CVM: بر مبنای حس تغییرات فشار کار می‌کنند.
حسگرهای الکترومغناطیس.
حسگرهای AE.
حسگرهای AU.
حسگرهای پیزو الکتریک.
حسگرهای فیبرنوری شامل، FBG، ^[۶۷]FOS، تداخل‌سنج‌های فابری پروت^[۶۸]، براگ گریتینگ و حسگرهایی با مبدا خارجی^[۶۹] بوده که در فصل آتی بطورمفصل آنالیز می‌شوند.
حسگرهای ترکیبی.
برخی از این حسگرها در شکل(۱-۹) به تصویر کشیده شده‌اند[۶۵].
در مقالات غالبا توصیه شده است که برای حس درجه‌حرارت بویژه در مواد کامپوزیت، بهتر است از حسگرهای فیبرنوری استفاده شود. روش حسگرهای فیبرنوری عمدتا بر اساس اندازه‌گیری افت فلورسانس^[۷۰]، تغییرات کرنش و درجه‌حرارت بوسیله فیبر براگ‌گریتینگ یا حسگرهای فابری پروت می‌باشند[۱۳,۲۲,۳۹].

شکل ‏۱‑۹: حسگرهای مورد استفاده در ایرباس۳۲۰[۶۵].
مانیتورینگ خلا نسبی
سیستم حسگری CVM (شکل(۱-۱۰)) شامل یک سری حسگر بلند و باریک و گالری‌های حفره باز^[۷۱] بوده که بوسیله وصله حسگر چسبنده به سطح خارجی سازه متصل می‌شوند. هرگالری یدکی بطور سری تحت یک حالت خلا پایین با دیگر گالری‌های باقیمانده از فشار محیط جایگذاری شده است. زمانی که ترک سطح رشد کرده، سبب شکسته شدن گالری‌ها شده و به سبب اینکه فشار از گالری با فشار بالا‌تر به گالری‌ با فشار پایین‌تر جاری می‌شود، تغییر در فشار هوا ضبط شده و بدین وسیله آسیب شناسایی می‌شود [۵۱]. سادگی، حساسیت بالا و ارائه ظرفیت مناسب(کل سازه) بوسیله حسگرهای CVM مزیت‌های قابل ملاحظه‌ای را در مقایسه با دیگر تکنولوژی‌های SHM فراهم کرده است.
شکل ‏۱‑۱۰: حسگرهای سطح CVM. [45]
سیستم‌های حسگریCVM می‌توانند برای مانیتورینگ ترک‌های سطح سازه‌های کامپوزیتی و شکست اتصالات چسبی کامپوزیتی استفاده شوند. اگر سیستم CVM برای کل عمر هواپیما نصب شده ‌باشد، قابلیت اطمینان سیستم تحت درجه‌حرارت، بارهای شیمیایی و مکانیکی معین، تضمین شده است.
مدیریت سلامت
مدیریت سلامت می‌تواند به عنوان فرایند مناسبی در تصمیم‌گیری و تحقیق در عملیات استفاده شود. عملیات تعمیر و نگه‌داری بر اساس داده‌های جمع‌ آوری شده بوسیله سیستم مانیتورینگ سلامت انجام می‌پذیرد[۴۴,۶۵]. شکل(۱-۱۱) حالت عمومی ساختار مدیریت داده را نشان می‌دهد, حسگرها پارامترهای آسیب فیزیکی را ذخیره کرده و آن‌ ها را در اختیار تجهیزات پردازش سیگنال قرار می‌دهند. داده‌های حسگر به اطلاعات مربوط به نحوه استفاده سازه و مانیتورینگ آسیب که شامل الگوریتم‌های پردازش اطلاعات بوده، وابسته می‌باشند. یک مدیریت استدلال‌گر با توجه به نظارت بر نحوه استفاده و مانیتوره کردن آسیب، داده‌ها را به اطلاعاتی به زبان مدیریت تبدیل کرده و بوسیله سیستم پردازش اطلاعات و سیستم یکپارچه مدیریت سلامت^[۷۲]، اطلاعات به دانشی جهت استفاده برای خدمه پرواز، خلبان، سرویس‌های تعمیر و نگه‌داری، نمایندگی‌های قانونی و تولید کننده‌های اصلی تجهیزات تبدیل می‌شوند . بدین‌ترتیب بازرسی و تعمیر و نگه‌داری مبتنی بر شرایط در هواپیما صورت می‌گیرد.
