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地震演習范文第1篇

2010年的5月11日，今天下第二節(jié)課我們學校舉行了地震逃生演習。

校長指揮、老師指導，當校長說：“地震了的時候，我們就躲在桌子底下?！边^了不一會校長開始說：“地震停止的時候，我們就抱著頭跑出教室，到操場上蹲下?！蔽覀儎偠紫乱粫?，校長又說：“地震逃生演習停止，起立回教室，我們就又回到教室了”。就這樣我們演習了幾次的地震逃生演習，一個下午就這樣過去了，到了打放學鈴鐺時候，我已經沒有力氣了……

通過這次地震逃生演習，我懂得了在學校發(fā)生地震的時候怎么逃生和保護好自己……

地震演習范文第2篇

今天是汶川大地震紀念日，我們作為昆明的示范學校進行了地震逃生演習。經典，真的很經典!壯觀，十分壯觀!特色，非常有特色!

在防空警報響起時，我們很傻地沖出教室。我和同學一起向離我們最近的樓梯跑去，結果到了那兒，我很迷茫，樓梯口有個戴小紅帽的同學正擋在樓門口，然后手一指，對我們說：“同學，這邊不能走!請走這邊。”

我們疑惑地向那人多得已經沒法動的樓梯口走去，我們還想，是不是那個樓道是別的年級的逃生線路?無奈從人擠人的這個樓梯，用了近10分鐘，才從四樓下到大堂。下樓時才發(fā)現(xiàn)除了兩處樓梯其余6個通道全部沒人。我疑惑!

等到了底樓，按說應該盡快到空曠的地方，但是這時候又有一個戴小紅帽的同學攔住我們，然后向后一指說：“同學，不是這邊，請往那邊走?！庇谑俏覀兏右苫蟮叵蛄硪贿叏D―又穿過重重建筑物，從六層的建筑物下冒險穿過，去另一邊的所謂的空曠地去集合，不去那個本來可以輕松容納下全校師生的球場，而是到學校正門集合。擠得差點發(fā)生踩踏事件!

后來又來了第二次演習。我終于弄明白了，原來，領導在眾多樓梯中的兩處樓梯中說笑著參觀視察，而且其余領導也在正門口視察。于是，我們就只能空著6處樓梯用10分鐘下樓，再空著廣場冒著踩踏風險擠到正門集合。這就是我們?yōu)槲磥砜赡馨l(fā)生的地震所進行的演習。這樣的演習，絕對是演習過的死亡率比沒演習過的高得多。無奈的是，就算是這樣，我們還要花掉一個周日再來正式演習給更高級的領導們視察。

我們在演習還是演戲，我們是學生還是演員?

大部分學?！疤由菥殹毕裱輵?/p>

當記者把昆明某中學學生寫的日志《領導來了，地震逃命走這邊，演習還是演戲》拿給云南省應急救援科學技術學會的專家們閱讀時，專家們立即被這名中學生敏銳的觀察力所打動?！耙蓟稹本仍?lián)盟安全顧問、云南應急救援科學技術學會總工程師、云南火峰救援總隊隊長侯昭敏說：“這個孩子寫的這篇日志，反映了當前許多學校普遍存在的問題：對危機管理認識不到位、重視不夠，逃生演習只為完成任務而不講有效性?！?/p>

每兩個學生中就有一人受過傷害

中小學校園危機主要包括兩類，一類是自然災害不可抗力引起的火災、地震、臺風、洪水、泥石流等，另一類是人為因素引發(fā)的突發(fā)性事件，如公共環(huán)境衛(wèi)生、健康衛(wèi)生、疾病預防和醫(yī)療衛(wèi)生事件、火災、工程質量等造成的重大事故。

教育部2006年公布的《中小學安全事故總體形勢分析報告》顯示，全國中小學校園發(fā)生的安全事故中，事故災難如溺水、交通、踩踏、一氧化碳中毒、房屋倒塌、意外事故占59％，社會安全事故如斗毆、校園傷害、自殺、住宅火災占31％，自然災害如洪水、龍卷風、地震、冰雹、暴雨、塌方占10％。

報告顯示，中小學校園安全事故72.3％發(fā)生在農村，27.7％發(fā)生在城市；農村中小學的安全事故發(fā)生數(shù)、死亡人數(shù)和受傷人數(shù)明顯高于城市，分別是城市的2.9倍、3.9倍和4.2倍。在這些事故中，43.8％發(fā)生在小學，34.8％發(fā)生在初中，9.8％發(fā)生在高中，低年級學生容易發(fā)生安全事故。不能忽視的是，目前校園傷害事故增多，25％的安全事故發(fā)生在學校內部，主要是校園綁架、爆炸、持刀傷害、放火、犯、學生斗毆，其中校園傷害占56％；而節(jié)假日也是事故多發(fā)期，36％的中小學生安全事故發(fā)生在這一時期。報告表明，學生安全事故多發(fā)生在校內，其次為上下學路上、江河水庫、學校周邊。學?；驅W生事故發(fā)生的主要原因是師生安全意識淡薄，學校安全管理存在明顯漏洞和不足，農村中小學辦學條件差、基礎設施不完備等。

