CN106104276B - 用于检测并记录一建筑体验到的加速度的装置以及操作该装置的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于检测并记录建筑体验到的加速度的、包括加速度计、处理器和存储器的装置及其操作方法。该方法包括：i.以降低的功率状态操作处理器、加速度计和存储器；ii.响应于检测到具有大于第一预先选择的阈值量值的量值的加速度将加速度计切换到完全操作状态并将加速度计数据存储在缓冲区中；iii.将处理器和存储器切换到完全操作状态；iv.操作处理器以将来自缓冲区的加速度计数据存储在存储器中；v.将处理器和存储器切换到降低的功率状态直至加速度计用信号通知另外的数据是可用的，并且将任何另外的加速度计数据存储在缓冲区中；vi.重复步骤iii)到v)直至自加速度计最后检测到具有大于第二预先选择的阈值量值的量值的加速度以来已过去预定时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测并记录一建筑由于力(诸如地震活动等)体验到的加速度的装置，并涉及操作这样的装置的方法。
背景技术
许多城市被建造在其中不时发生地震或其他地震活动的地震活跃区。
在确实发生显著的地震事件时，有必要检查现有楼宇或其他建筑来确认该建筑如何反应、它是否需要修复、有多紧急需要修复、以及它是否可同时继续被使用。
虽然大多数区域的地震活动是以宏观尺度来记录的，例如由政府运营的地震监测站，但特定建筑物所体验到的加速度可受本地地质、建筑物的设计和构造、以及其他因素的影响。
在评估特定建筑物的安全性和性能时，具有该建筑物体验到的实际加速度(量值和方向)的记录将是有益的。在特别大或高的建筑的情况下，具有来自该建筑的若干部分的信息将是合乎需要的，例如来自多层建筑物的不同楼层。
现有技术包含用于检测并记录地震活动对这样的建筑的影响的装置的示例。然而，这些往往是很大且昂贵的装备，它们通常需要在每次记录地震事件之后保养，并且它们不能在无需某种形式的维护的情况下操作达延长的时段。结果，这样的装置当前未被广泛使用。
除地震活动之外，诸如狂风、繁忙的交通、爆炸以及一些情况下的步行者活动等其他力可造成建筑的移动，该移动需要被记录并分析以确认该建筑是安全的或者标识该建筑的需要修复的部分。
在本说明书中对任何现有技术的参考不是且不应被认为是现有技术形成任何国家的公知常识的一部分的确认或任何形式的暗示。
相应地，本发明的目标是提供一种用于检测并记录建筑所体验到的加速度的装置和/或系统和/或一种操作这样的装置的方法，这将克服或改善当前的方法和/或装置的问题或者这将至少提供有用的选择。
本发明的进一步目标可从以下描述中变得显而易见，以下描述只是作为示例给出的。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种操作用于检测并记录建筑所体验到的加速度的装置的方法，该装置包括加速度计、处理器以及非易失性计算机存储器设备，该方法包括以下步骤：
i.以降低的功率状态来操作处理器、加速度计和计算机存储器设备；
ii.响应于检测到具有大于第一预先选择的阈值量值的量值的加速度，将加速度计切换到完全操作状态并将加速度计数据存储在缓冲区中；
iii.将处理器和计算机存储器设备切换到完全操作状态；
iv.操作处理器以将来自缓冲区的加速度计数据存储在计算机存储器设备中；
v.将处理器和计算机存储器设备切换到降低的功率状态，直至加速度计用信号通知更多数据是可用的，并且将任何更多加速度计数据存储在缓冲区中；
vi.重复步骤iii)到v)，直至自加速度计最后检测到具有大于第二预先选择的阈值量值的量值的加速度以来已经过去预定时间。
优选地，该方法包括以下又一步骤：
vii.将处理器、加速度计和计算机存储器设备切换到降低的功率状态。
优选地，该方法包括重复步骤i)到vii)。
优选地，步骤iii)进一步包括在计算机存储器设备上创建新文件的步骤且步骤iv)包括将来自缓冲区的加速度计数据存储在新文件中的步骤。
优选地，第一预先选择的阈值量值等于0.02G。
优选地，第一预先选择的阈值量值等于0.001G。
优选地，第二预先选择的阈值量值等于0.02G。
优选地，第二预先选择的阈值量值等于0.001G。
优选地，预定时间包括5秒。
