地震演习

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地震演习范文第1篇

2010年的5月11日，今天下第二节课我们学校举行了地震逃生演习。

校长指挥、老师指导，当校长说：“地震了的时候，我们就躲在桌子底下。”过了不一会校长开始说：“地震停止的时候，我们就抱着头跑出教室，到操场上蹲下。”我们刚蹲下一会，校长又说：“地震逃生演习停止，起立回教室，我们就又回到教室了”。就这样我们演习了几次的地震逃生演习，一个下午就这样过去了，到了打放学铃铛时候，我已经没有力气了……

通过这次地震逃生演习，我懂得了在学校发生地震的时候怎么逃生和保护好自己……

地震演习范文第2篇

今天是汶川大地震纪念日，我们作为昆明的示范学校进行了地震逃生演习。经典，真的很经典!壮观，十分壮观!特色，非常有特色!

在防空警报响起时，我们很傻地冲出教室。我和同学一起向离我们最近的楼梯跑去，结果到了那儿，我很迷茫，楼梯口有个戴小红帽的同学正挡在楼门口，然后手一指，对我们说：“同学，这边不能走!请走这边。”

我们疑惑地向那人多得已经没法动的楼梯口走去，我们还想，是不是那个楼道是别的年级的逃生线路?无奈从人挤人的这个楼梯，用了近10分钟，才从四楼下到大堂。下楼时才发现除了两处楼梯其余6个通道全部没人。我疑惑!

等到了底楼，按说应该尽快到空旷的地方，但是这时候又有一个戴小红帽的同学拦住我们，然后向后一指说：“同学，不是这边，请往那边走。”于是我们更加疑惑地向另一边――又穿过重重建筑物，从六层的建筑物下冒险穿过，去另一边的所谓的空旷地去集合，不去那个本来可以轻松容纳下全校师生的球场，而是到学校正门集合。挤得差点发生踩踏事件!

后来又来了第二次演习。我终于弄明白了，原来，领导在众多楼梯中的两处楼梯中说笑着参观视察，而且其余领导也在正门口视察。于是，我们就只能空着6处楼梯用10分钟下楼，再空着广场冒着踩踏风险挤到正门集合。这就是我们为未来可能发生的地震所进行的演习。这样的演习，绝对是演习过的死亡率比没演习过的高得多。无奈的是，就算是这样，我们还要花掉一个周日再来正式演习给更高级的领导们视察。

我们在演习还是演戏，我们是学生还是演员?

大部分学校“逃生演练”像演戏

当记者把昆明某中学学生写的日志《领导来了，地震逃命走这边，演习还是演戏》拿给云南省应急救援科学技术学会的专家们阅读时，专家们立即被这名中学生敏锐的观察力所打动。“壹基金”救援联盟安全顾问、云南应急救援科学技术学会总工程师、云南火峰救援总队队长侯昭敏说：“这个孩子写的这篇日志，反映了当前许多学校普遍存在的问题：对危机管理认识不到位、重视不够，逃生演习只为完成任务而不讲有效性。”

每两个学生中就有一人受过伤害

中小学校园危机主要包括两类，一类是自然灾害不可抗力引起的火灾、地震、台风、洪水、泥石流等，另一类是人为因素引发的突发性事件，如公共环境卫生、健康卫生、疾病预防和医疗卫生事件、火灾、工程质量等造成的重大事故。

教育部2006年公布的《中小学安全事故总体形势分析报告》显示，全国中小学校园发生的安全事故中，事故灾难如溺水、交通、踩踏、一氧化碳中毒、房屋倒塌、意外事故占59％，社会安全事故如斗殴、校园伤害、自杀、住宅火灾占31％，自然灾害如洪水、龙卷风、地震、冰雹、暴雨、塌方占10％。

