Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng xác định tổn hao lực căng cáp cho trụ anten sử dụng đáp ứng trở kháng và mạng nơ ron nhân tạo có xét độ nhạy của miền tần số

Luận văn về xác định tổn hao lực căng cáp trụ anten bằng đáp ứng trở kháng và mạng nơ-ron. Nghiên cứu kỹ thuật xây dựng, độ nhạy tần số.

• Tác giả: Lê Phúc Vinh
• Người hướng dẫn: PGS. Hồ Đức Duy
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP.HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng
• Đề tài: Xác định tổn hao lực căng cáp cho trụ anten sử dụng đáp ứng trở kháng và mạng nơ-ron nhân tạo có xét độ nhạy của miền tần số
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về xác định tổn hao lực căng cáp BTS Khám phá

Trong lĩnh vực xây dựng, kỹ thuật dự ứng lực đóng vai trò quan trọng trong các công trình như cầu bê tông cốt thép và trạm thu phát sóng (BTS). Với kết cấu tăng đơ cáp của BTS, lực căng cáp là yếu tố then chốt đánh giá tình trạng kết cấu. Quá trình thi công và vận hành có thể gây ra tổn hao lực căng cáp tức thời hoặc kéo dài theo thời gian. Nếu lực căng giảm dưới ngưỡng an toàn, nguy cơ phá hủy bộ phận hoặc toàn bộ kết cấu là rất lớn. Luận văn này tập trung nghiên cứu phương pháp xác định tổn hao lực căng cáp cho trụ anten bằng cách sử dụng đáp ứng trở kháng và mạng nơ-ron nhân tạo, đồng thời xem xét độ nhạy của miền tần số. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn kết cấu và tối ưu hóa bảo trì cáp trụ.

1.1. Tầm quan trọng của lực căng cáp trong kết cấu BTS

Lực căng cáp là yếu tố sống còn đối với sự ổn định và khả năng chịu tải của trụ anten. Sự suy giảm lực căng có thể dẫn đến mất ổn định, biến dạng quá mức và cuối cùng là sự cố. Việc giám sát lực căng cáp thường xuyên giúp phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn, cho phép thực hiện các biện pháp khắc phục kịp thời. Điều này không chỉ đảm bảo an toàn kết cấu mà còn kéo dài tuổi thọ của công trình.

1.2. Giới thiệu về phương pháp đáp ứng trở kháng và mạng nơ ron

Phương pháp đáp ứng trở kháng dựa trên việc theo dõi sự thay đổi trở kháng điện của một cảm biến (thường là PZT) gắn trên kết cấu. Sự thay đổi về lực căng cáp sẽ ảnh hưởng đến đáp ứng trở kháng. Mạng nơ-ron (ANN) được sử dụng để học mối quan hệ phức tạp giữa đáp ứng trở kháng và lực căng cáp, từ đó dự đoán tổn hao lực căng một cách chính xác. Sự kết hợp này mang lại một giải pháp hiệu quả và đáng tin cậy cho việc giám sát sức khỏe kết cấu.

II. Thách thức xác định tổn hao lực căng Bí quyết giải quyết

Việc xác định tổn hao lực căng cáp trong thực tế gặp nhiều thách thức. Các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, và gió có thể ảnh hưởng đến đáp ứng trở kháng, gây khó khăn cho việc phân tích. Sai số đo lường từ các cảm biến và thiết bị cũng cần được xem xét. Ngoài ra, việc lựa chọn vị trí đặt cảm biến tối ưu để đạt được độ nhạy cao nhất là một bài toán phức tạp. Luận văn này đi sâu vào việc giải quyết những thách thức này, đề xuất các giải pháp để cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của phương pháp xác định tổn hao lực căng cáp.

