CN107438758B - 用于带有频率同步的结构健康监视的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

结构健康监视(“SHM”)方法、设备和技术涉及基于由光纤布拉格光栅传感器进行应变测量的网络来建立监视下的结构部件的表面上的形变场映射图(激励相关的振幅和相位)。

Description

用于带有频率同步的结构健康监视的方法和系统
技术领域
本发明的技术涉及结构健康监视(“SHM”)领域，并且更具体地涉及用于对复合材料、金属或其他结构的结构健康监视的方法和系统，该方法和系统基于通过扫描频率范围并且评估近共振的不同传感器的振幅(或者RMS值或峰-峰值)来测量处于测试下的表面上的形变场并且与(无缺陷)结构的初始值或以其他方式已知的标记进行比较。还更特别地，由本发明的示例性非限制实施例所提供的结构健康监视方法、设备和技术包括或涉及基于由光纤布拉格光栅传感器进行应变测量的网络来建立监视下的结构部件的表面上的形变场映射图(激励相关的振幅和相位)。
背景技术
所有使用中的结构都可能需要适当的检查与维护，因此应当针对结构的完整性和健康状况而对它们进行监视以延长其使用寿命或者防止灾变性故障。人们已采用若干种技术来识别结构的故障或损伤。这类技术包括常规的目视检查以及无损的自动化技术，包括超声与涡流扫描、声发射和X射线检查。这类常规技术经常需要至少暂时性地从服役中取出结构以便检查。尽管仍广泛使用隔离位置的检查，但这种检查通常耗时且昂贵并且本身可能不适于在设备处于服役中的同时检查该设备，诸如飞行器。
这类途径还具有其他缺陷并且可能不提供实施可靠的传感网络系统的有效在线方法来和/或在操作人员干预最小的情况下便能诊断、分类和/或预测结构状况的精确监视方法。
随着传感器技术的进步，用于现场结构完整性监视的新诊断技术已经取得巨大的进展。典型地，这些新技术利用在主结构中内置适当传感器和致动器的传感系统。
某些SHM系统使用“被动式”应变跟踪或者声发射监视技术。然而，在许多应用中，为了有效地检测损伤，被动式应变跟踪以及被动式声发射监视技术可能都需要连续监视。因此，如果发生电源故障或电源切断，则SHM系统可能被停用，这会变成劣势。此外，被动式应变跟踪以及被动式声发射监视可能都不会如预期那样敏感，由此可能不够精确和/或不够可靠。声发射监视技术的精确性和可靠性还可能受损于普遍的车辆噪声环境或其他环境。声发射监视技术的另一可能劣势在于，可能需要大量的数据存储。为了量化和定位损伤，应变跟踪技术可能需要有限元应变分布模型，利用该模型来比较所测量的整个结构上的应变分布，这就有可能提高开发成本。
其他的SHM系统可以视为“主动式”系统，因为它们使用换能器来主动地激励和感测结构的振动特性。能够将这些振动特性与正常未损结构的已知或基线(并且因此预定的)振动特性进行比较；并且将差异用于确定结构的健康。具体地，在某些SHM系统中，能够通过计算每个致动器与传感器之间的传递函数来定义振动特性。然后，能够将传递函数与表示结构的正常“健康”状态的基线基准进行比较。该基线可以通过采集结构健康时的几组致动器/传感器数据并且计算诸如数据集的平均值和均方差的统计值来生成。然而，结构的温度变化有时可能导致这些主动式SHM系统错误地检测损伤。具体地，结构中的温度变化可能导致所测量的振动特性中的变化，这种变化会延续到从中计算出的传递函数。
已知的技术通常遵循两种途径之一：一方面是信号激励与处理，另一方面是工作信号与结果。
例如，已知的方法有：检测层压复合结构中的振动波的衰减特性的变化，以定位结构中的脱层区域。压电陶瓷装置能够用作致动器来生成振动波，并且具有不同光栅位置的光纤缆线能够用作传感器来捕捉或感测传播的波信号。这种类型系统的可能缺陷在于，其无法容纳大量的致动器阵列，因此致动器和传感器中的每一个均须单独放置。由于损伤检测基于沿着致动器与传感器之间的视线路径传播的振动波的变化，这样的方法可能无法检测到位于路径之外和/或结构边界周围的损伤。
