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。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)
諸如無損評(píng)估(NDE),無損檢測(cè)(NDI)和無損檢測(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識(shí)別波場(chǎng)中的干擾來工作。
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,可以通過發(fā)送和接收超聲波Lamb波來檢測(cè)結(jié)構(gòu)中的裂縫,腐蝕,分層和散開。這些令人難以置信的液位變送器可以無縫集成到各種結(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開發(fā)嵌入式SHM。他們的嵌入式SHM利用與數(shù)據(jù)集中器和無線通信器互連的液位變送器陣列來監(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)的效率來證明了他們開發(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)域中所舉例說明的那樣,無損檢測(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基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)的潛力。