zaimeiguodexuduoshiyanshi，gongchengshimenzhengzaiwanshanqianrushichuanganqiwangluo，zhezhongwangluokeyitizaoxiangweixiurenyuanbaogaozaiguanjianjiegouzhongchuxiandequexian
，congerbimianzainanxingshigu——如不久前在明尼阿波利斯市發生的I-35W大橋垮塌事故。 
   結構健康監測(SHM)是一種基於傳感器的主動防禦型方法

，可以彌補目前安全性能十分重要的結構中(橋梁
、建築、飛機及其他)，基於視覺檢查和後續測試監測係統的不足。不過，SHM傳感器係統還沒有在美國展開大規模部署
，由於出現時間不長
，這種方法目前還沒有被加入到安全法規中。 
   目前，像Material Technologies等(deng)公(gong)司(si)能(neng)夠(gou)在(zai)需(xu)要(yao)時(shi)完(wan)成(cheng)現(xian)場(chang)結(jie)構(gou)測(ce)試(shi)，但(dan)由(you)於(yu)不(bu)是(shi)連(lian)續(xu)進(jin)行(xing)監(jian)測(ce)，所(suo)以(yi)這(zhe)些(xie)測(ce)試(shi)對(dui)災(zai)難(nan)的(de)預(yu)防(fang)能(neng)力(li)是(shi)有(you)限(xian)的(de)。相(xiang)比(bi)之(zhi)下(xia)，基(ji)於(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)SHM係統一旦部署成功，則在理論上可時時刻刻維護結構的安全。 
   “SHM時代已經到來。”Sandia國家實驗室SHM可行性研究小組負責人Dennis Roach認為，“嵌入式傳感器發出的安全警告是周期性檢查做不到的。利用傳感器進行SHM是一種可靠且不昂貴的做法，可以在第一時間檢測到缺陷的形成。” 
   除了橋梁、建築和飛機之外
，SHM也可以用來監測太空船
、武器、有軌車輛、采油設備、管道、裝甲車
、輪船、風力渦輪機、核電站，甚至氫動力汽車燃料箱的結構健康狀態。目前，SHM僅僅在亞洲才被作為常規使用，亞洲一些國家的政府為監測地震活動而引入了傳感器網絡。 
   “我們最應該做的事
，就是把傳感器網絡安置到橋梁
、建築和飛機中，尤其應該在構造過程中就把它放進去，因為這樣我們可以將傳感器置於結構內部。”斯坦福大學電氣工程師、現任密西根大學教授的Jerome Lynch認為，“世界上裝有儀表最多的橋梁是香港的青馬大橋
；在中國大陸，至少有六座正在建設中的橋梁將從一開始就嵌入傳感器陣列。但是在美國，還沒有人這樣做。” 
需要付出多大代價？ 
   美國目前對橋梁的檢查幾乎完全依賴於視覺：隻有當肉眼看到腐蝕或裂紋時，才會使用蝸流、超聲或滲透性染料(penetrating dye)做進一步測試。在I-35W大da橋qiao垮kua塌ta事shi件jian的de警jing示shi下xia，美mei國guo的de一yi些xie實shi驗yan室shi建jian議yi使shi用yong無wu線xian節jie點dian將jiang結jie構gou健jian康kang信xin息xi連lian續xu傳chuan送song給gei維wei修xiu人ren員yuan。因yin為wei傳chuan感gan器qi可ke以yi檢jian測ce到dao肉rou眼yan看kan不bu到dao的de微wei小xiao裂lie紋wen
，所suo以yi我wo們men可ke以yi利li用yong傳chuan感gan器qi提ti供gong的de數shu據ju在zai問wen題ti的de“萌芽”期進行修複。 
   密西根大學已經研製出一種“納米管塗料”，可以把任意表麵的信息轉換到一個傳感器片(sensor patch)上，以二維方式呈現出微觀缺陷圖像。另外
，Los Alamos國家實驗室正在使用片狀(patchlike)壓電轉換器
，通過一種新穎的基於無人駕駛直升機的檢查係統，利用“發出聲波並監聽回應”的方式來檢測缺陷。Sandia國家實驗室表示
，其成為比較型真空監視(CVM)的方案可以感測分子大小的裂縫(即使裂縫在難以到達的地方)，而且每個傳感器片的成本隻有1美元，所以這將給建築和橋梁帶來更大的好處。 
   密西根大學的方案是向結構噴塗一種感測型“皮膚”。Lynch聲稱，納米管塗料可以把其下覆蓋的任意表麵的健康狀況轉換進二維圖像。Lynch曾經為美國中央情報局(CIA)設計了阻爆結構
，並曾在韓國利川的Geumdang大橋上安裝無線SHM係統。通過噴塗塗料並安裝無線發送器，Lynch指(zhi)出(chu)
，維(wei)護(hu)人(ren)員(yuan)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)橋(qiao)梁(liang)遠(yuan)程(cheng)監(jian)控(kong)，而(er)且(qie)這(zhe)樣(yang)做(zuo)的(de)成(cheng)本(ben)足(zu)夠(gou)低(di)
，允(yun)許(xu)我(wo)們(men)能(neng)把(ba)它(ta)當(dang)作(zuo)標(biao)準(zhun)設(she)備(bei)部(bu)署(shu)在(zai)新(xin)建(jian)工(gong)程(cheng)中(zhong)，或(huo)在(zai)改(gai)造(zao)現(xian)有(you)結(jie)構(gou)時(shi)予(yu)以(yi)采(cai)納(na)。 
   這種方法能保持低成本的原因是：隻要把監視傳感器放在噴塗區域的周邊就可以了。這種方法可以獲得結構表麵任何位置的圖像，被腐蝕和有裂縫的區域表現為高阻。Lynch表示，通過調節所使用的納米管的密度和類型，該技術可以滿足不同應用的要求。密西根大學正在尋找商業化夥伴。 
   與此同時，Los Alamos國家實驗室也證實，其壓電傳感器方案的實現成本約為每節點1美元。其實現方法為：首先，片狀壓電轉換器在驅動器模式下發射一束超聲波
；ranhou