优选地，该装置包括更多的传感器，且步骤ii)进一步包括将该更多的传感器切换到完全操作状态并将来自该更多的传感器的数据存储在缓冲区中的步骤。
优选地，步骤v)进一步包括将更多的传感器切换到降低的功率状态或关闭状态的步骤。
优选地，非易失性计算机存储器设备包括安全数字(SD)卡，或更优选地微SD(microSD)卡。
优选地，该装置进一步包括与处理器通信的通用串行总线(USB)连接器，并且其中该处理器将指示加速度计的输出的数据发送给USB连接器。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于检测并记录建筑所体验到的加速度的装置，该装置包括外壳、在该外壳内提供的处理器、连接到该外壳的内部并与该处理器通信的加速度计、以及连接到该处理器的非易失性计算机存储器设备连接装置，该连接装置被适配成用于在使用中可释放地连接到至少一个非易失性计算机存储器设备：
i.该处理器、加速度计和计算机存储器设备初始以降低的功率状态来操作；
ii.响应于检测到具有大于第一预先选择的阈值量值的量值的加速度，加速度计切换到完全操作状态并将加速度计数据存储在缓冲区中；
iii.响应于加速度计检测到具有大于第一预先选择的阈值量值的量值的加速度，处理器和计算机存储器设备切换到完全操作状态；
iv.处理器将来自缓冲区的加速度计数据存储在耦合到该连接装置的计算机存储器设备中；
v.处理器和计算机存储器设备切换到降低的功率状态，直至加速度计用信号通知更多数据是可用的，并且将任何更多的加速度计数据存储在缓冲区中；以及
vi.该装置重复步骤iii)到v)，直至自加速度计最后检测到具有大于第二预先选择的阈值量值的量值的加速度以来已经过去预定时间。
优选地，第一预先选择的阈值量值包括0.02G。
优选地，第二预先选择的阈值量值包括0.02G。
优选地，第一预先选择的阈值量值包括0.001G。
优选地，第二预先选择的阈值量值包括0.001G。
优选地，非易失性计算机存储器设备连接装置被配置成用于连接到安全数字(SD)卡，或更优选地微SD卡。
优选地，该装置进一步包括与处理器通信的通用串行总线(USB)连接器。
优选地，处理器将指示加速度计的输出的数据发送到USB连接器。
优选地，该装置包括电池。
优选地，该装置能在未连接到该外壳外部的任何装置的情况下操作。
优选地，该装置进一步包括无线通信装置。
优选地，该无线通信装置包括射频收发机、3G收发机或蓝牙模块之一。
优选地，该无线通信装置被提供在外壳的内部。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于检测并记录建筑所体验到的加速度的装置，如在本文中基本上参考附图描述的。
根据本发明的第四方面，提供了一种操作用于检测并记录建筑所体验到的加速度的装置的方法，如在本文中基本上参考附图描述的。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于检测并记录建筑所体验到的加速度的装置，该装置包括：
·外壳；
·在所述外壳内提供的处理器；
·连接到外壳的内部且与处理器通信的加速度计；
·连接到该处理器的非易失性计算机存储器设备连接装置，该连接装置被适配成用于在使用中可释放地连接到至少一个非易失性计算机存储器设备；
·其中，在使用中，在加速度计检测到具有大于预先选择的阈值量值的量值的加速度事件时，处理器将指示加速度计的输出的数据记录在连接到非易失性存储器设备连接装置的非易失性存储器设备上。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于检测并记录地震活动的系统，包括第五方面的至少一个装置和基站，其中向该至少一个装置和基站提供了用于从该至少一个装置到基站的通信的通信装置。
优选地，在使用中，基站在较低功率模式中操作，直至它接收到来自该至少一个装置中的至少一者的通信。
优选地，基站为该至少一个装置中的每一者创建日志文件。
优选地，通信装置是无线通信装置。
优选地，通信装置能用于将信息从基站发送到该至少一个装置。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于检测并记录地震活动的系统和/或操作用于检测并记录地震活动的系统的方法，如在本文基本上参考附图描述的。
