一、结构健康监测（SHM）行业发展溯源：从航空航天走向全域基建

结构健康监测技术诞生之初，便以保障高端装备安全运行为核心目标，航空航天更是该技术最早的试验场与应用高地。早在上世纪 70 年代，美国 NASA 启动 “智能蒙皮” 计划，首次将传感设备集成于飞行器结构，开启了航空领域智能化损伤监测的探索之路。历经数十年迭代，洛克希德 - 马丁、波音、空客等国际巨头先后将声发射、光纤光栅、压电传感等技术搭载于各类机型，构建起飞机预测与健康管理系统（PHM/AHM），实现对机身裂纹、结构腐蚀、复合材料损伤的实时诊断，大幅降低航空装备运维成本，延长服役周期。

按照监测原理划分，航空领域主流监测技术分为被动监测与主动监测两大类别：被动监测依靠捕捉结构自身形变、振动、声信号判断健康状态，技术成熟但存在监测滞后、难以识别早期隐蔽损伤等问题；主动监测则通过主动激励波信号，对比损伤前后的信号差异实现损伤定位、定量，凭借更强的前瞻性成为行业主流发展方向。其中，基于弹性波的压电传感技术凭借响应速度快、频域范围广、可实现损伤成像等优势，被空客、巴西航空等企业广泛应用于飞机尾翼、机翼等关键结构的疲劳裂纹监测，成为航空 SHM 核心技术之一。

随着技术不断下沉与跨界融合，源自航空航天的先进压电监测理念，逐步向桥梁、水利堤坝、市政道路、地质边坡等土木工程领域延伸。与此同时，面向新一代航空装备的空天飞行器，对结构轻量化、抗极端载荷、全时段健康监测提出了更高要求，也推动压电监测技术持续迭代升级。科固材（江西）技术有限公司依托智能结构与先进材料研究中心科研实力，深度吸收航空压电传感、主动波监测、阵列感知等前沿技术，兼顾空天飞行器极端工况与土木、水利工程复杂环境，自主研发SPM 智能压电相控阵监测系统，完成航空级监测技术的双向落地，既赋能高端空天装备，为国内全域基础设施结构健康监测提供国产化、高性价比、全流程解决方案。

二、主流航空衍生传感技术对比：解析 SPM 技术差异化核心优势

目前，从航空航天延伸至民用工程的主流传感监测技术包含比较真空监测（CVM）、智能涂层传感、光纤光栅（FBG）、传统压电传感、无线传感网络（WSN）等，各类技术依托不同原理落地应用，但也存在明显的应用短板。科固材 SPM 智能压电监测技术在经典压电（PZT）技术基础上，融合相控阵阵列扫描、模块化封装、双布设模式、AI 智能研判等创新设计，补齐多款主流技术短板，形成综合性技术优势。

（一）各类主流传感技术应用短板

比较真空监测传感技术（CVM）

该技术通过监测结构真空度变化识别微裂纹，是波音、空客主流裂纹监测方案，多用于飞机机身隔框、天线结构监测。但其应用场景单一，仅针对表面裂纹检测，无法探测结构内部脱空、沉降、滑移等病害，且设备适配性差，难以大面积应用于堤坝、边坡、道路等土木构筑物，同时也无法满足空天飞行器高温、强振动、气动载荷多变的复杂工况需求。

智能涂层传感器技术

依靠涂层电阻变化判断结构裂纹与腐蚀问题，安装便捷，但在复杂户外工况下，传感器易与基体变形脱节，频繁出现虚警、漏检问题，稳定性不足，既不适合野外土木工程长期在线监测，也无法适配空天飞行器高速飞行、高低温交变的严苛环境。

光纤光栅传感技术（FBG）

具备抗电磁干扰、耐腐蚀、长线分布式监测的优势，广泛应用于航空复合材料结构应变、温度监测。但该技术仅能监测宏观形变，无法识别内部微损伤；光纤材质脆弱，施工与后期维护难度大，设备与部署成本高昂，大规模普及受限，在空天飞行器高速机动、强冲击载荷下易出现断裂失效问题。

传统单点压电传感技术

依托正逆压电效应激发弹性波，可实现结构损伤主动监测与成像，是航空领域成熟技术。传统单点压电设备无模块化封装，布设形式单一，无阵列扫描能力，存在监测范围小、局部盲区多、抗环境干扰能力弱等问题，难以适配大坝、长距离道路、大面积边坡等大型线性 / 面状工程，也无法为空天飞行器复杂曲面、一体化舱体结构提供全域监测能力。

