Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Inspection and monitoring of engineering structures by means of optical displacement sensors based on interferometry techniques

Łukaszewski D., Sałbut L., Kujawińska M., Dymny G.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2012

|

R. 16, nr 12

87-91

EN

Inspection and monitoring of engineering structures require simple, fast and remote acquisition, processing and visualization of relevant measuring data. Systems which utilize all above requirements are fundamental for Structural Health Monitoring (SHM). All necessary information should refer to safety threshold and sent to end user, who can accurately assess the health of an object in short time and schedule necessary actions in order to prevent accidences. The paper presents the novel approach to optical displacements sensors. Authors describe low-cost in-plane displacement and strain sensors for monitoring in crucial regions of big civil engineering structures (square millimeters area around welds, joints etc.) by means of two interferometry techniques: Grating Interferometry (GI) and Digital Speckle Pattern Interferometry (DSPI). In principle both of the methods applied have their specific requirements and can be used as complementary ones. GI requires specimen grating attached to the flat surface of an object under test, but it is the unique technique which may provide the information about fatigue process and increased residual stresses. DSPI works with a rough object surface, but due to differential measurements cannot be simply used for long time monitoring but to explore the actual behavior of a structure. We present both sensors working separately, but also we propose the technique which enables usage of the DSPI for long time or periodic monitoring by combining it in one sensor with GI in order to increase number of possible applications of the system. Both sensors can be manufactured by using low - cost replication technologies. The paper presents their mechanical and optical design along with laboratory tests of their main modules which are the sensor heads in the form of monolithic (plastic) and cavity waveguides. Finally, the exemplary applications of sensors in laboratory tests and on exemplary frame truss structure are presented and assessed.

PL

Kontrola i monitoring konstrukcji inżynierskich wymaga prostej, szybkiej i zdalnej akwizycji oraz przetwarzania i wizualizacji danych pomiarowych. Systemy spełniające powyższe wymagania są niezbędne do monitorowania stanu technicznego konstrukcji (ang. Structural Health Monitoring - SHM). Dane uzyskiwane przez systemy monitoringu powinny odnosić się do założonych poziomów bezpieczeństwa i być wysłane do końcowego użytkownika, aby mógł on w krótkim czasie ocenić stan obiektu i zaplanować niezbędne działania celem zapobiegnięcia wypadkom. W artykule zaprezentowano nowe podejście do optycznych czujników przemieszczeń. Opisano niskokosztową głowicę interferometryczną wykorzystującą metodę interferometrii siatkowej i cyfrowej interferometrii plamkowej do pomiarów przemieszczenia i odkształcenia w płaszczyźnie. Przedstawiono jej zastosowanie w monitoringu newralgicznych punktów wielkogabarytowych konstrukcji inżynierskich (regiony wokół spawów, połączeń itp.). W pracy przedstawiono również projekt mechaniczny i optyczny czujników oraz testy laboratoryjne ich głównych modułów (falowodowych głowic pomiarowych). Na koniec przedstawiono aplikację opracowanych czujników na przykładowej konstrukcji kratownicowej.

2

Sensor for in-plane displacement measurement based on combined grating and speckle pattern phase shifting interferometry

Łukaszewski D., Sałbut S.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2012

|

Vol. 50 nr 4

1063-1072

EN

The aim of this paper is to present a novel concept of an in-plane displacement sensor head based on grating interferometry (GI) and digital speckle pattern interferometry (DSPI) methods as complementary ones in a single device. The ultimate aim of this is to show new directions of development of microsensors for experimental mechanics purposes. In the paper, complete designs of sensor heads along with tolerance calculation required for prototyping are considered and analyzed. Their advantages are pointed out depending on application. Also theoretical analysis of the state of polarization in a cavity sensor are performed and a polarization phase shifting method for automatic fringe pattern analysis is shown. Finally, the technology demonstrators of the designed sensor head and possible directions for their further development along with a proposal of replication are presented.

