Filtro Coincidente para Monitoreo de Emisión Acústica en Entornos Ruidosos: Aplicación a la Detección de Rupturas de Cables
Autores: Lange, Alexander; Xu, Ronghua; Kaeding, Max; Marx, Steffen; Ostermann, Joern
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Artes
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 10
Citaciones: Sin citaciones
Las inspecciones regulares de infraestructuras civiles importantes son obligatorias para garantizar la seguridad estructural y la fiabilidad. Hasta hoy, estas inspecciones se realizan principalmente de forma manual, lo que presenta varias deficiencias. En el contexto de las estructuras de hormigón pretensado, los tendones de acero pueden ser susceptibles a la corrosión por tensión, lo que puede resultar en la rotura de hilos individuales que no es visualmente observable. Por lo tanto, investigaciones recientes sugieren el Monitoreo de Emisión Acústica para la detección de roturas de hilos en estructuras de hormigón pretensado. Sin embargo, en entornos ruidosos, como los aerogeneradores, la detección convencional de emisión acústica basada en umbrales de amplitud definidos por el usuario puede no ser adecuada. Así, proponemos el uso de filtros adaptados para la detección de emisión acústica en entornos ruidosos y aplicamos el método propuesto a la tarea de detección de roturas de hilos en torres de aerogeneradores post-tensados. Basándonos en roturas de hilos realizadas manualmente y pruebas de martillo de rebote en un marco de prueba a gran escala, empleamos una búsqueda exhaustiva para encontrar la señal de consulta más adecuada de un evento de rotura de hilo y un impacto de martillo de rebote, respectivamente. Luego, evaluamos el rendimiento de detección de señales en más de 500 otras señales de rotura de hilos y aproximadamente una semana de grabaciones continuas de emisión acústica en un aerogenerador en funcionamiento. Para una relación señal-ruido de 0 dB, el enfoque de filtro adaptado muestra una mejora en el AUC de hasta 0.78 tanto para la rotura de hilos como para la señal de consulta del martillo de rebote, en comparación con la detección basada en amplitud de última generación. Incluso para las mediciones de rotura de hilos no escaladas registradas originalmente en el marco de prueba de laboratorio de 12 m, la mejora en el AUC sigue estando entre 0.01 y 0.25 dependiendo de las grabaciones de ruido del aerogenerador consideradas para la evaluación. Por lo tanto, los filtros adaptados pueden ser una alternativa prometedora a los algoritmos de detección basados en amplitud y merecen una consideración particular en relación con el Monitoreo de Emisión Acústica, especialmente en entornos ruidosos o cuando se requieren redes de sensores escasas.
Descripción
Las inspecciones regulares de infraestructuras civiles importantes son obligatorias para garantizar la seguridad estructural y la fiabilidad. Hasta hoy, estas inspecciones se realizan principalmente de forma manual, lo que presenta varias deficiencias. En el contexto de las estructuras de hormigón pretensado, los tendones de acero pueden ser susceptibles a la corrosión por tensión, lo que puede resultar en la rotura de hilos individuales que no es visualmente observable. Por lo tanto, investigaciones recientes sugieren el Monitoreo de Emisión Acústica para la detección de roturas de hilos en estructuras de hormigón pretensado. Sin embargo, en entornos ruidosos, como los aerogeneradores, la detección convencional de emisión acústica basada en umbrales de amplitud definidos por el usuario puede no ser adecuada. Así, proponemos el uso de filtros adaptados para la detección de emisión acústica en entornos ruidosos y aplicamos el método propuesto a la tarea de detección de roturas de hilos en torres de aerogeneradores post-tensados. Basándonos en roturas de hilos realizadas manualmente y pruebas de martillo de rebote en un marco de prueba a gran escala, empleamos una búsqueda exhaustiva para encontrar la señal de consulta más adecuada de un evento de rotura de hilo y un impacto de martillo de rebote, respectivamente. Luego, evaluamos el rendimiento de detección de señales en más de 500 otras señales de rotura de hilos y aproximadamente una semana de grabaciones continuas de emisión acústica en un aerogenerador en funcionamiento. Para una relación señal-ruido de 0 dB, el enfoque de filtro adaptado muestra una mejora en el AUC de hasta 0.78 tanto para la rotura de hilos como para la señal de consulta del martillo de rebote, en comparación con la detección basada en amplitud de última generación. Incluso para las mediciones de rotura de hilos no escaladas registradas originalmente en el marco de prueba de laboratorio de 12 m, la mejora en el AUC sigue estando entre 0.01 y 0.25 dependiendo de las grabaciones de ruido del aerogenerador consideradas para la evaluación. Por lo tanto, los filtros adaptados pueden ser una alternativa prometedora a los algoritmos de detección basados en amplitud y merecen una consideración particular en relación con el Monitoreo de Emisión Acústica, especialmente en entornos ruidosos o cuando se requieren redes de sensores escasas.