无线传感网络（WSN）

解决了传统有线布线重量大、空间占用高的痛点，实现数据无线传输，但仅作为数据传输载体，不具备独立损伤探测能力，需搭配其他传感设备使用，系统集成复杂度高，难以满足空天飞行器轻量化、高可靠性的设计要求。

（二）科固材 SPM 智能压电相控阵监测技术创新升级

科固材 SPM 智能压电模块（Smart Piezoelectric Module）以PZT 压电核心材料为基础，传承航空主动弹性波监测原理，结合空天装备极端工况与土木工程使用环境，完成四大维度技术革新，打造 “主动探测 + 阵列扫描 + 双模式布设 + 智能分析” 一体化系统：

模块化集成封装，适配长期复杂工况

区别于传统裸露式压电片，SPM 将压电陶瓷预先封装为标准化智能模块，具备工业级防水、防潮、耐高低温、抗腐蚀、抗强振动特性，既可以应对南方多雨、汛期高湿、野外强电磁干扰等土木场景，也能够承受空天飞行器飞行过程中的高温热载荷、气动冲击、剧烈振动等极端条件，实现全工况稳定运行。

SPM 内置 + 表面粘贴双模式，全覆盖工程场景

借鉴航空结构嵌入式传感与表面传感双重布设思路，创新形成两大部署方案：一是SPM 内置预埋技术，将封装模块作为智能骨料埋入新建结构内部，实现结构全生命周期长效监测，尤其适用于空天飞行器一体化复合材料舱体、机身骨架等一体化成型构件；二是PZT 表面粘贴技术，无损安装于既有工程表面，发射瑞利表面波完成检测，无需破坏原有结构，适配存量工程改造与现役飞行器检修升级，覆盖新建、改建、运维全阶段。

融合相控阵技术，实现全域无盲区扫描

在传统单点压电弹性波监测基础上，引入相控阵阵列控制逻辑，通过多阵元时序延时调控，实现应力波波束电子偏转、动态聚焦、扇形扫描。无需机械移动设备，即可完成长距离堤坝、跨江桥梁、大面积边坡的立体全域监测；针对空天飞行器复杂曲面蒙皮、异形舱体、翼面结构，也可实现多角度、全覆盖扫描，彻底解决单点压电监测范围有限、盲区较多的行业痛点，监测效率与覆盖范围提升数倍。

主动波探测 + AI 研判，实现损伤全维度诊断

依托正逆压电双重效应，系统主动发射弹性波穿透结构内部，精准捕捉微裂纹、层间脱空、土体松动、不均匀沉降等早期隐蔽损伤；搭配云端 AI 算法，自动过滤风雨、车辆振动、气流扰动等环境干扰，完成损伤定位、量化评级、趋势推演，输出专业结构健康评估报告，实现 “数据采集 — 信号分析 — 分级预警 — 趋势预判” 全闭环。针对空天飞行器，可实时识别复合材料分层、骨架疲劳裂纹、连接部位松动等关键缺陷，为飞行安全与地面检修提供核心数据支撑，研判能力远超传统被动监测技术。

三、技术跨界落地：SPM 智能压电监测系统全场景工程应用

源自航空航天的主动压电监测技术，在科固材的技术迭代下，成功实现高端空天装备与民用基建工程双向布局，全面落地空天飞行器、桥梁工程、水库大坝 & 长江防洪堤、市政道路、地质边坡五大核心场景，同时可延伸至轨道交通装备、风电塔筒、通用航空构件等领域，实现技术多维度赋能。

1. 空天飞行器监测

空天飞行器融合航空、航天双重技术特征，飞行工况极端，结构多采用轻量化复合材料与高强合金，长期面临高温烧蚀、高速气动载荷、反复机动冲击等作用，极易产生微裂纹、层间剥离、结构疲劳等隐蔽损伤，一旦失效将引发严重安全事故。

科固材 SPM 监测系统可根据飞行器结构特点灵活布设：针对一体化成型舱体、内部骨架，采用 SPM 内置预埋方式，在生产阶段完成传感模块集成；针对蒙皮、翼面、外部连接结构，采用表面粘贴模式进行无损检测。结合相控阵波束扫描技术，对飞行器复杂曲面、异形结构进行全域透视监测，主动激发弹性波实时排查复合材料分层、金属构件疲劳裂纹、连接件间隙变化等缺陷。系统具备轻量化、低功耗、强抗振、耐高低温特性，可适应高空、高速、气压剧变等飞行环境，实时回传结构健康数据，支撑飞行器飞行状态在线诊断、剩余寿命评估与地面预防性检修，是空天飞行器 PHM 健康管理体系的核心组成部分。