报告显示，中小学校园安全事故72.3％发生在农村，27.7％发生在城市；农村中小学的安全事故发生数、死亡人数和受伤人数明显高于城市，分别是城市的2.9倍、3.9倍和4.2倍。在这些事故中，43.8％发生在小学，34.8％发生在初中，9.8％发生在高中，低年级学生容易发生安全事故。不能忽视的是，目前校园伤害事故增多，25％的安全事故发生在学校内部，主要是校园绑架、爆炸、持刀伤害、放火、犯、学生斗殴，其中校园伤害占56％；而节假日也是事故多发期，36％的中小学生安全事故发生在这一时期。报告表明，学生安全事故多发生在校内，其次为上下学路上、江河水库、学校周边。学校或学生事故发生的主要原因是师生安全意识淡薄，学校安全管理存在明显漏洞和不足，农村中小学办学条件差、基础设施不完备等。

“全国各地的调查研究结果显示，学生伤害发生率高达50％，即每两个学生中就有一人遭受一次以上不同程度的伤害。我国2.2亿名中小学生中，每年约有1亿名学生遭受伤害。”云南省应急救援科学技术学会的一位负责人说：“云南由于特殊的地理环境，是各类自然灾害频发的地区。此外，由于校舍陈旧、管理不善和人为等因素引发的突发性事件对学生的伤害更是经常发生。灾难就在我们身边，时时刻刻都会有危险存在。所有事故和灾害都会伤害生命，同时耗费大量的社会资源，对经济社会发展造成严重的影响。”

大部分演练只停留在“组织逃生”环节

然而，专家的担忧、高发的事故却和学校危机管理的缺失和不足形成较大的反差。

2006年3月，国家教育行政学院对不同地区、不同学校的200位中小学校长进行了题为《当前中小学危机管理现状》的问卷调查。调查结果显示：超过一半的调查对象认为，中小学危机管理的最大困难是相关的法律法规不健全。

我国于2002年9月开始实施《学生伤害事故处理办法》，标志着在法规层面上开始对学校危机的关注。但是，该法规对于学校处理危机事件并未产生很好的效果，中小学难以借助法律手段处理学校危机事件，而更多地依靠协商或上级主管部门的介入来解决学校危机事件。

云南省应急救援科学技术学会的专家指出，关键在于突发公共事件总体应急预案中没有将校园危机预警分级纳入研究讨论范围，致使各省教育管理部门无法对校园危机进行分级管理，缺少相应的权责机制，危机处置能力和危机管理的系统化和制度化存在缺失和不足。

“不可否认，目前，每个学校都很重视学生在校期间的安全，但只是重视了学生的人身安全，却忽略了对学生的安全教育，甚至绝大多数学校根本就没有开展过相关安全教育工作。”侯昭敏说。

在长期的工作中，侯昭敏发现，灾难教育在我国很多地方都是一个空白。不少学校在贯彻落实《中小学生公共安全教育指导纲要》时，只是简单的说教，仅仅开展应对上级的、一次性的、临时性的演练，基本没有形成制度化的防灾疏散演习体制，大多数老师和学生也都没有接受过专业化、经常性的培训和演习，因而普遍缺乏灾难应急、避险自救常识。即便是已经开始组织演练的学校，由于没有专业技术人员的设计和策划，大部分演练只停留在“组织逃生”这一个环节上，并且流于形式。一旦灾难发生，即使是发生在白天的火灾，也会由于人员过度恐慌而造成大量不必要的人员伤亡。

此外，大部分市区校园周围建筑林立，交通繁忙，根本没有足够的空旷地带，让涌出的人流短时间内从教室、宿舍疏散出去，大部分人只能滞留在校园的操场上，由此可能因为大规模人群在操场积聚而形成新的安全隐患。

针对以上昆明某中学的地震演习，侯昭敏认为，这种演习应该是循序渐进的，同时，要选择相应的老师、学生承担不同的责任，以便在灾难发生时组织、引导大家疏散。“演练的策划和专业性很重要，演练不是活动，演练是为了培养学生的本能。养成本能，逃生时才能有效疏散。”侯昭敏说。

目前的学校安全管理更多是依靠上级发通知

目前，对于校园危机，各国都根据本国的实际情况采取了不同的危机管理模式。

在美国，几乎每个州都有专门的学校管理机构对危机管理进行研究，为本州内的所有学区危机管理报告的制定提供意见，编写《公民应对危机指南》宣传册、组织本州的危机管理人员进行培训等。

