多个位置敏感探测器测量相对位移和局部倾斜角

　我们提出了一种新型的用于监测建筑的结构健康传感器系统。该系统在地震时通过光学测量相对位移来检测任何变形的建筑构件。该传感器单元是由三个位置敏感探测器（PSD）和可测量的相对位移精确的镜头组成，即使PSD单元在响应地震振动时是倾斜。为了验证，实验室测试使用Xθ级和振动台进行测试。静态试验表明，传感器可以测量局部倾角和横向位移。 动态实验表明，该传感器的精度为150 m的相对位移测量100rad的倾角测量。这些结果表明，该新型传感器系统对于响应地震振动的相对位移的测量具有足够的精度。
最近，相对位移的测量备受关注，因为它们能够直接监测建筑物的损害。 由于建筑构件变形产生的残余位移，位移测量对于损伤检测是必要的。 特别是在地震时，测量的相对位移对于实时结构诊断是有效的。 然而，由于传感器单元倾斜的地震振动响应的原因，精确地测量的相对位移是困难的。
一个可能的解决方案是测量局部倾角和扭转角以及相对位移。这样的测量方案已经通过处理使用一个嵌入式的陀螺传感器，捕获的图像被自动稳定与不稳定处理，实现在图像稳定器的数码相机。然而，陀螺传感器不在地震振动的情况下工作，由于地震动的频率太低（从直流到20赫兹），倾斜角度（约0.001弧度）也太小了。帕克和他的团队提出了一个方法称为分区法的方法，通过在每一层楼设置两个摄像机测量的相对位移和地板的倾斜角度。然而，摄像机的方法需要额外的计算机图像处理是不适合实际应用，例如像素扫描，目标识别，和轮廓的定义。此外，用分区法为了同时监测在其相邻的上层目标的运动，相机设置的位置对开放的天花板空间是有限的，。因此，用常用的方法相对位移的测量是不方便的。
在本文中，我们提出了一个由三对位置敏感探测器（PSD）组成的新型传感器系统和发光二极管（LED）阵列。三LED阵列安装在天花板上，然而三个PSD安装在一个地方的地板上因此每个PSD捕捉相应LED阵列的运动。首先，我们表明，使用这种传感器系统，相对位移，局部倾角和扭转角，可以独立测量。由于LED的光传播，LED的倾斜角度，即上层的弯曲，是可以忽略不计的。 接下来，我们使用Xθ级和振动台通过动态移动PSD单元和LED阵列来评估传感器系统的性能。最后，我们从响应速度和分辨率的角度讨论了这一传感器系统的监测建筑结构健康的可行性。