“全國各地的調查研究結果顯示，學生傷害發(fā)生率高達50％，即每兩個學生中就有一人遭受一次以上不同程度的傷害。我國2.2億名中小學生中，每年約有1億名學生遭受傷害?！痹颇鲜本仍茖W技術學會的一位負責人說：“云南由于特殊的地理環(huán)境，是各類自然災害頻發(fā)的地區(qū)。此外，由于校舍陳舊、管理不善和人為等因素引發(fā)的突發(fā)性事件對學生的傷害更是經常發(fā)生。災難就在我們身邊，時時刻刻都會有危險存在。所有事故和災害都會傷害生命，同時耗費大量的社會資源，對經濟社會發(fā)展造成嚴重的影響?！?/p>

大部分演練只停留在“組織逃生”環(huán)節(jié)

然而，專家的擔憂、高發(fā)的事故卻和學校危機管理的缺失和不足形成較大的反差。

2006年3月，國家教育行政學院對不同地區(qū)、不同學校的200位中小學校長進行了題為《當前中小學危機管理現(xiàn)狀》的問卷調查。調查結果顯示：超過一半的調查對象認為，中小學危機管理的最大困難是相關的法律法規(guī)不健全。

我國于2002年9月開始實施《學生傷害事故處理辦法》，標志著在法規(guī)層面上開始對學校危機的關注。但是，該法規(guī)對于學校處理危機事件并未產生很好的效果，中小學難以借助法律手段處理學校危機事件，而更多地依靠協(xié)商或上級主管部門的介入來解決學校危機事件。

云南省應急救援科學技術學會的專家指出，關鍵在于突發(fā)公共事件總體應急預案中沒有將校園危機預警分級納入研究討論范圍，致使各省教育管理部門無法對校園危機進行分級管理，缺少相應的權責機制，危機處置能力和危機管理的系統(tǒng)化和制度化存在缺失和不足。

“不可否認，目前，每個學校都很重視學生在校期間的安全，但只是重視了學生的人身安全，卻忽略了對學生的安全教育，甚至絕大多數(shù)學校根本就沒有開展過相關安全教育工作?！焙钫衙粽f。

在長期的工作中，侯昭敏發(fā)現(xiàn)，災難教育在我國很多地方都是一個空白。不少學校在貫徹落實《中小學生公共安全教育指導綱要》時，只是簡單的說教，僅僅開展應對上級的、一次性的、臨時性的演練，基本沒有形成制度化的防災疏散演習體制，大多數(shù)老師和學生也都沒有接受過專業(yè)化、經常性的培訓和演習，因而普遍缺乏災難應急、避險自救常識。即便是已經開始組織演練的學校，由于沒有專業(yè)技術人員的設計和策劃，大部分演練只停留在“組織逃生”這一個環(huán)節(jié)上，并且流于形式。一旦災難發(fā)生，即使是發(fā)生在白天的火災，也會由于人員過度恐慌而造成大量不必要的人員傷亡。

此外，大部分市區(qū)校園周圍建筑林立，交通繁忙，根本沒有足夠的空曠地帶，讓涌出的人流短時間內從教室、宿舍疏散出去，大部分人只能滯留在校園的操場上，由此可能因為大規(guī)模人群在操場積聚而形成新的安全隱患。

針對以上昆明某中學的地震演習，侯昭敏認為，這種演習應該是循序漸進的，同時，要選擇相應的老師、學生承擔不同的責任，以便在災難發(fā)生時組織、引導大家疏散?！把菥毜牟邉澓蛯I(yè)性很重要，演練不是活動，演練是為了培養(yǎng)學生的本能。養(yǎng)成本能，逃生時才能有效疏散?！焙钫衙粽f。

目前的學校安全管理更多是依靠上級發(fā)通知

目前，對于校園危機，各國都根據(jù)本國的實際情況采取了不同的危機管理模式。

在美國，幾乎每個州都有專門的學校管理機構對危機管理進行研究，為本州內的所有學區(qū)危機管理報告的制定提供意見，編寫《公民應對危機指南》宣傳冊、組織本州的危機管理人員進行培訓等。