日本非常重视培养学生的生存意识和生存本领。日本是地震频发国家，因此具有比较完善的地质灾害预警系统和卓有成效的地震知识普及工作，每年都要组织学生参加地震自救演习，从幼儿园开始就会被带到地震模拟车上学习逃生技能，从小就灌输普及避灾知识。家家户户的门窗附近，都备有矿泉水、压缩饼干、手电筒以及急救包，就连新潮的IT业，也开发出考验人们在强震下应急对策的电脑游戏。

云南省应急救援科学技术学会专家指出，相比于这些国家，我们目前的学校安全管理更多是依靠上级紧急通知、文件，依靠校长、老师个人的安全意识和责任意识，缺少必要的灾难预防知识。

地震演习范文第3篇

关键词：JOPENS测震系统；数据管理；C/S构架；测震台站

1概述

目前测震台站使用测震软件为2008年投入使用的JOPENS1.0单台版本。每个台站的测震技术系统，其实质相当于一个简化版的台网，数据汇集、波形归档、数据库、波形显示等模块功能一应俱全，系统直接从数据采集器采集数据，其实对于单个台站来说，测震系统浪费了资源，系统需要安装在服务器上或高性能计算机上才能正常使用，直接从数据库采集数据会占用数采端口，主流测震数据采集器仅有4个端口可采集数据，台网两套系统需要占用2个端口，备份系统需要占用1个端口，此外还要预留一个端口用于检测维护，因此已经没有富余的端口可供使用。另外，原有的测震系统在数据存储、数据归档、观测报告编制易出现错误，例如测震数据的跨年度归档时，会出现月初第一天数据无法存储，观测报告编制时，如有一条信息有误，整月报告都无法编制，且系统无错误提示，每次都需要反复查找，耽误了时间。鉴于此安装和升级新版JOPENS系统对测震数据进行管理是十分必要的。

2省测震台站概况

截至2020年，全省共有66个数字测震子台站组成，台站平均间距45km左右。全省重点区域的测震台站加密布设，如：霍山地区的数字测震台站台间距约10公里，其主要功能是用于强化霍山地区的微小地震活动监控能力；安徽省测震台网对全省地区地震的监测能力可达到ML1.6级，局部地区可达到ML0.1级。省测震台站中27个是有人值守台站，包括省属地震台及市县地震台，有人值守台站安装测震处理系统，处理地震数据，负责台站的技术系统运维，产出地震观测报告，并由省地震局测震技术学科管理组组织观测资料质量评比。测震台站技术系统包括地震计、数据采集器、网络传输系统、电源系统、防雷系统，其中有人值守台站还包含地震数据处理系统。测震数据通过行业专网统一汇集至安徽省地震台网中心。如图1所示。

3升级方案

测震台站技术系统升级主要目的是便于有人值守台站管理和处理辖区测震台站数据资料，安徽省地震台使用的测震数据处理系统是地震行业Jopens1.0单台系统，由于后续版本不支持台站生成观测报告，在安徽有人值守测震台站，要求需进行数据处理、震相分析与观测报告产出，因此一直沿用下来；对于测震行业系统Jopens升级到6.0后，允许多个用户访问和读写数据库，提交观测报告，因此只需架设一套Jopens6.0系统，接入全省所有测震台站数据，再给有人值守台站分配一个用户，台站用户权限为处理本台站数据，这就相当于一个C/S构架系统。

3.1服务系统架设

Jopnes6.0系统由不同的模块组成，根据测震台站系统升级需求选装相应的功能模块，对于台站而言，需安装的模块包括数据库服务、波形归档服务、实时数据流服务、系统应用服务、实时波形显示，软件需安装到FreeBSD操作系统。其中数据流从地震台网数据服务器转发。

