Metodi di analisi passiva mediante sensori piezoelettrici in sistemi di monitoraggio strutturale e sviluppo di algoritmi per la localizzazione di impatti. (Passive analysis methods using piezoelectric sensors in structural monitoring systems and development of algorithms for the localization of impacts.)

Technique for Impact Localization on Carbon Fiber Laminate Sheets: il problema affrontato è stato quello della localizzazione di un impatto a bassa energia (simulati con sfere in caduta libera) su strutture planari in materiale polimerico rinforzato con fibra di carbonio (CFRP) per mezzo della formula di triangolazione di Tobias sviluppando un nuovo algoritmo “di verosimiglianza” per l’estrazione del tempo di arrivo differenziale (DToA) da una coppia di sensori piezoelettrici flessibili incollati alla superficie del materiale. In particolare, è stata fatta la caratterizzazione della lastra in CFRP in termini di diagramma delle velocità di propagazione delle onde di Lamb. L’algoritmo ha reso indipendente la valutazione del DToA dal tipo di trasduttore utilizzato, ha migliorato la stima l’accuratezza delle coordinate di impatto. I parametri da inserire nel sistema di elaborazione sono minimi e sono stati migliorati i tempi di elaborazione. Sono state sviluppate nuove geometrie per i sensori in PVDF. Infine, è stato popolato un data base con i segnali acquisiti ed estratti dati statistici con i quali è stato possibile valutare l’algoritmo e confrontarlo con il metodo classico a soglia fissa per lastre in CFRP. Analysis of the errors in the estimation of impact positions in plate-like structure through the triangulation formula: l’attività di ricerca si è svolta concentrandosi sullo studio di una sperimentazione che diminuisse i parametri di incertezza. È stata condotta quindi un’analisi degli errori nella stima della posizione di impatto su alluminio attraverso la formula di triangolazione. Inizialmente, al fine di ridurre l’incertezza sulla generazione degli impatti con sfere in caduta libera, è stato realizzato un sistema meccanico, completo di elettronica di pilotaggio, per la generazione di impatti controllati e ripetibili. Il lavoro si è concentrato su una semplice procedura di laboratorio basata su un set-up con una coppia di sensori posizionati simmetricamente rispetto al punto di impatto, per stimare l'incertezza del DToA e la velocità di propagazione. Successivamente dallo studio del modello matematico di triangolazione sono stati individuati ed indagati, in modo simulato, i due fattori che ne influiscono sulla stima: il tempo differenziale di arrivo (DToA) ad ogni coppia di sensori dell’array e l’incertezza sulla stima della velocità di gruppo delle onde guidate di Lamb. Le prove sperimentali per la misura della velocità delle onde di Lamb e per la stima del DToA, sono state fatte su di una lastra di alluminio di spessore 1.4 mm con sensori piezoelettrici commerciali. Poiché l'errore per la stima DToA dipende anche dal tipo di elaborazione del segnale adottato, tra i molti metodi riportati in letteratura per la stima del DToA, abbiamo analizzato e confrontato tre metodi: l'attraversamento di una soglia predeterminata, il metodo di correlazione e l’algoritmo di “verosimiglianza” sviluppato in [A1]. Per il rilevamento dell'incertezza della velocità di propagazione, sono state calcolate le curve di dispersione della piastra di alluminio ed i risultati sono stati poi confrontati con le misurazioni sperimentali. Inoltre, un'analisi teorica ha mostrato come gli errori che influenzano il DToA e la velocità di propagazione agiscano sulla stima del punto di impatto nella formula di triangolazione. L'analisi dell'errore di posizionamento, nell’ottica di un utilizzo di configurazione multisensoriale, è considerata utile per la progettazione di un sistema di monitoraggio strutturale (SHM).