随着新材料技术、信息技术及计算机技术的快速发展，人们对土木工程结构特别是广泛使用的混凝土结构的健康监测提出了越来越高的要求。智能材料结构兼具传统复合材料结构和功能复合材料结构的双重特性，越来越受到人们的关注，各国政府、科研机构和专家学者都积极投入人力物力研究和开发智能材料结构及结构健康监测系统。 在前期的研究工作中提出了由压电智能材料与混凝土基体材料结合而成的压电机敏结构系统，在此基础上本文对压电机敏模块中的压电陶瓷元件的温度特性进行了研究，并对其作为超声换能装置的超声特性进行了研究。 ①对压电机敏模块的基体材料——混凝土复合材料的组成成分进行了分析，研究了混凝土的力学性能，分析了压电元件与混凝土结构的耦合特性。为二者构成的压电机敏模块的相关实验结果的分析和解释提供了必要的理论支持。 ②从压电材料的电学和力学特性出发，研究了压电机敏混凝土模块的压电性，分析了压电机敏模块的核心元件一压电陶瓷片在埋入混凝土试件情况下的压电方程及其等效模型，给出了利用其特性参数对外界环境变化的响应特点进行结构健康监测的原理。 ③研究了混凝土压电机敏模块的几何尺寸及其浇注过程对模块特性的影响。重点讨论了压电敏感元件的选择。分析了埋入混凝土前对压电元件上覆盖橡胶层的作用。橡胶层的使用既能减小在混凝土凝固过程中由干缩引起的应力集中，又起到了绝缘作用防止了压电元件两电极在含水混凝土中发生短路，同时，具有较高耐酸碱性的橡胶层还有效防止了混凝土中碱性环境对压电陶瓷表面电极产生的腐蚀。 ④在前期对压电机敏模块应力响应特性研究的基础上，又通过实验方法对压电机敏模块中的压电陶瓷温度特性进行了研究。研究了覆盖不同厚度橡胶层和不同埋入深度下的两种压电陶瓷的温度响应特性，分析了埋入混凝土中压电陶瓷特征频率和等效电路参数随温度的变化情况。实验结果表明，压电陶瓷的特征频率和等效电路参数对外界温度变化都比较敏感，但不同种类的压电陶瓷敏感程度不同。另外，特征频率对温度的响应还表现出相对其应力响应更大的敏感性。在前期对埋入混凝土中压电陶瓷应力响应特性的研究中，压电陶瓷特征频率在外加应力改变时几乎没有变化。考虑到在应力和温度条件同时改变时，等效电路参数将会受到应力一温度交叉传感的影响，监测结果中会引入传感误差，而压电陶瓷这一对温度的单一敏感性将有助于解决应力一温度交叉传感带来的监测不确定性问题。 ⑤对混凝土压电机敏模块的超声换能特性进行了实验研究。分析了声波及其传播介质中的声阻抗问题，讨论了声波在混凝土中的传播特点，并以混凝土压电机敏模块为超声换能元件进行了旨在研究模块在混凝土中的超声换能特性的实验。实验结果表明，利用压电机敏模块中埋入的压电陶瓷元件作为超声波发射器，可实现超声波的发射，通过以黄油作为声阻抗匹配层置于混凝土试件表面的压电接收换能器可以在一定距离内接收到超声信号。而对于埋入混凝土中的压电陶瓷，覆盖在上面的橡胶层在压电陶瓷进行超声激励时又起到了声阻抗匹配的作用，实验表明，橡胶层的使用减小了声能量的反射，提高了声波在混凝土中的传播的距离。实验还以机敏模块间的黄油匹配层作为对混凝土结构中缺陷特别是裂缝的近似模拟。实验表明，声波在均一混凝土材料中的传播速度快于在由两个或两个以上混凝土试件通过黄油连接所形成的结构中的传播速度。这也表明，由于黄油层的介入，减慢了声传播的速度。