本发明还可被称为广泛包括本申请的说明书中引用或指示的各部分、元素、以及特征(独立地或全体地，以这些部分、元素或特征的两者或更多者的任何或全部组合)，并且其中本文中提到了在本发明所涉及的领域中具有已知等效物的特定整数，这样的已知等效物被认为包括在本文内(如同被单独地阐明一样)。
从作为本发明的可能实施例的示例给出的以下描述中，本发明的又一些方面(应在其全部新颖方面考虑)将变得明显。
附图说明
图1是根据本发明的用于检测并记录建筑所体验到的加速度的一个实施例的图解等距视图，其中内部电子组件被隐藏细节地示出。
图2是图1的装置的系统框图。
图3是示出本发明的装置的操作的方法的一个实施例的流程图。
图4是提供有根据本发明的一实施例的用于检测并记录建筑所体验到的加速度的系统的建筑物的图解侧视图。
图5是示出本发明的基站的操作的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
首先参考图1和2，根据本发明的一个实施例的一种用于检测并记录建筑所体验到的加速度的装置由附图标记100概括地引用。所记录的加速度可由地震活动、风、海啸波、附近交通、爆炸、或造成建筑的移动的任何其他现象来引起。
装置100(本文中也被称为检测器/记录器装置100)包括外壳1。外壳1优选地由非导电结构材料制成，优选地是合适的塑料。在一个实施例中，外壳1大体上是155mm长且80mm宽。
印刷电路板(PCB)2被包含在外壳1内。处理器3和加速度计4被安装在外壳1内，优选地被安装在PCB 2上。加速度计4的安装应当使得它体验到与外壳1(以及外壳所附连到的结构或建筑元素)基本上相同的加速度，具有最小阻尼(如果有的话)。
处理器3优选地是微处理器，例如PIC18F46J50XLP微控制器。加速度计优选地是可以在降低的功率状态或“睡眠状态”中操作的MEMS类型的加速度计，更优选地是还具有板载缓冲区的加速度计。申请人发现类似器件ADXL362三轴MEMS加速度计尤其合适。在一些实施例中，还提供了一个或多个其他传感器(例如，罗盘传感器C)。罗盘传感器C(如果提供的话)优选地与加速度计对齐。在一些实施例中，还可提供全球定位系统(GPS)传感器。
装置100还提供有非易失性计算机存储器设备连接装置5，例如安全数字(SD)卡端口，更优选地是微SD端口。在使用中，装置100通常具有连接到连接装置5的合适的非易失性计算机存储器设备，例如，微SD卡。
在一些实施例中，还提供了通用串行总线(USB)端口6。非易失性计算机存储器设备连接装置5和USB端口6操作地连接到控制器3，如加速度计4一样。
还可提供数个发光二极管(LED)7，以及一个或多个按钮8，以促进设置、校准以及检错。
还提供了连接到合适的安装装置(未示出)以对装置100供电的电池9。在优选实施例中，电池9是CR2450 3V 620mAH锂纽扣电池。在另一示例中，可以使用四个1.5V锂AA电池。
优选地，还提供了内部温度传感器10。还可提供辅助端口12，一个或多个外部传感器(诸如外部温度传感器和/或相对湿度传感器)可连接到该辅助端口12。作为补充或替换，辅助端口12可被用来与一个或多个外部系统或设备通信，例如以发送信号或触发信号或者接收数据。
在一些实施例中，可提供无线通信模块11。这可包括射频发射机/接收机、3G或蓝牙收发机，等等。在一些实施例中。这样的模块可连接到USB端口6，而非在外壳1的内部提供。
接下来参考图3，将描述装置100的优选实施例的操作方法的示例。
在对装置100通电时，处理器3在步骤20经历初始化和配置步骤。接着，加速度计4在步骤21经历配置操作。
在步骤22，处理器3、加速度计4以及计算机存储器设备被设置成在降低的功率状态中操作，例如“睡眠”状态。处理器3、加速度计4以及计算机存储器设备保持在降低的功率状态，直至加速度计4检测到超过阈值量值的加速度。在优选实施例中，阈值加速度可以是0.02G，但在一些实施例中，这可被调整为低至0.001G。
在检测到显著很大的加速度时，加速度计4开始在完全操作状态中操作，并将信息存储在缓冲区中，优选地存储在板载缓冲区中。处理器也开始在全功率状态中操作，且大容量存储设备服务被启动，参见步骤23。在步骤24，在微SD卡上创建新日志文件。在本发明的存在加速度计以外的附加传感器(例如，罗盘C)的各实施例中，来自这些其他传感器的信息也可被存储在板载缓冲区中。这些附加传感器优选地处于低功率或“关闭”状态，直至加速度计4检测到超过阈值量值的加速度。
