[發明專利]基于地震預警的空間鋼結構振動響應捕捉監測系統

在審

• 申請號: 202110320412.3
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113031055A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 羅堯治;陳軼;萬華平;吳揚帆
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01V1/18
• 分類號: G01V1/18;G01V1/22;G01H17/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種基于地震預警的空間結構振動響應捕捉監測系統，其特征在于，包括布置于空間鋼結構基礎底部的地震預警監測儀、拾震器、計算機工作基站以及固定鋼結構層表面上的無線振動加速度傳感器。所述的地震預警監測儀通過內部的通訊模塊與拾震器進行數據交互，控制拾震器采集振動信息，并將監測到的地震觸發信息通過無線通訊向計算機工作基站發送地震觸發信號；所述的計算機工作基站接收到地震觸發信號后，控制無線加速度傳感器進行結構振動數據采集、記錄和回傳。

2.根據權利要求1所述的基于地震預警的空間結構振動響應捕捉監測系統，其特征在于，所述拾振器需布設在靠近建筑物基礎底部或基礎底部周邊安靜處環境的土體內。

3.根據權利要求1所述的基于地震預警的空間結構振動響應捕捉監測系統，其特征在于，所述的拾震器包括封裝了鋁合金保護外殼的授時模塊及三通道高精度MEMS加速度計。

4.根據權利要求1所述的基于地震預警的空間結構振動響應捕捉監測系統，其特征在于，所述的拾震器不少于四個，其中拾震器與地震預警監測儀通過數字光纖數據線連接，所有的拾振器將組成一個地震監測陣列；若所有拾震器均被地震信號觸發，則判定為一次地震事件，地震預警監測儀向計算機工作基站發送地震觸發信號。所述的拾震器通過保護外殼底部的固定螺栓孔與空間鋼結構底部的混凝土板固定連接；拾震器分散布置在建筑物底部不同的位置；保護外殼用于保護內部元器件與外部環境隔離，并滿足防水防塵要求。

5.根據權利要求4所述的基于地震預警的空間結構振動響應捕捉監測系統，其特征在于，所述的地震預警監測儀包括供電模塊、動態控制存儲單元、地震信號處理模塊、通訊模塊和備用電池組，所述供電模塊連接220V市電，備用電池組提供由于斷電后的備用供電；動態控制存儲單元用于動態存儲振動信號，并控制拾震器按指定采樣頻率不間斷地采集，若判斷是存在地震信號，則立即對觸發時刻后的地震動數據進行存儲，并向計算機工作基站發送地震觸發訊息；地震信號處理模塊會對地震監測陣列中多個通道的振動時程信號進行分析，判斷是否存在地震觸發。具體地，根據地震信號識別領域內(P波拾取算法)的STA-LTA方法來判斷是否發生地震；通訊模塊封裝于地震預警監測儀的保護殼內部，通過基于TCP/IP及UDP協議的通訊件向計算機工作基站發送地震觸發信號。

6.根據權利要求1所述的基于地震預警的空間結構振動響應捕捉監測系統，其特征在于，所述的計算機工作基站包括中央控制模塊、存儲模塊、供電模塊、4G通信模塊，其中的存儲模塊、供電模塊、4G通信模塊均與中央控制模塊相連接。所述的中央控制模塊可以對空間鋼結構表面上的無線加速度傳感器下達數據采集、記錄、回傳等命令。存儲模塊用于存儲由無線振動加速度傳感器采集回來的空間鋼結構振動數據。

7.根據權利要求1所述的基于地震預警的空間結構振動響應捕捉監測系統，其特征在于，所述的無線加速度傳感器通過磁鐵或環箍件固定于空間鋼結構受力桿件上，適用不同結構材質的快速拆裝；所述的無線振動加速度傳感器由加速度傳感器、數據采集模塊、4G移動通信控制模塊、動態存儲模塊、太陽能收集模塊以及鋰電池組組成；所述4G移動通信控制模塊主要由中央處理模塊、無線通訊、串口總線、時鐘模塊組成。其中，4G移動通信控制模塊負責控制無線振動傳感器的工作狀態，其中主要工作狀態包括休眠待機，采集數據，數據回傳；所述的動態存儲模塊用于臨時存儲空間鋼結構振動數據。所述的太陽能收集模塊用于回收太陽能量進行無線加速度傳感器內部鋰電池的供電續航，便于長期監測，所述鋰電池組用于給無線振動加速度傳感器供電。