另一种用于损伤检测的已知途径使用自容式共形电路，用于结构健康监视与评定。这样的共形电路可以例如由一系列应变传感器的叠层和迹线组成，其中，每个传感器测量其对应位置处的应变变化，以识别共形结构的缺陷。共形电路可以例如包括被动式系统，即其不具有任何用于生成信号的致动器。另一种示例的被动式传感网络系统可以使用压电陶瓷光纤传感系统，其具有嵌入复合结构中的平面型光纤。
这些和其他被动方法的可能缺点在于，它们无法监视内部脱层以及传感器之间的损伤。此外，这些方法通常仅在贴附自容式电路和压电陶瓷光纤的局部区域中才能检测其主结构的状况。
另一种令人感兴趣的用于检测结构中损伤的方法使用了传感网络层，称作斯坦福多致动器接收器换能层(Stanford Multi-Actuator-Receiver Transduction(SMART)Layer)。SMART
Figure BDA0001304500930000031
包括等距放置且固化有柔性介电膜的压电陶瓷传感器/致动器，所述介电膜夹住压电陶瓷传感器/致动器(压电陶瓷器件)。致动器生成声波，并且传感器接收声波且将声波转换成电信号。为将压电陶瓷器件连接到电子盒，金属包芯导线使用常规的柔性电路蚀刻而成并且层压在基材之间。因此，可能需要相当大的柔性基材面积来覆盖包芯导线区域。此外，SMART
Figure BDA0001304500930000032
可能需要固化有它的由层压复合层制成的主结构。由于固化过程中的高温循环所致的内应力，SMART
Figure BDA0001304500930000033
中的压电陶瓷可能微破裂。此外，SMART
Figure BDA0001304500930000034
的基材有时会容易与主结构分离。此外，可能难以将SMART
Figure BDA0001304500930000041
插入或附接到它的具有弯曲区段的主结构，并且因此，施加于弯曲区段的压缩负载有时会容易使包芯导线折叠。破裂的压电陶瓷以及折叠的导线可能易受电磁干扰噪声的影响并且提供误导性的电子信号。在诸如热应力、场冲击和振动的不良环境中，SMART
Figure BDA0001304500930000042
可能并不一定是用于监视结构健康的稳健工件而是不可靠工具。另外，置换受损伤和/或有缺陷的致动器/传感器有时可能费用高昂，因为可能需要拆卸主结构。
另一种已知的致动器和传感器系统已知与复合结构一起使用，尤其是碳纤维增强塑料结构与特别是用于主动减振和/或形状控制目的的压电陶瓷致动器以及特别是应变测量传感器形式的光纤布拉格光栅传感器一起使用。压电陶瓷致动器被设计成压电光纤模块，并且光纤布拉格光栅传感器被至少部分地嵌入到压电光纤模块中。
另外一种已知的用于监视结构健康状况的解调(interrogation)系统包括用于生成波信号的至少一个波发生器以及应用于该结构的光纤传感器。解调系统还包括至少一个电子模块，用于生成输入传感器信号并且将该输入传感器信号发送至光纤传感器。每个光纤传感器均将波信号外加到输入传感器信号上，以生成与输入传感器信号频移的输出传感器信号。电子模块响应于输出传感器信号而生成信息信号。解调系统还包括信号处理单元和继电器开关阵列模块。每个继电器开关均将信息信号中继到信号处理单元，并且信号处理单元生成数字传感器信号，随后将该数字传感器信号发送至计算机。
另外一种用于监视对具有致动器和传感器的结构的损伤的已知方法包括：在预定频率范围内激励致动器以激励结构，响应于使用传感器来激励致动器而在预定频率范围内测量该结构的振动特性，使用所测量的振动特性来计算用于致动器和传感器的传递函数，使用该传递函数来确定预定频率范围内的振动特性的变化，以及分析所确定的预定频率范围内的振动特性的变化，以便于确定结构是否受到损伤。
其他已知的用于监视主结构的结构健康状况的装置包括至少一个光纤传感器和电子模块。光纤传感器包括操作用于生成通过光纤的光信号的频移的成卷光纤缆线以及涂覆到该成卷光纤缆线的涂层。该频移与主结构的振动相称。电子模块将输入光信号发送至光纤传感器、从光纤传感器接收传感器信号并且处理该传感器信号。
