分布式光纤地震传感设备让地震监测更可靠_传感

分布式光纤地震传感设备让地震监测更可靠

2021/8/9 11:42:51 31590: 来源：仪表网

摘要：当地震发生，地震波传播到光缆时，光纤会产生应变而被拉伸或压缩，由于相干激光在光纤介质中的弹光效应，瑞利散射光的振幅和位相就会发生改变。

　　【仪表网仪表产业】导读：近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心陈旸、赵东锋团队与地球和空间科学学院王宝善、姚华建团队合作，成功研制出具有自主知识产权的分布式光纤声波/振动传感(DAS)系统，该设备可使用现有通信光缆进行地震监测、地质灾害预测、地下结构成像、城市地下空间探测等。

　　DAS设备自2021年6月部署在合肥紫蓬山进行连续观测以来，已成功监测到安徽定远2.3级地震(6月4日)、安徽宣城2.7级地震(7月22日)、菲律宾6.6级地震(7月24日)、中国台湾宜兰县5.8级地震(8月5日)等一些区域和全球地震。

　　当地震发生，地震波传播到光缆时，光纤会产生应变而被拉伸或压缩，由于相干激光在光纤介质中的弹光效应，瑞利散射光的振幅和位相就会发生改变，通过接收并解调背向瑞利散射光就可以获得地震波的信息。DAS技术利用相干激光在光纤介质中的弹光效应来感知和传输外界的振动和声波信号，具有分布式、集成度高、远距离传输、抗干扰性强、分辨率达米级等优点，为地震监测和地下结构成像提供了一种全新技术途径。

　　研究团队通过对DAS专用激光光源、后向瑞利散射光与本振光的相干探测、拍频信号相位解调以及系统软件算法等关键技术进行攻关，研制成用于高分辨率地震监测和成像的分布式光纤声波/振动传感设备。该设备监测频率范围为10毫赫兹至20千赫兹，定位精度为3.5米，监测长度达40公里。该系统可以利用现有的通信光缆进行地震监测、地质灾害预测和城市地下空间探测等，服务国家防灾减灾重大需求和城市规划发展。

　　地震计传感器工作原理

　　以前，老式地震监测设备采用的是速度型地震计。

　　这种地震计采用的是电磁感应原理，即在封闭的磁场内放置一个线圈，摆体的相对运动速度与其线圈输出呈正比。

　　不过，速度型地震计只能检测到相对而言比较大的运动量，目前，面对监测范围和精度的提升需求，新式地震加速度计应用而生。

　　地震计内部构造示意图，图中左、右分别为地震计水平、垂直分向摆体

　　究其原因，是因为与速度型检波器相比，在内部摆体完全静止时，速度型地震计基本不会有响应，加速度计却能够检测到摆体的某些运动倾向，也就是加速度状态。

　　因此，速度型检波器只能检测到相对而言比较大的运动量，而加速度计可以检测到极其微小的运动量。

　　目前，伺服加速度传感器被广泛的应用在地震计当中，因具备线性响应好、工作状态稳定等优点，这种地震加速度传感器测量的位移在低频的时候也会非常灵敏，而这也是目前应用广泛的宽频带和甚宽频地震计的核心工作原理。

　　地震预警的作用

　　地震预警只有短短几秒钟或者几十秒钟，时间确实很短，但作用却相当巨大。

　　举个列子，有3秒钟的时间，小朋友们在学校就可以迅速的躲在桌子底下，在家里的可以躲在角落边或者卫生间去；而5秒钟的时间，足以把一楼的人员疏散到楼外；10秒钟的时间，一楼二楼都可以进行疏散，也有足够离开电梯的时间了。

　　对那些工程，化工厂、核电站来说，提前预警更为有用，比如，工程设施在收到1秒预警的时候，电磁阀可以关闭；2秒的预警时间，已经可以让核电站的核反应堆紧急关停；3秒已经可以让很多化工厂处在安全状态。