Acoustic Emission for Tracing the Evolution of Damage in Wooden Objects

Abstract

AbstractThe monitoring of acoustic emission (AE) has allowed direct tracing of the fracturing intensity in wooden cultural objects exposed to variations in temperature and relative humidity (RH). High-frequency components produced by the mechanical fracturing were extracted from the raw AE signals using wavelet transforms. The accumulated energy of these components depended on the magnitude and rate of RH variations. The AE activity became negligible below the allowable magnitude for rapid RH variation established by numerical modelling, or when the time interval allowed for the RH variation was long enough. On-site AE monitoring of a wooden altarpiece in an historic church further confirmed the usefulness of the technique in tracing climate-induced stress in wood. The development of practical AE sensors to indicate risk to wooden objects in museums and at historic sites, or during their transportation, is discussed.The monitoring of acoustic emission (AE) has allowed direct tracing of the fracturing intensity in wooden cultural objects exposed to variations in temperature and relative humidity (RH). High-frequency components produced by the mechanical fracturing were extracted from the raw AE signals using wavelet transforms. The accumulated energy of these components depended on the magnitude and rate of RH variations. The AE activity became negligible below the allowable magnitude for rapid RH variation established by numerical modelling, or when the time interval allowed for the RH variation was long enough. On-site AE monitoring of a wooden altarpiece in an historic church further confirmed the usefulness of the technique in tracing climate-induced stress in wood. The development of practical AE sensors to indicate risk to wooden objects in museums and at historic sites, or during their transportation, is discussed.Le contrôle de l'émission acoustique (EA) a permis le traçage direct de l'intensité de fracture d'objets patrimoniaux en bois soumis à des variations de température et d'humidité relative (HR). Les composants à hautes fréquences produits par la fracture mécanique ont été extraits du signal EA brut au moyen de transformées d'ondelette. L'énergie accumulée de ces composants dépend de l'amplitude et du taux de variation de l'HR. L'activité de l'EA devenait négligeable en dessous de l'amplitude de variation rapide de l'HR autorisée, établie selon une modélisation numérique, ou quand l'intervalle de temps permis pour la variation de l'HR était suffisamment long. Sur le terrain, un contrôle de l'EA effectué sur un autel en bois dans une église a ensuite confirmé l'utilité de la technique de traçage des contraintes induites par le climat dans le bois. L'article discute du développement de capteurs pratiques pour déceler les risques au sein d'objets en bois dans les musées et les sites historiques ou encore durant leur transport.Das Monitoring der Akustischen Emission (AE) erlaubt es, das Ausmaß des Bruchverhaltens hölzerner Objekte unter dem Einfluss wechselnder Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit (RH) zu studieren. Hochfrequenzanteile, die beim mechanischen Brechen erzeugt werden, wurden aus dem rohen AE-Signal extrahiert. Die akkumulierte Energie dieser Komponenten hängt von dem Ausmaß der Variation der RH ab. Unterhalb einer bestimmten Magnitude ist die AE Aktivität auch bei schnellen RH-Variationen vernachlässigbar, aber auch wenn die Zeitspanne groß genug war, die für die Veränderung der RH zur Verfügung stand. Das AE-Monitoring eines Holzaltars in einer historischen Kirche bestätigte die Nützlichkeit der Technik für die Untersuchung von klimabedingtem Spannungen in Holz. Die Entwicklung praktikabler AE-Sensoren, um Risken von Holzobjekten in Museen und historischen Gebäuden oder während des Transportes anzuzeigen, wird diskutiert.La monitorización de la emisión acústica (AE) ha permitido trazar los niveles de intensidad de fractura en objetos culturales de madera expuestos a variaciones de temperatura y de humedad relativa (RH). Los componentes de alta frecuencia producidos por la fractura mecánica se extrajeron a partir de las señales puras de AE utilizando transformadores de oscilación. La energía acumulada de estos componentes depende de la magnitud y nivel de las variaciones de RH. La actividad de AE se tornaba casi nula debajo de la magnitud permitida para variaciones rápidas de RH establecidas por modelos numéricos, o cuando el intervalo del tiempo permitido para variaciones de RH era suficientemente largo. La monitorización AE in situ de un retablo de madera en una iglesia antigua confirmó la utilidad de esta técnica para trazar niveles de tensión en la madera inducidos por el clima. Se trata, así mismo, el desarrollo práctico de sensores AE para indicar el riesgo de los objetos de madera en los museos y en los enclaves históricos, así como durante su transporte.