构筑物强震动监测传感器网络技术研究

来源 :中国地震局地球物理研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aglusaiy
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我国地处全球两大地震带之间,是世界上遭受地震灾害最严重的国家之一。中国大陆面积占全球陆地面积的1/14,但20世纪有1/3的陆地破坏性地震发生在中国。地震灾害不但突发性强、毁灭性大,而且次生灾害严重。   为了最大限度地减轻地震灾害,一种有效的、现实的途径就是合理地描述和预测工程场地的地震动,即进行强震动观测(Strong Motion Observation),并据此对工程结构进行抗震、隔震设计。强震动观测数据不仅是制订地震区划图和各类工程结构抗震设计规范、评估和预测地震灾害的主要依据,而且也是科学地开展震灾预防、地震应急、救灾与重建等减灾工作的不可或缺的基础资料。同时,利用强震观测台网可建立大震警报系统和震害快速评估系统,为减轻地震灾害损失和实施有效的救灾工作做出重大贡献。   随着MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技术的发展,MEMS加速度芯片性能不断提高,其灵敏度、测量范围等可以达到强震观测需求。与传统的传感器相比,它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。   无线传感网络(WSN,wireless sensor networks)是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,这些信息通过无线方式被发送,并以自组多跳的网络方式传送到用户终端,从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。   本论文采用Colibrys公司的加速度传感器SF1500S作为检测节点的拾震器,通过后端AD采集、存储等芯片,实现了构筑物强震动观测,并且通过无线传感器网络模块实现了低采样率时的实时传输及触发状态时的实时报警和触发文件的传输。在客户端,使用 VB.NET编写监控软件,实现了监测节点的无线监控、数据的实时显示存储、实时波形的显示、网络拓扑结构显示等。   论文中对所设计的监测节点进行了性能测试和标定,其性能良好,能够满足构筑物强震动观测需求。对所使用IRIS无线模块能力进行了测试,分析了其优缺点。对软件平台进行了测试,分析了其性能与不足。   另外,文中论述了由加速度计算烈度的方法,用仪器实现了简单的烈度计算。   研究结果表明,此系统实现了构筑物强震动监测系统,达到了其基本要求,性价比高、架设容易。但是,由于无线传感器带宽限制,若要在高采样率时进行实时传输,目前的设计还需要进行很大改进。
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