Design and implementation of a wireless passive sensing system for structural health monitoring

Yapısal sağlık izleme, belirli hasar göstergelerinin gözlemlenerek, yapılarda hasarın tespit edilmesini ve önüne geçilmesini ve insan yaşamının korunmasını amaçlar. Yapısal sağlık izlemedeki en önemli hasar göstergelerinden biri, betonun içinde gömülü halde bulunan çelik donatılarda oluşan gerinimdir. Bu gerinim, zaman içerisinde yavaşça oluşabileceği gibi, deprem gibi aşırı yüklemeler sonucu birdenbire de meydana gelebilir. Bu çalışmada, yapılarda oluşan gerinim ve bağıl yer değiştirme seviyelerinin algılanarak ölçülmesi amaçlı yeni bir kablosuz pasif algılayıcı sistem sunulmaktadır. Algılayıcı sistem, bir iç içe geçmiş yarık-halka rezonatör prob (NSRR) ile alıcı-verici bir antenden oluşmaktadır. Bu iki eleman elektromanyetik bağlaşık bir sistem oluşturarak çok yüksek bir hassasiyet ve çözünürlük ile beraber geniş bir dinamik menzili mümkün kılmaktadır. Bu sistemle, çelik donatıların elastik (geri döndürülebilir-doğrusal) ve plastik (geri döndürülemez-doğrusal olmayan) deformasyon bölgelerindeki gerinim/yer değiştirmeyi takip etmek mümkündür. Bu çalışmada, şu deneyler için sonuçlar verilmektedir: Laboratuvar ortamında yer değiştirme düzeneğinde gerçekleştirilen karakterizasyon deneyleri, çelik bir donatının kırılmaya kadar çekici bir kuvvet ile yüklendiği çekme deneyleri ve bir kirişin yüklenerek kirişin aşağısında bulunan donatılarda uzamanın gözlemlendiği basit mesnetli kiriş deneyleri. özellikle, basit mesnetli kiriş deneyleri, önerilen algılayıcı sistemin gerçek hayat uygulaması olarak kullanılması yolunda son basamak olma özelliği taşımaktadır. Algılayıcı sistemin, gerinim pulu gibi kablolu aygıtların bozulup ölçüm yapamadıkları noktalardan çok daha sonra bile doğru olarak veri almaya devam ettiği gösterilmektedir. Ayrıca, donatılar ve betonun oluşturduğu karmaşık elektromanyetik ortamın algılamaya olan etkileri de incelenmektedir. Bunlara ek olarak, geliştirildiği takdirde ileride iki boyutlu gerinim haritası çıkarma gibi uygulamalarda yararlanılabilecek, birden çok prob ve tek anten ile gerçeklenen bir çoklu algılama kabiliyeti öne sürülüp deneylerle kanıtlanmaktadır. Son olarak, NSRR yapısı için bir eşdeğer devre modeli önerilmekte, bu modelin sonuçlarının, tam dalga benzetimler ve ölçüm sonuçlarıyla örtüştüğü gösterilmektedir. Bu çalışma, tasarlanan algılayıcı sistemin mikrogerinim seviyesinde yapısal sağlık izleme uygulamaları ile deprem sonrası hasar tespiti açısından faydalı olabilecek yüksek seviyedeki yer değiştirmelerin ölçülmesi için de bir alternatif oluşturma potansiyeli olduğunu ortaya koymaktadır.