另外一种用于优化结构健康监视系统中的换能器阵列中的换能器性能的已知方法包括：指定所监视的结构上的多对换能器之间的多个路径，以及评估沿这些路径的信号传输的质量，以便优化换能器的增益和频率操作条件。
在另外一种用于结构诊断的已知方法中，至少一个机电换能器被固定到作为诊断对象的结构并且用恒幅的交流电压来驱动，并且对流经至少一个机电换能器的电流进行测量。接下来，将机电换能器的驱动频率附近的高频分量与电流的信号分离。接下来，从高频分量的振幅和/或相位解调(demodulation)中提取出因损伤而产生的调制(modulation)信息。然后，基于调制信息，评估损伤指数。因此，在一次测量中，使用至少一个机电换能器，而不用基线数据，就能诊断结构健康。
另外一种已知方法涉及测试结构或本体，用以确定它们是否包含缺陷，诸如裂纹或脱层。这样的用于测试本体的方法包括以下步骤：将表示射入本体中以在本体内产生导波的激励信号的第一数据与经受导波的同时从本体得到的第二数据进行比较，以识别第一数据与第二数据之间的相位差；以及使用该相位差来确定本体的结构完整性的测度。据称，通过基于缺陷引起的相位调制来评定结构本体，能够进行更加准确的测试。
另一种已知的结构健康监视系统，例如用于无损评估飞行器结构的系统，提供了用于使用包括至少三个换能器的结构健康监视系统来评估结构内的一个或多个异常的方法和设备，所述至少三个换能器被布置成与结构有效接触，使得任何两个换能器都不以平行的方式对齐。换能器激励传播通过结构的弹性波，并且由三个换能器采集来自结构内的任何异常的反射。对所采集的这些信号进行分析以识别结构内的异常。使用渡越时间(timeof flight)技术来确定异常的位置。
在本文的示例性非限制实施例中设想的信号工作是独有的，其原因至少在于，该信号工作涉及使相位与振幅相匹配，而许多其他已知的技术则是针对单独的相位工作或单独的振幅工作。通过使相位与振幅相匹配会获得许多优势，诸如利用布拉格光栅传感器进行应变测量的更高分辨率。在下列表1和表2中总结了这些特征。
表1-信号激励与处理
Figure BDA0001304500930000061
表2-信号的工作与结果
Figure BDA0001304500930000071
发明内容
由本示例性非限制实施例所提供的方法、设备和技术包括或涉及基于由光纤布拉格光栅传感器进行应变测量的网络来建立监视下的结构部件的表面上的形变场映射图(激励相关的振幅和相位)。
通过附接到和/或嵌入到结构部件中的压电式致动器，从结构部件的激励中获得映射的形变场。
能够使用几个频率来进行激励，每次一个频率，产生其他形变场，这些形变场被添加到因结构上的主负载和次负载导致结构上已经存在的一个形变场。
由附接到元件表面的压电元件所给予的形变极小的这一事实确保了响应的线性度并且允许应用叠加原理。
因此，由光学传感器捕捉的信号可以被过滤，以便仅测量激励所用的相同频率的形变，也就是说，只测量对由压电式致动器带来的场的作用。
将如此获得的形变映射图与预先获得的标准或基线映射图进行比较，该标准或基线映射图是结构部件不具有任何形变或具有已知尺寸和位置的缺陷。
在某些非限制实施例中能够采用人工智能算法，以便基于初始标准或基线，能够检测、定位和量化新的故障或失效，或者替选地监视任何预先所检测的故障或损伤的生长。
因此，在一个非限制方面中，提供一种用于监视对具有至少致动器和至少传感器的结构的损伤的方法。所述方法包括在预定频率范围内使用连续波(CW)以同相或异相的方式激励至少一个致动器、一组致动器或者全部致动器以激励结构，以便生成动态的形变场，该形变场在与施加于压电元件上的电位差相同的频率下具有正弦(sinusoidal)时间变化。形变场叠加于结构部件上已经存在的形变场上，该已经存在的形变场由作用在结构部件上的主负载和次负载所导致，包括温度相关的那些负载。在示例性非限制实施例中，对致动的频率被选择成不同于与主负载和次负载以及结构部件中的温度变化相关联的频率范围。然后，能够对形变场的测量结果进行滤波，以仅选择与由致动器生成的正弦致动相关联的部分。
