CCSS-CPS: Collaborative: If Bridges can talk: Towards Autonomous Structure Health Monitoring for Civil Structure
CCSS-CPS:协作:如果桥梁会说话:走向土木结构的自主结构健康监测
基本信息
- 批准号:1101547
- 负责人:
- 金额:$ 12.6万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2011
- 资助国家:美国
- 起止时间:2011-09-01 至 2015-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The objective of the research is to develop fully autonomous Structural Health Monitoring (SHM) system consisting of sensors organically integrated within the structure, free of wire leads and external power sources. Central to the proposed approach are the multi-functional piezoelectric transducer-based smart aggregates, which can transform ambient energy to electricity power, modulate useful information on stress waves for communication, and generate and receive stress waves for detection of structural defects.Intellectually, the project will advance the knowledge regarding communication over concrete conduits through: i) Measurement-driven characterization of "smart aggregates" transceivers and concrete channels under different loading conditions, and ii) Design of modulation schemes for acoustic communications in concrete channels. The project aims to develop a holistic system solution through: i) the development of energy harvesting and storage modules, in conjunction with low-power circuits, and ii) Design and evaluation of energy-aware task scheduling.The proposed research is expected to generate far-reaching broader impacts in science, education, and society. Our systems-based research integrates innovative research on hardware, algorithms, and architectures to enable the next generation of cyber systems. It also integrates educational activities in real-life infrastructure building, communications systems, and networking. In the near term, the basic building blocks developed for communication and energy harvesting can help extend existing wireless-based, battery powered systems, making these systems more fault tolerant and energy efficient. In the long term, the project outcomes can provide impetus for wide-spread integration of fully autonomous SHM systems as the technology matures, leading to improved public safety and reduced maintenance costs.
该研究的目的是开发完全自主的结构健康监测(SHM)系统,该系统由有机集成在结构内的传感器组成,不需要引线和外部电源。该方法的核心是基于多功能压电传感器的智能聚集体,它可以将环境能量转换为电能,调制应力波的有用信息用于通信,并产生和接收应力波用于检测结构缺陷。在智力上,该项目将通过以下方式推进混凝土管道通信方面的知识:i)在不同载荷条件下“智能集料”收发器和混凝土信道的测量驱动特性,以及ii)混凝土信道中声学通信调制方案的设计。该项目旨在通过以下方式开发一个整体系统解决方案:i)开发能量收集和存储模块,结合低功耗电路;ii)设计和评估能量感知任务调度。预计这项研究将对科学、教育和社会产生深远的影响。我们基于系统的研究整合了硬件、算法和架构方面的创新研究,以实现下一代网络系统。它还整合了现实生活中的基础设施建设、通信系统和网络的教育活动。在短期内,为通信和能量收集开发的基本构建模块可以帮助扩展现有的基于无线的电池供电系统,使这些系统更具容错性和节能性。从长远来看,随着技术的成熟,项目成果可以为全自动SHM系统的广泛集成提供动力,从而改善公共安全并降低维护成本。
项目成果
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