【儀表網 儀表科普】為加快對地震后建筑物受損程度的評估，提供有關建筑物損壞的可靠信息，2015年，美國加州勞倫斯伯克利國家實驗室科學家和工程師開發出一種可有效測量建筑結構內部搖擺程度的光學辦法。不同于常規的加速度傳感器物理測量方法，該方法通過采用離散二極管位置傳感器這一新型光學傳感器，可快速確定建筑物的受損程度。
美國震后受損建筑物，新聞資料圖
建筑物位移，是評估震后建筑物受損程度的關鍵參數據。不過，目前還沒有辦法能準確直接地測量建筑物之間的位移。如果按照常規的辦法，測量建筑物位移，工程師們會在固定高度和位置安裝加速度傳感器，以確保施加在震動建筑物上多個方向上的受力數據。
但是，由于加速度傳感器的頻率限制，處理加速度數據復雜且耗時，加之常用的振動加速度傳感器系統價格較高。因此，加速度傳感器測量辦法雖然典型但實際應用較少。
美國工程師們創建的離散二極管位置傳感器(DDPS)辦法，則基于光學傳感器原理，系統由安裝于某一層建筑物的激光器，和相鄰建筑物樓層的矩形光敏光電二極管陣列組成，該陣列可作為位置敏感探測器使用。
DDPS系統原理示意圖，圖片來自伯克利實驗室
該傳感器系統的工作原理是，激光器將激光束照射到相鄰樓層的位置敏感探測器上，這些光敏光電二極管陣列們可跟蹤入射激光束的位置。發生地震時，一旦建筑物發生搖晃，激光束便會在陣列中來回移動，由此可以提供兩個樓層相對于彼此橫向移動的電子記錄。一旦地震結束，技術人員可以查詢無線傳輸的記錄，以便立即確定建筑物是否超過其大結構公差。如果沒有，則可以安全地重新進入。
據系統工程師介紹，根據該傳感器系統監測到建筑物位移，可以快速確定建筑物的受損程度，讓建筑評估人員知道在哪里尋找潛在受損位置。特別是對于震后數百乃至上千座建筑物的評估來說，與耗時耗力的人工檢查辦法相比，該方法將有效較少評估時間，提升評估效率。
圖為美國地質調查局科學家高度關注的海沃德斷層地帶。資料圖
據了解，2019年下半年，美國加州勞倫斯伯克利國家實驗室多層建筑中，將安裝部署這一新型光學傳感器系統。目前，DDPS系統經過多次振動臺測試，可提供準確的讀數，并將安裝在該實驗室的多層建筑中。據悉，該實驗室毗鄰高度活躍的的海沃德斷層，該斷層長達83公里，是美國危險的斷層之一。該斷層地帶一旦發生地震，會引發該區域海平面上漲，整個舊金山灣區都將受到波及。
(原文標題：美國科學家利用光學傳感器評估地震后建筑物受損程度)
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