstrukcji (ang. SHM) oraz techniki Badań Nieniszczących (ang. NDT) wymagają opracowywania coraz to nowszych typów przetworników. W artykule został przedstawiony nowy typ przetwornika do badań z wykorzystaniem fal powierzchniowych Lamb’a, opracowany na Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie a nazwany przez jego twórców Dostrajalnym Przetwornikiem Międzypalczastym (ang. T-IDT). Właściwości prezentowanego przetwornika T-IDT są zbliżone do właściwości tradycyjnego IDT z jedną różnicą mianowicie przetwornik T-IDT może zostać dostrojony do określonej długości fali bez potrzeby wprowadzania zmian w jego strukturze. W artykule zostały przedstawione trzy serie eksperymentów dotyczących badań zdolności przetwornika do wykrywania uszkodzeń. W pierwszych dwóch seriach badana była zdolność przetwornika do wykrywania i określenia odległości uszkodzenia od przetwornika. Natomiast trzecia seria badań dotyczyła czułości przetwornika na uszkodzenie w zależności od jego pozycji kątowej względem przetwornika. Wszystkie wyniki eksperymentów uzyskane z zastosowaniem przetworników T-IDT zostały porównane z wynikami uzyskanymi z wykorzystaniem tradycyjnych przetworników IDT.

Słowa kluczowe

EN

IDT; Lamb wave; transducer; SHM; NDT

PL

IDT; przetwornik międzypalczasty; fale Lamba; monitorowanie stanu konstrukcji; badania nieniszczące

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Diagnostyki Technicznej
• Czasopismo: Diagnostyka
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 19, No. 1
• Strony: 49--56
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mańka M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Department of Robotics and Mechatronics al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• 1. Salas KI, Cesnik CES. Guided wave excitation by a CLoVER transducer for structural health monitoring: theory and experiments. Smart Material and Structures. 2009:1-27.
• 2. Salas KI, Cesnik CES. Design and Characterization of the CLoVER Transducer for Structural Health Monitoring. In: Procedings of SPIE; 2008.
• 3. Staszewski WJ. Health and usage monitoring of aerospace structures. Diagnostyka. 2004: 105-112.
• 4. Raghavan A, Cesnik CES. Review of Guided-wave Structural Health Monitoring. The shock and vibration digest. 2007, March; 2(39):91-114.
• 5. Klepka A, Ambroziński Ł. Selection of piezoceramic sensor parameters for damage detection and localization system. Diagnostyka. 2010:17-22.
• 6. Collet M, Ruzzene M, Cunefare KA. Generation of Lamb waves through surface mounted macro-fiber composite transducers. Smart Materials and Structures. 2011:1-14.
• 7. Ochoński J, Ambroziński Ł, Klepka A, Uhl T, Stępiński T. Choosing an appopriate sensor for the designed SHM system based on Lamb waves propagation. In: 11th IMEKO TC 10 workshop on Smart diagnostics of structures, Krakow, October 18-20, 2010.
• 8. Dworakowski Z, Ambrozinski Ł, Packo P, Dragan K, Stepinski T. Application of artificial neural networks for compounding multiple damage indices in Lambwave-based damage detection. Structural Control and Health Monitoring. 2014; 22(1): 50-61. http://dx.doi.org/10.1002/stc.1659.
• 9. Klepka A, Ambroziński Ł. Selection of piezoceramic sensor parameters for damage detection and localization system. Selection of piezoceramic sensor parameters for damage detection and localization system. 2010;4(56):17-22.
• 10. Zima B, Rucka M. Application of wavelet transform in analysis of guided wave propagation signals for damage detection in a steel plate. Diagnostyka. 2015;16(2):43-48.
• 11. High JW, Wilkie KW. Method of fabricating NASAftandard Macro-Fiber Composite piezoelectric actuator. NASA Langley Research Center; 2003. NASA/TM-2003-212427 ARL-TR-2833.
• 12. Bent AA, Hagood NW. Piezoelectric Fiber Composites with Interdigitated Electrodes. Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 1997:903-919.
• 13. Manka M, Rosiek M, Martowicz A, Stepinski T, Uhl T. Lamb wave transducers made of piezoelectric macro-fiber composite. Structural Control and Health Monitoring. 2013: 1138-1158. http://dx.doi.org/10.1002/stc.1523
• 14. Stepinski T, Uhl T, Staszewski W. Advanced structural damage detection: from theory to engineering applications. John Wiley & Sons; 2013.
• 15. Stepinski T, Manka M, Martowicz A. Interdigital Lamb Wave Transducers for Applications in Structural Health Monitoring. NDT & E International. 2016; 78: 199-210. https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2016.10.007
• 16. Manka M, Martowicz A, Rosiek M, Stepinski T, Uhl T. Tunable interdigital transducers made of piezoelectric macro-fiber composite. Smart Materials and Structures. 2016;25(11):115022.
• 17. Manka M, Rosiek M, Martowicz A, Stepinski T, Uhl T. PZT based tunable Interdigital Transducer for Lamb waves based NDT and SHM. Mechanical Systems and Signal Processing. 2016;78:71-83. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2015.12.013
• 18. Manka M, Martowicz A, Rosiek M, Stepinski T, Uhl T. Ultrasonic piezoelectric transducer design and control methods. 2016. PL 222 288 B1.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).