Wireless meta-structured RF probes for vibration sensing

Titreşim sinyalleri, takip etme amaçları için bir çok farklı alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Titreşimi algılamak ve karakteristiğini incelemek, özellikle inşaat ve makine alanlarında hasar bulma ve takibi için kritik öneme sahiptir. Bu yapılara/makinelere gelebilecek olası hasarların tespiti, hem insan sağlığını korumak hem de olası hasarların maliyetini azaltmak için uygun maliyetli ve kullanımı kolay çözümler gerektirir. Bu tezde, çeşitli yapı ve makinelerin sağlığını ve bütünlüğünü izlemek için verimli ve güvenilir bir çözüm sunmak amacıyla, yüksek çözünürlüklü ve gerçek zamanlı kablosuz izleme yetenekleri sunan yeni bir sınıf meta-yapı tabanlı titreşim probları önerdik ve geliştirdik. Radyo frekansı (RF) alanında çalışan bu sensör konsepti, her biri birbirine göre hareket etmekte serbest olan iki tane iç içe bölünmüş halka rezonatörünün (NSRR=Nested Split Ring Resonator) yakın-alan kuplajına dayanır. NSRR'lerden birinin bağlı olduğu bir yüzeyde meydana gelen mekanik titreşime yanıt olarak, bir alıcı-verici anten tarafından NSRR çiftinden okunan elektromanyetik dalganın genliği monoton bir şekilde değişir. Böylece geniş bir RF aralığında sistemin mekanik titreşimleri algılama yeteneğine sahip olmasını sağlar. Düşük genliklerde bile kablosuz titreşim algılamayı mümkün kılan bu algılama mimarisinin en önemli avantajı, eşleşmiş NSRR probları arasındaki boşluğa çok güçlü bir şekilde bağlı olmasıdır. Deneysel bulgular, bu sistemin 50 μm kadar düşük titreşim genliklerini kablosuz olarak ölçebildiğini göstermektedir. Aynı derecede önemli diğer bir durum ise ortalama %1.2'lik hata oranıyla 38.4 μm'lik yüksek düzeyde bir titreşim çözünürlüğü (iki yakın titreşim genliğinin birbirinden ayırt edilebildiği minimum fark) sağlanmasıdır. Bu algılama sistemi, 866 kHz/mm'lik bir hassasiyet seviyesi sunmaktadır. Önerilen sistemin kablosuz ve pasif doğası, NSRR problarımızın maliyet etkinliği ile birlikte, uzaktan yapısal sağlık izleme, deformasyon tespiti ve titreşim dalgası izleme dahil olmak üzere bir dizi gerçek hayat uygulaması için oldukça umut vericidir.