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探测系统已成功探测到安徽定远地震(6月4日)、安徽宣城地震(7月22日)、菲律宾6.6级地震(7月24日)、和台湾宜兰县地震(8月5日),自2021年6月部署在合肥紫蓬山进行连续观测以来。
当地震发生时,地震波传播到光缆上,光缆会因应变而被拉伸或压缩。由于光纤介质中相干激光的弹性和光学效应,瑞利散射光的振幅和相位会发生变化,通过接收和解调后向散射光来获得地震波信息。DAS技术利用相干激光在光纤介质中的弹性和光效应来感知和传输外界的振动和声信号。DAS技术具有分布式、集成度高、传输距离远、抗干扰能力强、分辨率达米等优点,为地震监测和地下结构成像提供了新的技术途径。
研究团队利用DAS专用激光光源、后向散射瑞利光和本振光相干检测等关键技术,开发了一种分布式光纤声振动传感器,用于高分辨率地震监测和成像。拍频信号相位解调及系统的软件算法。该设备的频率范围为10毫赫兹到20千赫兹,定位精度为3.5米,监控长度为40公里。该系统可以利用现有的通信电缆进行地震监测、地质灾害预测、城市地下空间探测等,服务于国家防灾减灾和城市规划发展的重大需求。
地震传感器的工作原理
过去,老式的地震监测设备使用的是速度型地震仪。
地震检波器使用电磁感应,线圈放置在一个封闭的磁场中,钟摆的相对速度与线圈的输出成正比。
然而,速度地震仪只能探测到相对较大的运动量。目前,为了提高地震监测的范围和精度,采用了新的地震加速度计。
地震仪内部结构示意图,左边和右边分别是地震仪的水平摆和垂直摆
原因是与速度型检波器相比,当内部摆完全静止时,速度型检波器基本没有响应,但加速度计可以检测到摆的一些运动趋势,即加速度状态。
因此,速度检测器只能检测相对较大的运动量,而加速度计可以检测非常小的运动量。
目前,伺服加速度传感器在地震检波器中得到了广泛的应用,由于其线性响应好、工作状态稳定等优点,使得该地震加速度传感器所测得的位移在低频下非常敏感,这是目前广泛应用的宽频带和甚宽频带地震仪的核心工作原理。
地震预警的作用
地震预警只有几秒或几十秒,虽然时间短,但影响却是巨大的。
例如,孩子们可以在三秒钟内迅速躲到学校的书桌下、角落里或家里的浴室里。五秒钟足够疏散一楼了。在10秒内,一楼和二楼都可以疏散,有足够的时间离开电梯。
对于那些化工厂、核电站等项目,预警更为有用,例如工程设施在电磁阀关闭时收到1秒预警;2秒的预警时间,已经能够让核电站核反应堆紧急关闭;三秒钟足以保证许多化工厂的安全。
对于地震预警,或者地震引起的一些不安全因素,如果能够检测到,提前几秒钟就可以解决很多问题。理论研究表明,3秒的预警时间可以减少14%的伤亡。10秒内减少39%;在20秒内减少63%。
早期预警虽然能在一定程度上减少人员伤亡和损失,但不能达到100%。毕竟,面对自然灾害,这段时间太有限了。平安!
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