Sensores inteligentes avaliam a saúde estrutural

 

Módulo de tripulação composta
O módulo da tripulação Composite (CCM) é uma versão de teste em larga escala da espaçonave Orion. Como pode ser visto aqui, o CCM tem fibra óptica medidores de tensão e tradicionais em anexo.

Os materiais utilizados para fazer aviões e ônibus espaciais não duram para sempre. É por isso que a NASA freqüentemente inspeciona veículos de lançamento, tanques de combustível, habitats tripulação, e outros componentes para danos estruturais. A detecção oportuna e precisa de fissuras ou outros danos pode impedir a falha, prolongar a vida útil, e garantir a segurança e confiabilidade.

Para realizar a avaliação rápida e não destrutiva e monitoramento de veículos aeroespaciais e estruturas, a NASA prossegue o desenvolvimento da vigilância da saúde estrutural (SHM) sistemas. SHM visa construir um sistema com uma rede de sensores colocados em áreas críticas, onde a integridade estrutural deve ser mantida, como as seções veículo estágio, interfaces de separação, motores sólidos e tanques. Os sensores enviam informações para um computador que é programado para reconhecer padrões de sinais elétricos que representam danos, tais como tensões, quebras ou rachaduras. Estes sistemas podem automaticamente coletar e processar dados.

Uma abordagem para SHM é o Stanford atuador multi-Receiver Transdução Layer (SMART), uma tecnologia patenteada pela Universidade de Stanford. A camada de material fino é incorporado com uma rede de sensores e atuadores piezoelétricos que podem ser montadas em estruturas metálicas ou incorporado em estruturas compostas. Os sensores piezoelétricos emitem uma pequena quantidade de eletricidade quando sofrem pressão mecânica. Semelhante a um ultra-som médico, os sensores de gerar uma onda que se propaga através da estrutura e é captado por outros sensores. O objetivo é não só para detectar danos estruturais, mas para fornecer alerta antecipado antes de uma falha ocorre.

Para melhorar e comercializar a Camada de SMART, Technologies Acellent Inc.foi fundada em 1999, em Sunnyvale, Califórnia. Logo após sua fundação, a empresa criou um sistema composto SHM da Camada de SMART, apoio de diagnóstico de hardware, software e dados de processamento e análise.

Parceria

Em 2001, começou a trabalhar com Acellent Marshall Space Flight Center através de uma pesquisa Small Business Innovation (SBIR) prêmio para desenvolver uma camada híbrida SMART para veículos aeroespaciais e estruturas. A camada híbrida utilizada e atuadores piezoelétricos sensores de fibra óptica. Como resultado da SBIR, a empresa expandiu a capacidade da tecnologia para utilizar uma combinação de sensores para diversas aplicações, tais como a tensão de monitoramento e umidade.

Um desenvolvimento conhecido como o híbrido piezoelétrico / fibra óptica sistema de diagnóstico estrutural foi destinado a desempenhar avaliação não destrutiva rápida e de longo prazo de monitoramento de saúde de veículos aeroespaciais e estruturas, e poderia monitorar o processamento material, detectar defeitos estruturais, detectar corrosões, caracterizar ambientes de carga, e prever a vida. Atuadores piezoelétricos foram incorporados juntamente com a fibra óptica, incluindo sensores de detecção de Fabry-Perot de fibra óptica gauge sensores de tensão e sensores de rede de Bragg.

SBIRS adicionais com Marshall ajudou Acellent para melhorar e otimizar sua tecnologia. O Suitcase SMART foi desenvolvido e usado para testar a camada de SMART e outras tecnologias SHM. Um espaço NASA Acordo Act através Marshall investigado de rádio transmissão e detecção de atenuação de freqüência, usando a abordagem Camada SMART. Marshall também proporcionou o avanço do conhecimento através de oportunidades de testes com o composto de vasos de pressão sobre-embalados, que estavam sendo desenvolvidos e estudados para uso potencial em programas espaciais diversas.Sob um SBIR 2004, Acellent testado e avaliado o desempenho de uma fita SMART, com base na Camada SMART, em duras condições criogênicas.

"Nós usamos a mesma base tecnológica em todos os SBIRS, mas para diferentes aplicações que requerem novas inovações. Isto aumentou a confiabilidade do sistema e tornando-a mais robusta ", diz Shawn Barba, diretor de tecnologia da Acellent.

Em 2009, a tecnologia da Camada Acellent INTELIGENTE venceu o "Melhor Solução SHM prática em Aerospace" prêmio no Workshop Internacional sobre Monitoramento da Integridade Estrutural, promovido pela Companhia Airbus. Doze organizações participaram da competição, que foi julgado por representantes da indústria, universidades e agências governamentais.