因此，在致动器的馈入中所用的正弦信号的特定频率下，对由光学传感器捕捉的信号进行滤波。使用这些滤波器来检测它们的振幅和它们的相位。
基于在附接到监视下的结构部件的表面的传感器网络中分布的几个传感器的振幅和相位，获得表面应变的二维映射图：振幅和相位。通过使用模式识别方法，对该映射图进行分析，以便识别缺陷的存在(例如：复合材料中的脱层或金属材料中的腐蚀)。
因此，通过使致动与检测同步化，能够使用光纤布拉格光栅(FBG)来获得改善的应变测量的分辨率。
在另一方面中，本示例性非限制实施例包括一种用于监视对结构部件的损伤的系统。所述系统包括：
a)致动器，该致动器被可操作地连接至结构部件以激励该结构部件；
b)传感器，该传感器被可操作地连接至结构部件以响应于结构的激励而测量该结构的振动特性；
c)可调谐激光器，该可调谐激光器被用作窄带光源，用于解调光纤传感器，
d)光学环行器，该光学环行器与可调谐激光器链接并且被提供有两个输出：一个输出朝向布拉格光栅传感器发送由可调谐激光器发出的光信号，并且另一个输出朝向光电探测器传送由传感器反射的信号；
e)锁相放大器；
f)功率放大器，该功率放大器被设计成增大由锁相放大器(e项)提供的激励信号；
g)复用器，该复用器用于通过几个压电式致动器控制激励谐波信号的分布(相位和振幅)；
h)光电探测器，该光电探测器用于查找由光纤传感器反射的光信号，将光信号转化成传送到锁相放大器的电信号；
i)光纤复用器，该光纤复用器用于接入分布于一个以上光纤中的传感器；
j)计算机或其他处理元件，该计算机或其他处理元件被配置成分析形变信号从而获得形变场映射图，并且将它们与基准映射图进行比较，例如通过自动进行检测、定位和量化结构部件中的损伤。
附图说明
下面结合附图来参阅示例性非限制说明性实施例的具体描述，在附图中：
图1是用于示例性结构部件的结构健康监视(SHM)的示例性非限制实施例的示例性非限制系统实施例。
图2是图示用于示例性结构部件的结构健康监视(SHM)的示例性非限制实施例的总体方法的流程图。
图3是表示当用宽带光源辐照时五个FBG传感器的反射光谱的示例性曲线图。
图4示出当由PZT致动器导致对感兴趣的结构的机械激励时FBG传感器的反射光谱的偏移以及推测信号的振幅变化。
图5a和图5b图示出示例性三维和二维的场形变映射图。
具体实施方式
根据本示例性非限制实施例，表述“结构损伤”意指脱层、脱粘、破裂、剥离、腐蚀、磨损、破碎、承载、质量损失和/或铆接损失。
示例性非限制实施例是针对用于复合材料以及金属基材的结构健康监视的方法和系统。
关于旨在引起应变的振动，所述系统能够通过由压电式致动器、形状记忆合金等造成的振动或者外部振动、磁场、声场等来操作。
下面将参照附图来描述示例性非限制实施例。
图1描绘了设计用于示例性结构的结构健康监视(SHM)的系统(100)的一个非限制示例性非限制实施例。根据图1，(1)是可调谐激光器，该可调谐激光器被连接至光学环行器(2)，该光学环行器被提供有两个输出：第一输出被连通到光纤(8)，在该光纤上连接数个光纤布拉格光栅或传感器(9a,9b,9c)；并且第二输出被连接到光电探测器(3)。光电探测器(3)进而通过任何已知手段而链接到锁相放大器(4)。可调谐激光器(1)和锁相放大器(4)被连接到计算机或其他控制处理器50。
锁相放大器(4)还被链接到功率放大器(5)，在该功率放大器处连接有数个致动器(6a,6b,6c)。能够存在任何数目的致动器(6)，但为了简明起见，在该图中仅表示出三个致动器(6a,6b,6c)。
致动器(6)被线性地定位在结构部件(7)的末端边界上。
