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一种基于PZT换能器振动声调制技术的非线性超声实时螺栓松动监测方法
摘要： 基于振动声调制原理的实时非线性超声方法采用压电陶瓷传感器，实现了螺栓早期松动的定量监测。除具备检测螺栓早期松动的能力外，本研究的重大贡献在于：用永久安装且低成本的锆钛酸铅压电片替代了振动声调制方法中常用的激振器。在振动声调制过程中，当施加具有显著频率差异的两个输入波（即高频探测波与低频泵浦波）时，高频探测波会受到低频泵浦波的调制，从而根据螺栓松动程度产生边带信号。本文还分析了先前研究中存在争议的低频电压幅值对调制结果的影响。实验结果表明：基于锆钛酸铅的振动声调制方法能可靠、便捷地实现螺栓松动的连续定量识别，且激励电压的低频幅值需选取合理区间。最后通过将振动声调制方法与基于线性超声理论的时间反转法进行对比，证实前者在监测螺栓早期松动方面具有更优性能。
关键词： 结构健康监测、时间反转、锆钛酸铅换能器、螺栓松动、振动声调制、非线性超声
更新于2025-09-11 14:15:04
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基于导波二次谐波的螺栓连接完整性监测
摘要： 本研究通过三维显式有限元模拟，从实验和数值两方面研究了螺栓松动引起的接触非线性所导致的二次谐波生成现象。特别指出，二次谐波生成的幅度通常随螺栓连接松动程度增加而增大，且数值模拟与实验结果具有良好的一致性?；谑笛椴饬渴菅橹さ挠邢拊Ｐ徒徊接糜谘芯恐匾导使た觥彼啥菟ㄒ蚩妆咂＠土盐贫慷燃跞跏?。数值案例研究表明，接触非线性特性及二次谐波生成随拧紧程度的变化规律，与含疲劳裂纹的情况存在显著差异。这种二次谐波生成行为的可识别差异可作为螺栓连接完整性的判据，从而为工程师提供早期预警以决定是否需要进一步安全检测。总体而言，本研究成果深化了对螺栓松动二次谐波生成的物理认知，有助于推动基于非线性导波的损伤检测技术发展。
关键词： 螺栓松动、螺栓连接、二次谐波产生、疲劳裂纹、接触非线性、扭矩损失、结构健康监测、导波
更新于2025-09-10 09:29:36
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用于聚合物复合材料疲劳与损伤分析核心监测的界面纳米复合传感器（sQRS）
摘要： 智能工厂及航空、汽车和绿色能源领域的预测与健康管理（PHM）技术快速发展，表明需要能够贴近材料本体、全程监测复合材料行为的传感器。原位制备的导电聚合物纳米复合材料（CPC）传感器为此提供了有效解决方案——这类传感器可均匀嵌入复合材料内部，用于探测其形变与损伤。特别是针对聚合物复合材料的重要失效模式之一"疲劳"，通过分析碳纳米管量子电阻应变传感器（sQRS）的压阻响应，可从早期损伤迹象直至最终断裂全程监测。本文以玻璃纤维/环氧树脂经典复合材料为例，在其核心部位集成两个sQRS传感器，系统研究了该材料短期与长期疲劳行为监测的各项要素。
关键词： 损伤检测、疲劳、结构健康监测、压阻式应变传感器、导电聚合物纳米复合材料、碳纳米管、聚合物复合材料
更新于2025-09-10 09:29:36
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利用微编织技术优化光纤以实现结构健康监测
