Please use this identifier to cite or link to this item: http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/79335
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorAthipong Ngamjarurojana-
dc.contributor.advisorApichart Limpichaipanit-
dc.contributor.advisorKomsanti Chokethawai-
dc.contributor.authorSumit Jirungnimitsakulen_US
dc.date.accessioned2023-12-13T09:43:49Z-
dc.date.available2023-12-13T09:43:49Z-
dc.date.issued2022-05-06-
dc.identifier.urihttp://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/79335-
dc.description.abstractThis research involves the application of piezoelectric sensors. It uses the property of converting pressure to the potential difference in the piezoelectric material. The piezoelectric sensor is patched on the specimen to measure the electrical signal, when the specimen is acted by external forces. This research will be divided into two parts. In the first part, we developed a structural health monitoring system by using piezoelectric sensors. The piezoelectric sensor was patched on specimens such as mortar, concrete, aluminum, wood, and acrylic plate to study the electrical signal. In addition, the piezoelectric sensor was embedded in mortar and concrete specimens to investigate the electrical signal when the specimen was acted by external force. In the second part, we investigated the obtained electrical signal from the piezoelectric sensor. It consists of three main parts. Firstly, it was the study of characteristics of the piezoelectric sensor, which considers the electrical signal produced by different piezoelectric sensor sizes. In this research, it was found that the size of the piezoelectric sensor was larger, the peak of the signal moved to a lower frequency. The temperature also affected in different response to the electric signal. As the temperature increased, the resonance frequency decreased. And when force was applied to the piezoelectric sensor, the signal peak was larger and tended to occur at lower frequencies. When the piezoelectric was immersed in an alkaline solution, the resonant frequency did not change. Secondly, we investigated the electric potential signal received when a mass as released onto a piezoelectric sensor. From the study, it showed that when a sensor was connected to an external resistance of 500 ohms, it produced the most electrical work, which was related to the resonant resistance of the sensor. It was also found that if the mass was dropped vertically at the center of the piezoelectric sensor, it provided the most electrical work. This was related to the force acting on the piezoelectric sensor. The greater the force acting, the more electrical work was obtained. In addition, we patched the three piezoelectric sensors on the surface of aluminum plate, acrylic plate, and wood plate. Three piezoelectric sensors were placed 15 cm apart and stimulated with a single pulse on the specimen plate. A sensor was installed in the center of the plate, and the other sensor was near the trigger point. The electrical signal received by the sensor was an underdamped oscillation and the envelope curve was entirely double exponential decay. Apart from piezoelectric sensors from acrylic plate and wood plate, the logarithm decrements of aluminum plate. acrylic plate, and wood plate were 2.1142, 3.6034, and 2.1271, respectively. The behaviors of oscillation for all plates are underdamped oscillation because the damping factors for aluminum, acrylic and wood plate were 0.3189, 0.4975 and 0.3207, respectively. The free vibrations of aluminum, acrylic, and wood plate were 22.11, 13.80, and 15.98 Hz, respectively. Third, the piezoelectric sensor was embedded in mortar and concrete specimens, after that, the mass was dropped on the specimen and we measured the electrical signal obtained from the piezoelectric sensor. It was found that when we connect the sensor with an external resistance of 500 ohms, it would get the most electrical work and also found that if we released a larger mass, higher release point, the position of embedded piezoelectric sensor in specimen was near surface of impact surface and side where the