داده
پردازش
اطلاعات
پردازش
دانش
پردازش
نگه‌داری از دانش بدست آمده و توزیع آن بین کلیه بخشهای هواپیما
پردازش
تعمیر و نگه‌داری مبتنی بر شرایط
شکل ‏۱‑۱۱: سیستم مدیریت سلامت سازه هواپیما.[۶۵]
این نوع مدیریت که از الزامات سیستم مانیتورینگ می‌باشد، در غالب مدیریت داده در فصل آتی تشریح می‌شود.
نیازمندی‌های کاربران نهایی
توسعه نظارت بر نحوه استفاده و سلامت سازه به تکنولوژی‌های در دسترس وابسته می‌باشند. یکی از بزرگترین فاکتورهای کاربران نهایی برای استفاده از این تکنولوژی قیمت تمام شده(هزینه اقتصادی) سیستم مانیتورینگ است که در صورت بالا بودن، اپراتورهای هوایی از بکارگیری آن‌ منصرف می‌شوند. اپراتورهای هوایی در حالت عمومی به ایمنی سازه‌های هوایی با هزینه پایین در چرخه عمر، بالا بودن طول عمر عملیاتی سازه، قابلیت اطمینان بالا و عملکرد بسیار مناسب بها می‌دهند. در بخش بعدی الگوریتم‌ها و نحوه مدیریت و پیاده‌سازی سیستم مانیتورینگ سلامت سازه بحث می‌شود. [۵۴,۶۵]
نتیجه‌گیری و جمع‌بندی
هدف و فلسفه ایجاد مانیتورینگ سلامت, فهم رفتار حقیقی سازه می‌باشد.
زمانی می‌توان به بهترین عملکرد سیستم مانیتورینگ دست یافت که این سیستم در مرحله طراحی پیاده‌سازی شده باشد.
پیاده سازی سیستم مانیتورینگ در مرحله طراحی سبب بهینه‌سازی طراحی سازه می‌شود.
مهمترین مزیت سیستم مانیتورینگ, افزایش ایمنی است.
سیستم مانیتورینگ سلامت سازه بدلیل توانایی کشف آسیب در مراحل اولیه و جلوگیری از رشد آسیب(جلوگیری از بارگذاری اضافی در ناحیه آسیب دیده)، ترمیم خودکار آسیب(با بهره گرفتن از مواد و حسگرهای هوشمند)، جلوگیری از تجمع آسیب و نمایان کردن عمر باقیمانده ناحیه یا قطعه آسیب دیده, مناسب‌ترین سیستم کشف آسیب‌های سازه‌ای می‌باشد.
سیستم مانیتورینگ سبب صرفه‌جویی در هزینه(زمان و هزینه‌های عملیاتی) شده که هزینه‌های عملیاتی آن چشمگیر نمی‌باشند(درک حقیقی آن بعد از گذر چندین سال محقق می‌شود), ولی صرفه‌جویی در زمان آن بسیار چشمگیر بوده و در مواردی سبب کاهش ۵۰ درصدی زمان می‌شود.
بدلیل سادگی محاسبات, مناسب‌ترین تکنیک برای کشف آسیب‌های سازه‌ای در سازه‌هایی با بارگذاری‌های پیچیده(هواپیماهای غول‌پیکر و پل‌های پیشرفته, کشتی و…), تکنیک‌ حس کرنش می باشد.
با بهره گرفتن از سیستم مانیتورینگ سراسری، امکان دسترسی و مانیتورینگ کلیه نواحی و کشف کلیه آسیب‌ها که توسط دیگر روش‌ها غیر ممکن است، فراهم می‌شود.
بهترین عملکرد تکنیک موج تنش در سازه‌های فلزی, تکنیک امواج صوتی در سازه‌های کامپوزیتی می‌باشد و دیگر تکنیک‌ها برای انواع سازه‌ها مناسب می‌باشند.