3.2系统配置

对测震台站系统而言，需要进行两项系统配置，其中分别是编目用户管理配置以及流服务配置。其中编目用户是Jopens系统提供的能让不同用户进行地震数据分析处理的权限，通过建立多个编目用户，分配用户权限，用户能处理本台站数据或者辖区内多个台站数据，提交数据处理结果到服务器。流服务是能让台站本地查看实时测震数据流，对应实时波形显示模块，其工作模式为从流服务模块下载数据到本地，并在屏幕上画出各个通道的数据波形，并实时更新。流服务配置主要有包括本地流服务配置、台站管理配置和用户管理配置，本地流服务配置涵盖流服务本身允许登录的最大用户数目，接收数据缓存空间大小等参数，台站管理配置用以提供数据上传和下载服务，只有在流服务管理内的台站，流服务才会为其开辟内存空间，用户管理配置可以配置管理访问流服务的用户、密码、权限、用户类型等信息。流服务配置还可查看流服务状态监控，获取台站延时信息和无数据情况。

3.3客户端配置

客户端包括包括人机交互处理系统和实时波形显示。客户端可在Windows下运行，Windows系统不需安装，只需移植Jopens系统的人机交互处理系统和实时波形显示系统到相应的计算机上。人机交互处理系统需Java环境，安装JDK8并配置环境变量才可使用。台站使用前需配置jopens-config.properties文件和report文件。jopens-config.properties需要修改服务器地址、配置编目用户名和密码、流服务用户名和密码。report文件需修改观测报告名称，其格式应为“XX台地震月报目录”,“XX台地震观测报告”。实时波形显示需修改IPPlot文件，用于波形显示通道信息调整及台站仪器信息。以上配置文件在修改完成后再使用不需再修改。

4实施效果

4.1数据处理结果直接入库

在台站原测震数据处理系统中，地震台月报及观测报告由本地存储，在安徽省地震局组织年度地震观测资料评比时统一汇集，不能及时掌握台站地震分析情况。而升级后的系统下台站在服务端下载数据、分析地震、实时提交观测报告，及时掌握台站数据处理状态，开展数据质量监控。

4.2安装维护简便

原系统需安装服务器，安装复杂，维护困难，占用资源较多；新系统无需服务器，可用办公计算机兼用，配置Java环境即可；台站如需配置辖区内子台无需安装，分配客户端用户权限即可，适用于地震中心站子台、无人值守测震台。此外新系统从流服务转发数据，不直接地震数据采集器，可以节省数据采端口。

5结语

省地震台站测震数据系统升级实施采取分步实施，完成省局服务端布设后，先后挑选部分台站开展试运行，并由试运行台站反馈意见和建议，通过修改配置和完善功能，在全省有人值守台站开展运行。新系统因安装简易、操作维护简便，受到台站用户好评。未来将进一步优化系统，完善功能，提升省测震观测资料质量，为地震事业做出贡献。

参考文献

[1]吴永权,黄文辉.数据处理系统软件Jopens的架构设计与实现[J].地震地磁观测与研究,2010,(06):61-65.

[2]黄文辉,康英,苏柱金,等.全国统一编目系统设计与实现[J].地震地磁观测与研究,2016,037(004):170-175.

[3]郁建芳,夏仕安,张炳,等.安徽数字测震台网技术构成及配置[J].四川地震,2015,000(004):36-40.

地震演习范文第4篇

[关键词]致密砂岩 岩石物理参数 敏感弹性参数

中图分类号：P588.21+2.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0007-01

1.引言

致密砂岩油藏作为一种非常规油藏类型在济阳坳陷广泛分布，资源规模大，勘探空间广阔，是下一步重要的勘探类型。临南洼陷是济阳坳陷致密砂岩油藏勘探的典型代表，洼陷区物源众多，含砂率较高，层系上以沙三、沙四段为主。致密砂岩储层具有埋藏深（一般在3500m以下），孔隙度低（小于12%），岩石组合类型多样等特点，这就导致了利用常规储层参数（岩性、电性、含油性、孔隙性）识别有效储层的难度加大，增加了储层精细评价的复杂性。因此，针对临南地区致密砂岩岩石物理参数的研究能够指导储层预测、油气检测及地震振幅综合解释。

2.地震岩石物理参数分析

地震岩石物理参数分析主要从识别岩性和流体两个方面进行，通过对弹性参数进行一系列的定性、交汇分析，逐步寻找区分岩性，识别流体的最佳弹性参数或组合。该项分析是进行油气预测的理论基础，进行参数有效性优选的重要手段。