incident mass was perpendicular to the plane of the piezoelectric sensor, as a result the electrical work was greater due to the greater force exerted on the piezoelectric sensor. And when the mass was dropped onto the surface of the mortar sample, the electrical work tended to be the greatest at the center of the specimen and decreased as it falls further away. In the case of concrete, the point of incidence at the center of the specimen surface tended to produce lower electrical work compared to the edge of the concrete. It was also found that the age of the specimen affected the response to the electrical signal. The received signal dominated when the age of the specimen increased, and from 14 days of age, the signal became clearer. This was related to the compressive strength of the specimen. The compressive strength increased as the age of specimen increased. The results were obtained by the study of electrical impedance from the piezoelectric sensor by using the electrochemical impedance spectroscopy technique. The obtained impedance data was created graph in Nyquist plot. The shape of graph was semicircular. And it became larger as the age of specimen increased. When the electrical impedance was analyzed for the equivalent circuit by using the zview program, the R(Q(RW)) model was used for the analysis. The (Q(RW)) term was related to surface behavior, where Q was related to the constant phase element and it was replaced by a capacitor to compensate for the imperfect capacitor. This showed behavior of double layer capacitance. R was related to the charge transfer resistance at surface metal. It associated with the electrochemical reaction. W is the Warburg impedance, which was related to the diffusion of the charge through its surface. The studying found that the charge transfer resistance at the metal surface increased when aging of the cementitious specimen increased, and the Warburg impedance increased when aging of the cementitious specimen increased.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherChiang Mai : Graduate School, Chiang Mai Universityen_US
dc.titleDevelopment of structural health monitoring system by using Piezoelectric sensorsen_US
dc.title.alternativeการพัฒนาระบบตรวจติดตามสภาพโครงสร้างโดยใช้เซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริกen_US
dc.typeThesis
thailis.controlvocab.lcshPiezoelectric Sensors-
thailis.controlvocab.lcshPiezoelectric materials-
thailis.controlvocab.lcshPiezoelectricity-
thailis.controlvocab.lcshElectricity -- Measurement-
thailis.controlvocab.lcshElectric circuits-
thesis.degreedoctoralen_US
thesis.description.thaiAbstractงานวิจัยนี้เกี่ยวข้องกับการประยุกต์ใช้เซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริก ซึ่งจะใช้สมบัติของการแปลง จากแรงกคให้เป็นค่าความต่างศักย์ในตัวของวัสดุไพอิโซอิเล็กทริก เซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริกถูกนำไป ติดตั้งบนตัวอย่างเพื่อวัดสัญญาณทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้น ในกรณีที่ตัวอย่างได้รับแรงจากภายนอกมา กระทำ งานวิจัยนี้จะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน ในส่วนแรก เราพัฒนาระบบตรวจติดตามสภาพ โครงสร้างโดยใช้เซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริก โดยการนำเซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริกไปติดตั้งบนตัวอย่าง ในงานวิจัยนี้ เรานำไพอิโซอิเล็กทริก ไปติดตั้งบนตัวอย่างมอร์ต้า ตัวอย่างคอนกรีต และยังนำไปติดตั้งบนตัวอย่างที่เป็นแผ่นอลูมิเนียม แผ่นอคริลิก และแผ่นไม้ เพื่อศึกษาสัญญาณทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อตัวอย่างได้รับแรงที่มากระทำ นอกจากนี้ เรายังนำเซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริกไปฝั่งไว้ในตัวอย่างมอร์ต้าและตัวอย่างคอนกรีต เพื่อศึกษาสัญญาณทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อมีแรงมากระทบบนตัวอย่างเช่นกัน ในส่วนที่สองเราศึกษาสัญญาณที่ได้รับจากเซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริก จะแบ่งออกเป็น สามส่วนหลัก ส่วนแรกจะศึกษาคุณลักษณะเฉพาะของเซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริก โดยที่ขนาดของ เซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริกต่างกันจะให้การตอบสนองที่ความถี่ต่างกัน จากงานวิจัยนี้พบว่า ขนาดของเซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริกมีขนาดใหญ่ขึ้น