2.1. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến đáp ứng trở kháng

Nhiệt độ và độ ẩm thay đổi có thể làm thay đổi đặc tính vật liệu của cáp và cảm biến, dẫn đến sai lệch trong đáp ứng trở kháng. Gió cũng có thể gây ra rung động và ảnh hưởng đến phép đo. Để giảm thiểu ảnh hưởng của điều kiện môi trường, cần thực hiện các biện pháp bù nhiệt, hiệu chỉnh độ ẩm và lọc nhiễu. Việc sử dụng cảm biến có độ bền cao và ít bị ảnh hưởng bởi môi trường cũng là một giải pháp hiệu quả.

2.2. Giảm thiểu sai số đo lường và tăng độ tin cậy

Sai số đo lường có thể xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm độ chính xác của cảm biến, lỗi trong quá trình thu thập dữ liệu, và sự không hoàn hảo của mô hình phân tích. Để giảm thiểu sai số, cần sử dụng các thiết bị đo lường chất lượng cao, thực hiện hiệu chuẩn thường xuyên, và áp dụng các kỹ thuật xử lý tín hiệu tiên tiến. Đánh giá độ tin cậy của phép đo là rất quan trọng để đảm bảo kết quả chính xác và đáng tin cậy.

2.3. Tối ưu vị trí đặt cảm biến cho độ nhạy cao nhất

Vị trí đặt cảm biến có ảnh hưởng lớn đến độ nhạy của đáp ứng trở kháng đối với sự thay đổi lực căng cáp. Các vị trí gần điểm neo hoặc nơi có ứng suất cao thường cho độ nhạy tốt hơn. Tuy nhiên, việc lựa chọn vị trí tối ưu cần xem xét nhiều yếu tố, bao gồm đặc tính kết cấu, hình dạng cảm biến, và yêu cầu lắp đặt. Nghiên cứu này đề xuất các phương pháp mô phỏng và thử nghiệm để xác định vị trí đặt cảm biến tối ưu.

III. Phương pháp đáp ứng trở kháng Hướng dẫn chi tiết từ A Z

Phương pháp đáp ứng trở kháng là một kỹ thuật quan trắc sức khỏe kết cấu không phá hủy, dựa trên việc theo dõi sự thay đổi trở kháng điện của một cảm biến áp điện (PZT) gắn trên kết cấu. Khi lực căng cáp thay đổi, đáp ứng trở kháng của cảm biến cũng thay đổi theo. Bằng cách phân tích đáp ứng trở kháng, có thể xác định tổn hao lực căng cáp một cách hiệu quả. Phần này trình bày chi tiết về cơ sở lý thuyết, quy trình thực hiện, và các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp.

3.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp đáp ứng trở kháng

Phương pháp đáp ứng trở kháng dựa trên sự tương tác giữa cảm biến PZT và kết cấu. Cảm biến PZT tạo ra sóng cơ học lan truyền trong kết cấu. Khi gặp các khuyết tật hoặc thay đổi về lực căng, sóng cơ học sẽ bị phản xạ hoặc hấp thụ, dẫn đến sự thay đổi trở kháng điện của cảm biến. Bằng cách đo và phân tích trở kháng điện, có thể suy ra thông tin về tình trạng kết cấu. "Cơ sở lý thuyết của phương pháp quan trắc sức khỏe công trình dựa vào tín hiệu trở kháng được giới thiệu tóm tắt" (Trích từ TÓM TẮT).

3.2. Quy trình thực hiện đo đáp ứng trở kháng trên cáp trụ anten

Quy trình đo đáp ứng trở kháng bao gồm các bước: chuẩn bị bề mặt kết cấu, gắn cảm biến PZT, kết nối cảm biến với thiết bị đo trở kháng, và thu thập dữ liệu. Dữ liệu trở kháng thu được sau đó được xử lý và phân tích để xác định tổn hao lực căng cáp. Cần tuân thủ các quy trình chuẩn để đảm bảo kết quả đo chính xác và đáng tin cậy.