摘要： 结构健康监测是一个快速发展的领域，通过适当的数据处理和解读来评估飞机、建筑、桥梁、风力涡轮机、管道、汽车等各类结构的状况。本文提出了一种优化传统光纤用于结构健康监测的新技术，通过微编织工艺提升其机械性能并改善制造过程中的操作性。研究通过单轴拉伸试验对比分析了微编织光纤与传统光纤的拉伸特性。实验结果表明，与普通光纤相比，微编织光纤在断裂应变方面提升了85%。此外，还通过微粘接测试比较了光纤与微编织光纤编织纱线的界面剪切强度。另外，采用三点弯曲试验研究了复合结构中嵌入微编织光纤和传统光纤的效果。总体而言，复合材料的力学性能未受微编织光纤存在的影响。本文还将讨论微编织光纤在结构健康监测中的工艺流程及其优势。
关键词： 编织角、微编织光纤、结构健康监测、复合材料、常规光纤
更新于2025-09-10 09:29:36
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用于海上应用的封装光纤光栅传感器的选择与表征
摘要： 随着海洋资源开发的发展，海上结构的结构健康监测（SHM）变得十分必要。本研究聚焦于解决光纤布拉格光栅（FBG）传感器在海上结构（特别是浮式生产储卸油装置FPSO）健康监测应用中的实际问题。由于恶劣的海洋环境和严苛的工作条件，FBG传感器必须具备足够的防护能力和良好的长期监测重复性。我们通过深入研究，确定了最适合海上应用的商用FBG传感器防护封装方案。此外，还在强阳光、暴雨和盐水条件下测试了所选FBG传感器封装的性能，以模拟海洋环境。同时，封装FBG传感器的安装方法同样重要，它关系到传感器长期工作的重复性和耐久性。研究表明，采用树脂基环氧胶安装封装FBG传感器可保持其长期重复性。进一步地，我们在简易FPSO模型上安装并测试了封装FBG传感器。满载和压载吃水状态下的实验结果表明，所提出的FBG传感器适用于海上结构的健康监测。
关键词： 光纤光栅传感器、结构健康监测、浮式生产储油卸油装置、海上结构物
更新于2025-09-10 09:29:36
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利用AFBG和UFBG传感器反射光谱进行裂纹扩展监测
摘要： 由于具有重量轻、体积小和抗电磁干扰的特性，光纤布拉格光栅（FBG）在结构健康监测（SHM）领域展现出巨大潜力。通常，FBG作为准分布式传感器通过中心波长偏移来检测结构损伤，但在实际工程应用中存在稳健性问题。研究发现，裂缝引起的非均匀应变场也会导致FBG反射光谱畸变。从反射光谱中可提取多个指标，从而提供更多关于裂缝扩展的信息。然而迄今为止，尚未有研究基于FBG反射光谱探讨不同类型FBG在裂缝扩展监测中的行为特性。本文研究了切趾光纤布拉格光栅（AFBG）与均匀光纤布拉格光栅（UFBG）传感器在结构裂缝扩展监测中的表现。通过仿真与实验展示了UFBG和AFBG传感器在裂缝引发非均匀应变下的反射光谱行为，提出中心波长偏移、旁瓣主瓣比和信息熵三个光谱指标来表征裂缝扩展情况。结果表明UFBG传感器性能优于AFBG传感器，更适用于裂缝扩展监测。
关键词： 裂纹扩展监测，均匀光纤布拉格光栅，切趾光纤布拉格光栅，结构健康监测，光谱畸变
更新于2025-09-10 09:29:36
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通过图像重叠与裂缝呼吸传感技术实现土木基础设施无接触疲劳裂纹检测
摘要： 土木基础设施中的疲劳裂纹对结构安全至关重要。现有许多疲劳裂纹检测方法都需接触式操作，因此传感器和/或执行器的部署必须依赖大量人工。本研究提出一种基于视觉的非接触式检测方法，通过图像重叠技术识别疲劳裂纹。我们将裂纹呼吸行为（即重复疲劳荷载下垂直于裂纹路径的微小周期性运动）作为裂纹识别的可靠指标。通过一系列图像处理技术，可以提取、增强并可视化由呼吸裂纹引发的差异图像特征。研究采用两种实验装置验证该方法的有效性：包括小型钢紧凑试件和大型桥梁横联连接试件。测试结果表明，即使真实裂纹被其他非裂纹特征包围，该方法仍能可靠识别疲劳裂纹。