在图2中所绘的系统(100)中，FBG传感器(9)感测结构部件7的振动特性的振幅和相位。编码到激光中的这些感测的振幅和相位由光学环行器2以每次一个光信号的方式选择给光电探测器3。光电探测器3将所接收的光信号转化成模拟电信号并且将该模拟电信号提供给锁相放大器(4)。锁相放大器(4)包括常规的模拟双相锁相放大器，该模拟双相锁相放大器使用同步检测过程来测量信号的振幅和相位以恢复信号。锁相放大器(4)充当窄带通滤波器，该窄带通滤波器除去不期望的噪声，同时允许通过待测量的信号。通过基准信号设定待测量信号的频率并由此设定滤波器的通带区域，连同由光电探测器3所检测到的信号一起，该基准信号由基准信号发生器52供应给锁相放大器。基准信号发生器52生成的基准信号与待测量的光电探测器信号的调制的频率相同，因为基准信号也被供应给致动器6。锁相放大器(4)由此将由光电探测器(3)所测量的信号的频率与为致动器(6)生成的基准信号进行比较。通过这种方式，使得由传感器(9)所获得的信号与由致动器(6)所生成的信号同步。针对每个激励频率，由传感器(9)所生成的全部信息都被存储到存储装置54中，以便为了评估结构部件(7)的完整性而被分析。
系统100的示例性非限制实施例包括沿着至少一个光纤10写入的一组至少两个布拉格光栅9。布拉格光栅9在其被限定成实现监视并提供应变测量结果的区域中被附接(机械联接)到结构部件7的表面或者嵌入到结构部件内。
由至少一个致动器组成的一组压电式致动器6被附接(机械联接)到结构部件的表面或嵌入到该结构部件的结构中。
可调谐激光器1被用作窄带光源，用于解调光纤传感器9。激光光源1扫描宽带波长，以便解调安装在监视下的结果部件7中的全部布拉格光栅传感器9。不同的FBG 9能够被写入以反射不同的光频率，使得在整个光频带上扫描激光光源允许系统100获取由完全不同定位的FBG 9所感测到的应变特性。FBG 9测量应变的性能在本领域中已众所周知。
光学环行器2被提供有两个输出，第一输出朝向布拉格光栅传感器9发送由可调谐激光器1发出的光信号，并且另一输出朝向光电探测器3发送由传感器沿相同的光纤10反射回的信号。
锁相放大器4具有双重功能：(i)使用它自身的基准信号(来自基准信号发生器52)来提供谐波信号以便激励压电式致动器6；以及(ii)在由谐波激励的压电式致动器6所专门产生的相同频率分量下，恢复正弦应变信号的振幅和相位。
功率放大器5被设计成增大由锁相放大器基准信号发生器52所提供的激励信号。在所提出的非限制性系统中，压电式致动器被馈入连续波(CW)信号。
复用器58被用于通过几个压电式致动器6控制激励谐波信号的分布(相位和振幅)。
光电探测器3被用于查找由光纤传感器9所反射的光信号，将该光信号转化成传送到锁相放大器4的电信号。
光纤复用器2被用于在传感器被分布在一个以上光纤10上的情况下接入一个以上光纤。
根据示例性非限制实施例，用于结构部件的结构健康监视(SHM)的系统包括计算机或其他处理元件50，计算机或其他处理元件50被设计成：(i)借助软件、硬件、固件或其组合来控制检查；以及(ii)分析形变信号以便获得形变场映射图并且将它们与基准映射图进行比较，从而检测、定位和量化结构部件中的损伤或者监视某些预先检测到的损伤的生长。也就是说，用于模式识别的基于人工智能的软件自动执行形变场映射图之间的比较。
图2是根据示例性非限制实施例的方法的简化流程图，该方法可以由处理器50在存储装置54中所存储的软件代码的控制下来执行。根据该流程图，(101)意指结构部件处于监视下。然后，在(102)，借助上述激励频率进行信号分析。在(103)，生成形变场映射图。在(104)，进行所生成的形变场映射图与基准或基线的形变场映射图之间的比较。通过(105)，评估损伤检测(两个映射图之间的差异)。在无损伤时，所述方法返回到(101)并且重复步骤(101)至(104)。如果检测到任何损伤，则所述方法执行操作，引起(106)中的损伤位置的评定、随后(107)中的损伤严重性的评定以及(108)中的对损伤位置和严重性的响应。