3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của đáp ứng trở kháng

Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của đáp ứng trở kháng, bao gồm điều kiện môi trường, vị trí đặt cảm biến, đặc tính vật liệu của cảm biến và kết cấu, và tần số quét. Cần kiểm soát và bù trừ các yếu tố này để đảm bảo kết quả đo chính xác. "Độ nhạy của tín hiệu trở kháng được khảo sát thông qua các trường hợp: (a) vị trí đặt của PZT-tấm tương tác, (b) vật liệu của PZT và tấm tương tác và (c) kích thước của cả PZT và tấm tương tác" (Trích từ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN).

IV. Mạng nơ ron Bí quyết học máy dự đoán tổn hao lực căng

Mạng nơ-ron (ANN) là một công cụ mạnh mẽ trong lĩnh vực học máy, có khả năng học các mối quan hệ phức tạp giữa các biến số. Trong bài toán xác định tổn hao lực căng cáp, mạng nơ-ron được huấn luyện bằng dữ liệu đáp ứng trở kháng tương ứng với các mức độ tổn hao lực căng khác nhau. Sau khi được huấn luyện, mạng nơ-ron có thể dự đoán tổn hao lực căng một cách nhanh chóng và chính xác dựa trên dữ liệu đáp ứng trở kháng mới.

4.1. Giới thiệu về mạng nơ ron và ứng dụng trong SHM

Mạng nơ-ron là một mô hình tính toán được lấy cảm hứng từ cấu trúc và chức năng của bộ não con người. Mạng nơ-ron có khả năng học từ dữ liệu và đưa ra các dự đoán hoặc quyết định. Trong lĩnh vực quan trắc sức khỏe kết cấu (SHM), mạng nơ-ron được sử dụng để phân tích dữ liệu cảm biến, phát hiện hư hỏng, và dự đoán tuổi thọ của kết cấu. "Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (ANN) trong lĩnh vực chẩn đoán sức khỏe kết cấu công trình" (Trích từ MỤC LỤC).

4.2. Huấn luyện mạng nơ ron với dữ liệu đáp ứng trở kháng

Quá trình huấn luyện mạng nơ-ron bao gồm việc cung cấp cho mạng một tập dữ liệu huấn luyện, bao gồm các cặp (đầu vào, đầu ra) đã biết. Trong trường hợp này, đầu vào là dữ liệu đáp ứng trở kháng, và đầu ra là giá trị tổn hao lực căng cáp tương ứng. Mạng nơ-ron sẽ điều chỉnh các tham số của mình để giảm thiểu sai số giữa dự đoán và giá trị thực tế. "Với miền tần số có độ nhạy cao nhất, mạng nơ-ron nhân tạo được huấn luyện và áp dụng để xác định lực căng cáp của tăng đơ sử dụng" (Trích từ TÓM TẮT).

4.3. Đánh giá hiệu quả của mạng nơ ron trong dự đoán tổn hao lực căng

Sau khi được huấn luyện, mạng nơ-ron cần được đánh giá để xác định hiệu quả dự đoán. Quá trình đánh giá bao gồm việc cung cấp cho mạng một tập dữ liệu kiểm tra, và so sánh các dự đoán của mạng với giá trị thực tế. Các chỉ số đánh giá thường được sử dụng bao gồm sai số trung bình, độ lệch chuẩn, và hệ số tương quan. Đánh giá giúp xác định xem mạng nơ-ron có đủ khả năng để dự đoán tổn hao lực căng một cách chính xác hay không.

V. Ứng dụng thực tế Giám sát tổn hao lực căng bằng IoT

Nghiên cứu này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong việc giám sát tổn hao lực căng cáp cho các trụ anten BTS trên toàn quốc. Việc tích hợp hệ thống đo đáp ứng trở kháng và mạng nơ-ron với các thiết bị IoT cho phép giám sát từ xa và liên tục. Khi phát hiện tổn hao lực căng vượt quá ngưỡng an toàn, hệ thống sẽ gửi cảnh báo đến người quản lý để có biện pháp xử lý kịp thời, đảm bảo an toàn kết cấu và giảm thiểu chi phí bảo trì.