PL

W artykule przedstawiono nowe rozwiązanie głowicy do pomiaru przemieszczeń w płaszczyźnie z wykorzystaniem interferometrii siatkowej (GI) i cyfrowej interferometrii plamkowej (DSPI) jako uzupełniających się w jednym urządzeniu. Głównym celem proponowanego rozwiązania jest wskazanie nowych kierunków i możliwości rozwoju mikroczujników dla potrzeb mechaniki eksperymentalnej. W artykule przedstawiono projekt głowicy czujnika wraz z analizą tolerancji dla potrzeb wykonania prototypu. Dodatkowo wykonano analizy teoretyczne stanów polaryzacji we wnękowej konfiguracji czujnika oraz zaprezentowano polaryzacyjną zmianę fazy do automatycznej analizy obrazów prążkowych. Na koniec przedstawiono demonstrator technologii opracowanego czujnika i wskazano kierunki do dalszego rozwoju wraz z propozycją techniki replikacji.

3

Full-field optical metrology and sensing: from micromeasurements to monitoring of civil engineering structures

Kujawińska M.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2008

|

R. 12, nr 2

99--110

EN

In the paper we present recent trends in full-field optical metrology. The systems based on classical interferometry, digital holography, grating interferometry interferometric and photoelastic tomography and fringe/Gray code projection applied to static and dynamic objects studies are presented. Opto-numerical methodologies for novel materials studies and MEMS, MOEMS analysis are described including LCOS SLMs based active interferometers and digital holographic systems. The designs of novel interferometric and holographic cameras and their usage in outdoor conditions are presented. The concept of new generation of waveguide based full-field microinterferometers for micro-optics characterization is discussed and the progress on their realization is reported. Also 3D/4D data capture and processing systems for computer graphics, virtual reality and industry are presented. Numerous examples of measurement results and their applications in engineering illustrate the importance of progress in this field.

PL

W pracy zaprezentowano współczesne trendy w optycznej metrologii w zastosowaniach do mikromechaniki, optomechatroniki i monitorowania struktur inżynierskich. Przedstawiono systemy bazujące na metodach: klasycznej interferometrii, cyfrowej holografii, interferometrii siatkowej, projekcji prążków i korelacji obrazu. Zaprezentowano optonumeryczne metodyki badania nowych materiałów i systemów MEMS/MOEMS wykorzystujące m.in. aktywną interferometrię i cyfrową interferometrię holograficzną. Przedstawiono nowe układy kamer interferometrycznych i holograficznych oraz ich wykorzystanie poza laboratorium. Przedyskutowano koncepcję nowej generacji mikrointerferometrów falowodowych oraz przedstawiono stan zaawansowania ich realizacji. Dodatkowo zaprezentowano system pomiaru kształtu i deformacji obiektów trójwymiarowych oraz ścieżkę przetwarzania danych wspomagającą ten system. Przedstawiono również koncepcję połączenia w przemysłowych pomiarach kształtu możliwości maszyn współrzędnościowych i polowych systemów optycznych bazujących na cyfrowej projekcji prążków.

4

Możliwości wykorzystania interferometrii siatkowej oraz metody tensometrycznej w pomiarach odkształceń magnetostrykcyjnych

Kuczyński K., Sałbut L., Bieńkowski A., Dymny G.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2007

|

R. 83, nr 1

77-81

PL

Odkształcenie magnetostrykcyjne magnetyka jest to względna zmiana wymiarów liniowych materiału w procesie jego magnesowania. Badania własności magnetostrykcyjnych magnetyków mają istotne znaczenie ze względu na zastosowanie tych materiałów w urządzeniach cywilnych i wojskowych, takich jak sonary, tłumiki drgań, mikro-napędy oraz przetworniki pomiarowe.

EN

Magnetostrictive effect consist in changes of the dimensions of the material during the process of magnetization of soft magnetic material. Such soft magnetic materials are used in civil and military mechatronic devices, devices for vibration control, actuators and sensor applications.

