2019-07-11 23:22:02
新的传感器可以改变地震响应的努力

上周在加利福尼亚南部地区发生的大规模地震在整个7月4日假期周末关闭了里奇克莱斯特地区医院,而里奇克莱斯特小镇评估了损失。在劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)开发的新型光学传感器可以加快评估这些重要建筑在大地震后不久可以安全占用的时间。

该技术可自动捕获并传输描绘震动建筑物两个相邻楼层之间相对位移的数据,能够在地震发生后立即提供有关建筑物损坏的可靠信息,并可加快安全评估,修复和重新占用建筑物的努力。

伯克利实验室,劳伦斯利弗莫尔国家实验室和内华达大学里诺分校的科学家和工程师于2015年开始设计一种测量建筑物内层间漂移的光学方法。经过四年的大学同行评审研究和模拟测试内华达州地震工程实验室,离散二极管位置传感器(DDPS)今年夏天将首次部署在伯克利实验室的多层建筑中,该实验室位于海沃德断层附近,被认为是海达尔断层中最危险的断层之一。美国。

伯克利实验室能源地球科学系的高级科学家兼教授大卫麦卡伦说:“到目前为止,还没有办法准确直接地测量建筑物之间的漂移,这是评估建筑物中地震需求的关键参数。”在内华达大学领导研究合作。

DDPS的首次亮相是各级政府将震后建筑检查和重新占用作为响应规划的核心焦点,并且备受期待的下一代远程连接-5G成为快速数据传输的现实。 “我们很高兴这种传感器技术现在已经准备好进行现场试验,此时地震后应对策略已经发展到优先考虑安全,持续建筑功能和重新占用以及'生命安全',”McCallen表示。

光学在监测地震结构健康方面发挥了重要作用

测量建筑物的层间漂移已成为评估建筑物震后损坏一段时间的一个因素,但找到一种可行的方法却充满了挑战。传统上,工程师在选定的高度安装强震动地震加速度计,以确保施加在震动建筑物上的前后和侧向力的数据。但是,由于传感器的频率限制,处理来自这些仪器的加速度数据以获得建筑物漂移位移是非常具有挑战性的,尤其是当建筑物遭受与损坏相关的永久位移时。更加困难的是,足够快地接收数据,为决策提供关于操作连续性和乘员安全的信息。此外,由于典型的基于建筑物加速度计的仪器可能非常昂贵,因此在相对较少的建筑物上使用加速度计的系统往往非常稀疏。

DDPS利用一种有前途的新替代方案直接测量激光束与光学传感器相结合的建筑物间漂移。该技术的中心是围绕楼层高度投射激光,以感测光线照射位于相邻建筑物楼层的探测器的位置,以直接测量结构漂移。伯克利实验室开发的工具依赖于利用激光源和位置敏感探测器。该传感器利用小型,便宜的光敏光电二极管的几何阵列,能够即时跟踪入射激光束的位置。

“上一代DDPS比我们现在能够部署的系统要大得多,”McCallen说。 “基于设计进步和经验教训,传感器的尺寸仅为原始传感器设计的四分之一,但在矩形阵列中交错排列92个二极管,因此激光束始终位于一个或多个二极管上。”

到目前为止,DDPS已经进行了三轮严格的实验性摇表测试。

麦卡伦说:“DDPS经历的严格测试表明,三个测试台上的漂移位移与在地震发生强烈震动的实际全尺寸建筑物上可以实现的代表性漂移相比如何。”

为什么DDPS对城市来说很聪明

本月早些时候受加利福尼亚州南部地震影响的人口最多的城镇是里奇克莱斯特本身,这座29,000人的城市位于7月5日7.1级地震的震中。尽管这是一个人口中心很小的建筑物损失估计仍在1亿美元范围内。

如果发生如此大规模的地震袭击位于距离北部近400英里的里奇克莱斯特或旧金山以南150英里处的洛杉矶,那么数百至数千座建筑物将受到损害。在这种情况下,地震后立即测量和显示关键层间漂移信息的能力将提供关键的新数据,用于做出关于建筑物占用情况的明智决策 - 为第一响应者提供信息,以帮助指导他们撤离建筑物的工作,以及市政当局的潜力。保持医院等重要设施的功能使用。

此外,了解建筑物的漂移剖面可以快速确定建筑物的损坏潜力,让建筑检查员知道在哪里寻找潜在的损坏。在下一次重大城市地震之后,这将成为超越耗时且具有挑战性的人工检查数百座建筑物的重要能力。

麦卡伦指出,“上周在加利福尼亚州南部发生的主要地震,提醒人们注意到美国许多地区的地震活动带来的风险。这些事件让社会对地震准备的持续关注感到惊讶。和弹性,包括提供传感器和数据分析的能力,可以快速测量基础设施的健康状况,并在下一次重大地震后提供最有效的响应。“

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