5.1. Thiết kế hệ thống giám sát từ xa sử dụng IoT

Hệ thống giám sát từ xa bao gồm các cảm biến PZT gắn trên cáp trụ, thiết bị thu thập dữ liệu, module truyền thông không dây, và nền tảng phần mềm giám sát. Dữ liệu đáp ứng trở kháng được thu thập liên tục và truyền về trung tâm điều khiển thông qua mạng internet. Mạng nơ-ron được triển khai trên máy chủ để phân tích dữ liệu và đưa ra các cảnh báo khi cần thiết. "giải pháp IoT giám sát lực căng cáp trụ anten từ xa" (Trích từ danh sách Semantic LSI keywords).

5.2. Cảnh báo sớm và phòng ngừa sự cố sập đổ kết cấu

Hệ thống giám sát liên tục giúp phát hiện sớm các dấu hiệu tổn hao lực căng, cho phép thực hiện các biện pháp phòng ngừa trước khi xảy ra sự cố nghiêm trọng. Các cảnh báo có thể được gửi qua email, tin nhắn, hoặc hiển thị trên bảng điều khiển giám sát. Người quản lý có thể xem xét tình hình thực tế và đưa ra quyết định bảo trì phù hợp.

5.3. Tối ưu hóa bảo trì và giảm chi phí vận hành

Việc giám sát liên tục và chính xác giúp tối ưu hóa kế hoạch bảo trì. Thay vì thực hiện bảo trì định kỳ theo thời gian, có thể thực hiện bảo trì theo tình trạng (condition-based maintenance), chỉ khi có dấu hiệu hư hỏng hoặc tổn hao lực căng đáng kể. Điều này giúp giảm thiểu chi phí bảo trì và kéo dài tuổi thọ của công trình.

VI. Kết luận và hướng phát triển Xác định lực căng tương lai

Luận văn này đã trình bày một phương pháp hiệu quả để xác định tổn hao lực căng cáp cho trụ anten bằng cách kết hợp đáp ứng trở kháng và mạng nơ-ron. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn kết cấu và tối ưu hóa bảo trì. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của phương pháp, cũng như mở rộng ứng dụng cho các loại kết cấu khác.

6.1. Tóm tắt các kết quả nghiên cứu chính

Nghiên cứu đã chứng minh rằng phương pháp đáp ứng trở kháng có thể được sử dụng để xác định tổn hao lực căng cáp một cách hiệu quả. Mạng nơ-ron đã được chứng minh là có khả năng học các mối quan hệ phức tạp giữa đáp ứng trở kháng và lực căng cáp, từ đó dự đoán tổn hao lực căng một cách chính xác. Hệ thống giám sát từ xa sử dụng IoT có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong thực tế.

6.2. Hướng phát triển trong tương lai Thuật toán học máy nâng cao

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của phương pháp. Một hướng phát triển tiềm năng là sử dụng các thuật toán học máy tiên tiến hơn, như mạng nơ-ron sâu (deep learning), để học các đặc trưng phức tạp từ dữ liệu đáp ứng trở kháng. Ngoài ra, cần nghiên cứu các phương pháp bù trừ ảnh hưởng của điều kiện môi trường để nâng cao độ chính xác của hệ thống.

6.3. Mở rộng ứng dụng cho các loại kết cấu khác

Phương pháp xác định tổn hao lực căng cáp này có thể được mở rộng ứng dụng cho các loại kết cấu khác, như cầu treo, cầu dây văng, và các công trình có sử dụng cáp dự ứng lực. Việc điều chỉnh các tham số của mạng nơ-ron và lựa chọn vị trí đặt cảm biến phù hợp là cần thiết để đảm bảo hiệu quả ứng dụng cho từng loại kết cấu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Giới thiệu 5 Giới thiệu sơ lược về đề tài nghiên cứu, mục tiêu và nội dung nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, tính cần thiết và ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu. Tổng quan tình hình nghiên cứu Tổng quan về tình hình nghiên cứu của các tác giả trong nước và quốc tế liên quan đến các phương pháp quan trắc lực căng cáp. Cơ sở lý thuyết Trình bày cơ sở lý thuyết, phương pháp, công cụ để chẩn đoán tổn hao lực căng cáp.

