结构健康监测(SHM)是一种基于传感器的主动防御方法，在具有非常重要安全性能的结构(桥梁、建筑、飞机等)中，可以弥补基于目测和跟踪测试的监测系统的不足。但是SHM传感器系统在美国还没有大规模部署，短时间内也没有将这种方法加入到安全法规中。

目前，材料技术等公司可以在需要时完成现场结构测试，但由于没有持续监控，这些测试预防灾害的能力有限。相比之下，基于传感器的结构健康监测系统一旦部署成功，理论上可以一直保持结构的安全性。

“SHM时代已经到来。”桑迪亚国家实验室SHM可行性研究团队负责人丹尼斯·罗奇(Dennis Roach)认为，“来自嵌入式传感器的安全预警并不能通过定期检查来实现。使用传感器进行SHM是在第一时间检测缺陷形成的可靠且廉价的方法。”

除了桥梁、建筑物和飞机，SHM还可以用于监测航天器、武器、轨道车辆、石油生产设备、管道、装甲车、船舶、风力涡轮机、核电站甚至氢动力汽车的油箱的结构健康状况。目前，SHM仅在亚洲常规使用，一些亚洲政府已经引入了传感器网络来监测地震活动。

“我们应该做的最重要的事情是将传感器网络放置在桥梁、建筑物和飞机上，尤其是在建造的过程中，因为这样我们就可以将传感器放置在结构内部。”斯坦福大学电气工程师、现任密歇根大学教授的杰罗姆·林奇(Jerome Lynch)认为，“世界上仪表化程度最高的桥梁是香港的青马大桥；在中国大陆，至少有六座在建桥梁将从一开始就嵌入传感器阵列。但是在美国，还没有人这么做过。”

目前，美国对桥梁的检查几乎完全依靠视觉:只有当肉眼看到腐蚀或裂缝时，才会使用蜗牛流、超声波或渗透染料进行进一步检测。在I-35W桥倒塌的警告下，美国一些实验室建议使用无线节点向维修人员持续传输结构健康信息。因为传感器可以检测到肉眼看不到的微小裂缝，所以我们可以利用传感器提供的数据在“萌芽”阶段修复问题。

密歇根大学开发了一种“纳米管涂层”，可以将任何表面的信息转换成传感器贴片，并以二维形式呈现微观缺陷图像。此外，洛斯阿拉莫斯国家实验室正在使用片状压电换能器，通过一种基于无人直升机的新型检查系统来检测缺陷，该系统使用“发射声波并倾听响应”的方法。桑迪亚国家实验室表示，其成为比较真空监测(CVM)的方案可以感知分子大小的裂缝(即使裂缝在难以到达的地方)，每个传感器芯片的成本仅为1美元，因此将为建筑和桥梁带来更大的好处。

密歇根大学的计划是在结构上喷涂一层传感“皮肤”。林奇声称，纳米管涂层可以将其覆盖的任何表面的健康状态转化为二维图像。林奇曾为美国中央情报局(CIA)设计过防爆结构，并在韩国利川的金丹桥上安装了无线SHM系统。林奇指出，通过喷涂油漆和安装无线发射器，维护人员可以实现对桥梁的远程监控，这样做的成本足够低，可以让我们在新的建设项目中将其作为标准设备部署，或者在重建现有结构时采用。

这种方法之所以能够保持低成本，是因为在喷洒区域周围放置监测传感器就足够了。这种方法可以获得结构表面任意位置的图像，腐蚀和开裂区域表现出高电阻。林奇表示，通过调整所用纳米管的密度和类型，这项技术可以满足不同应用的要求。密歇根大学正在寻找商业合作伙伴。

同时，洛斯阿拉莫斯国家实验室也证实，其压电传感器方案的实施成本约为每个节点1美元。实现方法如下:首先，片式压电换能器以驱动方式发射一束超声波；然后，系统迅速切换到传感器模式，并使用相同的压电元件来记录和分析超声波反射。这一步是将超声波引起的桥梁振动转化为电信号。使用模式识别软件，计算机可以分析超声波反射，从而感知桥梁的结构变化。

"我们的系统有点像主动声纳."与加州大学圣地亚哥分校研究团队合作的洛斯阿拉莫斯实验室工程师查克·法勒透露，“我们向建筑发射频率为50-250kHz的高能弹性波；然后，我们将收到的响应与最后的测试结果进行比较。”

一个多月前，美国南部新墨西哥州的一座桥成为美国第一座拥有压电传感器和执行器的桥梁。“通过消除电源系统，这种无线传感器节点实现了成本降低。相反，这些传感器由小型无人直升机发射的微波束供电。微波束给传感器电路板上的电容器充电，这样它就有足够的能量来读取数据，并将结果无线发送回直升机。在直升机上，单片机会记录所有这些数据。”林奇说道。

桑迪亚实验室倡导的传感器方案成本超低，但灵敏度高。CVM传感器由一个带槽的带子组成，它可以粘合到被监测的结构上。凹槽中的空气被抽空，使得凹槽带成为非常灵敏的监控装置。即使其附着的表面出现分子大小的裂纹，槽带的真空状态也会被破坏。这种自粘薄橡胶片的厚度介于硬币和信用卡之间，每张成本只有一美元。此外，真空管路可以用来监测任何数量的CVM。

"一旦裂缝形成，它们将破坏真空密封，并被仪器检测到."罗奇说，“这是第一种可以监测结构疲劳的现场传感器，它的价格非常便宜，我们可以将其嵌入结构中，让它们留在那里进行连续监测。”