1。2 结构健康监测的研究内容、方法和应用前景

结构健康监测的研究是一个多学科综合交叉的前沿研究领域，内容涉及材料、测试、 力学、机械、信息通信等多个科学研究领域，围绕该技术至今国内外已开展了近 20 年的 研究，目前的主要研究方向可大致分为集成制造技术、结构健康监测技术中的传感器技术、 建模和性能分析技术、损伤识别技术、结构状态特征参数提取技术等几方面。由于其的广 阔发展前景，正吸引着更多的研究学者投身于这一领域中来。

1。2。1 结构健康监测的分类

结构健康监测技术可以在具体的结构状态监测方法上分为主动的和被动的两种。被动 监测方法是直接采用传感器监测结构的状态，如结构应变场、温度场等，根据这些参数， 结合力学建模分析、或先验知识确定结构的状态。主动监测方法则借助集成在结构中的驱 动器对被动监测方法所不易监测到的结构损伤等进行识别。一般由埋入结构的驱动器首先 对结构进行主动激励，在结构中激发弹性波或使结构处于轻微振动状态，再通过分析结构 响应，获得结构状态信息。从而达到判定结构中有无损伤、损伤的程度以及损伤的位置等 结构健康监测目的。如本文使用的声发射技术。

1。2。2 结构健康监测技术中的传感器技术

传感器和激励器的好坏是实现结构健康状态监测性能好坏的核心问题，结构状态和环 境的各类参数，都是由传感器件加以感受的，而激励器件主要是辅助传感对结构进行主动 监测。

结构健康监测系统中，对理想传感器件的要求有:

（1）。具有优越的传感性能，包括灵敏度高、重复性好、频带宽、线性度好、迟滞小;

（2）。尺寸小，重量轻，易于同结构集成;

（3）。功耗低或自带能量回收功能，可实现长期监测;来自优I尔Y论S文C网WWw.YoueRw.com 加QQ7520~18766

（4）。具备智能传感器功能，具备自校验、自组织、自标定功能，可对监测数据进行 部分数据处理;

（5）。具备通讯、组网能力，易于实现传感器网络;

（6）。可在苛刻服役条件下可靠工作，包括高温、低温、高压、高真空、振动、冲击、 辐照、电磁场等环境。

目前结构健康监测技术中常用的传感功能器件有光纤传感器、压电传感器、疲劳寿命 元件、电阻应变元件，形状记忆合金、碳纤维元件等，近年来无线智能传感网络的研究也 口益引起人们的重视，但还没有一种传感元件完全满足结构健康监控系统的理想需求。

如图 1。1 所示就是结构健康监测中常用的一些传感器件示意图。压电传感器由于其优 越的动态性能，以及其即可做激励器又可做传感器的综合性能，目前被结构健康监测领域 广泛采用。本文使用的传感器就是压电传感器，如图 2 所示，其直径为 8mm，厚度为 0。48mm  。

图 1。1 结构健康监测技术中常用的一些传感器件

对传感器件的研究目前主要从两方面展开，一是对功能器件的性能进行优化研究，包 括提高传感器器件的精度、稳定性、重复性、方向性等，另一方面是研究减小传感器件的 尺寸，以便于同工程结构集成。因此，突破现有传感元件的局限性，研究新型传感元件的 原理与技术;基于新型智能材料的传感元件理论与设计方法，利用多物理过程藕合的非线性 动力学模型，利用现代优化设计理论和方法优化功能器件结构参数、电学参数、材料参数

等，提高其性能和可靠性，是目前功能器件研究的主要方面。

1。2。3 信号处理和分析技术