一、在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用

國(guó)際上對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)開(kāi)展了大量的研究工作，在美國(guó)空軍及國(guó)家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）的多個(gè)項(xiàng)目中都包含了對(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究與探索，具體包括：

①1979年，美國(guó)NASA啟動(dòng)了一項(xiàng)“智能蒙皮”計(jì)劃，Claus等人首次將光纖光柵傳感器網(wǎng)絡(luò)埋入碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料飛機(jī)蒙皮中，使材料具有感知應(yīng)力和判斷損傷的能力，這是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在航空航天領(lǐng)域的初步嘗試；

②1998年NASA采用光纖光柵傳感器監(jiān)測(cè)可重復(fù)使用運(yùn)載器（RLVX-33）低溫儲(chǔ)箱的狀態(tài)（包括溫度和應(yīng)變）；

③NASA開(kāi)發(fā)了結(jié)合經(jīng)驗(yàn)組件方法的混合診斷工具，并將該混合診斷工具應(yīng)用于航天飛機(jī)主引擎異常檢測(cè)；

④NASA集成噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Laboratory，JPL）開(kāi)發(fā)的BEAM和ARC（Ames Research Center，埃姆斯研究中心）開(kāi)發(fā)的Livingstone構(gòu)成混合推理系統(tǒng)原型，并用于X-34主推進(jìn)反饋系統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)；另外美國(guó)空軍還針對(duì)F-15、F-16、F-18、F-22、JSF等飛行器的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了大量基礎(chǔ)研究并已開(kāi)始進(jìn)行飛行演示驗(yàn)證，例如F-35中采用了先進(jìn)的預(yù)測(cè)及健康管理（Prognostics & Health Management，PHM）系統(tǒng)。在民用航空領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)被視為保障復(fù)合材料大量使用和提高飛機(jī)可靠性、降低維護(hù)費(fèi)用的關(guān)鍵技術(shù)。因此世界上的主要飛機(jī)制造公司都非常重視結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用。波音公司探索了在多個(gè)機(jī)型上采用結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)探測(cè)結(jié)構(gòu)微裂紋，還在繼續(xù)研究大面積復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在新型飛機(jī)Boeing 787上的應(yīng)用。空中客車公司研究了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在A320、A340、A350、A380等型號(hào)上的實(shí)現(xiàn)。

美國(guó)陸軍航空技術(shù)局資助的運(yùn)營(yíng)支持和維持技術(shù)計(jì)劃[Operations Support and Sustainment Technologies（OSST）Program]的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容，就是發(fā)展以傳感器網(wǎng)絡(luò)智能層為基礎(chǔ)的直升機(jī)疲勞裂紋監(jiān)測(cè)方法，以內(nèi)置傳感器網(wǎng)絡(luò)智能層為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可用來(lái)對(duì)纖維纏繞復(fù)合材料壓力容器—空間飛行器儲(chǔ)箱的完整性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在美國(guó)航空航天局馬歇爾航天飛行中心成功制備了含有嵌入式智能層的纖維纏繞復(fù)合材料儲(chǔ)箱樣品。在記錄了傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每一驅(qū)動(dòng)器—傳感器路徑的基線數(shù)據(jù)后，在復(fù)合材料儲(chǔ)箱中引入沖擊損傷，然后觀察由損傷引起的傳感器信號(hào)改變。通過(guò)處理所有驅(qū)動(dòng)器—傳感器路徑信號(hào)的改變，可以獲得表示損傷位置和大小的損傷圖像。

