基于智能手機(jī)MEMS傳感器監(jiān)測實(shí)時震況的研究

楊夢琴

摘 要：本文針對我國多發(fā)地震而不能提前準(zhǔn)確監(jiān)測以造成重大損失的問題，設(shè)計將智能手機(jī)內(nèi)置傳感器用于地震監(jiān)測以搭建實(shí)時城市地震網(wǎng)的研究，達(dá)到第一時間準(zhǔn)確監(jiān)測潛在最大危害地區(qū)的目的，從很大程度上避免了地震災(zāi)害所帶來的巨大損失。

關(guān)鍵詞：MEMS傳感器；地震預(yù)警；地震網(wǎng)

我國位于世界兩大地震帶之間，是地震活動較多且強(qiáng)烈的地區(qū)。近年來，我國地震頻發(fā)，先后在汶川及玉樹兩地發(fā)生強(qiáng)級地震，不僅給災(zāi)民造成生命財產(chǎn)損失，也給我國造成重大經(jīng)濟(jì)損失。若提前預(yù)知地震并做好充分的準(zhǔn)備，就可以從很大程度上避免悲劇的發(fā)生。而此次研究主要將智能手機(jī)內(nèi)置傳感器用于地震監(jiān)測以搭建實(shí)時城市地震網(wǎng)，第一時間監(jiān)測地震并為其做好準(zhǔn)備。

1 MEMS傳感器概述

MEMS是微電子機(jī)械系統(tǒng)的的簡稱，它是一種微米級的類似于集成電路的裝置和工具。雖然對常規(guī)地震檢波器的研究與使用已有50多年的歷史，已具備小體積，高靈敏度以及對地面噪聲較強(qiáng)的抑制作用等特征，但MEMS加速傳感器憑借其獨(dú)有的低頻響應(yīng)，高的矢量保真度及數(shù)據(jù)的直接傳輸逐漸成為地震監(jiān)測研究中的重要角色。目前已經(jīng)有將MEMS作為技術(shù)制作的微機(jī)械地震加速計，大小不及一枚硬幣，功耗只有毫瓦級，在±3g（g為地球重力加速度值）的測量范圍下可達(dá)120dB的動態(tài)范圍，噪聲僅有300～500ng/ ，可用于強(qiáng)震監(jiān)測。

2 具體細(xì)節(jié)及可實(shí)行性

2.1 用戶自測

現(xiàn)今智能手機(jī)幾乎人手一部，而大多數(shù)智能手機(jī)中均配備小型靈敏傳感器，足以監(jiān)測地震運(yùn)動。用戶通過地震監(jiān)測軟件啟用MEMS加速傳感器監(jiān)測當(dāng)前所在位置地震運(yùn)動數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)信息給地震監(jiān)測站，并通過高靈敏度GPS接收器接收計算后得出的反饋信息。地震監(jiān)測軟件在后臺運(yùn)行期間，若提前感知強(qiáng)烈地震運(yùn)動，會向用戶發(fā)出警報提示，減少人員傷亡。有無預(yù)警系統(tǒng)對比圖如圖1所示。

2.2 數(shù)據(jù)采集

智能手機(jī)所具備的無線數(shù)據(jù)傳輸接口包括GSM/GPRS、WiFi、藍(lán)牙以及RFID，通過接入互聯(lián)網(wǎng)獲取當(dāng)前位置目標(biāo)的在線數(shù)據(jù)庫，結(jié)合GPS進(jìn)行定位，并將地震運(yùn)動數(shù)據(jù)及具體位置作為地震觀測點(diǎn)信息發(fā)送到分布式地震波采集系統(tǒng)。當(dāng)用戶遇難，地震監(jiān)測軟件中GPS定位有助于對遇難者進(jìn)行搜索。分布式地震波采集系統(tǒng)原理圖如圖2所示：①位于智能手機(jī)中的MEMS加速傳感器，相當(dāng)于一個小型檢波器②地震數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，以數(shù)字信號存儲由檢波器發(fā)來的信息③無線傳輸，采集點(diǎn)通過無線傳輸將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至終端④終端主機(jī)，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2.3 搭建地震網(wǎng)

地震監(jiān)測站接收來自各個用戶發(fā)送的地震參數(shù)后，將所有信息進(jìn)行分析計算，縮小地震區(qū)域范圍，將其作為小型虛擬地震觀測點(diǎn)，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時大大增加了觀測點(diǎn)的數(shù)量，從很大程度上提高了地震監(jiān)測的準(zhǔn)確性。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，將所有傳回的地面運(yùn)動數(shù)據(jù)匯總進(jìn)行評估，根據(jù)豐富的數(shù)據(jù)資源識別潛在危險區(qū)，有效分配物資及人力資源。地震網(wǎng)的建立可以更為準(zhǔn)確的推測震中位置以及高級地震的回歸周期，同時可以探測地震網(wǎng)范圍內(nèi)地殼運(yùn)動情況。

3 結(jié)論

本文在現(xiàn)有智能手機(jī)無線傳輸設(shè)備及國內(nèi)外最新相關(guān)研究成果的分析及總結(jié)基礎(chǔ)上，提出通過智能手機(jī)自帶MEMS加速傳感器搭建城市地震網(wǎng)的設(shè)計方案，將現(xiàn)有創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，由于條件限制，有些細(xì)節(jié)問題仍需進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步搭建模擬實(shí)驗(yàn)平臺獲取參數(shù)，最終達(dá)到理想中的快速高效監(jiān)測。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉凱，陳志東.MEMS傳感器和智能傳感器的發(fā)展[J].儀表技術(shù)與傳感器，2007（09）：9-10

[2]孔令綱，沈景春.MEMS傳感器原理與結(jié)構(gòu)簡析[J].國外油田工程，2005（10）：40-41

[3]Jay Esfandyari，Paolo Bendiscioli.在先進(jìn)移動設(shè)備上應(yīng)用MEMS傳感器[J].集成電路應(yīng)用，2012（02）：24-26