摘要
最近在微电机械系统（MEMS）领域的进展使得加速度计的开发变得越来越适合用于地震学和结构工程应用。石英MEMS（QMEMS）传感器具有低自噪声、宽动态范围、出色的热稳定性以及紧凑的尺寸，为传统的力平衡式和压电式加速度计提供了一种经济高效的替代方案。本研究介绍了一种基于QMEMS的完整感测平台的开发和验证，该平台用于地震监测和结构健康监测（SHM），集成了新推出的Epson M-A370加速度计、具有精确定时同步功能的智能传感器盒以及嵌入式采集和边缘处理能力。该平台通过全面的实验室和现场实验进行了评估。实验中将M-A370与M-A352以及参考力平衡式加速度计进行了比较，同时还包括了对其他MEMS和压电式加速度计的对比测试。实验结果表明，加速度计的自噪声是影响运行模态分析（OMA）和长期SHM可靠性的主要因素。自噪声密度低于1 μg/√Hz（理想情况下低于0.5 μg/√Hz），对于要求最高的应用场景，甚至应接近或低于0.1 μg/√Hz，这是实现稳健的模态识别和在弱环境激励或非常安静的环境中可靠跟踪结构动态特性的实际性能目标。然而，这些值并非绝对限制，因为较高噪声的加速度计在噪声背景水平以上仍能可靠地记录地面运动。超低噪声的M-A370（0.02 μg/√Hz）提供的数据质量可与工程级的力平衡式加速度计相媲美。所提出的平台结合了超低噪声QMEMS技术、精确的定时同步和嵌入式处理功能，为城市地震观测站、分布式SHM、OMA以及基于冲击的地震预警（EEW）系统提供了可扩展的框架，适用于建筑物、桥梁和历史建筑等。