在步骤25，来自缓冲区的数据被传送给微SD卡。在优选实施例中，在将数据传送给存储器设备之前，基于校准因子来预处理该数据。
本发明的特征在于处理器能够以比加速度计高得多的速率来操作。相应地，在步骤26，为使功率使用最小化，一旦来自缓冲区的所有数据被发送到微SD卡，处理器和微SD卡就切换到较低功率状态。处理器和微SD卡保持在低功率状态，直至加速度计用信号通知更多信息被存储在缓冲区中准备好传输为止，此时处理器和微SD卡再次切换回全功率状态并传送这一新数据，如在步骤25。
这一循环重复，直至在预先选择的时段期间没有检测到高于预定阈值的加速度的预定时间量已过去(例如，没有检测到高于0.02G的加速度达5秒)，此后，加速度计也切换回降低的功率状态并且日志文件被关闭，如在步骤27所示。此时，任何其他传感器(诸如罗盘和/或GPS传感器(如果提供的话))也可返回较低功率或“关闭”状态。
装置100在降低的功率状态中等待(如在步骤22中所示)直至检测到高于阈值的另一加速度，于是重复步骤23到27。
如果合适的设备连接到USB端口(诸如膝上型计算机)，则设备加速度日志可以从该设备下载。除此之外，设备固件也可被更新且设备可被配置并且时钟可经由虚拟串行端口来同步。如果无线模块已被安装在该设备上，则所有先前特征也可经由无线连接可用，以及使多个启用无线的设备立刻时间同步的能力也是可用的。
尽管装置100可经由USB端口和/或无线通信模块11连接到其他装备，它也可根据一个或一个以上事件来操作并记录数据，同时完全无需到外壳1的外部的装备的任何连接。
数据可以经由USB端口从该装置被提取，或通过从其端口移除微SD卡来被提取。使用非易失性计算机存储器设备(诸如微SD卡)的优点在于在装置100被破坏的情况下(除了在微SD卡本身被破坏的不太可能的事件之外)数据将不会丢失。
数据还可经由无线通信模块11(如果提供了的话)来被提取。这一模块也可被用于配置该装置和/或时间同步。
接下来参考图4和5，在一些实施例中，多个检测器/记录器装置100可被用在同一建筑物B中。在优选实施例中，用于检测并记录建筑所体验到的加速度的系统101可包括多个装置100和基站102。在一个实施例中，每一装置100可能够在基站模式中操作，但在其他实施例中，基站102可以是与检测器/记录器装置100不同的设计。在基站102是与检测器/记录器装置100不同的设计的情况下，它可以用电力网供电，使用电池作为后备。在基站102是检测器/记录器装置100的情况下，它也可以从电力网供电，例如经由USB端口。
接着参考图5，具体而言，在优选实施例中，基站102(或在基站模式中操作的检测器/记录器装置100)如下操作。
与检测器/记录器装置100一样，在对基站102通电时，处理器3在步骤20经历初始化和配置步骤。接着，无线通信硬件在步骤30经历配置操作。
在步骤22，基站102被设置成在降低的功率状态(例如，“睡眠”状态)中操作，直至它接收到来自一个或多个检测器/记录器装置100或来自另一远程源的通信。
在装置100所附连到的建筑元件体验到高于预定阈值的加速度时，处理器也开始在全功率状态中操作，且大容量存储设备服务被开始，参见步骤23。对于与基站102通信的每一检测器/记录器装置100，在步骤24在微SD卡上创建新日志文件。在步骤31，来自每一检测器/记录器装置100的数据被传送给微SD卡。基站102随后等待进一步输入。
在特定检测器/记录器装置100没有发送任何信息达预定时长时，在步骤32，该检测器/记录器装置100的日志文件被关闭。在没有从任一检测器/记录器装置100接收到更多信息时，该系统被关机(步骤33)。
如在图5中所示，在该建筑的一部分中引起高于预先选择的阈值的加速度的事件发生时，基站102(通常无线地)接收来自一个或多个远程检测器/记录器装置100的数据。这允许从单个源而非单独地从每一检测器/记录器装置100检索与该事件有关的信息。在优选实施例中，无线通信是通过MiWi无线协议的，但其他协议(诸如Wif、蓝牙等)也可被使用。
