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结构健康监测系统简介
日期:2017-7-20 9:27:35 作者:佚名 来源:本站原创
新闻中心

结构健康监测(Structural Health Monitoring,简称SHM ) 指利用现场的无损传感技术, 通过包括结构响应在内的结构系统特性分析, 达到检测结构损伤或退化的目的。

结构健康监测技术大致经历了三个发展阶段:第一阶段以结构监测领域专家的感官和专业经验为基础,对诊断信息只能作简单的数据处理;第二阶段以传感器技术和动态测试技术为手段,以信号处理和建模为基础,在工程中得到了广泛的应用;近年来,为了满足大型复杂结构的健康诊断要求,进入了以知识处理为核心,数据处理、信号处理与知识处理相融合的智能发展阶段。

结构健康监测系统一般包括传感器系统、数据采集和分析系统、监控中心以及实现诊断功能的各种软硬件。除了传统的传感器以外,目前应用在结构健康监测系统中的主要为新型智能传感器,包括光纤传感器、压电材料、电磁致伸缩材料制成的传感器等。其中,光纤传感器受到的关注较多,其中又以光纤Bragg光栅(FBG,Fiber Bragg Grating)最引人注目。

除传感器本身的进展外,传感器如何布置也是影响监测效果的重要因素。传感器的位置确定方法目前主要有模态动能法(MKE)、有效独立法(EI)、Gryan模型缩减法、奇异值分解法、基于遗传算法的优化等。实际应用中,一般都是几种方法综合采用。

从国家知识产权局查询的结果:截至2006年8月16日,以“结构”、“健康”、“监测”在摘要中为联合关键词进行检索,得到相关专利3项。

从欧洲专利局(EPO,European Patent Office)查询的结果:截至2006年8月16日,以“structur* AND health AND monitor*”在(标题or摘要)中为联合关键词,在Worldwide数据库中查到相关专利146项,限于篇幅,不一一列出。

结构健康监测系统在我国主要应用于大型桥梁上,如香港的青马大桥、汲水门大桥、上海徐浦大桥及江阴长江大桥等。国内还缺少系统的对大跨度、大空间建筑结构的大规模工程应用,已实际应用的系统大部分是对部分构件工作状态的静态直接监测,如广州体育馆部分桁架、佛山明珠体育馆主体结构施工阶段、深圳市民中心屋顶网架结构的智能健康监测系统。

在一些经济发达国家如美国、加拿大、日本、德国等,结构健康监测的应用已从大型桥梁扩展到高层建筑、大型复杂结构、重要历史建筑的监测,如德国柏林的莱特火车站、意大利的Como教堂等。

Como教堂的监测系统采用光纤Bragg光栅,系统基于相对位移和温度测量技术,主要特点为:波长复用的导角滤镜解调系统、客户定制的软件、自动数据识别和分析,以及基于GSM的数据传输。系统还可以选择太阳能电池驱动。

参考文献
1.李宏男、李东升,土木工程结构安全性评估、健康监测及诊断述评,地震工程与工程振动.2002,22(3):82-90

2.梁磊、姜德生、罗裴、汪术文、赵王申,光纤Bragg光栅在结构健康监测中的实验研究,山东理工大学学报(自然科学版).2003,17(3):4-7

3.瞿伟廉、滕军、项海帆、钟珞、刘晖、汪菁、李功标,风力作用下深圳市民中心屋顶网架结构的智能健康监测,建筑结构学报.2006 27(1):1-9

4.Whelan M.et al,Remote Structural Monitoring of the Cathedral of Como using an Optical Fibre Bragg Sensor System,Smart Structures and Materials.San Diego.2002:4694-32


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