日本非常重視培養(yǎng)學生的生存意識和生存本領。日本是地震頻發(fā)國家，因此具有比較完善的地質災害預警系統(tǒng)和卓有成效的地震知識普及工作，每年都要組織學生參加地震自救演習，從幼兒園開始就會被帶到地震模擬車上學習逃生技能，從小就灌輸普及避災知識。家家戶戶的門窗附近，都備有礦泉水、壓縮餅干、手電筒以及急救包，就連新潮的IT業(yè)，也開發(fā)出考驗人們在強震下應急對策的電腦游戲。

云南省應急救援科學技術學會專家指出，相比于這些國家，我們目前的學校安全管理更多是依靠上級緊急通知、文件，依靠校長、老師個人的安全意識和責任意識，缺少必要的災難預防知識。

地震演習范文第3篇

關鍵詞：JOPENS測震系統(tǒng)；數(shù)據(jù)管理；C/S構架；測震臺站

1概述

目前測震臺站使用測震軟件為2008年投入使用的JOPENS1.0單臺版本。每個臺站的測震技術系統(tǒng)，其實質相當于一個簡化版的臺網，數(shù)據(jù)匯集、波形歸檔、數(shù)據(jù)庫、波形顯示等模塊功能一應俱全，系統(tǒng)直接從數(shù)據(jù)采集器采集數(shù)據(jù)，其實對于單個臺站來說，測震系統(tǒng)浪費了資源，系統(tǒng)需要安裝在服務器上或高性能計算機上才能正常使用，直接從數(shù)據(jù)庫采集數(shù)據(jù)會占用數(shù)采端口，主流測震數(shù)據(jù)采集器僅有4個端口可采集數(shù)據(jù)，臺網兩套系統(tǒng)需要占用2個端口，備份系統(tǒng)需要占用1個端口，此外還要預留一個端口用于檢測維護，因此已經沒有富余的端口可供使用。另外，原有的測震系統(tǒng)在數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)歸檔、觀測報告編制易出現(xiàn)錯誤，例如測震數(shù)據(jù)的跨年度歸檔時，會出現(xiàn)月初第一天數(shù)據(jù)無法存儲，觀測報告編制時，如有一條信息有誤，整月報告都無法編制，且系統(tǒng)無錯誤提示，每次都需要反復查找，耽誤了時間。鑒于此安裝和升級新版JOPENS系統(tǒng)對測震數(shù)據(jù)進行管理是十分必要的。

2省測震臺站概況

截至2020年，全省共有66個數(shù)字測震子臺站組成，臺站平均間距45km左右。全省重點區(qū)域的測震臺站加密布設，如：霍山地區(qū)的數(shù)字測震臺站臺間距約10公里，其主要功能是用于強化霍山地區(qū)的微小地震活動監(jiān)控能力；安徽省測震臺網對全省地區(qū)地震的監(jiān)測能力可達到ML1.6級，局部地區(qū)可達到ML0.1級。省測震臺站中27個是有人值守臺站，包括省屬地震臺及市縣地震臺，有人值守臺站安裝測震處理系統(tǒng)，處理地震數(shù)據(jù)，負責臺站的技術系統(tǒng)運維，產出地震觀測報告，并由省地震局測震技術學科管理組組織觀測資料質量評比。測震臺站技術系統(tǒng)包括地震計、數(shù)據(jù)采集器、網絡傳輸系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)，其中有人值守臺站還包含地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。測震數(shù)據(jù)通過行業(yè)專網統(tǒng)一匯集至安徽省地震臺網中心。如圖1所示。

3升級方案

測震臺站技術系統(tǒng)升級主要目的是便于有人值守臺站管理和處理轄區(qū)測震臺站數(shù)據(jù)資料，安徽省地震臺使用的測震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是地震行業(yè)Jopens1.0單臺系統(tǒng)，由于后續(xù)版本不支持臺站生成觀測報告，在安徽有人值守測震臺站，要求需進行數(shù)據(jù)處理、震相分析與觀測報告產出，因此一直沿用下來；對于測震行業(yè)系統(tǒng)Jopens升級到6.0后，允許多個用戶訪問和讀寫數(shù)據(jù)庫，提交觀測報告，因此只需架設一套Jopens6.0系統(tǒng)，接入全省所有測震臺站數(shù)據(jù)，再給有人值守臺站分配一個用戶，臺站用戶權限為處理本臺站數(shù)據(jù)，這就相當于一個C/S構架系統(tǒng)。

3.1服務系統(tǒng)架設

Jopnes6.0系統(tǒng)由不同的模塊組成，根據(jù)測震臺站系統(tǒng)升級需求選裝相應的功能模塊，對于臺站而言，需安裝的模塊包括數(shù)據(jù)庫服務、波形歸檔服務、實時數(shù)據(jù)流服務、系統(tǒng)應用服務、實時波形顯示，軟件需安裝到FreeBSD操作系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)流從地震臺網數(shù)據(jù)服務器轉發(fā)。

