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開(kāi)發(fā)了用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑物地震破壞的新激光傳感器技術(shù)
來(lái)源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2020/7/21

地震工程實(shí)驗(yàn)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(dòng),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(píng)估,維修和重新使用有關(guān)的工作。


內(nèi)華達(dá)大學(xué),里諾大學(xué)和勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在開(kāi)發(fā)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(píng)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(xiàng)。


能源部核安全辦公室將繼續(xù)提供24萬(wàn)美元的新資金,繼續(xù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。去年部署了基于激光的傳感器的原型。這筆新的贈(zèng)款將推動(dòng)基于光學(xué)的新技術(shù)的設(shè)計(jì),該技術(shù)可直接測(cè)量?jī)蓚(gè)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(guò)多種方式評(píng)估建筑物的性能


“目前的傳感器和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)已在我們的地震實(shí)驗(yàn)室中完成,”工程學(xué)院地震工程實(shí)驗(yàn)室的教授兼主任,伯克利實(shí)驗(yàn)室能源地球科學(xué)部的高級(jí)科學(xué)家David McCallen說(shuō)。“這項(xiàng)技術(shù)可以改變?cè)u(píng)估損失并快速響應(yīng)地震的能力。我們正在努力推廣這項(xiàng)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(píng)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,自2019年9月以來(lái)一直在一座多層建筑中進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行,該建筑位于活躍的海沃德斷層約兩個(gè)城市街區(qū),被認(rèn)為是美國(guó)最危險(xiǎn)的斷層之一。傳感器能夠捕獲建筑物對(duì)頻繁發(fā)生的小地震的響應(yīng)。專(zhuān)有軟件允許工程師從內(nèi)華達(dá)大學(xué)里諾地震工程實(shí)驗(yàn)室綜合大樓的遠(yuǎn)程新傳感器實(shí)驗(yàn)室中檢查傳感器,下載數(shù)據(jù)并設(shè)置記錄級(jí)別。


該傳感器系統(tǒng)也將于今年夏天安裝在內(nèi)華達(dá)州北部的一座橋立交橋上,以進(jìn)一步驗(yàn)證該技術(shù)的可行性。


負(fù)責(zé)這項(xiàng)研究合作的麥卡倫說(shuō):“對(duì)我們來(lái)說(shuō),部署是一個(gè)活躍的,活躍的測(cè)試平臺(tái),這對(duì)于驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)性能至關(guān)重要! “原型傳感器的測(cè)量結(jié)果顯示了出色的漂移測(cè)量結(jié)果。當(dāng)前先進(jìn)版本傳感器的更高的精確度使得漂移測(cè)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(dòng)也可以用于建筑物計(jì)算機(jī)模型驗(yàn)證和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)!


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(yùn)營(yíng)能力,并做出明智的時(shí)間決定性決策。


新一代光學(xué)傳感器正在設(shè)計(jì),制造中,并將在內(nèi)華達(dá)大學(xué)里諾地震工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試。第一批原型機(jī)在世界知名的實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)其14英尺至14英尺液壓驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行了測(cè)試,該振動(dòng)臺(tái)在越來(lái)越復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上創(chuàng)建了逼真的計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)的地震運(yùn)動(dòng)。


該儀器稱(chēng)為離散二極管位置傳感器,包括一個(gè)微處理器和92個(gè)低成本的激光敏感二極管,用于測(cè)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(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shuō)。“通過(guò)結(jié)合從前幾代系統(tǒng)中汲取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)而獲得的設(shè)計(jì)功能,現(xiàn)在它已經(jīng)是我們?cè)紓鞲衅髟O(shè)計(jì)的四分之一。


該系統(tǒng)投射激光并感應(yīng)光線(xiàn)照射到探測(cè)器的位置,從而測(cè)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(shí)驗(yàn)室經(jīng)理帕特里克·拉普拉斯(Patrick Laplace)指出:“開(kāi)發(fā)的傳感器套件利用了微處理器和無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的先進(jìn)性,使得在時(shí)間和成本效益方面,傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的許多過(guò)去挑戰(zhàn)更加可實(shí)現(xiàn)。該傳感器系統(tǒng)的開(kāi)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)建模還將導(dǎo)致數(shù)據(jù)的建模更加準(zhǔn)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(jì)。


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(bào)告的能力將為實(shí)現(xiàn)自我診斷結(jié)構(gòu)提供機(jī)會(huì),從而使時(shí)間得以實(shí)現(xiàn);跀(shù)據(jù)的關(guān)鍵決策,并降低了維護(hù)成本當(dāng)前的傳感器和無(wú)線(xiàn)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(cè)和損壞檢測(cè)打開(kāi)了新窗口應(yīng)用程序。


來(lái)自?xún)?nèi)華達(dá)大學(xué)里諾工程學(xué)院的項(xiàng)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(shí)驗(yàn)室中心制造和部署GENIII傳感器。勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的合作者包括實(shí)驗(yàn)室運(yùn)營(yíng)的Connie Lin和Bill Wright,負(fù)責(zé)傳感器的部署和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。


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