شبکه حسگر، سامانهای از چندین حسگر توزیعشده در سراسر یک سازه یا ساختگاه است که به زیرساخت جمعآوری داده و ارتباطات متصلاند و بهصورت جمعی رفتار سازه، شرایط محیطی یا فعالیت لرزهای را پایش میکنند. این شبکه بنیان فیزیکی هر سامانه پایش سلامت سازه است.
شبکه حسگر، سامانهای توزیعشده از حسگرها — شتابسنجها، کرنشسنجها، مبدلهای جابهجایی، حسگرهای دما، شیبسنجها و دیگران — است که در سراسر یک سازه یا ساختگاه مستقر شده و از طریق سختافزار جمعآوری داده و زیرساخت ارتباطات متصل میشوند. در پایش سلامت سازه (SHM)، شبکه حسگر لایه فیزیکی است که دادههای خام را ثبت میکند و رفتار سازه از آنها استنتاج میشود. طراحی شبکه حسگر — کدام حسگرها، چند تا و کجا قرار گیرند — مستقیماً تعیین میکند چه چیزی قابل مشاهده است و بنابراین چه چیزی میتواند تشخیص، مکانیابی و کمّیسازی شود.
شبکههای حسگر بر اساس معماری و مقیاس استقرارشان طبقهبندی میشوند. شبکههای سیمی از کابلهای فیزیکی برای اتصال حسگرها به یک سامانه جمعآوری داده مرکزی استفاده میکنند؛ قابلاعتماد و پهنباند بالا هستند اما نصب و نگهداری آنها گران است، بهویژه روی سازههای بزرگ. شبکههای حسگر بیسیم (WSN) از ارتباط رادیویی (Wi-Fi، ZigBee، LoRa یا پروتکلهای سفارشی) برای مخابره داده استفاده میکنند و کابلکشی را حذف کرده و استقرار متراکم با هزینه کمتر را ممکن میسازند؛ آنها با چالشهایی در مدیریت توان، همزمانسازی زمانی و قابلیت اعتماد داده روبهرو هستند. حسگری توزیعشده از یک کابل فیبر نوری واحد یا محیط مشابه برای اندازهگیری کرنش یا دما بهطور پیوسته در طول آن استفاده میکند — رویکردی اساساً متفاوت که تفکیک فضایی بیسابقهای فراهم میآورد. شبکههای ترکیبی عناصر سیمی و بیسیم را برای عملکرد بهینه در کاربردهای خاص ترکیب میکنند. SHM مدرن بهطور فزایندهای از حسگرهای بیسیم مبتنی بر MEMS که کمهزینه، کوچک و کممصرف هستند استفاده میکند.
حیاتیترین تصمیم طراحی در یک شبکه حسگر، قرارگیری حسگر است. قرارگیری بهینه حسگر (OSP) با هدف بیشینهسازی اطلاعات بهدستآمده از تعداد محدودی از حسگرها — معمولاً با بیشینهسازی مشاهدهپذیری مودهای هدف، حساسیت به آسیب مورد انتظار یا توانایی مکانیابی آسیب — انجام میشود. انتخاب قرارگیری به نوع سازه، سازوکارهای خسارت مورد انتظار، روش شناسایی مورد استفاده و محدودیتهای بهرهبرداری بستگی دارد. برای شناسایی مودی، حسگرها معمولاً در مکانهای بیشینه جابهجایی مودی قرار میگیرند؛ برای تشخیص آسیب، حسگرها در جایی قرار میگیرند که آسیب احتمالاً رخ میدهد و امضای آن قویتر است. رویکردهای مدرن از الگوریتمهای بهینهسازی (الگوریتمهای ژنتیکی، برش آنیلینگ شبیهسازیشده، بهینهسازی محدب) و معیارهای نظریه اطلاعات (ماتریس اطلاعات فیشر، آنتروپی) برای هدایت قرارگیری حسگر استفاده میکنند. فراتر از قرارگیری، طراحی شبکه حسگر شامل تصمیمگیریهایی درباره نرخ نمونهبرداری، تفکیکپذیری، همزمانسازی، مخابره داده، تأمین توان و حفاظت محیطی است. در مهندسی زلزله، شبکههای حسگر روی ساختمانها، پلها، سدها و زیرساختهای شریان برای ارزیابی پس از زلزله و پایش بلندمدت مستقر میشوند. در ایران، شبکههای حسگر بهطور فزایندهای روی سازههای حیاتی — شامل پلها و سدهای بزرگ — مستقر میشوند با علاقه فزاینده به شبکههای بیسیم کمهزینه برای پذیرش گسترده.