3.2系統(tǒng)配置

對測震臺站系統(tǒng)而言，需要進行兩項系統(tǒng)配置，其中分別是編目用戶管理配置以及流服務配置。其中編目用戶是Jopens系統(tǒng)提供的能讓不同用戶進行地震數(shù)據(jù)分析處理的權限，通過建立多個編目用戶，分配用戶權限，用戶能處理本臺站數(shù)據(jù)或者轄區(qū)內多個臺站數(shù)據(jù)，提交數(shù)據(jù)處理結果到服務器。流服務是能讓臺站本地查看實時測震數(shù)據(jù)流，對應實時波形顯示模塊，其工作模式為從流服務模塊下載數(shù)據(jù)到本地，并在屏幕上畫出各個通道的數(shù)據(jù)波形，并實時更新。流服務配置主要有包括本地流服務配置、臺站管理配置和用戶管理配置，本地流服務配置涵蓋流服務本身允許登錄的最大用戶數(shù)目，接收數(shù)據(jù)緩存空間大小等參數(shù)，臺站管理配置用以提供數(shù)據(jù)上傳和下載服務，只有在流服務管理內的臺站，流服務才會為其開辟內存空間，用戶管理配置可以配置管理訪問流服務的用戶、密碼、權限、用戶類型等信息。流服務配置還可查看流服務狀態(tài)監(jiān)控，獲取臺站延時信息和無數(shù)據(jù)情況。

3.3客戶端配置

客戶端包括包括人機交互處理系統(tǒng)和實時波形顯示?？蛻舳丝稍赪indows下運行，Windows系統(tǒng)不需安裝，只需移植Jopens系統(tǒng)的人機交互處理系統(tǒng)和實時波形顯示系統(tǒng)到相應的計算機上。人機交互處理系統(tǒng)需Java環(huán)境，安裝JDK8并配置環(huán)境變量才可使用。臺站使用前需配置jopens-config.properties文件和report文件。jopens-config.properties需要修改服務器地址、配置編目用戶名和密碼、流服務用戶名和密碼。report文件需修改觀測報告名稱，其格式應為“XX臺地震月報目錄”,“XX臺地震觀測報告”。實時波形顯示需修改IPPlot文件，用于波形顯示通道信息調整及臺站儀器信息。以上配置文件在修改完成后再使用不需再修改。

4實施效果

4.1數(shù)據(jù)處理結果直接入庫

在臺站原測震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，地震臺月報及觀測報告由本地存儲，在安徽省地震局組織年度地震觀測資料評比時統(tǒng)一匯集，不能及時掌握臺站地震分析情況。而升級后的系統(tǒng)下臺站在服務端下載數(shù)據(jù)、分析地震、實時提交觀測報告，及時掌握臺站數(shù)據(jù)處理狀態(tài)，開展數(shù)據(jù)質量監(jiān)控。

4.2安裝維護簡便

原系統(tǒng)需安裝服務器，安裝復雜，維護困難，占用資源較多；新系統(tǒng)無需服務器，可用辦公計算機兼用，配置Java環(huán)境即可；臺站如需配置轄區(qū)內子臺無需安裝，分配客戶端用戶權限即可，適用于地震中心站子臺、無人值守測震臺。此外新系統(tǒng)從流服務轉發(fā)數(shù)據(jù)，不直接地震數(shù)據(jù)采集器，可以節(jié)省數(shù)據(jù)采端口。

5結語

省地震臺站測震數(shù)據(jù)系統(tǒng)升級實施采取分步實施，完成省局服務端布設后，先后挑選部分臺站開展試運行，并由試運行臺站反饋意見和建議，通過修改配置和完善功能，在全省有人值守臺站開展運行。新系統(tǒng)因安裝簡易、操作維護簡便，受到臺站用戶好評。未來將進一步優(yōu)化系統(tǒng)，完善功能，提升省測震觀測資料質量，為地震事業(yè)做出貢獻。

參考文獻

[1]吳永權,黃文輝.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件Jopens的架構設計與實現(xiàn)[J].地震地磁觀測與研究,2010,(06):61-65.

[2]黃文輝,康英,蘇柱金,等.全國統(tǒng)一編目系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].地震地磁觀測與研究,2016,037(004):170-175.

[3]郁建芳,夏仕安,張炳,等.安徽數(shù)字測震臺網技術構成及配置[J].四川地震,2015,000(004):36-40.