2.1 区分岩性

致密砂岩发育区岩性区分主要利用反映岩石特性的常用参数差异进行。通过纵横波速度与GR的交会图可以得出（图1），致密砂岩的Vp值大于泥岩，随着砂岩孔隙度增大，Vp值减小，当孔隙度大于5%时，砂岩段与泥岩段的Vp值范围部分重叠；而对于横波速度来说，致密砂岩的Vs值大于泥岩，随着孔隙度增大，Vs值减小。这一差异是由于Vs主要反映岩性和物性，而Vp同时还受到孔隙流体饱和度的影响。因此，在相同孔隙度情况下，利用Vs能够更好的区分岩性。

为了扩大Vs的差异性，可组合分析多种弹性参数，综合考虑储层不同弹性属性的影响，以此有效地消除依靠单一弹性参数分析所产生的局限性，并充分挖掘弹性参数的各种内在特征，从而准确、有效地区分岩性。其中，剪切模量，可以放大Vs差异性。通过波阻抗与剪切模量的交汇，泥岩和砂岩的聚类更加的紧凑，泥岩与砂岩储层的分界也更加清晰。

另外，泊松比也与Vs有关，可以进一步放大Vs的差异性，从波阻抗与泊松比的交会图发现泥岩泊松比明显高于砂岩泊松比。因此，对于临南地区来说，区分岩性最为敏感的弹性参数组合为AI-μ和AI-σ。

2.2 判识流体

为了说明含不同流体岩石的岩石物理参数特征，对岩石样品分别饱和不同流体―水、油和气，然后在储层稳压条件下进行岩石物理参数的测定，并进行了相关分析。从含不同流体样品的波速统计上来看，纵波速度下，饱水砂岩的速度大于饱油砂岩大于干燥砂岩，这是由于干燥岩石替换成油或水后提高了岩石刚度，导致了Vp增加；横波速度下，饱油砂岩的速度与饱水砂岩速度近似相等均大于干燥砂岩速度，这是由于干燥岩石替换成油或水后导致密度增加，进而造成饱油砂岩和饱水砂岩的横波速度差值减小。利用实验室测试的相关数据，将不同弹性参数进行组合，以达到判识流体的目的。首先可以将干燥砂岩与含流体砂岩进行区分，从密度与纵横波速度交汇图上可以看出，干燥砂岩的纵横波速度均小于饱油和饱水砂岩的速度，并且与其有明显的分界线。因此，可以将Vs=1800m/s，Vp=3000m/s作为区分干燥砂岩和含流体砂岩的门槛值（图2）。

为了进一步区分不同的流体，选取了几组弹性参数组合进行交汇分析，得出杨氏模量E与剪切模量μ，E/μ与泊松比 σ均呈线性关系，能够较好的区分出饱油砂岩与饱水砂岩。另外，为了对不同流体敏感性的差异定量分析，引入了流体敏感性参数的概念。流体敏感性参数：

是对于两种流体组成的系统，以含水的样品为标尺，其中，A为某岩石物理参数，下标w表示水，下标i表示一种流体状态。对于气、水系统，下标i指示流体为气；对于油、水系统，下标i指示流体为油。FS值一般在0～1之间，FS值越大，表明参数A对流体越敏感。以街5井为例，通过实验室测得的纵横波速度、泊松比、体积模量、剪切模量、拉梅系数、波阻抗等基本弹性参数，选择对流体敏感的岩石样品弹性参数及组合参数，按照流体敏感参数的概念进行流体敏感性统计分析，得出饱油和饱水状态下，λ-0.15μ、Vp2-2.15Vs2 、λ/μ、K/μ、σ、Vp/Vs六种参数组合的流体敏感性参数值。因此，对于临南地区对流体最为敏感的参数组合为Vp2-2.15Vs2、λ-0.15μ、λ/μ。