在一个实施例中，基站102可被提供有网络/因特网连接(有线、蜂窝、或这两者)，使得可在远程检索信息。基站102也可被用来设置和/或推送对检测器/记录器装置100的更新。基站102也可在它所维护的网络上监视检测器/记录器装置100的状态，例如通过收集诸如电池水平、温度等信息。
在安装之前，该硬件将被测试，电池以及微SD卡将被安装，并且固件将被更新到正确的产品版本。
检测器/记录器装置100通常将被安装在由合格的建筑工程师所建议的特定位置。该装置可被封闭在保护箱(未示出)中。可使用闩和粘合剂将该装置直接安装在地板、墙壁、地板的下面、或其他结构或建筑元件，使得它体验到与它所附连到的建筑元件基本上相同的加速度。一旦该装置被安装，安装者将该设备打开并使用设备上的按钮、通过USB物理连接到该设备的膝上型设备、或者通过这些的某种组合遵循LED所指示的校正例程。
将需要作出周期性检查(例如，每年)以检查该设备的电池状态。然而，因为它极低的功率使用，该装置将能够在电池更换之间操作达5年。
本领域技术人员将明白，本发明的优选实施例提供了一种用于检测并记录建筑所体验到的加速度的装置以及操作该装置的方法，该装置是紧凑的、自包含的、低维护且相对低成本，该方法造成相对低的功耗以及延长的电池寿命。
除非上下文另外明确地要求，贯穿说明书和权利要求书，词语“包括”、“包含”等等在包含性的意义上而不是在排他性或穷尽性的意义上(即，在“包括、但不限于”的意义上)进行解释。
在上述描述中，已经参考了本发明的具有已知等效物的特定组件或整数，这样的等效物如同被单独地阐明一样被包括在本文中。
虽然作为示例并参考其可能的实施例描述了本发明，但将理解，可以对其作出修改和改进而不背离所附权利要求书的精神或范围。
Claims (26)
1.一种操作用于检测并记录建筑所体验到的加速度的装置的方法，所述装置包括加速度计、处理器以及非易失性计算机存储器设备，所述方法包括以下步骤：
i.以降低的功率状态来操作所述处理器、加速度计和计算机存储器设备；
ii.响应于检测到具有大于第一预先选择的阈值量值的量值的加速度，将所述加速度计切换到完全操作状态并将加速度计数据存储在缓冲区中；
iii.将所述处理器和计算机存储器设备切换到完全操作状态；
iv.操作所述处理器以将来自所述缓冲区的加速度计数据存储在所述计算机存储器设备中；
v.将所述处理器和计算机存储器设备切换到降低的功率状态，直至所述加速度计用信号通知另外的数据是可用的，并且将任何另外的加速度计数据存储在所述缓冲区中；
vi.重复步骤iii到v，直至自所述加速度计最后检测到具有大于第二预先选择的阈值量值的量值的加速度以来已过去预定时间。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
vii.将所述处理器、加速度计和计算机存储器设备切换到所述降低的功率状态。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括重复步骤i到vii。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，步骤iii进一步包括在所述计算机存储器设备上创建新文件的步骤且步骤iv包括将来自所述缓冲区的加速度计数据存储在所述新文件中的步骤。
5.如权利要求1到3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一预先选择的阈值量值等于0.02G。
6.如权利要求1到3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一预先选择的阈值量值等于0.001G。
7.如权利要求1到3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第二预先选择的阈值量值等于0.02G。
8.如权利要求1到3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第二预先选择的阈值量值等于0.001G。
9.如权利要求1到3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述预定时间包括5秒。
