用于结构健康监测的射频识别传感技术及系统：最新研究进展综述

《IEEE Internet Computing》：Radio Frequency Identification Sensing Techniques and Systems for Structural Health Monitoring: A Review of the State of the Art

　　

摘要：

许多关键设施和设备中的金属结构部件若出现结构损伤，可能会引发危及人类生命的灾难。现有的结构健康监测技术存在设备庞大、环境适应性差以及成本高昂等问题，这给检测效率以及大规模多目标监测带来了挑战。射频识别技术具有非视距传输、灵活可粘贴且易于部署的特点，因此在结构健康监测领域展现出巨大潜力。近期研究已证实，RFID传感器可用于检测金属结构的裂纹、应变和腐蚀等结构损伤，还能分析裂纹宽度、结构变形程度和腐蚀深度等参数。本研究对基于RFID传感器的结构健康监测技术的最新进展进行了综述与深入分析。主要贡献包括：1）根据RFID反向散射传感的功能模型，对各类新型传感技术及系统进行分类；2）总结常见的结构损伤类型以及RFID传感技术在结构健康监测中的特征提取方法；3）梳理基于RFID的结构健康监测技术、方法及应用方面的最新进展；4）分析当前技术所面临的挑战，如结构损伤参数的表征与量化以及环境因素的影响，并对未来研究方向进行展望。本研究可为RFID传感技术在结构健康监测领域的创新与应用提供有益参考。

I. 引言

金属结构是桥梁、建筑、管道、船舶和飞机中的核心承重构件，对现代工程而言不可或缺。然而，长期使用难免会导致疲劳相关的损伤，如裂纹、应变和腐蚀[1]。因此，确保结构的长期安全与稳定运行，使得人们越来越关注结构健康监测技术。常见的结构健康监测技术包括超声波检测[2]、涡流检测[3]、磁粉检测[4]、渗透检测[5]、射线检测[6]和声发射检测[7]。表I对这些常用技术进行了对比分析。表I结构健康监测技术对比分析

技术名称	优点	缺点
涡流检测	对导电材料表面的及近表面缺陷具有高灵敏度	易受干扰，逐点检测效率较低
磁粉检测	操作简单便捷，检测成本低	仅适用于铁磁性材料
渗透检测	适用范围广，能够检测细微的表面缺陷	仅能检测表面开口处的缺陷，且检测剂具有一定毒性和腐蚀性
射线检测	可实现无损内部检测，检测结果直观	受检测角度影响，且对人类有害
声发射检测	探测能力强，定位精准，灵敏度高，对人类和环境均无害	逐点检测的效率相对较低
导波检测	可通过单点激励实现远距离、大规模结构的快速扫描，能够实现100%的截面覆盖检测	信号处理较为复杂，难以检测较小的点蚀缺陷
雷达检测	可实现远距离、非接触式监测，在位移和振动检测方面精度高	成本高昂，信号处理复杂，不太适合多点或嵌入式检测
RFID传感检测	成本较低，能够构建多目标检测网络	易受环境干扰