3.结论

（1）通过实验岩石物理参数分析，不同流体对波速有所影响，纵波下饱水>饱油>干燥，横波下饱油≈饱水>干燥；其中对岩性最为敏感的组合是AI-μ和 AI-σ，对流体最为敏感的参数组合为Vp2-2.15Vs2 、λ-0.15μ、λ/μ。（2）岩石物理参数分析只是一种对岩石的分析方法，只有建立起岩石物理参数与储层特征的关系，才能在研究中发挥作用。

参考文献

地震演习范文第5篇

3.大连理工大学 电子信息与电气工程学部， 辽宁，大连116024; 4.大连理工大学 土木工程学院， 辽宁 大连116024)

摘要：给出了将无线传感技术用于低频结构振动检测，以判定其结构寿命和损伤情况的无线振动检测系统的设计方法。提出了系统的总体架构；分析了加速度传感器的选取方法，从而完成了无线传感节点与基站的设计；并用实验验证了无线检测系统的低频特性。结果表明：这一种低频无线振动检测系统具有良好的低频性能，且无线节点无需布线、方便安装，十分适合应用在低频结构物的振动检测中，具有很好的应用前景。

关键词：低频结构； 振动检测； 加速度； 无线传感节点； 基站

中图分类号：TN99文献标识码：A

文章编号：20951302(2011)04003704

Development and Experiment of the Wireless Lowfrequency Vibration Detection System 

LI Zhirui1, YU Yan1, ZHOU Lei2 ZHANG Chuanjie2, WANG Jie3, OU Jinping4

(1.School of Electronic Science and Technology, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China;

2. Offshore Oil Engineering Co., Ltd., Tianjin 300451, China;

3. Faculty of Electronic Information and Electrical Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China;

4. School of Civil and Hydraulic Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China)

Abstract： Vibration detection is an effective means to determine the injuries and remaining life of such lowfrequency structures as offshore platform. This paper presents a wireless lowfrequency vibration detection system based on wireless sensor technology. Firstly, the architecture of overall system is proposed, secondly, the lowfrequency acceleration sensor is selected, and then wireless sensor node and base station are integrated; finally, an experiment is conducted to verify the system′s low frequency characteristics. The experimental results show that the wireless lowfrequency vibration detection system has a satisfactory lowfrequency performance, and wireless sensor nodes need no cabling and are easy to install, therefore it is suitable to be applied to lowfrequency structures with a wide application foreground and practical value.

Keywords： lowfrequency structures; vibration detection; acceleration; wireless sensor node; base station



收稿日期：20110325

基金项目：国家863项目“基于振动检测的现役海洋平台结构安全评估技术研究”(2008AA092701)的资助。

0引言

大型土木工程结构(如海洋平台、大坝、悬索桥等)在其服役期间，往往会受到各种环境荷载的共同作用而产生各种形式的振动，这些振动一般以低频为主，是一类低频结构物。一般地说，低频振动是指频率在5~10 Hz以下的振动,由于其振动加速度值不大，对人的直观感受影响较小，因而常常被人们忽略［1］。但是，对于这些大型工程结构而言，长期持续的振动却会影响结构的正常运行以及结构物的强度与寿命，严重的还会对结构造成损坏。因此，对这些大型结构进行无损振动检测，确保其工作的安全性、可靠性是一个重要的研究课题。

振动检测的基本原理是利用传感器提取结构物的振动信号，通过智能算法对振动数据进行分析处理，最后获知结构的损伤情况以采取相应的措施［2］。目前对结构的无损振动检测，主要是测量加速度参量，再经过一次或两次积分得到速度或位移参量。因此，基本的工作就是对结构振动数据的采集，即对加速度信号的获取。因此，低频加速度传感器的选取是测量精度高低的关键。

传统的振动检测多采用有线的方式测量振动数据，并进行分析、处理与判断。但是，对于大型土木结构而言，有线方式存在难以布线、耗资巨大、后期维护困难等问题［3］。随着无线传感技术的发展，用无线代替有线进行数据传输更为方便和快捷。

本文运用基于ZigBee的无线星型网络结构来进行设计，并在分析选用低频加速度传感器的基础上，采用模块化方法制作无线传感节点与基站，最后通过实验对无线振动检测系统的低频特性进行验证。