因此，一种用于具有至少致动器和至少传感器或者一组致动器和一组传感器的结构部件的结构健康监视(SHM)的示例性非限制方法包括：
a)在预定频率范围内以同相或异相的方式进行激励以激励所述结构部件7，以便生成动态的形变场，该形变场在与施加于压电元件6上的电位差相同的频率下具有正弦时间变化；
b)对形变场的测量结果进行滤波，以仅选择形变场的与由致动器6生成的正弦致动相关联的范围；
c)获得具有表面应变的振幅和相位的二维映射图，其中这些映射图基于在附接到监视下的结构部件的表面的传感器9的网络中分布的几个传感器9的振幅和相位；
d)针对多个频率范围重复该程序；
e)在对于检测结构损伤的分析中，比较通过不同频率所获得的二维映射图；以及
f)借助模式识别方法，对如此获得的二维场形变映射图进行计算分析，以便识别结构损伤。
图3是表示当用宽带光源辐照时五个FBG传感器的反射光谱的曲线图。在示例性实施例中，光电探测器3将反射光谱转换成能够在频域中进行分析的电信号。虽然控制器50有可能使用FFT技术来提供数字信号处理器，但优选的非限制实施例使用更简单的同步锁相放大器技术来同步地检测所检测的电信号的频率和相位。
图4示出在当由PZT致动器6a导致对感兴趣的结构的机械激励时示例性FBG传感器的反射光谱的示例性偏移以及推测信号的振幅变化。如果PZT致动器激励是正弦的，则产生的FBG检测到的信号将显示正弦改变的相移。这种相移能够由锁相放大器(4)同步地检测。这些信号能够连同针对其他频率和其他传感器6存储的其他信号一起被存储到存储装置54中。处理器50执行已存储的程序来分析所存储的信号并且生成图形的形变映射图，以便在图形显示器56上显示。
图5a图示出示例性3D形变映射图。3D映射图指示板中心处的方形脱层。如可以看出，形变映射图绘出相对于位置(x,y)的形变(εU.A.)’。在此情况下，形变由应变ε表示，该应变ε被定义为当施加负载时对象的单位长度的形变量。应变ε通过将原始长度的总形变除以原始长度(L)算出：ε＝ΔL/L。应变ε的典型值小于0.005英寸/英寸并且通常用微应变单位(即10-6)来表达。应指出，图5a右手边的标尺以0-10×10-6的单位示出应变ε。在示例性实施例中，应变ε的量能够被编码到可见色谱中，例如，较高的应变ε＝10x10-5示出为红色且较低的应变ε＝0示出为紫色，并且二者之间的应变沿彩虹的“ROYGBIV”色彩分布。图5a的形变映射图进一步以图形的方式示出应变的拓扑图，较低的应变具有较低的高度且较高的应变具有较高的高度或峰值。通过这样的可视化，能够看出结构元件的哪些部分承受多大的应变。图5b的形变映射图可视化是2D的并且使用如上所述的色彩编码以允许应变量的可视化。其他表示也是可行的。
现将通过下文所示的示例说明示例性非限制实施例。
示例
借助数值模拟，获得与复合板的行为有关的形变映射图。复合板具有16个叠加层，它们受到由PZT致动器6造成的机械振动。
通过改变尺寸(长度和宽度)，对几个脱层模型进行测试。针对每个受测试的模型，模拟以0.1kHz步进的从11.1kHz到15.0kHz变化的40个激励频率。通过这种方式，针对每个脱层模型，获得40个形变映射图。
对于该测试而言，激励频率是ω＝13.7kHz。形变映射图5a示出方形的形变位于层4与层5之间的板中心(坐标x＝0.250m且坐标y＝0.125m)。
由图5a和图5b显然可以看出，在脱层区域上呈现10微应变级的形变模式。
虽然已结合目前视为最实用和优选的实施例对本发明予以描述，但应理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而与之相反，本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包含的各种修改及等同布置。

Claims (4)

1.一种用于监视结构部件(7)的结构健康的方法，所述结构部件(7)具有多个光纤布拉格光栅传感器(9)、即多个FBG传感器(9)，所述多个FBG传感器(9)分布在附接到所述结构部件(7)的表面的FBG传感器(9)的网络中，所述方法包括如下步骤：
