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- 開發(fā)了用于實時監(jiān)測建筑物地震破壞的新激光傳感器技術(shù)
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/7/21
地震工程實驗室的技術(shù)人員Chad Lyttle正在研究一種傳感器陣列，該傳感器陣列用于監(jiān)視建筑物的移動，以加快知情的響應(yīng)決策以及與大地震后建筑物的安全評估，維修和重新使用有關(guān)的工作。
內(nèi)華達大學(xué)，里諾大學(xué)和勞倫斯·伯克利國家實驗室正在開發(fā)和現(xiàn)場測試的新型光學(xué)傳感器技術(shù)和軟件發(fā)布后，可以更快地評估地震中受損的建筑物，橋梁和其他關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的安全性和響應(yīng)選項。
能源部核安全辦公室將繼續(xù)提供24萬美元的新資金，繼續(xù)進行開發(fā)。去年部署了基于激光的傳感器的原型。這筆新的贈款將推動基于光學(xué)的新技術(shù)的設(shè)計，該技術(shù)可直接測量兩個方向上的層間漂移（建筑物各樓層之間的位移）。層間位移是建筑物變形的基本量度，可通過多種方式評估建筑物的性能
“目前的傳感器和無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計已在我們的地震實驗室中完成，”工程學(xué)院地震工程實驗室的教授兼主任，伯克利實驗室能源地球科學(xué)部的高級科學(xué)家David McCallen說�！斑@項技術(shù)可以改變評估損失并快速響應(yīng)地震的能力。我們正在努力推廣這項新技術(shù)�！�
該系統(tǒng)旨在提供前所未有的能力，可在發(fā)生大地震后迅速確定設(shè)施的完整性，并在發(fā)生大地震后迅速做出有關(guān)建筑物安全評估，維修和重新使用的知情響應(yīng)決策和工作。
建筑傳感器系統(tǒng)的圖形
勞倫斯伯克利國家實驗室正在進行現(xiàn)場測試，自2019年9月以來一直在一座多層建筑中進行連續(xù)運行，該建筑位于活躍的海沃德斷層約兩個城市街區(qū)，被認為是美國最危險的斷層之一。傳感器能夠捕獲建筑物對頻繁發(fā)生的小地震的響應(yīng)。專有軟件允許工程師從內(nèi)華達大學(xué)里諾地震工程實驗室綜合大樓的遠程新傳感器實驗室中檢查傳感器，下載數(shù)據(jù)并設(shè)置記錄級別。
該傳感器系統(tǒng)也將于今年夏天安裝在內(nèi)華達州北部的一座橋立交橋上，以進一步驗證該技術(shù)的可行性。
負責這項研究合作的麥卡倫說：“對我們來說，部署是一個活躍的，活躍的測試平臺，這對于驗證現(xiàn)場性能至關(guān)重要。” “原型傳感器的測量結(jié)果顯示了出色的漂移測量結(jié)果。當前先進版本傳感器的更高的精確度使得漂移測量值僅在0.5毫米之內(nèi)，因此建筑物系統(tǒng)的小幅度環(huán)境振動也可以用于建筑物計算機模型驗證和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測�！�
該系統(tǒng)將為DOE提供前所未有的能力，使其能夠在地震發(fā)生后立即從任何異地位置確定關(guān)鍵設(shè)施的運營能力，并做出明智的時間決定性決策。
新一代光學(xué)傳感器正在設(shè)計，制造中，并將在內(nèi)華達大學(xué)里諾地震工程實驗室進行測試。第一批原型機在世界知名的實驗室中通過其14英尺至14英尺液壓驅(qū)動的振動臺進行了測試，該振動臺在越來越復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上創(chuàng)建了逼真的計算機驅(qū)動的地震運動。
該儀器稱為離散二極管位置傳感器，包括一個微處理器和92個低成本的激光敏感二極管，用于測量入射激光的精確位置。該系統(tǒng)的其他組件是緊湊型低功率激光發(fā)生器，備用電源系統(tǒng)，可移動數(shù)據(jù)存儲和RF通信。
“以前的傳感器一代比我們現(xiàn)在能夠部署的系統(tǒng)要大得多，”麥卡倫說�！巴ㄟ^結(jié)合從前幾代系統(tǒng)中汲取的經(jīng)驗教訓(xùn)而獲得的設(shè)計功能，現(xiàn)在它已經(jīng)是我們原始傳感器設(shè)計的四分之一。
該系統(tǒng)投射激光并感應(yīng)光線照射到探測器的位置，從而測量結(jié)構(gòu)漂移。利用小型的光敏光電二極管的幾何陣列，該傳感器能夠立即跟蹤激光束的位置。
地震工程實驗室經(jīng)理帕特里克·拉普拉斯（Patrick Laplace）指出：“開發(fā)的傳感器套件利用了微處理器和無線通信技術(shù)的先進性，使得在時間和成本效益方面，傳感器系統(tǒng)設(shè)計的許多過去挑戰(zhàn)更加可實現(xiàn)。該傳感器系統(tǒng)的開發(fā)已充分考慮了與新興物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的集成�！�
使用伯克利實驗室進行的實驗的統(tǒng)計建模還將導(dǎo)致數(shù)據(jù)的建模更加準確，從而有助于建筑，橋梁和其他關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃和設(shè)計。
土木工程學(xué)院的教授Floriana Petrone表示，“ 智能基礎(chǔ)設(shè)施”正在成為土木工程應(yīng)用中不可避免的范例，在結(jié)構(gòu)中引入自我監(jiān)控和自我報告的能力將為實現(xiàn)自我診斷結(jié)構(gòu)提供機會，從而使時間得以實現(xiàn)�；跀�(shù)據(jù)的關(guān)鍵決策，并降低了維護成本當前的傳感器和無線網(wǎng)絡(luò)代表了如何將智能基礎(chǔ)架構(gòu)范例轉(zhuǎn)化為可部署的技術(shù)的示例，該技術(shù)為結(jié)構(gòu)健康狀況監(jiān)測和損壞檢測打開了新窗口應(yīng)用程序。
來自內(nèi)華達大學(xué)里諾工程學(xué)院的項目合作者包括戴維·麥卡倫（David McCallen）教授；Floriana助理教授；研究助理Patrick Laplace；和技術(shù)人員Chad Lyttle和Todd Lyttle在土木工程地震研究實驗室中心制造和部署GENIII傳感器。勞倫斯伯克利國家實驗室的合作者包括實驗室運營的Connie Lin和Bill Wright，負責傳感器的部署和現(xiàn)場測試。
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