Early Detection of Damage in Concrete Using Hilbert-Huang Transform

ABSTRACT: Early damage detection in concrete structures has a paramount role in saving lives, time, and money. Traditional signal processing of nondestructive test methods NDT based on wave velocity measurements is not sensitive enough to detect damage in its early stage and assume linearity or stationarity of the data. Therefore, a novel signal processing technique based on the Hilbert-Huang transform (HHT) is implemented to detect early concrete damage using the information in wave attenuation measurements. The method eliminates a priori assumptions to study the influence of damage on signal propagation in both time and frequency domains and shows high reliability in processing non-linear and non-stationary concrete data. Previous studies that mostly used velocity measurements reported about 4% difference in the measured velocity for damaged and intact specimens. With HHT, a distinctive change in wave attenuation up to 88% is reported due to the damage, signifying its considerable sensitivity as opposed to wave velocity measurements.

RÉSUMÉ: La détection précoce des dommages dans les structures en béton a un rôle primordial pour sauver des vies, du temps et de l'argent. Le traitement traditionnel du signal des méthodes de test non destructives basées sur des mesures de vitesse d'onde n'est pas suffisamment sensible pour détecter les dommages à son stade précoce et supposer la linéarité ou la stationnarité des données. Par conséquent, une nouvelle technique de traitement du signal basée sur la transformée de Hilbert-Huang (HHT) est mise en œuvre pour détecter les dommages précoces du béton à l'aide des informations contenues dans les mesures d'atténuation des ondes. La méthode élimine les hypothèses a priori pour étudier l'influence de l'endommagement sur la propagation du signal dans les domaines temporel et fréquentiel et montre une grande fiabilité dans le traitement des données concrètes non linéaires et non stationnaires. Des études antérieures qui utilisaient principalement des mesures de vitesse ont rapporté une différence de 4% dans la vitesse mesurée pour les échantillons endommagés et intacts. Avec HHT, un changement distinctif de l'atténuation des vagues jusqu'à 88% est signalé en raison des dommages, ce qui signifie sa sensibilité considérable par opposition aux mesures de la vitesse des vagues.