地震演習范文第4篇

[關鍵詞]致密砂巖 巖石物理參數(shù) 敏感彈性參數(shù)

中圖分類號：P588.21+2.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）06-0007-01

1.引言

致密砂巖油藏作為一種非常規(guī)油藏類型在濟陽坳陷廣泛分布，資源規(guī)模大，勘探空間廣闊，是下一步重要的勘探類型。臨南洼陷是濟陽坳陷致密砂巖油藏勘探的典型代表，洼陷區(qū)物源眾多，含砂率較高，層系上以沙三、沙四段為主。致密砂巖儲層具有埋藏深（一般在3500m以下），孔隙度低（小于12%），巖石組合類型多樣等特點，這就導致了利用常規(guī)儲層參數(shù)（巖性、電性、含油性、孔隙性）識別有效儲層的難度加大，增加了儲層精細評價的復雜性。因此，針對臨南地區(qū)致密砂巖巖石物理參數(shù)的研究能夠指導儲層預測、油氣檢測及地震振幅綜合解釋。

2.地震巖石物理參數(shù)分析

地震巖石物理參數(shù)分析主要從識別巖性和流體兩個方面進行，通過對彈性參數(shù)進行一系列的定性、交匯分析，逐步尋找區(qū)分巖性，識別流體的最佳彈性參數(shù)或組合。該項分析是進行油氣預測的理論基礎，進行參數(shù)有效性優(yōu)選的重要手段。

2.1 區(qū)分巖性

致密砂巖發(fā)育區(qū)巖性區(qū)分主要利用反映巖石特性的常用參數(shù)差異進行。通過縱橫波速度與GR的交會圖可以得出（圖1），致密砂巖的Vp值大于泥巖，隨著砂巖孔隙度增大，Vp值減小，當孔隙度大于5%時，砂巖段與泥巖段的Vp值范圍部分重疊；而對于橫波速度來說，致密砂巖的Vs值大于泥巖，隨著孔隙度增大，Vs值減小。這一差異是由于Vs主要反映巖性和物性，而Vp同時還受到孔隙流體飽和度的影響。因此，在相同孔隙度情況下，利用Vs能夠更好的區(qū)分巖性。

為了擴大Vs的差異性，可組合分析多種彈性參數(shù)，綜合考慮儲層不同彈性屬性的影響，以此有效地消除依靠單一彈性參數(shù)分析所產生的局限性，并充分挖掘彈性參數(shù)的各種內在特征，從而準確、有效地區(qū)分巖性。其中，剪切模量，可以放大Vs差異性。通過波阻抗與剪切模量的交匯，泥巖和砂巖的聚類更加的緊湊，泥巖與砂巖儲層的分界也更加清晰。

另外，泊松比也與Vs有關，可以進一步放大Vs的差異性，從波阻抗與泊松比的交會圖發(fā)現(xiàn)泥巖泊松比明顯高于砂巖泊松比。因此，對于臨南地區(qū)來說，區(qū)分巖性最為敏感的彈性參數(shù)組合為AI-μ和AI-σ。

2.2 判識流體

為了說明含不同流體巖石的巖石物理參數(shù)特征，對巖石樣品分別飽和不同流體―水、油和氣，然后在儲層穩(wěn)壓條件下進行巖石物理參數(shù)的測定，并進行了相關分析。從含不同流體樣品的波速統(tǒng)計上來看，縱波速度下，飽水砂巖的速度大于飽油砂巖大于干燥砂巖，這是由于干燥巖石替換成油或水后提高了巖石剛度，導致了Vp增加；橫波速度下，飽油砂巖的速度與飽水砂巖速度近似相等均大于干燥砂巖速度，這是由于干燥巖石替換成油或水后導致密度增加，進而造成飽油砂巖和飽水砂巖的橫波速度差值減小。利用實驗室測試的相關數(shù)據(jù)，將不同彈性參數(shù)進行組合，以達到判識流體的目的。首先可以將干燥砂巖與含流體砂巖進行區(qū)分，從密度與縱橫波速度交匯圖上可以看出，干燥砂巖的縱橫波速度均小于飽油和飽水砂巖的速度，并且與其有明顯的分界線。因此，可以將Vs=1800m/s，Vp=3000m/s作為區(qū)分干燥砂巖和含流體砂巖的門檻值（圖2）。

為了進一步區(qū)分不同的流體，選取了幾組彈性參數(shù)組合進行交匯分析，得出楊氏模量E與剪切模量μ，E/μ與泊松比 σ均呈線性關系，能夠較好的區(qū)分出飽油砂巖與飽水砂巖。另外，為了對不同流體敏感性的差異定量分析，引入了流體敏感性參數(shù)的概念。流體敏感性參數(shù)：

