内华达大学，里诺大学和劳伦斯伯克利国家实验室正在开发新型光学传感器技术，以更快地评估地震中受损的建筑物，桥梁和其他关键基础设施的安全性和响应选项。
该项目去年就部署了基于激光的传感器的原型。能源部核安全办公室将继续提供24万美元的新资金，继续进行开发。新的赠款将推动基于光学的新技术的设计，该技术可直接测量两个方向上的层间漂移（建筑物各楼层之间的位移）。层间位移是建筑物变形的基本量度，可通过多种方式评估建筑物的性能
“目前的传感器和无线网络设计已在我们的地震实验室中完成，”工程学院地震工程实验室的教授兼主任，伯克利实验室能源地球科学部的高级科学家David McCallen说。“这项技术可以改变评估损失并快速响应地震的能力。我们正在努力推广这项新技术。”
该系统旨在提供前所未有的能力，可在发生大地震后迅速确定设施的完整性，并在发生大地震后迅速做出有关建筑物安全评估，维修和重新使用的知情响应决策和工作。
劳伦斯伯克利国家实验室正在进行现场测试，自2019年9月以来一直在一座多层建筑中进行连续运行，该建筑位于活跃的海沃德断层附近两个城市街区，海沃德断层被认为是美国最危险的断层之一。传感器能够捕获建筑物对频繁发生的小地震的响应。专有软件允许工程师从内华达大学里诺地震工程实验室综合大楼的远程新传感器实验室中检查传感器，下载数据并设置记录级别。
该传感器系统也将于今年夏天安装在内华达州北部的一座桥立交桥上，以进一步验证该技术的可行性。
负责这项研究合作的麦卡伦说：“对我们来说，部署是一个活跃的，活跃的测试平台，这对于验证现场性能至关重要。” “原型传感器的测量结果显示了出色的漂移测量结果。当前先进版本传感器的更高的精确度使得漂移测量值仅在0.5毫米之内，因此建筑物系统的小振幅环境振动也可以用于建筑物计算机模型验证和结构健康监测。”
该系统将为DOE提供前所未有的能力，使其能够在地震发生后立即从任何异地位置确定关键设施的运营能力，并做出明智的时间决定性决策。
新一代光学传感器正在设计，制造中，并将在内华达大学里诺地震工程实验室进行测试。第一批原型机在世界知名的实验室中通过其14英尺至14英尺液压驱动的振动台进行了测试，该振动台在越来越复杂的结构系统上创建了逼真的计算机驱动的地震运动。
该仪器称为离散二极管位置传感器，包括一个微处理器和92个低成本的激光敏感二极管，用于测量入射激光的精确位置。该系统的其他组件是紧凑型低功率激光发生器，备用电源系统，可移动数据存储和RF通信。
“以前的传感器一代比我们现在能够部署的系统要大得多，”麦卡伦说。“通过结合从前几代系统中汲取的经验教训而获得的设计功能，现在它已经是我们原始传感器设计的四分之一。
该系统投射激光并感应光线照射到探测器的位置，从而测量结构漂移。利用小型的光敏光电二极管的几何阵列，该传感器能够立即跟踪激光束的位置。
地震工程实验室经理帕特里克·拉普拉斯（Patrick Laplace）指出：“开发的传感器套件利用了微处理器和无线通信技术的先进性，使得在时间和成本效益方面，传感器系统设计的许多过去挑战变得更加容易实现。该传感器系统的开发已充分考虑了与新兴物联网（IOT）的集成。”
使用伯克利实验室进行的实验的统计建模还将导致数据的建模更加准确，从而有助于建筑，桥梁和其他关键基础设施的规划和设计。
土木工程学院教员Floriana Petrone表示，“智能基础设施”正在成为土木工程应用中不可避免的范例。将结构进行自我监控和自我报告的能力，为实现自我诊断结构提供了机会，可以在数据通知的基础上进行对时间要求严格的决策，并降低了维护成本。当前的传感器和无线网络代表了如何将智能基础架构范例转换为可部署的技术的示例，该技术为结构健康监控和损坏检测应用打开了新的窗口。
来自内华达大学里诺工程学院的该项目的合作者包括戴维？麦卡伦（David McCallen）教授；Floriana助理教授；研究助理Patrick Laplace；和技术人员Chad Lyttle和Todd Lyttle在土木工程地震研究实验室中心制造和部署GENIII传感器。劳伦斯伯克利国家实验室的合作者包括实验室运营的Connie Lin和Bill Wright,负责传感器的部署和现场测试。
作者：Mike Wolterbeek