随着现代社会的高速发展，我国的经济也得到了飞跃。在建筑领域，众多的大规模的土木工程如雨后春笋地涌现出来。一些有特点的地标性建筑如北京的“鸟巢”等、大型桥梁如湖北四渡河大桥等、水利工程如三峡大型大坝等、高速铁路如京沪高铁等，众多的工程结构的建设和使用，不仅给人们的正常生活和出行提供了保障和便捷，而且提高了国家的经济水平和国际地位。但是，这些工程结构在服役期间一旦出现安全问题，就会给人民和国家带来不可估量的损失甚至是灾难，所以为了防止事故的发生，在工程结构服役期间，对于工程结构的健康监测就显得至关重要。

工程结构中的连接方式各不相同，其中为人们所熟知的螺栓连接被广泛地应用在工程结构中。任何器件均是由多种零部件连接起来的，螺栓连接以其方便快捷的优点而被人们采用。采用螺栓连接的目的就是使两个器件紧密贴合，这就要求安装后的螺栓具有足够的轴向预紧力。何谓预紧力，就是在螺栓拧紧的过程中被连接器件受到压缩，同时螺栓沿其轴心线方向受到拉伸，这种在螺栓承受工作载荷之前受到的力称之为预紧力。当螺栓和被连接的器件经过长时间的冲击、振动或者变载荷的作用下，以及在高温或者温度变化较大时，螺栓减小或者失去了原有的预紧力，螺栓就会松动。螺栓松动导致结构连接失效会给人们和国家带来巨大的经济损失甚至是灾难性的后果。因此为了保证工程设施能正常安全地运作和避免灾难的发生，对螺栓的状况进行实时的健康监测就显得尤为重要。

对螺栓松动的日常监测方法大致可分为两种，目视检查方式和打音检查方式。目视检查方式就是通过眼睛观察金属部件的结构变化和颜色变化，打音则是从听觉上判断结构之间是否有松弛等异常情况。这两种方法都是从人们的主观感官上获取信息，无法做到监测的精确无误，缺乏科学依据，而且对监测人员的身体素质要求也比较高。此外，也可以对螺栓安装可靠有效的监测装置对其进行实时的在线监测，检查螺栓是否松动或者有其他损伤情况。为此国内外专家学者对实现螺栓松动实时在线监测的研究投入了大量的人力物力。其中，压电阻抗技术被广泛应用于机械工程和土木工程的健康监测中。本文也是基于压电阻抗法对螺

栓松动监测进行实验和研究讨论。

1.2压电阻抗技术的发展

上个世纪90年代出现了压电阻抗技术。一些研究集中在EMI方法的分析建模。Liang等人[1]开发了集成在弹簧-质量-阻尼系统中的PZT致动器，第一次将其耦合在结构表面，用来桥接结构的刚度与压电元件的电导纳。Zhou[2]开发了分布式PZT执行器与二维结构耦合的动态模型。在非破坏性评估（NDE）和结构健康监测（SHM）领域，机电阻抗（EMI）方法已经十分普遍地应用于结构损伤监测。举一些例子，Giurgiutiu[3]已经将机电阻抗技术应用于监测复合板中的分离，裂纹和脱粘。Park和Inman[4]用该方法监测复合增强结构和螺栓连接结构的完整性。Park[5]将此方法应用于带有温度补偿作用的传感器自补偿。Liu等人[6]用该技术监测板材的损伤程度。Kim等人[7]用来监测在锚具连接中的预应力损失。最近，这些实验成果致力于实现无线通信，Mascarenas等人[8]开发了一种基于EMI技术的低成本的的无线传感器。Ho等人[9]开发了一种利用太阳能追踪加速度，应变和EMI电导纳的多尺寸无线系统。国内学者鲍凯等[10]也从理论和实验上验证了该技术理论，并介绍了动态系统分析的阻抗法。杜国锋[11]等也对此技术和其模型进行了相应的分析，证明了其有快捷方便实用的优点。