，gaixitongxunsuqiehuandaochuanganqimoshi
，shiyongxiangtongdeyadianyuanjianjiluhefenxichaoshengbofanshe，zheyibushiweilejiangchaoshengboyinqideqiaoliangzhendongzhuanhuanchengdianxinhao；利用模式識別軟件，計算機可以對超聲波反射進行分析，從而感測橋梁的結構變化。 
   “我們的係統有點像主動聲納。”與加州大學聖地亞哥分校研究組進行合作的Los Alamos實驗室工程師Chuck Farrar透露

，“我們向架構發射一種頻率在50-250kHz間的高能彈性波；然後，我們將所收到的響應與上次測試結果做比較。” 
   一個多月前，在美國南部新墨西哥州的一座大橋成為美國首個安裝有壓電傳感器和驅動器的大橋。“通(tong)過(guo)消(xiao)除(chu)供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)
，這(zhe)種(zhong)無(wu)線(xian)傳(chuan)感(gan)器(qi)節(jie)點(dian)實(shi)現(xian)了(le)成(cheng)本(ben)削(xue)減(jian)，取(qu)而(er)代(dai)之(zhi)的(de)是(shi)，這(zhe)些(xie)傳(chuan)感(gan)器(qi)由(you)小(xiao)型(xing)無(wu)人(ren)直(zhi)升(sheng)機(ji)發(fa)出(chu)的(de)微(wei)波(bo)束(shu)提(ti)供(gong)能(neng)量(liang)。微(wei)波(bo)束(shu)向(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)的(de)一(yi)個(ge)電(dian)容(rong)器(qi)充(chong)電(dian)

，使(shi)得(de)它(ta)有(you)足(zu)夠(gou)能(neng)量(liang)來(lai)讀(du)取(qu)數(shu)據(ju)，並(bing)以(yi)無(wu)線(xian)方(fang)式(shi)把(ba)結(jie)果(guo)發(fa)送(song)回(hui)直(zhi)升(sheng)機(ji)。在(zai)直(zhi)升(sheng)機(ji)上(shang)，一(yi)個(ge)單(dan)片(pian)機(ji)會(hui)記(ji)錄(lu)所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)。”Lynch說。 
   Sandia實驗室推崇的傳感器方案成本超低但靈敏度卻超高。CVMchuanganqibaohanyizhongkezhanjiedaodaijiancejiegoushangdecaozhuangdai
，caoneidekongqibeichoukong，shicaozhuangdaibianchengyizhongfeichangmingandejianshishebei。yinweijishiqisuoyifudebiaomianshangchuxianfenzidaxiaodeliefeng，caozhuangdaidezhenkongzhuangtaiyehuibeipohuai。zhezhongzizhanjiexingboxiangjiaopiandehoudujieyuyingbidaoxinyongkazhijian
，meizhichengbenjinweiyimeiyuan
，erqie，keyiyongyitiaozhenkongxianlaijianshirenyiduogeCVM。 
   “一旦裂縫形成，它們就會破壞真空密封，從而被儀器檢測到。”Roach表示，“這是第一種可以監測結構疲勞度的現場傳感器，而且其價格便宜到我們可以把其嵌入到結構中
，讓它們留在那裏進行連續監測。” 
   Structural Monitoring Systems公司製造的一款CVM，從幾年前開始就已經作為一項技術測試被用於商業航線。波音公司最近確認了這種方法的有效性。 
   Sandiashiyanshiyezaishiyanyizhongjiyuqianghuaxingfuhecailiaodeqiaoliangxiufuxitong。gaigongsizuijinyongzhezhongxinxingfuhecailiaoxiufulexinmoxigezhouyizuoqiaoshangdeyigepilaoliefeng，binganzhuangleyizhongdaiyouwuxianchuanganqidewoliujiancechuanganqi
，keyiduijiegouweixiuhoudejiankangzhuangkuangjinxingyuanchengjiance。