10.如权利要求1到3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述装置包括另外的传感器，且步骤ii进一步包括将所述另外的传感器切换到完全操作状态并将来自所述另外的传感器的数据存储在所述缓冲区中的步骤。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，步骤v进一步包括将所述另外的传感器切换到降低的功率状态或关闭状态的步骤。
12.如权利要求1到3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述非易失性计算机存储器设备包括安全数字SD卡。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述非易失性计算机存储器设备包括微SD卡。
14.如权利要求1到3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述装置进一步包括与所述处理器通信的通用串行总线USB连接器，并且其中所述处理器将指示所述加速度计的输出的数据发送给所述USB连接器。
15.一种用于检测并记录建筑所体验到的加速度的装置，所述装置包括外壳、在所述外壳内提供的处理器、连接到所述外壳的内部并与所述处理器通信的加速度计、以及连接到所述处理器的非易失性计算机存储器设备连接装置，所述连接装置被适配成用于可释放地连接到至少一个非易失性计算机存储器设备，其中在使用中：
i.所述处理器、加速度计和计算机存储器设备初始以降低的功率状态来操作；
ii.响应于检测到具有大于第一预先选择的阈值量值的量值的加速度，所述加速度计切换到完全操作状态并将加速度计数据存储在缓冲区中；
iii.响应于所述加速度计检测到具有大于第一预先选择的阈值量值的量值的加速度，所述处理器和计算机存储器设备切换到完全操作状态；
iv.所述处理器将来自所述缓冲区的加速度计数据存储在耦合到所述连接装置的计算机存储器设备中；
v.所述处理器和计算机存储器设备切换到降低的功率状态，直至所述加速度计用信号通知另外的数据是可用的，并且将任何另外的加速度计数据存储在所述缓冲区中；以及
vi.所述装置重复步骤iii到v，直至自所述加速度计最后检测到具有大于第二预先选择的阈值量值的量值的加速度以来已过去预定时间。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述第一预先选择的阈值量值和第二预先选择的阈值量值包括0.02G。
17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述第一预先选择的阈值量值和第二预先选择的阈值量值包括0.001G。
18.如权利要求15、16或17所述的装置，其特征在于，所述非易失性计算机存储器设备连接装置被配置成用于连接到安全数字SD卡。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述非易失性计算机存储器设备连接装置被配置成用于连接到微SD卡。
20.如权利要求15到17中的任一项所述的装置，其特征在于，进一步包括与所述处理器通信的通用串行总线USB连接器。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述处理器将指示所述加速度计的输出的数据发送到所述USB连接器。
22.如权利要求15到17中的任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括电池。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述装置能在未连接到所述外壳外部的任何装置的情况下操作。
24.如权利要求15到17中的任一项所述的装置，其特征在于，进一步包括无线通信装置。
25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述无线通信装置包括射频收发机、3G收发机或蓝牙模块之一。
26.如权利要求24所述的装置，其特征在于，所述无线通信装置被提供在所述外壳内部。
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