بهترین تکنیک برای مانیتورینگ دائمی و سراسری سازه, تکنیک مانیتورینگ خلا نسبی می‌باشد.
تکنیک‌های مبتنی بر ارتعاشات مناسب‌ترین گزینه برای مانیتورینگ اتصالات(فلزی یا کامپوزیتی) می‌باشند.
تکنیک‌های ترکیبی مناسب‌ترین تکنیک برای استفاده در صنایع هوایی می‌باشند.
فصل دوم
عملکرد مانیتورینگ سلامت سازه
عملکرد مانیتورینگ سلامت سازه
مفاهیم پایه‌ای، نیازها و فواید
مقدمه
سازه‌های صنعتی و عمرانی در همه جا و هر جامعه‌ای قطع نظر از فرهنگ، مذهب، موقعیت جغرافیایی و توسعه اقتصادی وجود دارند. تصور یک جامعه بدون هواپیما، اتومبیل، ساختمان، پل، تونل، سد و نیروگاه غیر ممکن می‌باشد. سازه‌ها زندگی انسان‌ها، اجتماع، اکولوژی، اقتصاد و فرهنگ را تغییر داده و در تولید ناخالص داخلی نیز سهم بسزایی دارند. بنابراین طراحی خوب، ساخت با کیفیت و ایمن و عملکرد بالا از اهداف مهندسین سازه می‌باشد.
سوء رفتار^[۷۳] سازه‌های عمرانی و هوافضایی گاها نتایج وحشتناکی در پی دارد. فروپاشی سازه‌های ویژه مانند نیروگاه‌های هسته‌ای یا خطوط لوله ممکن است خسارات شدیدی به محیط زیست برساند. زیان‌های اقتصادی ناشی از کاستی‌های سازه‌ای دو گونه می‌باشد. ضررهای مستقیم، هزینه‌های تجدید ساخت بوده و هزینه‌های غیر مستقیم ضرر و زیان در دیگر جنبه‌های اقتصادی می‌باشند. به عنوان مثال فروپاشی ابنیه تاریخی و بناهای فرهنگی، مذهبی آسیب‌های اجتماعی جبران ناپذیری برجای می‌گذارد.
ایمن‌ترین و پایدارترین سازه‌ها، آنهایی هستند که به خوبی مدیریت شوند. اندازه‌گیری‌های دقیق سیستم مانیتورینگ کمک‌های قابل توجهی به این نوع مدیریت(مدیریت سازه‌ای) می‌کند. داده‌های مانیتورینگ برای بهینه‌سازی عملیات تعمیر و نگه‌داری و جایگزینی سازه بر اساس قابلیت اطمینان و داده‌های عملیاتی، استفاده می‌شود.
SHM اطلاعات صحیح و بموقعی درباب شرایط سازه‌ای و عملکرد آن، فراهم می‌کند. این تکنولوژی می‌تواند پارامترهای نماینده^[۷۴] را بصورت همیشگی و دائمی، تناوبی و پایدار, ذخیره کند. اطلاعات بدست آمده از مانیتورینگ به طور کلی برای برنامه‌ریزی طراحی، تعمیرات، افزایش ایمنی و صلاحیت‌سنجی استفاده می‌شوند. فرایند مانیتورینگ بسیار پیچیده بوده و مراحل بسیار حساسی دارد که فقط با برنامه‌ریزی صحیح و شایسته می‌توان به موفقیت و بالاترین عملکرد آن رسید.[۱۵,۶۵,۶۹]
در این فصل به بررسی نحوه عملکرد و کاربرد سیستم مانیتورینگ سلامت پرداخته می‌شود. ابتدا پارامترهایی که می‌توانند برای استفاده در سیستم SHM مانیتوره شوند, شرح داده شده و در ادامه بیان می‌شود که تمرکز اصلی این پروژه بر روی پارامترهای فیزیکی و مکانیکی است. در نهایت مفهوم و مکانیزم عملکرد مدیریت داده که از مهمترین مسائل موجود در بکارگیری سیستم‌های مانیتورینگ می‌باشد, تشریح می‌شود.
مفاهیم پایه ای