是對于兩種流體組成的系統(tǒng)，以含水的樣品為標尺，其中，A為某巖石物理參數(shù)，下標w表示水，下標i表示一種流體狀態(tài)。對于氣、水系統(tǒng)，下標i指示流體為氣；對于油、水系統(tǒng)，下標i指示流體為油。FS值一般在0～1之間，F(xiàn)S值越大，表明參數(shù)A對流體越敏感。以街5井為例，通過實驗室測得的縱橫波速度、泊松比、體積模量、剪切模量、拉梅系數(shù)、波阻抗等基本彈性參數(shù)，選擇對流體敏感的巖石樣品彈性參數(shù)及組合參數(shù)，按照流體敏感參數(shù)的概念進行流體敏感性統(tǒng)計分析，得出飽油和飽水狀態(tài)下，λ-0.15μ、Vp2-2.15Vs2 、λ/μ、K/μ、σ、Vp/Vs六種參數(shù)組合的流體敏感性參數(shù)值。因此，對于臨南地區(qū)對流體最為敏感的參數(shù)組合為Vp2-2.15Vs2、λ-0.15μ、λ/μ。

3.結論

（1）通過實驗巖石物理參數(shù)分析，不同流體對波速有所影響，縱波下飽水>飽油>干燥，橫波下飽油≈飽水>干燥；其中對巖性最為敏感的組合是AI-μ和 AI-σ，對流體最為敏感的參數(shù)組合為Vp2-2.15Vs2 、λ-0.15μ、λ/μ。（2）巖石物理參數(shù)分析只是一種對巖石的分析方法，只有建立起巖石物理參數(shù)與儲層特征的關系，才能在研究中發(fā)揮作用。

參考文獻

地震演習范文第5篇

3.大連理工大學 電子信息與電氣工程學部， 遼寧，大連116024; 4.大連理工大學 土木工程學院， 遼寧 大連116024)

摘要：給出了將無線傳感技術用于低頻結構振動檢測，以判定其結構壽命和損傷情況的無線振動檢測系統(tǒng)的設計方法。提出了系統(tǒng)的總體架構；分析了加速度傳感器的選取方法，從而完成了無線傳感節(jié)點與基站的設計；并用實驗驗證了無線檢測系統(tǒng)的低頻特性。結果表明：這一種低頻無線振動檢測系統(tǒng)具有良好的低頻性能，且無線節(jié)點無需布線、方便安裝，十分適合應用在低頻結構物的振動檢測中，具有很好的應用前景。

關鍵詞：低頻結構； 振動檢測； 加速度； 無線傳感節(jié)點； 基站

中圖分類號：TN99文獻標識碼：A

文章編號：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

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收稿日期：20110325

基金項目：國家863項目“基于振動檢測的現(xiàn)役海洋平臺結構安全評估技術研究”(2008AA092701)的資助。

0引言

大型土木工程結構(如海洋平臺、大壩、懸索橋等)在其服役期間，往往會受到各種環(huán)境荷載的共同作用而產生各種形式的振動，這些振動一般以低頻為主，是一類低頻結構物。一般地說，低頻振動是指頻率在5~10 Hz以下的振動,由于其振動加速度值不大，對人的直觀感受影響較小，因而常常被人們忽略［1］。但是，對于這些大型工程結構而言，長期持續(xù)的振動卻會影響結構的正常運行以及結構物的強度與壽命，嚴重的還會對結構造成損壞。因此，對這些大型結構進行無損振動檢測，確保其工作的安全性、可靠性是一個重要的研究課題。

振動檢測的基本原理是利用傳感器提取結構物的振動信號，通過智能算法對振動數(shù)據(jù)進行分析處理，最后獲知結構的損傷情況以采取相應的措施［2］。目前對結構的無損振動檢測，主要是測量加速度參量，再經過一次或兩次積分得到速度或位移參量。因此，基本的工作就是對結構振動數(shù)據(jù)的采集，即對加速度信號的獲取。因此，低頻加速度傳感器的選取是測量精度高低的關鍵。

傳統(tǒng)的振動檢測多采用有線的方式測量振動數(shù)據(jù)，并進行分析、處理與判斷。但是，對于大型土木結構而言，有線方式存在難以布線、耗資巨大、后期維護困難等問題［3］。隨著無線傳感技術的發(fā)展，用無線代替有線進行數(shù)據(jù)傳輸更為方便和快捷。

本文運用基于ZigBee的無線星型網絡結構來進行設計，并在分析選用低頻加速度傳感器的基礎上，采用模塊化方法制作無線傳感節(jié)點與基站，最后通過實驗對無線振動檢測系統(tǒng)的低頻特性進行驗證。

1無線振動檢測系統(tǒng)架構

無線振動檢測系統(tǒng)實際上就是現(xiàn)有的無線傳感網絡技術在振動檢測領域的一種應用。無線傳感器網絡(WSN)是隨著傳感器技術、無線通信技術等發(fā)展起來的一門新型交叉學科。它由放置在監(jiān)測環(huán)境內的大量微型傳感器節(jié)點組成，這些傳感器節(jié)點集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊，它們通過無線信道相連，自組織地構成網絡系統(tǒng)［4］。一般來講，整個系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)傳輸部分和數(shù)據(jù)處理部分。無線振動檢測系統(tǒng)的架構如圖1所示。

