Smart sensor for operational load measurements

The important technique enabling machine health monitoring and fault localisation is operational load measurement; however direct measurement is usually difficult or even impossible. The paper deals with the realisation of the idea of developing "smart sensor" which estimates the load based on structure response. In the case study, hardware neural network has been used to obtain the load course from the vibrations in specific points of the structure. The paper covers also problems with prototyping and implementation stages during development of signal processing algorithms with emphasis placed on ASIC/FPGA based hardware platform, for which a methodology of implementation is formulated and validated by practical application to the smart sensor problem. Details of the procedure are presented along with the tools used and results obtained during its realization. Performance of the device during experiment is analysed and, finally, conclusion are shown.

Ważną techniką wykorzystywaną w monitorowaniu stanu technicznego maszyn i lokalizacji uszkodzeń jest pomiar obciążeń w czasie ich pracy. Jednak bezpośredni pomiar jest zwykle trudny albo nawet niemożliwy. Artykuł dotyczy realizacji ideii opracowania "inteligentnego sensora" estymującego obciążenie na podstawie odpowiedzi struktury mechanicznej. W opisanym przykładzie, realizowana sprzętowo sieć neuronowa została zastosowana do otrzymania przebiegu obciążenia na podstawie drgań określonych punktów struktury. Artykuł omawia także problemy związane z prototypowaniem i implementacja algorytmów przetwarzania sygnałów, ze szczególnym uwzględnieniem sytuacji, gdy część sprzętowa oparta jest na układach ASIC/FPGA, dla której opracowano metodologię implementacji, zweryfikowaną poprzez praktyczne zastosowanie do problemu inteligentnego sensora. Pokazano szczegóły tej procedury wraz z zastosowanymi narzędziami i wyniki osiągnięte w trakcie jej realizacji. Przeanalizowano wyniki działania urządzenia podczas eksperymentu i przedstawiono wnioski.