5

Determination of Displacement and Strain Fields in Al2O3-FeNi42 Brazed Joints by FEM and Automated Grating Interferometry

Golański D., Włosiński W., Kujawińska M., Sałbut L.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2003

|

Vol. 51, nr 4

347-359

EN

The need for strain and stress estimation in ceramic-metal joints requires application of adequate tools that would be able to describe the joint behaviour under applied load precisely. For this purpose we have introduced the automated grating interferometry (GI) method which was used as the high resolution experimental tool to measure the displacement field in brazed Al2O3-FeNi42 joints subjected to four-point bending. The finite element method was applied to verify the results, but also to read the raw data from experimental for further analysis. The measurements and analysis have been narrawed to the C-M interface zone with 3 mm width. The results of displacement distribution from GI and FEM showed good correlation, although the quantitive agreement depends on several conditions, laying both on experimental and numerical sides which are discussed. It is expected that coupling GI with FEM could allow to establish a joint hybrid method od stress estimation by transferring measured raw data into FEM analysis.

6

Analiza właściwości kompozytów hybrydowych z użyciem techniki interferometrii siatkowej

Klata E., Krucińska I., Kujawińska M., Dymny G.

Kompozyty

|

2002

|

R. 2, nr 4

143-148

PL

Interferometria siatkowa jako metoda analizy stosowana w mechanice eksperymentalnej i inżynierii materiałowej umożliwia wykazanie różnic przemieszczeń i odkształceń na powierzchni kompozytów hybrydowych szklo/PA6, zachodzących w procesie rozciągania. Różnice te wynikające z odmiennych właściwości i struktury półproduktu kompozytowego, jakim jest przędza hybrydowa, pozwalają zobrazować wpływ rodzaju użytej przędzy na właściwości mechaniczne kompozytu z niej otrzymanego.

EN

In this research work the application of grating interferometry method to determination of hybrid composite properties has been presented. The thermoplastic composites have been manufactured from hybrid glass/PA6 yarns used in the form of the knitted fabrics. The hybrid yarns were obtained using four various spinning processes. Each of the manufacturing techniques of hybrid yarns gives a yarn of different appearance and structure: - friction spinned (DREF) yarn - a core yarn, a braid from staple thermoplastic multifilaments and a core from glass multifilament (Fig. 1), twisted yarn - one glass multifilament - twisted uniform with two polyamide niultifilaments (Fig. 2), - air interlaced yarn - yarn with point joints by fibres shifting againts one another under the influence of compressed air (Fig. 3), - textured yarn - connectedin the length by shifting of filament fibres of both components and forming loop structure on the yarn surface (Fig. 4). The mechanical properties of produced hybrid yarns are presented in Table 1. Each of these spinning methods give the different mechanical properties of yarn, the different blending of fibres in yarn and different adhesion conditions between polyamide 6 and glass surfaces. The thermal pressing of the layer arrangement of knitted fabrics was performed on a hydraulic press in optimal conditions. The tensile, shear and bending tests for these composites were carried out by means of an Instron tester. The mechanical properties of composites are dependent on using yarn. By grating (moire) interferometry system we can determine the functions u(x, y) and v(x, y) describing the in-plane displacement in x and y direction respectively for composites in tensile test. Grating interferometry requires specimen preparation by replication on its surface a high-frequency diffraction grating (25x25 mm). The setup of grating interferometry system is shown in Figures 5. The maxima of fringes are formed when u(x, y) = Nd/2, where N — 0, 1, 2, ... is the fringe number, d is grating period. It means that the interferogram is the displacement map with basic sensitivity equal to half of the specimen grating period. In this work is applied grating with frequency 1200 lines/mm, which gives basic sensitivity 417 nm per fringe. Figures 6 and 9 show the u and v displacement maps and Figures 7 and 10 show the strains Ex and Ey within the 4x6 mm obtained for the tensile force 50 N. For the composite manufactured from the air-interlaced yarn the strains are uniform on all measurement field. This yarn has the highest degree of fibre blending. The highest values of strains are for the composite manufactured from the textured yarn. The mean value of the strains (with the exception of composite manufactured from air-interlaced yarn) in the tensile direction of specimen is higher than perpendicular to the tensile direction of specimen.