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通过工程健康监测可以发现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，对提高工程结构运营效率，减少安全事故，保障结构运营安全和生命财产安全具有极其重要的意义。 工程健康监测的监测对象包括荷载、几何变形、结构响应等。 安装在工程结构上的监测系统，主要由各种传感器构成，用以采集埋设部位的物理力学参量，包括应变、变形、荷载、温度等。常规的传感器一般是点式电测仪器，包括最常用的卡尔逊式（差动电阻仪）或弦式传感器。从系统构成看，结构健康监测系统主要由传感器网络子系统、信号采集和监测数据智能处理子系统、数据动态管理子系统、系统识别和模型修正子系统、结构实时损伤识别子系统、安全预警与可靠性预测子系统等组成。 ①传感器网络子系统主要包括各智能传感元件，通过各智能传感元件感知和采集各种环境或监测对象的信息。根据不同的监测需要主要有应变片、位移传感器、加速度传感器、速度传感器、倾角仪、风速风向仪、温度传感器、动态地秤、强震仪、摄像机和各种各样的光纤传感器等。传感器网络中智能传感器在感知对象物理量的同时将物理量转化为标准的电信号，有的甚至进一步将标准的电信号转化为计算机可以直接接收的数字量，但是有的传感器仅仅能感知物理量的变化，还需要增加类似变送器之类的器件将传感器的感知量转化为标准电信号。 ②信号采集和监测数据智能处理子系统的主要功能包括对传感器网络数据的收集和对收集数据进行信号处理，如对信号进行交直分离、信号滤波、信号放大、A/D转换(信号采集)、采样控制、信号预处理（异常值处理及标定），以实现信号采集的基本功能。这些是判断结构对象损伤程度的基本原始数据。 ③数据动态管理子系统主要是实现对来自传感器网络采集的数据、经数字信号处理后的数据、后续分析数据进行存储管理，还可以用于结构可视化的相关的结构模型信息，以及损伤识别和专家数据库信息的管理及用户权限管理。 ④系统识别和模型修正子系统是通过计算机模拟仿真计算，结合有限元模型分析，识别出结构系统参数、动态特性参数，即系统特征识别，根据识别的参数修正系统模型。 ⑤结构实时损伤识别子系统，是通过一定的损伤识别方法和技术，对已经过数据处理的信息进行处理，与结构系统特征相联合，应用各种有效的方法识别结构的损伤状况，从而确定损伤位置、损伤程度和损伤类型。 ⑥安全预警与可靠性预测子系统，也称为结构状态评估子系统，该子系统将上述损伤识别的结果和具体工程结构的专家经验数据库相结合，对结构的健康状况进行评估，如分析结构的工作状态、预测结构的使用寿命、评估结构的可靠性，对已有损伤状况提出相应的健康维护策略。 健康监测实现了最小人工干预的结构健康在线实时连续监测、检查与损伤探测，根据结构同一位置上不同时间的测量结果变化来识别结构的状态，其识别精度依赖于传感器和解释算法。基于此优势，健康监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，从而引发工程结构安全监控、减灾防灾领域的一场革命。 |
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