a)通过在预定频率范围内使用连续波来激励至少一个致动器(6)来激励所述结构部件(7)，以便生成动态的形变场，从而所述形变场在与施加于所述至少一个致动器(6)上的电位差相同的频率下具有正弦时间变化；
b)使用分布在附接到所述结构部件的表面的FBG传感器的网络中的所述多个FBG传感器(9)来测量形变场，其包括使所述至少一个致动器(6)的致动与使用所述多个FBG传感器(9)的探测同步，以获得应变测量结果；
c)对所述形变场的测量结果进行滤波，以仅选择所述形变场的、与由所述至少一个致动器(6)生成的正弦致动相关联的部分；
d)至少部分地响应于所述形变场的滤波测量结果，生成指示了表面应变的振幅和相位的二维形变场映射图，所述形变场映射图基于所述多个FBG传感器(9)测量到的振幅和相位；
e)针对所述至少一个致动器(6)的多个激励频率重复步骤a)到步骤d)；
f)比较通过不同激励频率获得的二维形变场映射图，以便探测结构损伤；以及
g)借助模式识别方法，进行如此获得的二维形变场映射图的计算分析，以便识别结构损伤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述滤波不仅排除振幅而且还排除相位，并且仅选择在所述致动器(6)的馈入中使用的正弦信号的特定频率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括：
获得基线二维形变场映射图，以便当监视中的结构元件无缺陷或者具有已知缺陷时进行比较。
4.一种用于监视结构部件(7)的结构健康的系统，所述系统包括：
计算机，所述计算机被配置成：(i)通过执行软件来控制检查；以及(ii)分析形变信号以便获得形变场映射图，并且将形变场映射图与基准映射图进行比较，用于探测、定位和评估所述结构部件(7)中的损伤或者监视某些预先探测到的损伤的生长；
一组至少两个布拉格光栅，所述布拉格光栅沿着至少一个光纤(10)写入，所述布拉格光栅形成布拉格光栅传感器(9)，所述布拉格光栅传感器(9)被纵向定位在监视中的所述结构部件(7)上，所述布拉格光栅被附接到所述结构部件(7)的表面，并且被配置成实现监视并提供应变测量结果；
包括至少一个致动器(6)的一组压电式致动器(6)，所述压电式致动器(6)被附接到所述结构部件(7)的表面或嵌入到所述结构部件(7)的结构中，并且馈入有连续波信号；
可调谐激光器(1)，所述可调谐激光器(1)被用作窄带光源以用于解调布拉格光栅传感器(9)，所述可调谐激光器(1)被配置成扫描宽波段，以便解调安装在监视中的所述结构部件(7)中的布拉格光栅传感器(9)；
光学环行器，所述光学环行器提供至少第一输出和第二输出，所述第一输出朝向所述布拉格光栅传感器(9)发送由所述可调谐激光器(1)发出的光信号，所述第二输出朝向光电探测器(3)发送由所述布拉格光栅传感器(9)反射的信号；
锁相放大器(4)，所述锁相放大器(4)被配置成执行双重功能：(i)使用它自身的基准信号来提供谐波信号以便激励所述一组压电式致动器(6)；以及(ii)在由谐波激励的压电式致动器(6)产生的相同频率分量下，恢复正弦应变信号的振幅和相位；
功率放大器(5)，所述功率放大器(5)被配置成增大由所述锁相放大器(4)提供的激励信号；
复用器(58)，所述复用器(58)被配置成通过所述压电式致动器(6)来控制激励谐波信号(相位和振幅)的分布；
光电探测器(3)，所述光电探测器(3)被配置成探测由所述布拉格光栅传感器(9)反射的光信号，将探测到的光信号转化成电信号，并且将该电信号传送到所述锁相放大器(4)；以及
光纤复用器(2)，所述光纤复用器(2)被配置成在所述布拉格光栅传感器(9)分布在一条以上光纤上的情况下接入一条以上光纤。
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