Chẩn đoán tổn hao lực căng cáp cho trụ anten sử dụng trở kháng và mạng nơ ron nhân tạo có xét độ nhạy của miền tần số Kiểm tra tín hiệu của mô phỏng số so với thực nghiệm từ nghiên cứu trước. Phân tích sự ảnh hưởng của vị trí PZT-tấm nhôm tương tác đến độ nhạy của tín hiệu trở kháng do tổn hao lực căng cáp. Chọn vị trí phù hợp thực hiện chẩn đoán tổn hao lực căng cáp cho trụ anten sử dụng trở kháng và mạng nơ-ron nhân tạo có xét độ nhạy của miền tần số. Ảnh hưởng của vật liệu và kích thước của PZT và tấm tương tác đến độ nhạy của tín hiệu trở kháng Việc tối ưu hoá về kích thước và loại vật liệu cho PZT-tấm trở kháng được nghiên cứu thông qua sự phân tích và đánh giá ảnh hưởng của vật liệu, kích thước của PZT và tấm tương tác đến độ nhạy của tín hiệu trở kháng do tổn hao lực căng cáp.

Kết luận và kiến nghị Đưa ra các kết luận chính đã đạt được trong đề tài, các vấn đề còn vướng mắc, chưa được nghiên cứu và kiến nghị hướng nghiên cứu, phát triển sau này. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 2. Tổng quan về phương pháp quan trắc sức khỏe công trình Theo Balageas (2010) [8], chẩn đoán sức khỏe kết cấu nhằm mục đích cho ra một chẩn đoán về “trạng thái” của các vật liệu, các bộ phận cấu thành trong một thời gian hoặc suốt vòng đời của kết cấu đó. Các trạng thái của kết cấu này có thể bị thay đổi do lão hóa của vật liệu, việc sử dụng thực tế, tác động của môi trường và do sự kiện ngẫu nhiên không theo thiết kế ban đầu.

Nhờ việc giám sát thời gian thực này, các kỹ sư có thể xem xét cơ sở dữ liệu lịch sử đầy đủ về cấu trúc, đưa ra tiên lượng sự phát triển của hư hỏng, tuổi thọ còn lại hoặc các mục đích khác liên quan đến khả năng sử dụng của kết cấu. Phương pháp chẩn đoán sức khỏe kết cấu có thể phát hiện các hư hại, khuyết tật, kiểm tra đánh giá tính toàn vẹn của vật liệu cấu thành hoặc các đặc trưng khác của kết cấu mà không làm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng của kết cấu. Đây là một ngành mới nhưng các nghiên cứu đã được thực hiện cho thấy các ứng dụng rộng rãi của nó trong các lĩnh vực khác nhau. Hiện nay, phương pháp kiểm tra hư hỏng của kết cấu công trình được phân loại thành phương pháp kiểm tra phá hủy và không phá hủy.

Phương pháp kiểm tra phá hủy là thực hiện việc lấy mẫu đại diện từ kết cấu chủ sau đó thực hiện thí nghiệm phá hủy trên mẫu và áp dụng các hệ số thống kê nhằm xác định các đặc trưng cần tìm, như xem trên Hình 2. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ được sử dụng trong số ít các trường hợp do kết cấu chủ đã mất đi tính toàn vẹn vốn có của nó. Trong khi đó, phương pháp kiểm tra không phá hủy để thực hiện việc kiểm tra hư hỏng mà không ảnh hưởng hoặc ảnh hưởng rất ít đến sự làm việc kết cấu như: phương pháp siêu âm, thẩm thấu và phóng xạ, như xem trên Hình 2. Cụ thể, phương pháp siêu âm phát hiện khuyết tật sử dụng các định luật vật lý về sự truyền sóng âm thanh trong vật liệu rắn đã được sử dụng để phát hiện các khuyết tật nằm ẩn bên trong như các vết nứt, lỗ rỗng, rỗ khí và sự không liên tục nằm trong kết cấu.