我國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)最早于1991年將智能材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)列為國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃綱要的新概念構(gòu)想探索課題，1996年又將其列入重點(diǎn)課題。從那時(shí)起，我國(guó)的一些高等院校就緊緊跟隨國(guó)際先進(jìn)水平的步伐，至今已開(kāi)展了20余年的智能材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究。例如，南京航空航天大學(xué)早在1991年就成立了智能材料與結(jié)構(gòu)研究所，集中從事智能材料與結(jié)構(gòu)的研究，研究?jī)?nèi)容涉及壓電傳感技術(shù)、光纖傳感技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)集成等方面，并在無(wú)人機(jī)典型結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)典型構(gòu)件上進(jìn)行了驗(yàn)證，建立了基于多主體協(xié)作管理的用于大型鋁板結(jié)構(gòu)的三種典型對(duì)象監(jiān)測(cè)驗(yàn)證系統(tǒng)，先后取得了一批在國(guó)內(nèi)外有影響的學(xué)術(shù)成果。1991年原中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)有限公司還投資1200萬(wàn)元建設(shè)了智能材料與結(jié)構(gòu)航空科技部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。此外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)在應(yīng)用光纖傳感器監(jiān)測(cè)復(fù)合材料的固化等方面進(jìn)行了大量的研究。重慶大學(xué)側(cè)重于基于分布式光纖傳感器系統(tǒng)的智能材料與結(jié)構(gòu)的研究。北京航空航天大學(xué)也進(jìn)行了一些智能材料制備及性能表征方面的研究，并在“863項(xiàng)目”資助下，開(kāi)展了對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的新機(jī)理和新技術(shù)研究。

二、在土木工程領(lǐng)域的研究與應(yīng)用

目前結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用早已是一個(gè)研究的熱點(diǎn)，應(yīng)用的對(duì)象包括橋梁、水壩、高層建筑、公路等。美國(guó)20世紀(jì)80年代中后期就開(kāi)始在多座橋梁上布設(shè)監(jiān)測(cè)傳感器，監(jiān)測(cè)環(huán)境荷載、結(jié)構(gòu)振動(dòng)和局部應(yīng)力狀態(tài)，用以驗(yàn)證設(shè)計(jì)假定、監(jiān)視施工質(zhì)量和實(shí)時(shí)評(píng)定服役安全狀態(tài)。美國(guó)僅1995年，就投資1.44億美元，在90座大壩上配備了安全監(jiān)測(cè)設(shè)備。

在艦艇和海上鉆井平臺(tái)方面，美國(guó)海軍研究了一套光纖傳感器系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)美國(guó)海軍艦艇推進(jìn)系統(tǒng)中裝配的水潤(rùn)滑軸承的疲勞裂紋及船體的結(jié)構(gòu)應(yīng)變。英國(guó)實(shí)施了海上平臺(tái)智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的研究計(jì)劃，針對(duì)航海目標(biāo)，研究以全光纖傳感器為核心的復(fù)合材料海上平臺(tái)系統(tǒng)，以探索在惡劣的海洋環(huán)境下海上平臺(tái)的健康監(jiān)測(cè)試驗(yàn)等綜合技術(shù)；英國(guó)石油機(jī)構(gòu)聲稱，由于采用結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，他們的海上石油平臺(tái)得到了很好的經(jīng)濟(jì)效益，平均每一個(gè)海上石油平臺(tái)可以節(jié)省5000萬(wàn)英鎊左右。

日本的明石海峽大橋（Akashi-Kaikyo bridge）為主跨1991m的3跨雙鉸懸索橋，于1998年4月5日通車，是本州—四國(guó)聯(lián)絡(luò)線橋。該橋抗震設(shè)計(jì)要求可以抵抗距震中150km的里氏8.5級(jí)地震，抗風(fēng)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)風(fēng)速在橋面處為60m/s。明石海峽大橋的建造采用了最新的抗風(fēng)、抗震設(shè)計(jì)法，所以不僅必須檢驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)的假定，而且還要檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)和強(qiáng)震中的一些相關(guān)參數(shù)。另外還需要監(jiān)控其基本結(jié)構(gòu)特性，即在正常狀態(tài)中溫度和其他條件發(fā)生變化時(shí)橋梁的行為。為調(diào)查這些項(xiàng)目，安裝了一套監(jiān)控系統(tǒng)。在觀測(cè)中，采用GPS來(lái)監(jiān)測(cè)梁和塔的變形。

