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手机山西快乐十分钟: MEMS加速度計在建筑與結構健康監測中的應用

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瀏覽 次【字號 】 發布時間:2012-8-24 打印本頁

山西快乐十分前三预测 www.cxclik.com.cn MEMS加速度計在建筑與結構健康監測中的應用

特性

SF2006SN.A 

極低的噪音水平 (0.9µg/√Hz)

寬動態范圍 (112 dB @ 100Hz BW)

1000Hz 直流頻率響應

±5g 線性輸出 

可工作于惡劣環境(沖擊、震動、溫度)

自檢

介紹

    結構健康監測系統(SHM)越來越多地被應用在世界各地,尤其是地震高頻發的地方,用于地震前的測繪和地震烈度測量,也可直接用在大型結構內,如建筑物,水壩,橋梁,核電站等大型結構等。由次表層山泥傾瀉或外部應力和振動以確定結構是否完整。

    強震地震傳感器技術發展來自于自身的新興需求和傳統的機電解決方案(力平衡加速度計“FBA”或機電解決方案)正被更具成本效益和更強大的基于MEMS的解決方案日益取代。世界眾多地區結構健康監測系統的增長主要被分為預防對策和不可量化的預測以及許多大型結構主觀老化,例如水壩,橋梁,高層建筑等。許多國家政府通過事先的結構比較分析,來提供有效的民事保障、控制和干預方案的壓力也越來越大。這樣的事情在印度尼西亞、意大利、海地、智利、新西蘭、西班牙和日本的大地震期間和之后隨處可見。據報道地震幾乎占了所有自然災害造成的死亡人數的60%,由這所造成的破壞性后果可知,政府和公眾應高度重視此類事件。

    一個相對小的系列傳感器目前已應用在結構健康監測系統中,其中包括速度傳感器(寬帶且強震的)、傾斜和強震動加速度計、應變計、位置或位移計,曲率和腐蝕傳感器。這些傳感器符合國家和地區的標準,同時繼承和采納了地質和地球物理的研究。

強震加速度計

    強震加速度計由美國地質勘探局(USGS),被細分成(A、B、C、D)四個等級或標準。這個標準同時也被廣泛用作參考。關鍵參數鑒定了在各類g的滿量程動態范圍、關鍵頻段的噪音水平、線性度和功耗。

 

C級傳感器 如今最常見的要求是通過一系列開環電容式MEMS的傳感器將其功能表現出來,良好的可靠性,低功耗和更低成本從而優化在汽車發展和最近的多媒體中的應用。噪聲性能的限制和信號的分辨率常常限制其使用,很多環境噪聲水平較高的如快速地震發生檢測或用于切換關閉基礎設施的預警?;?,如電梯、煤氣或電力供應,還有作為“喚醒”為功耗敏感系統的信號的這些應用都有所限制。 

B級傳感器 今天能廣泛應用于結構健康及建筑監測,這歸功于它們0.02至100Hz頻段的高水平(>18位)信號的分辨率。高動態范圍需要比較事件前后的數據,精確而可靠地監控相對變化或結構的損壞。滿量程g范圍的需求已逐步增加到±5g,以反映從整個建筑放大后實際記錄的3g至4g的加速度水平(+1g的力補償)。線性水平最大約為滿刻度的1%。傳統的力平衡加速度計和結合伺服回路電子的大型機電結構常用作B級傳感器,因為它們提供了獨特的解決方法。這些產品長期的性能與可靠性是在惡劣環境、功耗和尺寸的要求下最好的辦法。許多應用需要更強大的產品,體積更小,功耗更低,這始終推動了MEMS解決方法的推陳出新,如Colibrys的SF2006SN.A。

A級傳感器 的特點,尤其突出的是它們極高的信號分辨率(20至24位)和高動態范圍,特別是在非常低的頻率更為突出。它們通常應用于各地地理科學與民事?;?。但也有著由于功耗高導致相對較低的結構健康監測數據的獲取,過低的動態范圍及過于高的成本這些問題。現階段MEMS的發展已著重于這些,在不久的將來會研發更令人感興趣的替代品給用戶,這是一個新的大機遇。

Colibrys 加速度計在建筑與結構健康監測中的應用

Colibrys在世界地震應用范圍內已是公認的領先者,主要向市場提供C級和B級的MENS傳感器。Colibrys有SF2006和SF1500系列的B類傳感器(如圖2)。SF2006SN在更大的滿量程(±5g)條件下仍然保持了一個非常低的噪聲(900ngrms/√Hz)。這使得它有更高的加速度來更理想地去衡量地震遙感和結構的監測。

SF1500S和SF1500SN提供了無與倫比的噪聲性能與魯棒性。這±3g的MEMS傳感器只有僅極低的300ngrms/√Hz的噪聲,是測量強震的理想選擇。

工作原理 

SF2006和SF1500工作在兩極電源電壓上,范圍從±6V至±15V,電流消耗基本為6V條件下±12mA。線性加速度范圍,SF1500為±3g,而SF2006為±5g,相應的靈敏度分別為1.2V/g和0.8V/g。這兩款產品可以工作在從-40°C至+85°C的寬溫度范圍下,并能在不降低性能的情況下承受高達1500g的沖擊。超過滿量程的頻率響應,SF2006為DC> 1500Hz,SF1500為DC>1000Hz。

總結

已建立的許多批量供應MEMS電容式傳感器的供應商正在探索去擴大這一市場或分散其現有的基礎業Colibrys基于MEMS的地震產品,其極低的噪聲和較大的動態范圍,是世界上同類產品中最好的,這是個取代傳統的力平衡加速度計(FBAS)的獨一無二的機會。

在未來幾年希望能夠根據最新的MEMS傳感器和封閉的循環電子設計推出新的成本更低、功耗更低的A級和B的傳感器,并開始建立共享供應A級傳感器的市場。

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