DAS設備自2021年6月部署在合肥紫蓬山進行連續觀測以來,已成功監測到安徽定遠2.3級地震(6月4日)、安徽宣城2.7級地震(7月22日)、菲律賓6.6級地震(7月24日)、臺灣宜蘭縣5.8級地震(8月5日)等一些區域和全球地震。
當地震發生,地震波傳播到光纜時,光纖會產生應變而被拉伸或壓縮,由于相干激光在光纖介質中的彈光效應,瑞利散射光的振幅和位相就會發生改變,通過接收并解調背向瑞利散射光就可以獲得地震波的信息。DAS技術利用相干激光在光纖介質中的彈光效應來感知和傳輸外界的振動和聲波信號,具有分布式、集成度高、遠距離傳輸、抗干擾性強、分辨率達米級等優點,為地震監測和地下結構成像提供了一種全新技術途徑。
研究團隊通過對DAS專用激光光源、后向瑞利散射光與本振光的相干探測、拍頻信號相位解調以及系統軟件算法等關鍵技術進行攻關,研制成用于高分辨率地震監測和成像的分布式光纖聲波/振動傳感設備。該設備監測頻率范圍為10毫赫茲至20千赫茲,定位精度為3.5米,監測長度達40公里。該系統可以利用現有的通信光纜進行地震監測、地質災害預測和城市地下空間探測等,服務國家防災減災重大需求和城市規劃發展。
地震計傳感器工作原理
以前,老式地震監測設備采用的是速度型地震計。
這種地震計采用的是電磁感應原理,即在封閉的磁場內放置一個線圈,擺體的相對運動速度與其線圈輸出呈正比。
不過,速度型地震計只能檢測到相對而言比較大的運動量,目前,面對監測范圍和精度的提升需求,新式地震加速度計應用而生。
地震計內部構造示意圖,圖中左、右分別為地震計水平、垂直分向擺體
究其原因,是因為與速度型檢波器相比,在內部擺體完全靜止時,速度型地震計基本不會有響應,加速度計卻能夠檢測到擺體的某些運動傾向,也就是加速度狀態。
因此,速度型檢波器只能檢測到相對而言比較大的運動量,而加速度計可以檢測到極其微小的運動量。
目前,伺服加速度傳感器被廣泛的應用在地震計當中,因具備線性響應好、工作狀態穩定等優點,這種地震加速度傳感器測量的位移在低頻的時候也會非常靈敏,而這也是目前應用廣泛的寬頻帶和甚寬頻地震計的核心工作原理。
地震預警的作用
地震預警只有短短幾秒鐘或者幾十秒鐘,時間確實很短,但作用卻相當巨大。
舉個列子,有3秒鐘的時間,小朋友們在學校就可以迅速的躲在桌子底下,在家里的可以躲在角落邊或者衛生間去;而5秒鐘的時間,足以把一樓的人員疏散到樓外;10秒鐘的時間,一樓二樓都可以進行疏散,也有足夠離開電梯的時間了。
對那些工程,化工廠、核電站來說,提前預警更為有用,比如,工程設施在收到1秒預警的時候,電磁閥可以關閉;2秒的預警時間,已經可以讓核電站的核反應堆緊急關停;3秒已經可以讓很多化工廠處在安全狀態。
對地震預警而言,或者是地震導致的一些不安全的因素,如果能監測到,提前幾秒鐘就可以解決很多的問題。理論研究表明,3秒的預警時間,可以減少人員傷亡14%;10秒減少39%;20秒減少63%。
雖然預警能夠一定程度上的減少傷亡和損失,并不能達到100%,畢竟大自然的災難面前,這點時間太有限了,愿平安!
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