圖1無線振動檢測系統(tǒng)架構圖

本研究選用星型網絡拓撲結構來進行設計，它由一個基站和多個無線傳感節(jié)點組成?；咀鳛橹醒牍?jié)點，主要負責對網絡中的各傳感節(jié)點發(fā)送響應指令，接收各傳感節(jié)點傳送數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行后期處理；各傳感節(jié)點用來響應基站指令并對振動信號進行采集，最后將振動數(shù)據(jù)以無線數(shù)據(jù)包的形式發(fā)給基站。

2無線傳感節(jié)點的設計

無線傳感節(jié)點是無線振動檢測系統(tǒng)的重要組成部分，它是利用現(xiàn)有的MEMS技術和嵌入式技術器件集成起來的。節(jié)點采用模塊化的設計方式［5］，由超低頻加速度傳感器、傳感器接口單元、微處理器、無線模塊、存儲器、電源管理模塊等部分組成。圖2所示是無線傳感節(jié)點的組成框圖。

2.1加速度傳感器的選取

超低頻振動信號檢測屬于弱信號檢測范疇，對加速度傳感器的低頻特性、靈敏度等要求較高。由于振動頻率低, 一般傳感器的機械固有頻率難以達到，可能導致在測量時，傳感器的信噪比低,輸出信號極其微弱, 完全“淹沒”在噪聲中而難以拾取。因此，低頻加速度傳感器的選取是一個關鍵，其性能優(yōu)劣直接影響到被測信號的精度與有效性。

圖2無線傳感節(jié)點模塊圖

經過比較，本設計選取力平衡傳感器作為低頻振動加速度信號的拾取單元。力平衡式加速度傳感器一般先將被測量轉換成力或力矩，然后用反饋力調節(jié)平衡系統(tǒng)的閉環(huán)傳感器。它的設計是通過激勵信號調制、解調，加入力反饋進行電壓輸出進行的。輸出電壓的大小與電容極板運動位移成正比，而電容極板的位移量與傳感器外殼體運動的加速度成正比。因此，電容中間極板的輸出電壓所對應的就是傳感器殼體的運動加速度［6］。

力平衡加速度傳感器目前主要應用于超低頻和低加速度的測量，同時具有動態(tài)范圍大、測量精度高等特點。

2.2無線傳感節(jié)點硬件電路

加速度傳感器與傳感器接口單元配合使用可構成數(shù)據(jù)采集單元。傳感器接口單元則由多路選擇器(MUX)與模數(shù)轉換器(ADC)構成，多路選擇器用于加速度通道的選取，模數(shù)轉換器用于實現(xiàn)模擬量(電壓信號)到數(shù)字量的A/D轉換。

微處理單元(MCU)可選用TI公司的高性能16位微處理器MSP430F5438，該處理器具有良好的低功耗特性，可滿足無線傳感節(jié)點低功耗和快速數(shù)據(jù)處理的設計要求；存儲單元選用NAND型大容量Flash存儲器，該存儲器具有體積小、存儲容量大等特點，可滿足對大量振動數(shù)據(jù)的緩存處理要求。

無線傳感節(jié)點選用具有安全、可靠、可充電的集成+24 V鋰電池進行供電。由于傳感節(jié)點各模塊單元所需電壓不盡相同(需要±15 V、±12 V、+3.3 V電壓)。為了獲得各模塊所需電壓以及減少電壓紋波影響，電源電路設計采用兩級變換結構。第一級采用DC/DC芯片實現(xiàn)+24 V到±15 V以及+3.3 V的變換，第二級采用LDO芯片實現(xiàn)±15 V到±12 V的變換。

2.3無線模塊設計

無線模塊用于數(shù)據(jù)的無線交互，實現(xiàn)傳感節(jié)點與基站間的數(shù)據(jù)無線傳輸。本文采用基于ZigBee無線通信協(xié)議的芯片進行設計。ZigBee是工作在ISM(工業(yè)科學醫(yī)療)頻段的專注于低功耗、低成本、低速率的短距離無線網絡通信技術。

無線模塊由無線射頻芯片CC2520與放大前端CC2591及其電路組成。CC2520是TI公司符合IEEE 802.15.4標準規(guī)范的第二代ZigBee低功耗射頻收發(fā)器，工作于2.4 GHz的ISM免許可證頻段。CC2591是一種工作在2.4 GHz的射頻放大器，能夠提高無線信號的發(fā)射功率和接收靈敏度，增加無線信號的強度和傳輸距離［7］。

