Uma contribuição aos sistemas de monitoramento de integridade estrutural baseados na impedância eletromecânica sob aplicações de baixa relação sinal-ruído - Castro, Bruno Albuquerque de (2019)
Os sistemas de monitoramento de estruturas aeroespaciais, civis e navais, também conhecidos como sistemas de SHM (“Structural Health Monitoring”), têm como objetivo a detecção de danos estruturais em estágio inicial e, desta forma, se garantir a segurança dos usuários e reduzir os custos com manutenção. Entre as várias técnicas existentes para a detecção de danos, a técnica da impedância eletromecânica (E/M) se destaca pela sua metodologia simples e por utilizar transdutores piezelétricos de baixo custo. Basicamente, o diagnóstico de falhas estruturais se dá pela extração da impedância elétrica de um transdutor acoplado em uma estrutura hospedeira, e o diagnóstico estrutural é realizado pela aplicação de índices estatísticos como o desvio da raiz média quadrática – root mean square deviation (RMSD) – que é baseado na norma Euclidiana e o desvio do coeficiente de correlação – correlation coefficient deviation metric (CCDM) – baseado no coeficiente de correlação. Apesar de ser uma técnica promissora e eficaz, as pesquisas envolvendo a técnica da impedância eletromecânica são realizadas em laboratórios sob condições ideais. Todavia, na prática, durante a medição de impedância, é inevitável a contaminação dos sinais por ruído, o que pode influenciar e prejudicar significativamente o diagnóstico de danos estruturais, limitando a aplicabilidade da técnica E/M. Tomando como base essa questão, o objetivo deste trabalho é explorar novas técnicas de processamento de sinais oriundos das medições de impedância de transdutores piezelétricos, em ambientes que produzem baixa relação sinal-ruído (SNR), visando a expansão da aplicabilidade dessa técnica de monitoramento. Para isto, utilizou-se estruturas de alumínio e fibra de carbono, muito utilizadas pela indústria aeroespacial. Foi realizado um estudo da influência do ruído nos sinais de impedância, bem como nas técnicas tradicionais de caracterização de falha. Como a finalidade é desenvolver métodos inéditos de caracterização e diagnóstico de danos para aplicações em ambientes onde o ruído estrutural se faz presente, três diferentes técnicas de processamento digital de sinais foram propostas como métodos de diagnóstico de falhas para este tipo de aplicação. Essas técnicas avançadas para o tratamento dos sinais dos transdutores piezelétricos, tiveram como base o critério estatístico de Hinkley, a correlação cruzada de sinais e técnica cromática de separação de dados. Os resultados obtidos indicaram que os novos métodos propostos foram eficazes no diagnóstico de falhas estruturais expandindo esta promissora técnica de monitoramento estrutural em aplicações onde o ruído estrutural não é controlado, como nas aplicações reais.