1无线振动检测系统架构

无线振动检测系统实际上就是现有的无线传感网络技术在振动检测领域的一种应用。无线传感器网络(WSN)是随着传感器技术、无线通信技术等发展起来的一门新型交叉学科。它由放置在监测环境内的大量微型传感器节点组成，这些传感器节点集成有传感器、数据处理单元和通信模块，它们通过无线信道相连，自组织地构成网络系统［4］。一般来讲，整个系统可分为数据采集部分、数据传输部分和数据处理部分。无线振动检测系统的架构如图1所示。

图1无线振动检测系统架构图

本研究选用星型网络拓扑结构来进行设计，它由一个基站和多个无线传感节点组成。基站作为中央节点，主要负责对网络中的各传感节点发送响应指令，接收各传感节点传送数据并对数据进行后期处理；各传感节点用来响应基站指令并对振动信号进行采集，最后将振动数据以无线数据包的形式发给基站。

2无线传感节点的设计

无线传感节点是无线振动检测系统的重要组成部分，它是利用现有的MEMS技术和嵌入式技术器件集成起来的。节点采用模块化的设计方式［5］，由超低频加速度传感器、传感器接口单元、微处理器、无线模块、存储器、电源管理模块等部分组成。图2所示是无线传感节点的组成框图。

2.1加速度传感器的选取

超低频振动信号检测属于弱信号检测范畴，对加速度传感器的低频特性、灵敏度等要求较高。由于振动频率低, 一般传感器的机械固有频率难以达到，可能导致在测量时，传感器的信噪比低,输出信号极其微弱, 完全“淹没”在噪声中而难以拾取。因此，低频加速度传感器的选取是一个关键，其性能优劣直接影响到被测信号的精度与有效性。

图2无线传感节点模块图

经过比较，本设计选取力平衡传感器作为低频振动加速度信号的拾取单元。力平衡式加速度传感器一般先将被测量转换成力或力矩，然后用反馈力调节平衡系统的闭环传感器。它的设计是通过激励信号调制、解调，加入力反馈进行电压输出进行的。输出电压的大小与电容极板运动位移成正比，而电容极板的位移量与传感器外壳体运动的加速度成正比。因此，电容中间极板的输出电压所对应的就是传感器壳体的运动加速度［6］。

力平衡加速度传感器目前主要应用于超低频和低加速度的测量，同时具有动态范围大、测量精度高等特点。

2.2无线传感节点硬件电路

加速度传感器与传感器接口单元配合使用可构成数据采集单元。传感器接口单元则由多路选择器(MUX)与模数转换器(ADC)构成，多路选择器用于加速度通道的选取，模数转换器用于实现模拟量(电压信号)到数字量的A/D转换。

微处理单元(MCU)可选用TI公司的高性能16位微处理器MSP430F5438，该处理器具有良好的低功耗特性，可满足无线传感节点低功耗和快速数据处理的设计要求；存储单元选用NAND型大容量Flash存储器，该存储器具有体积小、存储容量大等特点，可满足对大量振动数据的缓存处理要求。

无线传感节点选用具有安全、可靠、可充电的集成+24 V锂电池进行供电。由于传感节点各模块单元所需电压不尽相同(需要±15 V、±12 V、+3.3 V电压)。为了获得各模块所需电压以及减少电压纹波影响，电源电路设计采用两级变换结构。第一级采用DC/DC芯片实现+24 V到±15 V以及+3.3 V的变换，第二级采用LDO芯片实现±15 V到±12 V的变换。

2.3无线模块设计

无线模块用于数据的无线交互，实现传感节点与基站间的数据无线传输。本文采用基于ZigBee无线通信协议的芯片进行设计。ZigBee是工作在ISM(工业科学医疗)频段的专注于低功耗、低成本、低速率的短距离无线网络通信技术。

无线模块由无线射频芯片CC2520与放大前端CC2591及其电路组成。CC2520是TI公司符合IEEE 802.15.4标准规范的第二代ZigBee低功耗射频收发器，工作于2.4 GHz的ISM免许可证频段。CC2591是一种工作在2.4 GHz的射频放大器，能够提高无线信号的发射功率和接收灵敏度，增加无线信号的强度和传输距离［7］。