3基站

基站可由無線模塊、串口服務器、PC機以及嵌入式采集軟件構成。無線模塊主要用于與無線傳感節(jié)點的數(shù)據(jù)交互，通常由一個控制端和多個通信端組成?？刂贫擞糜谙蚋鱾鞲泄?jié)點發(fā)送指令，建立通信網絡；通信端用于接收傳感節(jié)點發(fā)送過來的振動數(shù)據(jù)包。由于振動數(shù)據(jù)量比較大，無線通信采用的是點對點的通信方式，即一個無線傳感節(jié)點對應一個通信端。

無線模塊與PC機通過串口方式相連。目前,通過PC機的RS 232串行接口與外部設備進行通訊,是許多測控系統(tǒng)中常用的一種通信解決方案。但是，隨著計算機技術的發(fā)展，PC機上預留的串口越來越少，有些更是沒有串口，無法滿足本設計對串口的需求，需要進行擴展。本設計選用USB型串口服務器，它可以把串口接收的數(shù)據(jù)以USB的方式傳送到PC機中，而且具有靈活、簡單、方便、快捷等優(yōu)點。

PC機中嵌入的智能采集軟件主要完成端口配置，同時完成發(fā)送指令、建立網絡，接收數(shù)據(jù)包，對數(shù)據(jù)進行分析處理等功能。通常由基本設置、實時采集、歷史波形查看、數(shù)據(jù)導出、數(shù)據(jù)分析等模塊組成。

4實驗與數(shù)據(jù)分析

設計一個單擺實驗裝置可進行低頻振動實驗。由單擺的周期公式T=2πl/g可以看出，擺長不同，則周期(頻率)不同。同此可見，控制擺長就可以得到我們所需要的低頻信號。

雙線擺低頻振動實驗方案圖與實驗現(xiàn)場圖分別如圖3和圖4所示。

圖3單擺實驗方案框圖

圖4單擺實驗實物圖

將有線加速度傳感器與無線加速度傳感器共同放置在單擺裝置的吊籃中心位置處，并用強磁鐵緊緊固定，有線傳感器與NI的采集儀(PXI-4472)相連進行振動信號采集。無線傳感器與無線傳感節(jié)點相連，并通過與基站的無線交互，可實現(xiàn)振動信號的提取。

實驗中，可對單擺進行激勵以使其擺動，并盡量控制振幅，使其在擺角＜5°的小振幅下做阻尼擺動。然后用無線與有線同步采集，采集頻率均為100 Hz。利用Matlab對數(shù)據(jù)進行處理，再比較有線與無線的時域與頻域波形。設置擺長為0.9 m和2.2 m進行實驗的時域與頻域分析圖如圖5與圖6所示。

通過時域圖可以看出，無線與有線波形基本吻合，頻域方面對一階頻率進行差別計算，差別=(實測結果-單擺固有頻率)/單擺固有頻率，單位為%。表1和表2所列分別是0.9 m和2.2 m擺長時，無線與有線的頻率比較，由表1與表2可見，其差別很小，均在可控范圍內。也可對無線與有線的相對誤差進行計算，0.9 m時的相對誤差為Ef=|fwireless-fwire|/fwire≈0.39%；2.2 m時的相對誤差為Ef=|fwireless-fwire|/fwire≈1.19%。實驗結果比較好的反映了單擺的低頻振動特性。另外，無線傳輸誤差較大的原因是存在數(shù)據(jù)丟失的問題，也是下一步將進行改進的課題。

圖50.9m擺長時域與頻域分析

圖62.2 m擺長時域與頻域分析

表1無線與有線頻率比較(0.9m擺長)

無線有線固有頻率

1st0.5290.5270.525

差別0.760.38

[LL]

表2無線與有線頻率比較(2.2 m擺長)

無線有線固有頻率

1st0.3410.3370.336

差別1.490.30



從圖形和誤差分析可以看出，無線低頻檢測系統(tǒng)能很好地反映低頻信號的振動情況，低頻性能良好、無線傳輸可靠，適合應用于低頻結構的振動測試當中。

5結論

本文針對低頻結構的振動檢測，結合無線傳感技術，給出了一種無線低頻振動檢測系統(tǒng)的設計方法。該系統(tǒng)集成了低頻加速度傳感器、無線傳感節(jié)點、基站等裝置。為驗證該系統(tǒng)的低頻性能，本文還給出了單擺實驗裝置。實驗結果表明，本系統(tǒng)適合應用在低頻結構的振動檢測中。所設計的無線傳感節(jié)點具有低功耗、無需布線、可超低頻測量等特點，本設計與基站配合構成的檢測系統(tǒng)為低頻結構振動檢測提供了一種新方法，具有廣闊的應用前景。

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