Kiểm tra theo phương pháp thẩm thấu dùng để phát hiện các khuyết tật mở trên bề mặt, chẳng hạn như nứt, rỗ mà không thể phát hiện được bằng mắt thường thông qua các chất lỏng chuyên dụng gọi là chất chỉ thị. Trong khi đó, phương pháp phóng xạ sử dụng bức xạ ga mma hoặc tia X trên vật liệu để xác định sự không hoàn hảo hay không liên tục của vật liệu. Các phương pháp trên tuy có thể kiểm tra được hư hỏng kết cấu nhưng giá thành cao, khó ứng dụng đại trà và theo dõi hư hỏng trong suốt vòng đời công trình. 7 (a) Thí nghiệm kéo thép (b) Thí nghiệm nén bê tông Hình 2.1 Các phương pháp kiểm tra phá hủy kết cấu (a) Siêu âm (b) Thẩm thấu (c) Phóng xạ Hình 2.2 Các phương pháp kiểm tra không phá hủy kết cấu Những năm gần đây, một số phương pháp quan trắc mới đã và đang thu hút rất nhiều học giả nghiên cứu như: phương pháp dao động, phương pháp năng lượng biến dạng và phương pháp trở kháng [8].

Những phương pháp này đều có những ưu và nhược điểm riêng, nhưng nó cho kết quả nhanh, giá thành rẻ, độ chính xác tương đối cao. Cụ thể, Sinou (2009) [3] nghiên cứu tổng quan phương pháp dao động để nhận diện hư hỏng bằng sự thay đổi của tần số dao động riêng, hệ số cản, hình dạng dao động và các đặc trưng khác. Fan (2011) [4] tổng hợp so sánh các phương pháp truyền thống và hiện đại khi sử dụng phương pháp dao động trong chẩn đoán sức khỏe kết cấu và các hạn chế của chúng. Đối với phương pháp năng lượng biến dạng, Wang (2018) [9] đã nghiên cứu tổng quan về 4 phương pháp năng lượng biến dạng cũng như phương pháp chỉ số hư hỏng (damage index), phương pháp thay đổi năng lượng biến dạng dạng dao động (modal strain energy change), năng lượng biến dạng chéo (cross-modal strain energy) và năng lượng biến dạng lặp (iterative modal strain energy).

Đối với phương pháp trở kháng, Park (2003) [5] đã có nghiên cứu tổng quát về công nghệ phương pháp sử dụng tín hiệu trở kháng trong chẩn đoán kết cấu, Huynh và cộng sự (2017) [10] đã nêu lợi thế và thách thức của việc sử dụng phương pháp này. 8 Trong các phương pháp trên, phương pháp sử dụng trở kháng là phương pháp giúp phát hiện sớm các hư hỏng xuất hiện cục bộ tại chi tiết kết cấu với nhiều ưu điểm như: (a) dữ liệu đo dễ dàng sử dụng phục vụ cho việc tính toán chuẩn đoán kết cấu, (b) có khả năng ứng dụng cho việc phát triển hệ thống đo tự động (wireless impedance sensor network) và (c) ứng dụng cho nhiều loại kết cấu khác nhau (bê tông, bê tông cốt thép, kết cấu thép). Phần sau, những nghiên cứu về ứng dụng phương pháp trở kháng sẽ được giới thiệu một cách tóm tắt. Ứng dụng phương pháp trở kháng trong chẩn đoán sức khỏe kết cấu 2.