关键词： 计算机视觉、桥梁、土木基础设施、特征匹配、非接触式传感、图像处理、结构健康监测、图像配准、呼吸裂缝、疲劳裂纹检测
更新于2025-09-04 15:30:14
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利用主动红外热成像技术表征腐蚀缺陷的概述
摘要： 腐蚀被认为是一种破坏性现象，几乎影响所有金属。各行业部署了多种腐蚀监测与测量技术，但极少有技术能同时具备非接触、非侵入、在线及直接测量等特性来精确测定腐蚀速率或实际金属损耗。红外热成像技术（IRT）通过红外成像系统（如红外相机）记录物体发射的电磁波，属于无损检测（NDT）的在线方法，可消除传统实验室检测的滞后性。该技术无需中断生产流程，避免停产损失；同时采用非接触方式，既降低安全风险，也减少对高技能人员的依赖。
关键词： 红外热成像、无损检测、腐蚀监测、结构健康监测、图像处理
更新于2025-09-04 15:30:14
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用于900°C环境下超声波检测的再生光纤布拉格光栅传感系统
摘要： 耐高温复合材料（如陶瓷基复合材料和耐高温碳纤维增强塑料）有望用于航空发动机部件?？⒖煽康哪透呶赂春喜牧闲枰捎梦匏鸺觳饧际趵雌拦啦牧显诟呶虏馐怨讨械乃鹕搜荼?。此外，预计能在恶劣环境下运行的结构健康监测技术将实现对耐高温复合结构的监控。为提供建立此类技术的潜在解决方案，本研究基于再生光纤布拉格光栅（RFBG）开发了耐高温超声传感器。首先通过退火普通FBG传感器制备了RFBG，该光栅在1000°C高温下表现出优异的耐热性，使传感器实现了高温环境下的稳定超声检测。研究还尝试采用π相移光纤光栅（PSFBG）作为种子光栅构建高性能超声传感器，最终制成的R(PS)FBG传感器具有极短的有效标距长度，对频率超过1.5MHz的超声波实现了宽频响应。这种宽带检测能力使R(PS)FBG传感器能精确获取超声信号响应。因此我们认为，基于再生布拉格光栅的超声传感器可为复合材料建立有效的无损评估方法，进而实现极端高温环境下复合材料结构件的结构健康监测系统。
关键词： 结构健康监测（SHM）、超声检测、无损检测（NDT）、再生光纤布拉格光栅（RFBG）、高温环境、耐热复合材料
更新于2025-09-04 15:30:14
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典型结构健康监测实验装置中传感器故障相关的非线性问题
摘要： 结构健康监测（SHM）通过对结构完整性进行评估并借助适当的数据处理与解读来预测剩余寿命，从而实现对结构的诊断。结构必须保持在设计范围内，尽管其可能因使用、环境作用及偶然事件而产生正常老化。该技术通过在受检结构中集成电子器件（有时采用压电传感器PZT）实现——这些器件具有重量轻、体积小且可制成不同几何形状的特点，既适用于基于导波的方法也适用于机电阻抗法。压电传感器的粘结需经历表面制备、胶粘剂涂覆和组装等关键步骤，使得该过程实施难度较高。此外，胶粘剂易受环境劣化影响，传感器下方出现脱粘或胶层分布不均会导致性能下降并影响SHM系统的可靠性。本文提出一种用于监测压电传感器工作状态的传感器诊断方法，以检测压电片与主体结构间的粘结缺陷/损伤。作者基于接触界面非线性行为提出识别受损压电元件及量化脱粘几何特征的方法，通过采用聚四氟乙烯薄膜抑制部分界面粘结作用的数值模拟与实验验证了该诊断流程的可行性。所提方法可用于评估极端载荷事件后或长期服役期间传感器的功能状态。
关键词： 受损传感器，结构健康监测，飞行时间，次谐波
更新于2025-09-04 15:30:14