Beard atributos vantagem competitiva da tecnologia para o conhecimento adquirido ao trabalhar com Marshall. "Há outras tecnologias que estão sendo aplicadas para SHM, mas eles estão por trás do desenvolvimento de um sistema completo.Havia um monte de testes e melhorar a tecnologia na última década no âmbito do programa SBIR para otimizar o sistema ", diz Beard.

Em 2009 e 2010, Marshall apoiou a implementação e testes do Acellent passo-catch sensor piezoelétrico sobre o módulo da tripulação Composite (CCM) para o Programa Ares. O CCM é uma versão de teste em larga escala da espaçonave Orion.

Resultado produto

Camada SMART com oito sensores
Camadas INTELIGENTE Acellent pode ser personalizado com dois ou mais sensores em uma unidade de strip, como as tiras de oito sensores mostrado aqui, para monitorar as condições de saúde estrutural, tais como pressão e umidade.

Acellent desenvolve avançadas ativa e passiva utilizando sistemas de diagnóstico integrado em redes de atuadores e sensores.

Habitualmente, SHM usa sensores e atuadores vestiu em vários locais em uma estrutura. Em contraste, a camada inteligente contém um sensor de todo conjunto atuador, tornando desnecessária a instalação de cada sensor e atuador individualmente. A camada pré-SMART é em rede e pré-posicionado, o que torna muito fácil para a instalação. A camada pode ser montado em uma estrutura já existente ou integrados em uma estrutura composta durante a fabricação. Diferentes tipos de sensores, tais como óptica e fibras piezoelétricas, tanto pode ser incorporado na folha para formar uma rede híbrida.

Capazes de serem integrados em estruturas novas ou já existentes, a tecnologia de camada SMART é usado para automatizar a inspeção e manutenção estrutural, incluindo monitoramento de condições de carga, tensão e monitoramento, detecção de impacto, detecção de danos, avaliação de danos de impacto, acompanhamento do crescimento crack, detecção de descolamento, monitoramento de processos, materiais cura, monitoramento e controle de qualidade.

Os principais benefícios da tecnologia da Camada SMART são sua flexibilidade, leveza, capacidade de se adaptar a qualquer estrutura, facilidade de instalação, confiabilidade, durabilidade e sob diferentes ambientes. O tamanho ea forma da tecnologia varia, e Acellent fabrica Layers SMART em vários tamanhos, formas e complexidades, a partir de lâminas único sensor plana para multisensor 3-D conchas. Além da rede de sensores, Acellent fornece o diagnóstico de hardware e software de análise de dados para diferentes aplicações SHM do monitoramento grandes estruturas compostas para a detecção de danos localizados em compósitos e metais.

Acellent tem 
sido financiado para 
monitorar civis 
de infra-estrutura 
, como gasodutos, 
edifícios, 
e pontes.

De acordo com Acellent, clientes e parceiros incluem empresas aeroespacial e automotiva, construção, energia e empresas de serviços públicos e defesa, espaço, transporte e energia indústrias. Laboratórios de pesquisa privados e do governo ter comprado a tecnologia para medir seu desempenho em determinadas condições ambientais.

Acellent teve contratos de venda com muitas empresas líder no setor aeroespacial, incluindo Boeing, Lockheed-Martin, Bombardier e Airbus. Acellent também é personalizar a tecnologia para o Exército dos EUA para monitorar trincas de fadiga em estruturas de aeronaves de asas rotativas.Recentemente, a BMW utilizou a tecnologia de camada SMART em um veículo conceito para ajudar a verificar o design e modelagem, e para melhorar as técnicas de fabricação.

Ao longo dos últimos dois anos, Acellent foi financiado para monitorar infra-estrutura civil, como oleodutos, edifícios e pontes, incluindo um recente projeto com o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia. "Temos sido convidados a desenvolver um sistema não apenas para monitorar danos a uma estrutura, mas para monitorar o quadro geral ou arquitetura para monitoramento pontes em toda a Nação", disse Beard.

Além das vendas vencedora para pesquisas e testes, a empresa ganhou SBIRS adicionais NASA para aplicar a tecnologia para estruturas de grande escala, como motores do foguete. Acellent objetivo a longo prazo, no entanto, é ter a tecnologia se tornar parte do processo de design. Em vez de aplicar SHM depois de uma nova nave espacial foi concebida, Beard diz que a empresa prevê SHM ser incluído no projeto original da estrutura. "Se você projeta sensores na estrutura, no início, você pode otimizar o projeto estrutural e reduzir o peso total do veículo. Essa é a direção que gostaria de ver a tecnologia de ir. "

fonte: http://www.sti.nasa.gov/tto/Spinoff2010/ps_6.html

TUDO PARA PESQUISA, ACESSE AQUI O BUSCADOR ACADEMICO