在國(guó)內(nèi)，近幾年結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸增多，武漢理工大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)及大連理工大學(xué)都開(kāi)展了不少結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)方面的研究，尤其是針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)。我國(guó)在許多大型土木工程中也都采用了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，例如香港青馬大橋安裝了500個(gè)加速度傳感器、粘貼了大量的應(yīng)變片和一套GPS，用以長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)橋梁的服役安全性。內(nèi)地也有不少橋梁安裝了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，如江蘇的蘇通大橋、江陰大橋等。此外，哈爾濱工業(yè)大學(xué)在“863項(xiàng)目”的資助下，對(duì)海洋鉆井平臺(tái)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。但由于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成技術(shù)復(fù)雜，成本昂貴，我國(guó)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多應(yīng)用于大跨橋梁。

濱州黃河公路大橋是目前黃河上唯一的3塔斜拉橋，也是目前全國(guó)第3大3塔斜拉橋。該橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成的核心軟件為美國(guó)NI公司的LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)，主要用于進(jìn)行傳感器信號(hào)的采集，并將所有信息輸入數(shù)據(jù)庫(kù)中；同時(shí)通過(guò)閾值觸發(fā)調(diào)用MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，調(diào)用ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析；采用大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)SQL Server 2000作為系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)庫(kù)；橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別采用應(yīng)變模態(tài)法；結(jié)構(gòu)安全評(píng)定采用整體安全評(píng)定與局部構(gòu)件安全評(píng)定相結(jié)合，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)安全評(píng)定與遠(yuǎn)程專家安全評(píng)定相結(jié)合的方法。傳感器系統(tǒng)包括：風(fēng)荷載采用超聲風(fēng)速儀和渦輪式風(fēng)速儀測(cè)試，分別安裝在中塔頂部和橋面上；溫度采用光纖光柵溫度傳感器，測(cè)試精度為±0.1℃；應(yīng)變采用光纖光柵應(yīng)變傳感器，其測(cè)試精度為±2με；根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的自振頻率，分別選用了力平衡式和壓電式加速度傳感器；位移采用JAVAD公司的GB-1000雙頻GPS測(cè)試，在該橋上共安裝了4套GPS，分別設(shè)置在中塔頂部、合龍段的上下游和岸邊。該結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在成橋試驗(yàn)階段開(kāi)始運(yùn)行，成橋試驗(yàn)中利用此系統(tǒng)記錄了山東濱州黃河公路大橋在試驗(yàn)工況下的受力狀態(tài)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的性能。

另外，李愛(ài)群等開(kāi)發(fā)了一套用于潤(rùn)揚(yáng)大橋的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在有限元分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用遺傳算法進(jìn)行了潤(rùn)揚(yáng)大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)振動(dòng)和應(yīng)變傳感器優(yōu)化布置的理論分析。蕪湖長(zhǎng)江大橋也安裝了長(zhǎng)期的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)表征大橋健康及行車安全狀況的多種物理量的長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)。

三、在特種設(shè)備領(lǐng)域的研究與應(yīng)用

（1）壓力容器健康監(jiān)測(cè)

1995年，美國(guó)洛馬航空公司的Lisa等人驗(yàn)證了EFPI（Extrinsic Fabry-Ferot干涉儀）能夠應(yīng)用于低溫儲(chǔ)箱的監(jiān)測(cè)，在-210～370℃（可重復(fù)使用儲(chǔ)箱工作的范圍在此之內(nèi)）的溫度范圍內(nèi)它能夠正常工作。由于彎曲對(duì)EFPI傳感器的精度有影響，故不能粘貼或埋入到封頭處的曲面部位，這限制了EFPI傳感器在儲(chǔ)箱上的使用。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張曉晶等探索了裸FBG（Fiber Bragg Grating，光纖布拉格光柵）傳感器在-150～550℃范圍內(nèi)的溫度靈敏特性，通過(guò)試驗(yàn)證實(shí)了FBG傳感器只在有限區(qū)域內(nèi)波長(zhǎng)變化和溫度是線性關(guān)系，而在整個(gè)試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)卻是非線性的。研究發(fā)現(xiàn)FBG傳感器能夠在低溫下使用，并分段給出了FBG傳感器的溫度靈敏系數(shù)。這項(xiàng)工作為FBG傳感器在低溫儲(chǔ)箱上的使用打下了基礎(chǔ)。日本東京大學(xué)的Takeda等在液氮儲(chǔ)箱表面粘貼了FBG傳感器，證實(shí)了傳感器能夠在液氮的溫度下正常使用。這項(xiàng)研究通過(guò)向儲(chǔ)箱中打入液氮來(lái)增加壓力，為FBG傳感器在低溫儲(chǔ)箱上的應(yīng)用做了一次實(shí)際驗(yàn)證。

