Configuración y montaje del sistema de sensado para la detección de defectos en el ala de un Avión no tripulado -UAV- de material compuesto

Abstract

El presente proyecto forma parte del proyecto llamado DESARROLLO DE UN SISTEMA DE MONITORIZACIÓN ESTRUCTURAL BASADO EN UN MICROINTERROGADOR Y REDES NEURONALES (PID2019-105293RB-C21) que se desarrolla en coordinación con la Escuela Técnica superior de Ingeniería de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM). El proyecto que se presenta a lo largo de este documento tiene como objeto instalar un sistema de sensado en el ala de un avión no tripulado (UAV) de material compuesto haciendo uso de sensores de tipo piezoeléctricos, así como también efectuar una configuración óptima del sistema para poder detectar los posibles daños que se puedan producir en la estructura. Se pretende que el sistema de sensado sea capaz de obtener los datos necesarios sobre la estructura del ala y monitorizar la salud estructural de esta misma (aplicando los criterios del structural health monitoring o SHM de sus siglas en inglés), ya que, se prevé utilizar la configuración en un UAV en vuelo. Para monitorizar y recopilar los datos que proporcionan los sensores sobre el estado estructural del ala se ha hecho uso de dos principales instrumentos, los cuales son un osciloscopio digital para PC de la marca Pico Technology y un amplificador de potencia (señal) de la marca KROHN-HITE, ambos propiedad del grupo de investigación CoDAlab-UPC. Este documento se organiza en tres sucesos que explican como se realizó la monitorización de la estructura de estudio. En primer lugar, se realizó la instalación e interconexión de los instrumentos que componían el sistema de sensado. A continuación, se efectuó la parametrización de los instrumentos que requerían de ello. Por último, se procedió a realizar el proceso de experimentación que tenía como fin efectuar la recopilación de los datos que proporcionaban los sensores dispuestos en la estructura de estudio. Con estos tres sucesos se tenía como fin efectuar dos tomas de datos. En la primera toma de datos la estructura no debía presentar ningún daño inducido. En cambio, en la segunda toma a la estructura se le indujo un despegue parcial de uno de sus rigidizadores. Cada uno de los criterios y consideraciones tomados durante todo el proceso de montaje del sistema de sensado se indican en este documento de tal forma que la recreación de la experimentación no resulte complicada.

El present projecte forma part del projecte anomenat DESENVOLUPAMENT D'UN SISTEMA DE MONITORITZACIÓ ESTRUCTURAL BASAT EN UN MICROINTERROGADOR I XARXES NEURONALS (PID2019-105293RB-C21) que es desenvolupa en coordinació amb l'Escola Tècnica superior d'Enginyeria de la Universitat Politècnica de Madrid (UPM). El projecte que es presenta al llarg d'aquest document té com a objecte instal·lar un sistema de sensat en l'ala d'un avió no tripulat (UAV) de material compost fent ús de sensors de tipus piezoelèctrics, així com també efectuar una configuració òptima del sistema per poder detectar els possibles danys que es puguin produir en l'estructura. Es pretén que el sistema de sensat sigui capaç d'obtenir les dades necessàries sobre l'estructura de l'ala i monitoritzar la salut estructural d'aquesta mateixa (aplicant els criteris del structural health monitoring o SHM de les seves sigles en anglès), ja que, es preveu utilitzar la configuració en un UAV en vol. Per monitoritzar i recopilar les dades que proporcionen els sensors sobre l'estat estructural de l'ala s'ha fet ús de dos principals instruments, els quals són un oscil·loscopi digital per a PC de la marca Pico Technology i un amplificador de potència (senyal) de la marca KROHN-HITE, ambdós propietat del grup de recerca CoDAlab-UPC. Aquest document s'organitza en tres successos que expliquen com es va realitzar el monitoratge de l'estructura d'estudi. En primer lloc, es va realitzar la instal·lació i interconnexió dels instruments que componien el sistema de sensat. A continuació, es va efectuar la parametrització dels instruments que en requerien. Finalment, es va procedir a realitzar el procés d' experimentació que tenia com a finalitat efectuar la recopilació de les dades que proporcionaven els sensors disposats en l' estructura d' estudi. Amb aquests tres successos es tenia com a finalitat efectuar dues preses de dades. En la primera presa de dades l' estructura no havia de presentar cap dany induït. En canvi, en la segona presa a l'estructura se li va induir un enlairament parcial d'un dels seus rigiditzadors. Cadascun dels criteris i consideracions presos durant tot el procés de muntatge del sistema de sensat s' indiquen en aquest document de tal forma que la recreació de l' experimentació no resulti complicada.

This project is part of the project called DEVELOPMENT OF A STRUCTURAL MONITORING SYSTEM BASED ON A MICROINTERROGATOR AND NEURAL NETWORKS (PID2019-105293RB-C21) that is developed in coordination with the Higher Technical School of Engineering of the Polytechnic University of Madrid (UPM) . The project presented throughout this document aims to install a sensing system on the wing of an unmanned aerial vehicle (UAV) made of composite material using piezoelectric type sensors, as well as to carry out an optimal configuration of the system to detect possible damage that may occur in the structure. It is intended that the sensing system is able to obtain the necessary data on the structure of the wing and monitor the structural health of it (applying the criteria of structural health monitoring or SHM), since it is planned to use the configuration in a UAV in flight. To monitor and collect the data provided by the sensors on the structural state of the wing, two main instruments have been used, which are a digital oscilloscope for PC of the Pico Technology brand and a power amplifier (signal) of the KROHN-HITE brand, both owned by the CoDAlab-UPC research group. This document is organized into three events that explain how the study structure was monitored. Firstly, the installation and interconnection of the instruments that made up the sensing system were carried out. Next, the parameterization of the instruments that required it was carried out. Finally, the experimentation process was carried out with the purpose of compiling the data provided by the sensors arranged in the study structure. With these three events, the purpose was to carry out two data collections. In the first data collection, the structure should not present any induced damage. On the other hand, in the second shot the structure was induced a partial takeoff of one of its rigidizers. On the other hand, in the second shot the structure was induced a partial takeoff of one of its rigidizers. Each of the criteria and considerations taken during the entire assembly process of the sensing system are indicated in this document in such a way that the recreation of the experimentation is not complicated.