Sparse Signal Representation of Ultrasonic Signals for Structural Health Monitoring Applications

Assessment of the integrity of structural components is of great importance for aerospace systems, land and marine transportation, civil infrastructures and other biological and mechanical applications. Guided waves (GWs) based inspections are an attractive mean for structural health monitoring. In this thesis, the study and development of techniques for GW ultrasound signal analysis and compression in the context of non-destructive testing of structures will be presented. In guided wave inspections, it is necessary to address the problem of the dispersion compensation. A signal processing approach based on frequency warping was adopted. Such operator maps the frequencies axis through a function derived by the group velocity of the test material and it is used to remove the dependence on the travelled distance from the acquired signals. Such processing strategy was fruitfully applied for impact location and damage localization tasks in composite and aluminum panels. It has been shown that, basing on this processing tool, low power embedded system for GW structural monitoring can be implemented. Finally, a new procedure based on Compressive Sensing has been developed and applied for data reduction. Such procedure has also a beneficial effect in enhancing the accuracy of structural defects localization. This algorithm uses the convolutive model of the propagation of ultrasonic guided waves which takes advantage of a sparse signal representation in the warped frequency domain. The recovery from the compressed samples is based on an alternating minimization procedure which achieves both an accurate reconstruction of the ultrasonic signal and a precise estimation of waves time of flight. Such information is used to feed hyperbolic or elliptic localization procedures, for accurate impact or damage localization.

Lo studio del microclima indoor per la conservazione preventiva del Patrimonio storico artistico e culturale

La conservazione preventiva degli edifici storici e dei beni custoditi al loro interno rappresenta una sfida ad oggi condivisa a livello internazionale. Tale conservazione dipende da numerose variabili, tra le quali il microclima indoor gioca un ruolo decisivo. Il fine di questa tesi è verificare come lo studio del microclima indoor, supportato dalla simulazione virtuale e dalla conoscenza storica delle evoluzioni dell’edificio stesso (legate a modifiche impiantistiche; architettoniche; d’uso; ecc., nel corso degli anni), costituiscano una base conoscitiva fondamentale, da cui architetti e restauratori possono partire per definire strategie specifiche, volte alla conservazione preventiva del Patrimonio. Per fare questo, l’autore presenta le indagini svolte per tre casi-studio: la Sala 33 della Reggia di Venaria Reale, in provincia di Torino, Italia; la Biblioteca Generale Storica dell’Università di Salamanca, in Spagna; il Portico della Gloria, nartece della Cattedrale di Santiago de Compostela, in Spagna. La metodologia definita e adottata per l’analisi e l’interpretazione dei dati di ciascun caso-studio ha previsto la comprensione e la messa in relazione tra: scelte costruttive; vicende evolutive delle singole architetture; fattori che ne determinano il microclima, letti (o ipotizzati) nelle relative modifiche diacroniche; degrado delle architetture e dei beni che sono custoditi in esse. Infine, uno degli esiti più innovativi della ricerca è stata la definizione di due indici di rischio: sono stati infatti definiti due nuovi indici (Heritage Microclimate Risk -HMR- e Predicted Risk of Damage -PRD-) legati al microclima degli edifici che ospitano beni e manufatti che costituiscono il patrimonio storico artistico e culturale. Tali indici sono stati definiti tenendo conto di tutte le variabili da cui il microclima dipende e dei fattori che ne determinano l’evolversi nel tempo e nello spazio.