ทำให้พีคของสัญญาณที่เกิดขึ้นมีความถี่ต่ำลง อุณหภูมิจะทำให้สัญญาณที่ได้รับต่างกัน โดยอุณหภูมิสูงขึ้นความถี่เรโซแนนซ์จะลดต่ำลง และเมื่อมีแรงมากดทับบนตัวเซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริกพีคของสัญญาณจะใหญ่ขึ้นและมีแนวโน้ม เกิดขึ้นที่ความถี่ต่ำลงและเมื่อนำเซนเซอร์ไปแช่ในสารละลายอัลคาไลน์ ความถี่เรโซแนนซ์ไม่มี การเปลี่ยนแปลง ส่วนที่สองจะเป็นการศึกษาสัญญาณศักย์ไฟฟ้าที่ได้รับเมื่อทำการปล่อยมวลลงบน เซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริก จากการศึกษาพบว่าเมื่อเรานำเซนเซอร์ไปต่อกับความต้านทานภายนอก ที่มีขนาด 500 โอห์ม จะ ทำให้ได้งานทางไฟฟ้ามากที่สุด ซึ่งสมพันธ์กับความด้านทานเรโซแนนซ์ของ เซนเซอร์ และยังพบอีกว่า ถ้าเราปล่อยมวลในแนวดึงและตกตรงที่จุดศูนย์กลางของเซนเซอร์ ไพอิโซอิเล็กทริก จะให้งานทางไฟฟ้ามากที่สุด ซึ่งสิ่งนี้สัมพันธ์กับแรงที่มากระทำบนเซนเซอร์ ไพอิโซอิเล็กทริก ถ้าแรงที่มากระทำมีค่ามากขึ้นก็จะทำให้ได้งานทางไฟฟ้ามากขึ้น และเมื่อนำ เซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริกไปติดตั้งบนตัวอย่างที่เปีนแผ่นอลูมิเนียม แผ่นอคริลิก และแผ่น ไม้ โดยติคตั้ง เซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริกจำนวน 3 ตัวบนแผ่นตัวอย่าง โดยวางห่างกันเป็นระยะ 15 เซนติเมตร และ กระตุ้นด้วยพัลส์เดียวบนแผ่นตัวอย่าง สัญญาณทางไฟฟ้าที่เซนเซอร์วัดได้อยู่ในลักษณะของอันเดอร์ แดมพ์และเส้นโค้งของจุดสูงสุดของพีค (envelope curve) ส่วนใหญ่จะลดลงแบบเอกซ์โพเนนเชียล สองชั้น (double exponential decay) ค่า logarithm decrements ของแผ่นอลูมิเนียม แผ่นอคริลิก และ แผ่นไม้ มีค่าเท่ากับ 2.1142, 3.6034 และ 2.1271 ตามลำดับ ค่า damping factors ของแผ่นอลูมิเนียม แผ่นอคริลิก และแผ่นไม้ มีค่าเท่ากับ 0.3189, 0.4975 และ 0.3207 ตามลำดับ และค่าการสั่นแบบอิสระ ของแผ่นอลูมิเนียม แผ่นอคริลิก และ แผ่นไม้ มีค่าเท่ากับ 22.11, 13.80 และ 15.98 เฮิรตซ์ ตามลำดับ ส่วนที่สาม เมื่อนำเซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริกไปฝั่งในตัวอย่างมอร์และตัวอย่างคอนกรีต โดยปล่อย มวลให้ตกกระทบบนตัวอย่าง และวัดสัญญาณทางไฟฟ้าที่ได้จากเซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริก จะพบว่า เมื่อเรานำเซนเซอร์ ไปต่อกับความต้นทานภายนอกที่มีขนาค 500 โอห์ม จะทำให้ได้งานทางไฟฟ้า มากที่สุด และยังพบอีกว่าถ้าเราปล่อยมวลที่มีขนาดใหญ่ขึ้น จุดปล่อยสูงขึ้น ตำแหน่งฝังเซนเซอร์ ไพอิโซอิเล็กทริกตื้นขึ้น และด้านที่มวลตกกระทบตั้งฉากกับระนาบของเซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริก จะทำให้ได้งานทางไฟฟ้ามากขึ้นเนื่องจากแรงที่มากระทำบนเซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริกมากขึ้นนั่นเอง และเมื่อปล่อยมวลให้ตกกระทบบนผิวของตัวอย่างมอร์ต้า มีแนวโน้มจะได้งานทางไฟฟ้า มากที่สุดที่ตรงกลางของตัวอย่างและจะลดลงเมื่อตกห่างออกไป ในกรณีของคอนกรีต จุคตกกระทบ ที่ตรงศูนย์กลางของผิวตัวอย่าง มีแนวโน้มจะให้ค่างานทางไฟฟ้าต่ำกว่าตกบริเวณขอบของคอนกรีต และ อายุของตัวอย่างมีผลต่อการตอบสนองสัญญาณทางไฟฟ้า สัญญาณที่ ได้รับจะดีขึ้นเมื่ออายุของ ตัวอย่างมากขึ้นและที่อายุตั้งแต่ 14 วัน สัญญาณที่ได้จะชัดเจนขึ้น สิ่งนี้สัมพันธ์กับความแข็งแรง ต่อแรงอัดของตัวอย่าง โดยที่ความแข็งแรงต่อแรงอัดจะเพิ่มขึ้นเมื่อตัวอย่างมีอายุมากขึ้น ผลจากการศึกษาค่าความต้านทานไฟฟ้าที่ได้จากเซนเซอร์ไพอิโซอิเล็กทริกโดยใช้เทคนิค อิมพีแดนซ์สเปกโตรสโคปีเชิงไฟฟ้า (Electrochemical impedance spectroscopy) พบว่าค่าสัญญาณ ทางไฟฟ้าที่ได้ถูกนำมาสร้างกราฟ Nyquist นั้นมีลักษณะเป็นครึ่งวงกลมและใหญ่ขึ้นเมื่ออายุของ ตัวอย่างมากขึ้น และเมื่อนำมาวิเคราะห์หาวงจรไฟฟ้าสมมูลโคยใช้โปรแกม zview โดยแบบจำลอง R(Q(RW)) ถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์ เทอม (Q(RW) เกี่ยวข้องกับพฤติกรรมที่พื้นผิว โดยที่ Q สัมพันธ์กับองค์ประกอบเฟสคงที่ (constant phase element) จะถูกแทนที่ด้วยตัวเก็บประจุ เพื่อชดเชยตัวเก็บประจุที่ไม่สมบูรณ์ สิ่งนี้แสดงพฤติกรรมของความจุแบบสองชั้นและ R เกี่ยวข้องกับ ความต้านทานการถ่ายเทประจุที่ผิวโลหะ ซึ่งเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี และ W คือค่าความ ต้านทานของวอร์เบิร์ก (Warburg impedance) ซึ่งเกี่ยวข้องกับตัวแพร่ของประจุที่ผ่านผิววัสดุ จากการศึกษาพบว่า ความด้านทานการถ่ายเทประจุที่พื้นผิวโลหะจะเพิ่มขึ้นเมื่ออายุของปูนเพิ่มขึ้น และความต้านทานของวอร์เบิร์กจะเพิ่มขึ้นเมื่ออายุของปูนเพิ่มขึ้นเช่นกันen_US
Appears in Collections:SCIENCE: Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
590551006 สุมิตร จิรังนิมิตสกุล.pdf5.44 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


Items in CMUIR are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.