2. 桥梁工程监测

针对桥梁梁板、钢箱梁、支座、焊缝等关键部位，采用阵列式 SPM 模块组网。主动弹性波可穿透钢混结构，实时监测疲劳裂纹、应力集中、支座滑移等病害；相控阵波束聚焦功能可精准定位损伤位置与扩展趋势，替代传统人工巡检与单点传感，实现 24 小时无人值守在线监测，推动桥梁运维从 “事后抢修” 转向 “预防性养护”。

3. 水库大坝 & 长江防洪堤监测

堤坝具有线性跨度大、内部隐患隐蔽、汛期风险高的特点。SPM 线性阵列沿堤体、坝体布设，通过体波穿透坝体内部，实时监测坝体沉降、坡面滑移、内部开裂、渗流异常等指标。相控阵扇形扫描可对堤坝薄弱带进行连续透视监测，在汛期提前预判溃堤、滑移风险，为水利防汛调度、堤坝加固提供精准数据支撑。

4. 市政道路 & 路基监测

将 SPM 模块布设于道路路基与表层结构，灵敏捕捉路基空洞、层间脱空、不均匀沉降等隐蔽病害。设备免开挖、免布线，不影响交通通行，阵列化布设实现城市道路线性连续监测，帮助运维单位精准定点维修，减少盲目翻修，降低城市道路运维成本。

5. 地质边坡监测

针对山体高切坡、矿山边坡等地质灾害隐患点，采用 SPM 面阵分布式布局，全天候感知岩体错动、土体形变、微裂缝扩展。系统可有效区分环境扰动与真实灾害信号，提前预警滑坡、崩塌风险，为地质灾害避险、工程加固提供科学依据。

6. 延伸应用场景

凭借航空级监测精度与极端工况适配能力，SPM 系统还可应用于通用航空飞行器、轨道交通构件、重型机械、风电塔筒等工业装备结构监测，复刻航空装备损伤监测逻辑，对焊缝、壳体、承重结构进行疲劳状态在线诊断，实现高端装备全生命周期安全管控。

四、服务体系与技术价值：全流程一体化解决方案

科固材不止于硬件与技术研发，同时打造现场勘测 — 方案定制 — 模块布设 — 系统调试 — 云端运维 — 售后校准全流程一体式服务。依托近场动力学理论与高性能计算工作站，结合 SPM 监测实时数据，可完成结构失效行为模拟、寿命评估，进一步提升结构安全管控的科学性与精准度。针对空天飞行器等高端装备，可提供定制化轻量化模块、机载专用采集系统、地面运维平台一体化定制服务，满足军工与高端装备的专属技术要求。

对比光纤、传统压电、地质雷达、人工巡检等模式，SPM 智能压电相控阵监测系统具备五大核心价值：一是传承航空主动监测技术，可探测内部隐蔽损伤，从根源消除监测盲区；二是模块化设计 + 双布设模式，新建、改造工程均可无损快速部署，同时适配大型基建与高端空天装备；三是相控阵全域扫描，复杂结构、长距离线性工程监测效率大幅提升；四是工业级硬件全工况适配，可应对野外环境、高空极端温变、强振动冲击等各类场景，长期运行稳定；五是综合造价合理、运维简单，相较于光纤监测等技术，大幅降低工程整体投入，适配大、中、小型各类项目。

五、行业展望：持续深耕技术，推动 SHM 技术国产化普及

纵观全球结构健康监测技术发展，欧美国家凭借早期航空领域的技术积累，在传感系统集成、算法应用、工程落地方面占据先发优势，尤其在空天飞行器、大型民航客机高端监测领域形成技术壁垒。而我国 SHM 技术正处于从理论研究向规模化工程应用加速转型的关键阶段。

科固材（江西）技术有限公司立足本土工程需求，持续深耕 SPM 智能压电技术与相控阵融合创新，不断优化损伤识别算法、升级模块性能、拓展应用边界。未来，企业将持续联动科研团队，深化近场动力学模拟、AI 大数据研判与监测系统的融合，持续打磨标准化、系列化监测解决方案。一方面推动源自航空航天的高端监测技术全面普及于智慧城市、智慧水利、智慧交通等民用基建领域；另一方面聚焦空天飞行器、高端航空装备等前沿领域，持续优化产品轻量化、极端环境适应性，助力国内航空航天、高端制造领域结构健康监测技术国产化升级。

以航空匠心技术，守全域安全底线。科固材将以自主创新为内核，以工程落地为导向，让先进的智能压电监测技术走向更多应用场景，为我国基础设施、高端空天装备的长效安全、数字化运维筑牢科技屏障。