管道运输具有高效、便捷、环保等特点,已成为与铁路、公路、航空、水运并行的五大运输手段之一,广泛用于石油、天然气、核废水等介质的运输。长输管道是能源大动脉和重要的生命线工程,对我国经济发展、改善民生、社会安定和国防建设发挥着重要的保障作用。当管道存在缺陷时,若处理不及时,会引起泄漏或爆炸等事故。引起管道缺陷的主要因素包括:连接结构失效、管壁失稳、管道制造缺陷、安全管理、腐蚀、其它。其中,连接结构失效是引起管道事故的重要原因。因此,研究和开发一套适用于管道运输中连接结构健康监测的方法和系统具有十分重要的意义。由于压电陶瓷具有响应速度快、频谱范围宽及耦合特性好等特点,被广泛应用于结构健康监测领域。基于压电陶瓷机电耦合特性的压电阻抗法可以将自身电阻抗与待测结构的机械阻抗相耦合,并通过一定的数据算法后对结构健康状况进行评估。针对压电阻抗法应用于管道连接结构健康监测所面临的问题,本文以管道运输中最常见的法兰盘连接结构为待测对象,结合压电阻抗法理论和物联网技术,设计并开发了一套能够实现远程、实时、准确识别连接结构失效的在线监测系统,具有十分重要的社会意义和经济价值。本文的研究内容和成果包括:1.介绍了压电陶瓷(PZT)的压电效应、特性参数,详细分析和论述了PZT阻抗特性和耦合模型,根据压电阻抗测量理论,设计一套基于窄带物联网的压电阻抗测量系统方案并进行可行性论证。2.根据压电阻抗测量系统的设计方案,开发了一套基于窄带物联网的压电阻抗测量设备,并分别从硬件实现和软件实现两方面进行了说明。该设备以DSP芯片TMS320C6748作为控制及运算处理单元,满足了功耗低、速度快的系统要求,运算结果由NB模块以无线传输的形式发送至云平台,实现了对管道结构状态的远程实时监测。3.对压电阻抗测量系统进行功能测试并使用该系统进行管道连接结构健康监测实验。实验结果表明,系统可以较好地判断管道连接结构状态,采集到的阻抗谱曲线变化趋势和商用阻抗分析仪监测结果也较为一致。证明了系统的有效性和可行性。综上所述,本文研究并开发了一套适用于长输管道连接结构健康监测的方法和系统,该系统能够实时、精准、长期地监测野外环境的管道连接结构状态,并将监测结果无线上传至云平台,实现对管道的可视化、数据化、智能化监管。对管道运输领域中的安全管理具有一定的推动作用。