编者语:在美国的许多实验室,工程师们正在完善嵌入式传感器网络,这种网络可以提早向维修人员报告在关键结构中出现的缺陷,从而避免灾难性事故??如不久前在明尼阿波利斯市发生的I-35W大桥垮塌事故。
结构健康监测(SHM)是一种基于传感器的主动防御型方法,可以弥补目前安全性能十分重要的结构中(桥梁、建筑、飞机及其他),基于视觉检查和后续测试监测系统的不足。不过,SHM传感器系统还没有在美国展开大规模部署,由于出现时间不长,这种方法目前还没有被加入到安全法规中。
目前,像Material Technologies等公司能够在需要时完成现场结构测试,但由于不是连续进行监测,所以这些测试对灾难的预防能力是有限的。相比之下,基于传感器的SHM系统一旦部署成功,则在理论上可时时刻刻维护结构的安全。
“SHM时代已经到来。”Sandia国家实验室SHM可行性研究小组负责人Dennis Roach认为,“嵌入式传感器发出的安全警告是周期性检查做不到的。利用传感器进行SHM是一种可靠且不昂贵的做法,可以在第一时间检测到缺陷的形成。”
除了桥梁、建筑和飞机之外,SHM也可以用来监测太空船
“我们最应该做的事,就是把传感器网络安置到桥梁、建筑和飞机中,尤其应该在构造过程中就把它放进去,因为这样我们可以将传感器置于结构内部。”斯坦福大学电气工程师、现任密西根大学教授的Jerome Lynch认为,“世界上装有仪表最多的桥梁是香港的青马大桥;在中国大陆,至少有六座正在建设中的桥梁将从一开始就嵌入传感器阵列。但是在美国,还没有人这样做。”
需要付出多大代价?
美国目前对桥梁的检查几乎完全依赖于视觉:只有当肉眼看到腐蚀或裂纹时,才会使用蜗流、超声或渗透性染料(penetrating dye)做进一步测试。在I-35W大桥垮塌事件的警示下,美国的一些实验室建议使用无线节点将结构健康信息连续传送给维修人员。因为传感器可以检测到肉眼看不到的微小裂纹,所以我们可以利用传感器提供的数据在问题的“萌芽”期进行修复。