最先開(kāi)展這項(xiàng)工作的美國(guó)洛馬航空公司的研究人員把EFPI傳感器埋入到縮比的低溫儲(chǔ)箱中，證實(shí)了埋入傳感器是可行的，并把電阻應(yīng)變片粘貼在縮比件的表面。試驗(yàn)表明，EFPI傳感器和電阻應(yīng)變片的測(cè)量結(jié)果有極好的一致性。日本東京大學(xué)的Takeda等人將FBG傳感器粘貼在液氮儲(chǔ)箱表面，并與應(yīng)變片的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，雖然儲(chǔ)箱在增壓和減壓的過(guò)程中，測(cè)量的應(yīng)變沒(méi)有重合為一條線，但FBG傳感器和應(yīng)變片的測(cè)量結(jié)果符合得很好。韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院的研究人員在儲(chǔ)箱的桶身和封頭處粘貼了大量的FBG傳感器和應(yīng)變片進(jìn)行比較，兩者的測(cè)量結(jié)果相符合，兩種傳感器測(cè)量到的應(yīng)變略有差別，是由于兩種傳感器粘貼的位置不完全重合造成的。馬歇爾宇航中心的Grant等將FBG傳感器埋入到復(fù)合材料壓力容器中，驗(yàn)證了FBG傳感器在增壓過(guò)程中的存活能力，容器內(nèi)壓力與FBG傳感器測(cè)量到的應(yīng)變成正比。比利時(shí)根特大學(xué)的Wale等人把FBG傳感器埋入到復(fù)合材料壓力容器中，跟蹤載荷循環(huán)變化，監(jiān)測(cè)容器變形情況，得到了較好的結(jié)果。Wale等人還把埋入FBG傳感器的監(jiān)測(cè)結(jié)果和應(yīng)變片、聲發(fā)射的監(jiān)測(cè)結(jié)果做了深入的比較，F(xiàn)BG傳感器的監(jiān)測(cè)結(jié)果與兩者符合得很好。

德國(guó)物理學(xué)會(huì)的研究人員將鈀金屬用環(huán)氧膠粘貼在光柵段，制作成微彎梁氫傳感器，經(jīng)過(guò)測(cè)試，氫氣的密度與光柵的波長(zhǎng)成正比。上海交通大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作利用微機(jī)電系統(tǒng)（Micro Electro Mechanical System，MEMS）加工工藝在光柵處濺射上金屬鈀薄膜，鈀金屬吸收氫氣后膨脹，將變形傳遞給光柵，從而制作成氫傳感器，來(lái)探測(cè)氫儲(chǔ)箱是否泄漏。試驗(yàn)結(jié)果表明，氫氣濃度與光柵波長(zhǎng)有線性關(guān)系。FBG和鈀金屬結(jié)合制作成氫傳感器的原理都是相同的，不同的是制作方法。合理選擇方法，制作出高精度、低成本的氫傳感器是研究的目標(biāo)。

（2）壓力管道健康監(jiān)測(cè)

Martin等人在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)全尺寸海底管道立管試件處安裝FBG光纖光柵傳感器，通過(guò)試驗(yàn)機(jī)對(duì)試件加載，對(duì)軸力和彎矩的應(yīng)變狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明FBG傳感器在立管監(jiān)測(cè)中具有良好的傳感性能。

Ren Liang、Li Hong-Na等人，將1.2mm直徑不銹鋼管封裝的FBG傳感器安裝在海底管道模型上，采用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)管道加載，標(biāo)定了FBG傳感器，并將該傳感器應(yīng)用在管道的振動(dòng)試驗(yàn)上。室內(nèi)試驗(yàn)證明，F(xiàn)BG傳感器與電阻應(yīng)變片線性關(guān)系良好。

