在一段時(shí)間內(nèi)監(jiān)視各種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，包括民用和航空基礎(chǔ)設(shè)施，可為用戶提供有關(guān)這些系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性和性能的寶貴信息。這不僅有助于理解和評(píng)估結(jié)構(gòu)的預(yù)期壽命，而且還可以提供任何結(jié)構(gòu)異常的實(shí)時(shí)反饋。
結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)（SHM）技術(shù)
能夠提高建筑物及其內(nèi)部人員安全性的技術(shù)在任何行業(yè)中都是至關(guān)重要的。結(jié)果，在過(guò)去幾年中，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)視（SHM）已成為眾多應(yīng)用程序的關(guān)鍵方面。
SHM技術(shù)由液位變送器網(wǎng)絡(luò)組成，這些液位變送器網(wǎng)絡(luò)共同協(xié)作以監(jiān)視所連接系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。通過(guò)并入各種類型的液位變送器，例如能夠?qū)ΜF(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施和新基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行無(wú)損評(píng)估的液位變送器，進(jìn)一步改善了幾種新的SHM技術(shù)。
SHM方法的優(yōu)點(diǎn)
不幸的是，航空航天和民用基礎(chǔ)設(shè)施在其設(shè)計(jì)生命周期內(nèi)都被使用并不少見(jiàn)。盡管功能性使用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)具有成本效益，但確保安全，有效地使用這些基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，尤其是一旦它們的設(shè)計(jì)壽命結(jié)束。
SHM方法可以輕松地合并到現(xiàn)有基礎(chǔ)架構(gòu)中，以監(jiān)視其性能并提供有關(guān)隨時(shí)間推移發(fā)生的潛在結(jié)構(gòu)缺陷或變形的反饋。與已通過(guò)SHM升級(jí)的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相比，已與SHM液位變送器和感官系統(tǒng)集成的新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有多個(gè)優(yōu)勢(shì)，包括顯著降低了基礎(chǔ)架構(gòu)的成本，重量和大小。
損傷檢測(cè)的非破壞性技術(shù)
諸如無(wú)損評(píng)估（NDE），無(wú)損檢測(cè)（NDI）和無(wú)損檢測(cè)（NDT）之類的超聲技術(shù)被廣泛用于檢測(cè)金屬結(jié)構(gòu)中的缺陷以及識(shí)別結(jié)構(gòu)中的局部損壞。這些損壞檢測(cè)技術(shù)中的每一種主要通過(guò)識(shí)別波場(chǎng)中的干擾來(lái)工作。
在此類測(cè)試中使用的液位變送器利用超聲波技術(shù)（例如脈沖回波，音高捕獲和脈沖共振方法）來(lái)記錄各種測(cè)量結(jié)果。這些測(cè)量可以包括飛行時(shí)間（TOF），路徑長(zhǎng)度，頻率，波反射角，折射角，阻抗和相角。液位變送器可以記錄由結(jié)構(gòu)缺陷或局部損壞引起的這些參數(shù)的差異，從而有助于進(jìn)行無(wú)損評(píng)估。
SHM中的超聲非破壞性技術(shù)
南加州大學(xué)（USC）的研究人員證明了壓電晶片有源液位變送器（PWAS）用于無(wú)損檢測(cè)的用途。PWAS是一種小型，廉價(jià)且非侵入式的液位變送器，可以通過(guò)發(fā)送和接收超聲波Lamb波來(lái)檢測(cè)結(jié)構(gòu)中的裂縫，腐蝕，分層和散開(kāi)。這些令人難以置信的液位變送器可以無(wú)縫集成到各種結(jié)構(gòu)組件中。
南加州大學(xué)的Adrian Cuc和Victor Giurgiutiu的團(tuán)隊(duì)已使用這種超聲波液位變送器來(lái)開(kāi)發(fā)嵌入式SHM。他們的嵌入式SHM利用與數(shù)據(jù)集中器和無(wú)線通信器互連的液位變送器陣列來(lái)監(jiān)視和檢測(cè)在基礎(chǔ)架構(gòu)生命周期中可能發(fā)生的任何結(jié)構(gòu)性損壞。
該團(tuán)隊(duì)通過(guò)集成液位變送器并在各種標(biāo)本中測(cè)試了系統(tǒng)的效率來(lái)證明了他們開(kāi)發(fā)的SHM的效率，這些標(biāo)本包括鋁制搭接，直升機(jī)槳葉和航天器面板。通過(guò)使用各種波傳播方法發(fā)送和接收引導(dǎo)的Lamb波，USC研究人員驗(yàn)證了該技術(shù)是否已成功集成到粘合材料中。
結(jié)論
正如在其他各個(gè)領(lǐng)域中所舉例說(shuō)明的那樣，無(wú)損檢測(cè)方法是非侵入式檢測(cè)系統(tǒng)損壞的極好方法。在一段時(shí)間內(nèi)監(jiān)視結(jié)構(gòu)的完整性還可以識(shí)別和糾正較小的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，以免造成重大損害。集成的SHM技術(shù)具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，并且可能具有改變未來(lái)基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)的潛力。
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