شتابسنج، حسگری است که شتاب — نرخ تغییر سرعت — را معمولاً با تشخیص جابهجایی یک جرم مرجع نسبت به قاب آن اندازهگیری میکند. این حسگر پرکاربردترین حسگر در مهندسی زلزله، پایش سلامت سازه و تحلیل ارتعاش است.
شتابسنج، حسگری است که شتاب را معمولاً از طریق جابهجایی یک جرم مرجع نصبشده بر فنر و میراگر درون محفظهای متصل به سازه اندازهگیری میکند. هنگامی که سازه شتاب میگیرد، جرم مرجع عقب میماند و جابهجایی نسبی میان جرم و محفظه — که بهصورت خازنی، پیزوالکتریک، پیزومقاومتی یا نوری اندازهگیری میشود — متناسب با شتاب است. شتابسنجهای مدرن در گستره وسیعی از انواع در دسترساند، از جمله شتابسنجهای MEMS (کوچک، کمهزینه، پرکاربرد در الکترونیک مصرفی و بهطور فزاینده در SHM)، شتابسنجهای پیزوالکتریک (حساسیت بالا، بازه فرکانسی وسیع، استاندارد برای کاربردهای لرزهای و ارتعاشی)، شتابسنجهای تعادل نیرو (دقت بالا، نویز پایین، برای ثبت حرکات شدید) و شتابسنجهای فیبر نوری (مصون از تداخل الکترومغناطیسی، مناسب برای محیطهای سخت).
شتابسنجها حسگر اصلی در مهندسی زلزله و پایش سلامت سازه هستند. در لرزهشناسی حرکات شدید، شتابسنجها شتاب زمین را در ایستگاههای میدان آزاد ثبت میکنند و دادههای خام برای توسعه GMPE، طیفهای پاسخ و تحلیل خطر لرزهای فراهم میآورند. در پایش سازه، شتابسنجها در سراسر یک ساختمان یا پل برای ثبت پاسخ به زلزله، ارتعاش محیطی و بارهای بهرهبرداری مستقر میشوند — و شناسایی مودی، تشخیص آسیب و تحلیل تاریخچه پاسخ را ممکن میسازند. شبکههای مدرن حرکات شدید — نظیر آنهایی که توسط USGS، PEER و شبکههای ملی در ژاپن، تایوان و ایران اداره میشوند — بر هزاران شتابسنج برای تولید رکوردهای حرکت زمین مورد استفاده در پژوهش و طراحی تکیه دارند. در پایش سلامت سازه، شتابسنجهای MEMS به دلیل هزینه پایین، اندازه کوچک و سهولت استقرار بهطور فزایندهای به کار میروند و شبکههای متراکم حسگری روی سازههایی که با حسگرهای سنتی غیرعملی بودند را ممکن میسازند.
انتخاب و استقرار شتابسنج شامل چندین ملاحظه کلیدی است. حساسیت و بازه باید با حرکت مورد انتظار تطبیق یابند — شتابسنجهای حرکات شدید نیازمند دامنه دینامیکی وسیعی برای ثبت هم ارتعاشات کوچک محیطی و هم حرکات بزرگ زلزله بدون اشباع هستند. پاسخ فرکانسی باید بازه فرکانسی مورد نظر را پوشش دهد — برای سازههای عمرانی، معمولاً ۰/۱ تا ۵۰ هرتز. کف نویز کوچکترین حرکتی را که میتوان بهطور قابلاعتماد اندازهگیری کرد تعیین میکند. نصب باید جفتشدگی مکانیکی خوب به سازه را تضمین کند — نصب ضعیف میتواند تشدیدها را وارد کند و اندازهگیری را مخدوش کند. قرارگیری حسگر تعیین میکند کدام مودها قابل مشاهدهاند و آسیب با چه دقتی مکانیابی میشود؛ قرارگیری بهینه حسگر حوزه فعالی از پژوهش است. واسنجی باید بهصورت دورهای برای تضمین دقت انجام شود. جمعآوری داده — نرخ نمونهبرداری، تفکیکپذیری، همزمانسازی — باید با کاربرد تطبیق یابد. در ایران، شتابسنجها در شبکه ملی حرکات شدید، در پروژههای پایش سازه روی پلها و ساختمانهای حیاتی و بهطور فزاینده در استقرارهای کمهزینه SHM با حسگرهای MEMS به کار میروند. یکپارچهسازی شتابسنجها با مخابره داده زمان واقعی و تحلیل خودکار حوزه فعالی از توسعه است که بهسمت ارزیابی سریع پس از زلزله و هشدار سریع زلزله هدفگذاری میکند.