Borbon等人對(duì)準(zhǔn)分布式多點(diǎn)FBG光纖光柵傳感器在海底管道泄漏檢測(cè)的應(yīng)用做了初步探索。通過(guò)不同的波長(zhǎng)區(qū)分各點(diǎn)的應(yīng)變值，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)傳感器的性能進(jìn)行標(biāo)定，試驗(yàn)證明該傳感器有工程應(yīng)用的價(jià)值。但該方法受光柵數(shù)量限制，有效傳感長(zhǎng)度較短，尚無(wú)法用于實(shí)際海底管道的監(jiān)測(cè)。

Zingaretti、Prmi等人提出了光纖水下成像技術(shù)，來(lái)連續(xù)監(jiān)測(cè)管道的運(yùn)行狀況，通過(guò)后續(xù)軟件過(guò)濾、提取并分析管道的等高線，跟蹤比較管道的路由，以此來(lái)監(jiān)測(cè)管道的安全狀況。該成像技術(shù)需放置于船舶上，監(jiān)測(cè)速度每小時(shí)1海里[1]，但該技術(shù)無(wú)法對(duì)海底管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且受惡劣天氣和海況制約，監(jiān)測(cè)成本較大。

（3）儲(chǔ)罐健康監(jiān)測(cè)

在20世紀(jì)90年代前，國(guó)外光纖傳感技術(shù)對(duì)大型儲(chǔ)罐的監(jiān)測(cè)處于起步階段，隨著光纖傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，其已經(jīng)在儲(chǔ)罐的監(jiān)測(cè)領(lǐng)域上有進(jìn)一步的發(fā)展，Alessandra Tesei和Piero Guerrini、Mario Zampolli等人提出了頻散測(cè)量法測(cè)量?jī)?chǔ)罐中的參數(shù)。Ines Latka、Kyung-Rak和Sohn、Joon-Hwanshim等人提出了用嵌入懸臂Bragg光纖光柵傳感器系統(tǒng)對(duì)液位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。Li, W.和Jiang, D等人認(rèn)為光纖傳感器液位測(cè)量是一個(gè)編碼單元，可以將油位的改變轉(zhuǎn)化為一連串的光纖編碼，當(dāng)液位依舊如此，這個(gè)單元處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)油位或上或下時(shí)該系統(tǒng)會(huì)在外力的驅(qū)使下達(dá)到新的平衡狀態(tài)，光纖編碼器會(huì)同時(shí)隨著鼓型浮標(biāo)而旋轉(zhuǎn)。Tadahito Mizutani和Nobuo Takeda等人還提出了用光纖傳感技術(shù)去監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐的壓力和儲(chǔ)罐的應(yīng)變等。

國(guó)內(nèi)由于具體國(guó)情，長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)罐區(qū)的管理工作主要是依靠人工進(jìn)行，沒(méi)有形成真正意義上的“監(jiān)控系統(tǒng)”，國(guó)內(nèi)的檢測(cè)儀表和控制設(shè)備也大大落后于國(guó)際知名品牌。改革開(kāi)放以后，我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅速，通過(guò)對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的消化和吸收，我國(guó)安全儀表、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、報(bào)警及連鎖控制系統(tǒng)等得到了提升并在我國(guó)自行設(shè)計(jì)的石化生產(chǎn)設(shè)備中獲得應(yīng)用。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)的李寶健通過(guò)光纖傳感技術(shù)的監(jiān)測(cè)方法和計(jì)算機(jī)輔助管理技術(shù)，對(duì)石油儲(chǔ)罐區(qū)油罐超高液位、溫度和壓力等參數(shù)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)；武漢理工大學(xué)姜德生教授等人以實(shí)驗(yàn)的方法做了光纖對(duì)儲(chǔ)罐中參數(shù)監(jiān)測(cè)的研究，將光纖傳感技術(shù)引入油田聯(lián)合站，解決原油儲(chǔ)罐液位檢測(cè)和報(bào)警、儲(chǔ)罐負(fù)壓檢測(cè)和報(bào)警、原油流量檢測(cè)和信號(hào)遠(yuǎn)傳、三相分離器油、水液位檢測(cè)與信號(hào)遠(yuǎn)傳，采用分布式控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)組成先進(jìn)的生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)，但從整體上看，無(wú)論監(jiān)測(cè)傳感器還是數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用，都與發(fā)達(dá)國(guó)家有一定的距離，大中型控制系統(tǒng)仍采用歐美控制系統(tǒng)較多。

