基于MEMS传感器的小型智能化强震仪

胡星星 滕云田

（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

本项目研制的小型MEMS强震仪，在软硬件上均采用模块化设计，以适应多种场合的应用需要。硬件由MEMS加速度计、控制处理器系统、数据存储系统、有线IP网络实时数据传输系统、无线3G数据传输模块、GPS校时模块以及内置高容量后备锂电的供电系统等组成。传感器以具有较高精度3分量数字输出的MEMS加速度计为拾震传感器，可以达到的低噪声，测量范围±2～±8 g可设，输出采样速率从1.56～800 Hz，最大仅有165μA的低功耗特性和仅有3 mm×3 mm的小体积封装，此外片上还集成了数字低通和高通滤波器，通过编程可以方便提取地震频带范围内的信号，减少了后期的数据处理过程。控制系统采用32位低功耗的嵌入式ARM9处理器S3C2440和嵌入式Linux操作系统，处理器工作主频400 MHz，内存64 MB SDRAM，以及256 MB的程序和数据Flash存储器，还可以外接大容量的SD卡数据存储器，满足对数据的采集、处理、传输及存储等方面的要求。有线或无线接入网络能使仪器通过远程获得实时监控和数据传输，或进行系统维护、状态监控或软件更新。软件以嵌入式Linux为操作系统，采取分层处理设计。对传感器的硬件驱动、数据采集、地震事件判断触发程序等放在底层驱动程序中，其中硬件驱动包括对传感器的I2C总线接口驱动、IO口驱动、中断驱动、异步通知的驱动等。而应用程序层主要包括地震动参数计算模块、本地数据库存储管理模块、数据传输模块、远程监控和FTP存储数据下载等远程服务器模块等，应用层程序采用多线程设计实现系统的多任务处理。整个MEMS强震仪组装在一个80 mm×120 mm×55 mm的小型铸铝盒中，在200 Hz采样率和有线网络实时传输状态下内置锂电池可连续供电24小时以上。

由于MEMS强震仪软硬件采用模块化设计，具有远程软件更新功能，可以适合多场合的应用：

（1）MEMS强震仪具有地震事件判断和触发记录功能，能够形成事件波形存储文件和连续波形存储数据文件，可用于强地震监测、爆破、桥梁、房屋健康检测等地震波形记录；

（2）地震仪内置地震事件地震动参数自动计算功能，可通过3G无线网络进行参数传送，且具有成本低、安装简便等特点，通过在城镇区域或需要重点监护地区密集安装布设，可以组建在大地震来临时可快速产出高分辨率精细震动图的地震动参数速报传感器网络，用于大地震的应急救援需要；

（3）通过加载地震波的P波检测程序模块，可用于大地震的地震预警；

（4）可以组建低成本高密度布设可远程监控和无线传输的现代智能化地震传感器网络。