劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）开发的新型传感器将激光束与位置敏感探测器结合在一起，可以直接测量建筑物之间的漂移，这是评估建筑物中地震破坏并认为可以安全重新利用的重要组成部分。图片提供：Diana Swantek /伯克利实验室

上周在加利福尼亚州南部发生的大规模地震在整个7月4日的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则对损失进行了评估。劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）开发的新型光学传感器可以缩短评估此类重要建筑物在大地震后是否可以安全占用的时间。

该技术可自动捕获并传输描述震动建筑物的两个相邻楼层之间的相对位移的数据，该技术能够在地震发生后立即提供有关建筑物损坏的可靠信息，并可以加快安全评估，修复和重新安置建筑物的工作。 -地震

伯克利实验室，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室和内华达州里诺大学的科学家和工程师于2015年开始致力于设计一种光学方法来测量建筑物内层间漂移。经过大学四年的广泛同行评审研究和模拟测试之后，内华达州地震工程实验室的分立二极管位置传感器（DDPS）将于今年夏天首次部署在伯克利实验室的多层建筑物中，该建筑物毗邻海沃德断层，被认为是海沃德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部高级科学家，教授David McCallen表示：“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物检查和重新安置作为响应计划的重点，而备受期待的下一代远程连接5G成为实现快速数据传输的现实。麦卡伦说：“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，而此时，地震响应策略已经发展到可以优先考虑安全，持续的建筑功能和重新居住，以及'生命安全'。”

光学在监测地震结构健康方面有所不同

一段时间以来，测量建筑物的层间漂移一直是评估建筑物是否遭受地震破坏的因素，但是找到一种可靠的方法来应对这一问题充满了挑战。传统上，工程师在选定的高度安装强震传感器，以确保施加在震动建筑物上的来回力和左右力的数据。但是由于传感器的频率限制，处理这些仪器的加速度数据以获得建筑物漂移位移非常具有挑战性，尤其是当建筑物具有与损坏相关的持续永久位移时。更加困难的是，要足够快地接收数据，以告知有关操作连续性和乘员安全的决策。另外，由于典型的基于建筑物加速度计的仪器可能非常昂贵，

DDPS利用了一种很有前途的新选择，可以直接测量结合激光束和光学传感器的建筑物层间漂移。这项技术的重点是将激光投射到整个楼层高度，以检测光线照射到位于相邻建筑物地板上的检测器的位置，从而直接测量结构漂移。伯克利实验室开发的工具依赖于利用激光源和位置敏感检测器。利用小型，廉价的光敏光电二极管的几何阵列，该传感器能够立即跟踪入射激光束的位置。

DDPS是一种小型设备，将放置在建筑物楼层之间，以检测层间漂移并将有关建筑物损坏的数据传输给响应计划人员。它的首次亮相是各级政府将震后建筑物检查和重新安置作为应急计划的重点，并且随着人们高度期待的下一代远程连接5G成为现实。图片提供：Diana Swantek /伯克利实验室

McCallen说：“前几代DDPS比我们现在能够部署的系统要大得多。” “基于设计进步和经验教训，该传感器的尺寸仅为我们原始传感器设计的四分之一，但具有92个二极管，这些二极管以矩形阵列交错排列，因此激光束始终位于一个或多个二极管上。”

到目前为止，DDPS已举行了三轮严格的实验摇表测试。

麦卡伦说：“对DDPS进行的严格测试表明，与在经历地震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，在三个试验台上测得的漂移位移如何。”

为什么DDPS对于城市而言是明智的

本月早些时候，加利福尼亚南部地震造成的人口最多的城镇是里奇克莱斯特（Ridgecrest）本身，这座拥有29,000人的城市位于7月5日发生的7.1级地震的震中。尽管这是一个小人口中心，损失估计仍在1亿美元左右。

如果一场大地震袭击了微小的里奇克莱斯特（Ridgecrest）以南150英里的洛杉矶，或者说以北约400英里的旧金山，那么成百上千的建筑物将受到损害。在这种情况下，能够在地震发生后立即测量和显示关键的层间漂移信息，这将提供关键的新数据，以便就房屋使用情况做出明智的决策-为第一响应者提供信息，以帮助指导他们撤离建筑物的努力，而市政当局则有潜力维持医院等重要设施的功能使用。

此外，了解建筑物的漂移情况可以快速确定建筑物的潜在损坏，让建筑检查人员知道在哪里寻找潜在的损坏。这将是一项重要功能，可以避免在下一次大地震后对数百栋建筑物进行耗时且具有挑战性的手动检查。

麦卡伦指出：“上周在加利福尼亚州南部发生的大地震提醒了美国许多地区与地震活动有关的风险。这些事件使人们更加感激，需要继续关注地震的社会准备弹性，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运行状况，并在下一次大地震后提供最有效的响应。”