結構健康(kāng)監測(Structural Health Monitoring,簡稱SHM ) 指利用現場(chǎng)的無損(sǔn)傳感技術, 通過包括結構響應在內的結構係統特性分析, 達(dá)到檢測結構(gòu)損傷或退化(huà)的目的。
結構健康監測技術大致經(jīng)曆了(le)三個發展階(jiē)段:第一階段以結(jié)構監測領域專家的感官和專業經驗為基礎,對診斷信息隻能作簡(jiǎn)單的數據處理;第(dì)二階段以(yǐ)傳感器技術和動態測試技術為手段,以信號處理和建模為基礎(chǔ),在工(gōng)程中得(dé)到了廣泛的應用;近年來,為了滿足(zú)大型複雜結構(gòu)的健康診斷要(yào)求,進入了以知識處理為核心,數據處理、信號處(chù)理與知識處理相融合的智能發展階段。
結構(gòu)健康監測係統一(yī)般包括傳感器係統、數據采集和分析係(xì)統、監控中心以及實現診斷功能的各種軟硬件。除了傳統的傳感器(qì)以外,目前應用在結構健康監測係統(tǒng)中的主要為新型智能傳感器,包(bāo)括光纖傳感器、壓電材料(liào)、電磁致伸縮材料製成的傳感器等。其中,光纖傳(chuán)感器受(shòu)到的關注較多,其中又(yòu)以光纖Bragg光(guāng)柵(FBG,Fiber Bragg Grating)最引人注目。
除傳感器本身的(de)進展(zhǎn)外,傳感器如何布置也是影響監測效果的重要因素。傳感器(qì)的位置確定方法目前主(zhǔ)要有模態動能法(MKE)、有效獨立法(EI)、Gryan模型縮減法、奇(qí)異值分(fèn)解法、基於遺傳算法的優化等。實(shí)際應(yīng)用中,一般都(dōu)是幾(jǐ)種方法綜合采用。
從國家知識產權局查詢的結果:截至2006年8月16日,以“結構”、“健康”、“監測”在摘要中為聯(lián)合關鍵詞進行檢索,得到相關專利3項。
從歐洲專(zhuān)利(lì)局(EPO,European Patent Office)查詢的結(jié)果(guǒ):截至2006年8月16日,以“structur* AND health AND monitor*”在(標題or摘要)中(zhōng)為聯合關鍵詞,在Worldwide數據(jù)庫中查(chá)到相(xiàng)關專利146項,限(xiàn)於篇幅,不(bú)一一列出(chū)。
結構健康監測係統在我國主要應(yīng)用於大型(xíng)橋梁上,如香港的青馬大橋(qiáo)、汲水門大橋、上海徐浦大橋及江陰長江大橋等。國內還缺少係統的對大跨度、大空間建築結構的大規模工程應用(yòng),已實際(jì)應用的係統大部分是對部分構件工作狀態的靜態直接監(jiān)測,如廣州體育館部分桁架、佛山明珠體育館主體結構施工階段、深圳(zhèn)市民中心(xīn)屋頂網架結構的智能健康監測係統(tǒng)。
在一些經濟發達國家如美國、加拿大(dà)、日本(běn)、德國等,結構健康監測(cè)的應用已從大型橋梁擴展到高層建築、大型複雜結構、重要(yào)曆史建築的監測(cè),如德國柏林的萊特火車站、意大利的Como教堂等。
Como教堂的監測係統采用光纖Bragg光柵,係統基於相對位移和溫度測量技術,主要特點為:波(bō)長複用的導角濾鏡解調係統、客戶定製的(de)軟件、自動數據識別(bié)和分析,以及基於GSM的數據傳輸。係統還可以選擇太陽能電池驅動。
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