分别研制基于MEMS的低成本三向地震加速度传感模块和三分量倾角传感器模块，实现结合传感器的基本振动和倾角测量功能；研究智能传感器多通道监测数据智能管理模块，对多分量监测数据采集、传输进行有效管理；融合上述模块，形成MEMS传感器工程样机，进行工程化深度研发并定型。批量生产MEMS传感器为课题二～课题四的研究提供基础数据，并为课题五的工程示范应用提供硬件装备。
1. 研究目标
本课题基于低成本MEMS芯片研究加速度计、倾斜计、数据采集、通信模块等多模块的优化集成技术，研制集成高精度MEMS加速度及倾角测量的多功能建筑结构智能监测传感器。设计传感器多通信模式自动切换、能量供应优化管理方案，内置实时地震动参数及结构评估算法，并开展多功能结构监测仪的工程化设计和生产。
2.主要研究内容
（1）基于MEMS的低成本加速度传感模块研制
研究在城市大规模建筑群地震灾害风险感知系统中，适应高密度布设、安装方便、成本低廉的加速度传感器。
图1 基于MEMS的低成本加速度传感模块主要研究内容
（2）基于MEMS的三分量倾角传感模块研制
构建基于MEMS加速度计、MEMS陀螺仪和地磁传感器的硬件传感模块，结合卡尔曼滤波算法、振动理论模型等，开展三分量MEMS倾斜传感模块的研制。模块采用边缘计算方式，在模块内部实现俯仰角、翻转角、旋转角等三个倾角分量的同步高精度解算。
图2 基于MEMS的三分量倾角传感模块研究内容
（3）多通道结构智能监测数据管理模块研制
多通道结构智能监测数据管理模块为结构观测的多个观测传感模块进行统一供电服务及数据交互，形成统一的数据采集和管理功能，利用通信端口实现同结构观测监控中心平台的注册和信息交互功能。
图3 多通道结构智能监测数据管理模块研究内容
（4）结构智能监测仪模块化集成及工程化试制
对建筑结构智能监测仪进行标准化工艺流程设计,并根据本项目所研发设备的生产特点，将其所使用的各种原材料和半成品，通过一定的生产设备、按照一定的生产顺序实现流水线加工，使之成为标准化的建筑结构智能监测仪。
图4 结构智能监测仪工程化试制研究内容
3.拟解决的重大科学问题或关键技术问题
（1）建筑结构智能监测仪所处观测环境复杂，在大震发生后可能无电源、无公用通讯网络，如何优化应用北斗、5G、4G、短距离通信等多种通信技术及自动启动备用电源，设计大震后能自动切换通信模式、自动供电的结构智能监测仪，保证大震后建筑结构监测数据的及时上传。
（2）《建筑结构智能监测仪制造工艺》、《建筑结构智能监测仪质量控制与检测技术规程》两套企业标准的建立是本课题的另一个关键技术问题，是仪器装备大规模制造生产的基石。将主要依据科技部《科学仪器设备开发可靠性工作指南》的可靠性工作管理要求，参照《军用装备实验室环境试验方法》（GJB150A-2009）和《电工电子产品环境试验方法》（GB2423）等国家标准，开展仪器制造工程化开发和可靠性设计与试验，进而形成企业标准文件，为未来的工程化应用提供生产规范指导。
图5 课题一技术路线图
4.考核指标及评测手段/方法
考核指标：
（1）基于MEMS的低成本地震加速度传感模块样机5套；基于MEMS的三分量倾角传感模块样机5套；多通道结构智能监测数据管理模块样机5套；建筑结构智能监测仪简版样机、中心版样机各5套；建筑结构智能监测仪整机648套；仪器性能指标由第三方测试；
（2）《建筑结构智能监测仪制造工艺》企业标准1套，《建筑结构智能监测仪质量控制与检测技术规程》企业标准1套。
（3）申请发明专利3项、实用新型专利2项，申请软件著作权3项，发表论文5篇，其中SCI/EI论文3篇。
测评方法：
第三方测试报告、专家鉴定验收证明、企业标准、论文收录或检索证明及学位论文等。
5.参加单位任务分工
中国地震局地球物理研究所团队负责基于MEMS的低成本加速度传感模块研制、多通道结构智能监测数据管理模块研制；东莞理工学院团队负责基于MEMS的三分量倾角传感模块研制；深圳防灾减灾技术研究院负责结构智能监测仪模块化集成及工程化试制。
