Detection of structural changes in concrete using embedded ultrasonic sensors based on autoregressive model

Embedded ultrasonic transmission measurements can be a cost effective and more user-friendly alternative in comparison to commonly used structural health monitoring systems used in civil engineering to detect operational or environmental changes in structure. They can be used to detect small structural changes in large concrete structures without necessity of placing a sensor on the spot where the changing is taking place. This paper presents the investigations on the possibility of utilising autoregressive model, where the velocity of ultrasonic wave in a medium is dependent on the operational state. The goal is to use the model for localization of operational changes in the large concrete structure by means of embedded ultrasonic transducer networks. In this study, several static load tests and dynamic test on large reinforced concrete beams have been performed using embedded ultrasonic sensors. Using the autoregressive model it is possible to localize operational changes in the concrete structure. The proposed approach of diagnostic signal processing allows for precise evaluation of structural changes in concrete.

Zintegrowane ultradźwiękowe pomiary transmisyjne mogą być efektywną pod względem kosztów i bardziej przyjazną dla użytkownika alternatywą w odniesieniu do często stosowanych systemów monitorowania stanu struktur w budownictwie w celu detekcji eksploatacyjnych lub środowiskowych zmian strukturalnych. Mogą one być wykorzystane przy detekcji minimalnych zmian w dużych strukturach betonowych bez konieczności umieszczenia czujnika w lokalizacji występującej zmian. Artykuł przedstawia wyniki badań w zakresie możliwości zastosowania modelu autoregresyjnego, gdzie prędkość fali ultradźwiękowej w medium jest zależny od stanu eksploatacyjnego. Celem jest zastosowanie modelu do lokalizacji zmian eksploatacyjnych w dużej betonowej strukturze, wykorzystując sieci zintegrowanych przetworników ultradźwiękowych. W niniejszej pracy monitorowano statyczne i dynamiczne testy dużych zbrojonych betonowych belek z wykorzystaniem wbudowanych czujników. Stosując model autoregresyjny, możliwe było zlokalizowanie zmian eksploatacyjnych w betonowej strukturze. Zaproponowane podejście diagnostycznego przetwarzania sygnałów pozwala na dokładną oceną zmian strukturalnych w betonie.