Nghiên cứu phương pháp trở kháng cho ở nước ngoài Liang và cộng sự (1994) [11] nghiên cứu về ứng dụng của phương pháp trở kháng cơ – điện giữa PZT và kết cấu chủ cho kết cấu trong miền tần số kích thích lớn hơn 30 kHz. Sau đó, Wang và cộng sự (1996) [12] chứng minh được rằng tín hiệu trở kháng điện của PZT đo được trên hai mặt của kết cấu có thể dùng để tìm ra ứng xử của kết cấu. Wang và cộng sự (1997) [13] đã thể hiện mô phỏng toán học để diễn tả sự tương thích của biến dạng giữa miếng PZT và kết cấu dầm hoặc tấm. Kết quả là biến dạng của kết cấu được nhận thấy từ những thay đổi điện dung của PZT.

Raju và cộng sự (1998) [14] đã nghiên cứu trên kết cấu bê tông cốt thép liên hợp, cho thấy ảnh hưởng của tham số trở kháng như mức độ kích thích của bộ kích thích, chiều dài dây dẫn, sử dụng một bộ duy nhất để gắn vào nhiều bộ cảm biến. Nhóm tác giả nhận thấy rằng sự thay đổi trong nhiều tham số không gây ảnh hưởng đáng kể đến trở kháng. Do yêu cầu định lượng các mức độ hư hỏng, nghiên cứu về các chỉ số đánh giá hư hỏng theo định lượng đã ra đời. Sun và cộng sự (1995) [15] đã chẩn đoán hư hỏng kết cấu dàn bằng cách sử dụng thuật toán thống kê để đánh giá sự sai khác giữ các dữ liệu trở kháng, từ đó chẩn đoán tình trạng hư hỏng.

Ngoài ra, nghiên cứu cũng đánh giá ảnh hưởng ở các phạm vi tần số khác nhau và mức độ kích thích khi theo dõi trở kháng trên kết cấu được nghiên cứu. Raju (1998) [14] đã đề xuất chỉ số CCD (Correlation Coefficient Deviation) của trở kháng cho việc tìm ra hư hỏng của kết cấu. Zagrai và Giurgiutiu (2001) [16] đã dùng các chỉ số: Root Mean Square (RMSD), Covariance Change (CC); Mean Absolute Percentage Deviation (MAPD) và Correlation Coefficient Deviation (CCD) để đánh giá, chẩn đoán mức độ hư hỏng của tấm mỏng. Trong thí nghiệm này, 5 tấm mỏng có kích thước 100 mm, dày 0.8 mm được chế tạo tạo vết nứt dài 10 mm cách tâm của tấm mỏng 1 đoạn 3 mm, 10 mm, 25 mm, 40 mm và trường hợp không có nứt.

9 (a) Tấm mỏng dùng cho thí nghiệm (b) Tín hiệu trở kháng ở miền tần số 11—40 kHz Hình 2.3 Thí nghiệm chẩn đoán khoảng cách vết nứt tấm mỏng [16] Về các nghiên cứu thí nghiệm liên quan đến đối tượng lực căng cáp và vùng neo của cáp, Nguyen và cộng sự (2012) [17] đã nghiên cứu và phát triển cảm biến thông minh trong việc lấy đáp ứng tần số dao động và trở kháng dựa trên chẩn đoán kết cấu của hệ thống kết cấu dây cáp. Thí nghiệm đã mô phỏng dầm bê tông ứng suất trước với hệ dây cáp bên ngoài trong phòng thí nghiệm được đề xuất để đánh giá tính khả thi của phương pháp theo dõi tổng thể và cục bộ kết cấu dây cáp. Huynh và Kim (2014) [18] đã giám sát lực cáp dựa trên trở kháng trong vùng neo sử dụng các tấm áp điện PZT. Mô hình phân tích một bậc tự do được thiết lập để giải thích cách thể hiện sự mất lực cáp từ sự thay đổi trở kháng, cũng như giảm dải tần số nhạy cảm.

Khả năng ứng dụng của kỹ thuật được đánh giá bằng thực nghiệm để theo dõi tổn thất lực cáp trong cấu trúc thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm. (a) Sơ đồ thí nghiệm (b) Thực tế kết cấu tấm tương tác Hình 2.