健康监测技术.doc

健康监测技术 姓 名：林煜峰 学 号班 级：土木1006 指导教师：卢文良 单 位：北京交通大学土建学院 目录 第一部分 前言 3 第二部分 专论 4 第三部分 结构监测领域技术国内外发展情况 6 第四部分 工程实例 9 第一部分：前言 重大土木工程结构，如水坝、桥梁、电厂、军事设施、高层建筑等，在遭受地震、洪水、飓风、爆炸等自然或人为灾害时的安全问题，与人民的生命财产息息相关，已经引起人们的广泛关注。上述重要结构在经历了极端灾害性事件后，立即对他们的健康状况做出评估是非常必要的，实时地监测和预报结构的性能，及时发现和估计结构内部损伤的位置和程度，预测结构的性能变化和剩余寿命并做出维护决定，合理疏散居民，对提高工程结构的运营效率，保障人民生命财产安全具有极其重大的意义。因此，结构的健康监测技术成为当前国内外研究的热点问题。 第二部分：专论 开展结构健康监测工作的意义 1.1结构健康监测的定义和内涵 结构健康监测( Structural Health Monitoring，SHM)定义为：一种从营运状态的结构中获取并处理数据，评估结构的主要性能指标(如可靠性、耐久性等)的有效方法。它结合了无损检测(NDT)和结构特性分析(包括结构响应)，目的是为了诊断结构中是否有损伤发生，判断损伤的位置，评估损伤的程度以及损伤对结构将要造成的后果。总的来说，结构健康监测的基本内涵即是通过对结构结构状态的监控与评估，当出现严重异常状态时触发预警信号，为结构维护、维修与管理决策提供依据和指导。百度百科：结构健康监测是指对工程结构实施损伤检测和识别。 我们这里所说的损伤包括材料特性改变或结构体系的几何特性发生改变，以及边界条件和体系的连续性，体系的整体连续性对结构的服役能力有至关重要的作用。 结构健康监测涉及到通过分析定期采集的结构布置的传感器阵列的动力响应数据来观察体系随时间推移产生的变化，损伤敏感特征值的提取并通过数据分析来确定结构目前的健康状态。对于长期结构健康监测，通过数据定期更新来估计结构老化和恶劣服役环境对工程结构是否有能力继续实现设计功能长期以来，我们一直使用针对质量的不连续的方法来评估结构是否有能力继续服役以实现设计目的。从19世纪初开始，列车员借助小锤通过听锤击铁轨的声音来确定是否存在损伤[2]。在旋转机械行业，几十年来振动监测一直作为检测手段[1]。在过去的十到十五年里，结构健康监测技术开始兴起并产生一个联合不同工程学科分支的新的领域，而且专注于这个领域的学术会议和科学期刊开始产生[2]。因此这些技术变得更为常见。结构健康监测的理论基础经过20年的发展，可以说本领域已经成熟到一个阶段，很多基本的理论和原理已经成型[5]。这些原理如下： 公理1：所有的材料都有内在损伤； 公理2：损伤的评估需要体系两种状态的对比； 公理3：可通过无参照研究来判定损伤是否存在和定位损伤，但是判定损伤类型和损伤程度需要有参照研究模式； 公理4a：单靠传感器不能测定损伤，数据处理的特征提取和统计分类才能将传感器获取数据转换为损伤信息； 公理4b：在缺乏智能特征提取手段时，测试方法对损伤越敏感，则操作和环境因素对测试结果影响越大； 公理5：损伤的开始和发展的长度和时间尺度提供结构健康监测传感系统需要的特征； 公理6：在算法对损伤的敏感度和抗噪声干扰的能力有一个平衡点； 公理7：可通过体系动力响应变化测得的损伤尺寸与可激励的频率范围大小成反比；(人为的或自然的) 的响应，并从中提取结构的损伤和老化信息，为结构的使用和维护工作提供参考，因而可降低维护费用，预报灾难性事件的发生，将损失降低至最小。 对于结构健康监测的关键，就技术上而言，主要是先进传感器的优化布设和信息的高效传输；就理论上而言，主要是结构识别理论和状态评估理论的发展。 因此，健康检测有可能将目前广泛采用的离线、静态、被动的损伤检测，转变为在线、动态、实时的监测与控制，这将导致结构工程安全监控、减灾防灾领域的一场革命。 可见，结构健康监测是一门综合性技术，涉及到结构动力学、信息技术(如信号的传输、处理、存贮与管理) 、传感器技术、优化设计等多个学科。 一般，健康监测系统应包括以下几个部分: (1) 传感系统。由传感器、二次仪表及高可靠性的工控机等部分组成，用于将待测物理量转变为电信号。 (2) 信号采集与处理系统。一般安装于待测结构中，实现多种信息源、不同物理信号的采集与预处理，并根据系统功能要求对数据进行分解、变换以获取所需要的参数，以一定的形式存储起来。 (3) 通信系统。将处理过的数据传输到监控中心。 (4)