（4）起重機(jī)健康監(jiān)測(cè)

由于大型起重裝備金屬結(jié)構(gòu)的失效往往導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失、造成嚴(yán)重的社會(huì)影響。國(guó)外有關(guān)專家首先開(kāi)始了針對(duì)起重裝備等工程機(jī)械的健康監(jiān)測(cè)研究：Hale首先開(kāi)展了起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)疲勞裂紋監(jiān)測(cè)的研究工作；Lee等人研究了由循環(huán)載荷引起的低碳鋼板疲勞裂紋擴(kuò)展的監(jiān)測(cè)問(wèn)題，通過(guò)試驗(yàn)證明了通過(guò)檢測(cè)裂紋附近的剛度變化能夠可靠監(jiān)測(cè)鋼結(jié)構(gòu)疲勞裂紋的擴(kuò)展；Ichinose等人也通過(guò)與Lee類似的方法研究了由循環(huán)載荷引起的鋼結(jié)構(gòu)破壞的應(yīng)力監(jiān)測(cè)問(wèn)題。日本安川公司開(kāi)發(fā)的起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（Crane Monitoring System，CMS），通過(guò)智能傳感技術(shù)實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，然后通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)控集裝箱裝卸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程故障診斷；日本住友公司研發(fā)的起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)起重機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力，并通過(guò)超高速交換路由技術(shù)實(shí)現(xiàn)全球其自有品牌機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)時(shí)在線健康監(jiān)測(cè)。馬來(lái)西亞Johor港口基于無(wú)線技術(shù)開(kāi)發(fā)了一套復(fù)雜的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它能使裝卸機(jī)械、集裝箱、船舶與監(jiān)控中心進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，并能利用專用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)港口作業(yè)的統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了港口作業(yè)的自動(dòng)化。

隨著健康監(jiān)測(cè)技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的成功應(yīng)用，國(guó)內(nèi)也有高校、科研院所開(kāi)展了對(duì)大型工程機(jī)械結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的理論和技術(shù)研究，東南大學(xué)、清華大學(xué)等高校已將健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)初步應(yīng)用于大型機(jī)械的健康監(jiān)測(cè)及故障診斷。武漢理工大學(xué)針對(duì)港口岸橋結(jié)構(gòu)，建立了基于改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力診斷專家系統(tǒng)，并開(kāi)發(fā)了基于GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。東南大學(xué)研究了機(jī)械設(shè)備工況監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)，通過(guò)布置振動(dòng)傳感器、壓力傳感器等來(lái)實(shí)時(shí)采集機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，具備報(bào)警功能，并在故障診斷系統(tǒng)中加入相關(guān)算法分析，可以給出針對(duì)具體故障的一般應(yīng)對(duì)方案。上海交通大學(xué)開(kāi)發(fā)了基于移動(dòng)通信技術(shù)的港口起重機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)NetsCAD，該系統(tǒng)的監(jiān)控采用GE9030系列PLC，通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備和監(jiān)控中心的連接，通過(guò)TCP/IP實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，系統(tǒng)可對(duì)碼頭的任一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并具有遠(yuǎn)程故障診斷功能。另外，天津港港口的門式起重機(jī)上也安裝了健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理監(jiān)督，此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)吊裝質(zhì)量等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并可以通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)運(yùn)行狀況的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院也開(kāi)展了智能結(jié)構(gòu)在起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的研究。我國(guó)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以完成采集待測(cè)結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)這一基本功能，但在如何有效分析、評(píng)估結(jié)構(gòu)的健康狀況方面（如結(jié)構(gòu)累積損傷分析、剩余壽命評(píng)估、智能診斷等）僅處于探索階段，這方面工作的實(shí)質(zhì)性進(jìn)展還有待于損傷識(shí)別理論的發(fā)展、新型損傷參考指標(biāo)的發(fā)現(xiàn)以及對(duì)特定待測(cè)結(jié)構(gòu)特特的更深入認(rèn)識(shí)。