3基站

基站可由无线模块、串口服务器、PC机以及嵌入式采集软件构成。无线模块主要用于与无线传感节点的数据交互，通常由一个控制端和多个通信端组成。控制端用于向各传感节点发送指令，建立通信网络；通信端用于接收传感节点发送过来的振动数据包。由于振动数据量比较大，无线通信采用的是点对点的通信方式，即一个无线传感节点对应一个通信端。

无线模块与PC机通过串口方式相连。目前,通过PC机的RS 232串行接口与外部设备进行通讯,是许多测控系统中常用的一种通信解决方案。但是，随着计算机技术的发展，PC机上预留的串口越来越少，有些更是没有串口，无法满足本设计对串口的需求，需要进行扩展。本设计选用USB型串口服务器，它可以把串口接收的数据以USB的方式传送到PC机中，而且具有灵活、简单、方便、快捷等优点。

PC机中嵌入的智能采集软件主要完成端口配置，同时完成发送指令、建立网络，接收数据包，对数据进行分析处理等功能。通常由基本设置、实时采集、历史波形查看、数据导出、数据分析等模块组成。

4实验与数据分析

设计一个单摆实验装置可进行低频振动实验。由单摆的周期公式T=2πl/g可以看出，摆长不同，则周期(频率)不同。同此可见，控制摆长就可以得到我们所需要的低频信号。

双线摆低频振动实验方案图与实验现场图分别如图3和图4所示。

图3单摆实验方案框图

图4单摆实验实物图

将有线加速度传感器与无线加速度传感器共同放置在单摆装置的吊篮中心位置处，并用强磁铁紧紧固定，有线传感器与NI的采集仪(PXI-4472)相连进行振动信号采集。无线传感器与无线传感节点相连，并通过与基站的无线交互，可实现振动信号的提取。

实验中，可对单摆进行激励以使其摆动，并尽量控制振幅，使其在摆角＜5°的小振幅下做阻尼摆动。然后用无线与有线同步采集，采集频率均为100 Hz。利用Matlab对数据进行处理，再比较有线与无线的时域与频域波形。设置摆长为0.9 m和2.2 m进行实验的时域与频域分析图如图5与图6所示。

通过时域图可以看出，无线与有线波形基本吻合，频域方面对一阶频率进行差别计算，差别=(实测结果-单摆固有频率)/单摆固有频率，单位为%。表1和表2所列分别是0.9 m和2.2 m摆长时，无线与有线的频率比较，由表1与表2可见，其差别很小，均在可控范围内。也可对无线与有线的相对误差进行计算，0.9 m时的相对误差为Ef=|fwireless-fwire|/fwire≈0.39%；2.2 m时的相对误差为Ef=|fwireless-fwire|/fwire≈1.19%。实验结果比较好的反映了单摆的低频振动特性。另外，无线传输误差较大的原因是存在数据丢失的问题，也是下一步将进行改进的课题。

图50.9m摆长时域与频域分析

图62.2 m摆长时域与频域分析

表1无线与有线频率比较(0.9m摆长)

无线有线固有频率

1st0.5290.5270.525

差别0.760.38

[LL]

表2无线与有线频率比较(2.2 m摆长)

无线有线固有频率

1st0.3410.3370.336

差别1.490.30



从图形和误差分析可以看出，无线低频检测系统能很好地反映低频信号的振动情况，低频性能良好、无线传输可靠，适合应用于低频结构的振动测试当中。

5结论

本文针对低频结构的振动检测，结合无线传感技术，给出了一种无线低频振动检测系统的设计方法。该系统集成了低频加速度传感器、无线传感节点、基站等装置。为验证该系统的低频性能，本文还给出了单摆实验装置。实验结果表明，本系统适合应用在低频结构的振动检测中。所设计的无线传感节点具有低功耗、无需布线、可超低频测量等特点，本设计与基站配合构成的检测系统为低频结构振动检测提供了一种新方法，具有广阔的应用前景。

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