Инженер

Джесси Сантос, инженер по применению продуктов, Анджело Никко Катапанг, инженер по применению продуктов, и Эрбе Д. Рейта, инженер по применению оборудования, все из Analog Devices

Землетрясения представляют собой серьезную угрозу для компактных коммерческих и жилых районов, а также для всех типов сооружений. По мере увеличения этих территорий и строительства новых зданий сейсмический мониторинг требует внедрения широко распространенной сенсорной сети. Традиционные инструменты нежизнеспособны из-за высокой стоимости и сложности. Использование акселерометров микроэлектромеханической системы (MEMS) и надежных малогабаритных геофонов позволяет разработать недорогое решение Интернета вещей (IoT). Современные технологии активных компонентов и преобразователей позволяют этим датчикам соответствовать современным стандартам приборов. AnalogDevices предлагает простое, но надежное решение для проектирования приборов для сетей сейсмических датчиков.

Поскольку мир становится все более взаимосвязанным и взаимозависимым, умеренные и сильные землетрясения могут вызвать значительные экономические потрясения и потери. Сильное землетрясение в любом уязвимом городском центре окажет волновое воздействие на национальную экономику этого центра и на способность его предприятий предоставлять услуги и участвовать в глобальном масштабе. (1) Признавая, что риск землетрясений является глобальной проблемой, улучшение сейсмического мониторинга для смягчения этого риска риск – это важнейшая ответственность.

Одним из ключевых факторов улучшения сейсмического мониторинга является внедрение сети сейсмических датчиков, что требует широкого развертывания и соединения сейсмических инструментов. (2) Однако стоимость и сложность установки многочисленных традиционных сейсмических инструментов высоки. (3) Интеграция технологии Интернета вещей обеспечивает недорогое решение при сохранении стандартного качества сейсмических данных. (4) В этой статье обсуждается физика землетрясений и датчиков движения грунта, современные стандарты приборов и функции, которые они извлекают. Кроме того, разрабатывается проект системы с использованием решений Analog Devices для различных приложений сетей сейсмических датчиков.

Землетрясение – это событие, вызванное движением и столкновением тектонических плит. Энергия, генерируемая в результате столкновений, распространяется по поверхности Земли и вокруг нее в виде сейсмических волн. Эти волны приходят в разных направлениях и делятся на объемные волны и поверхностные волны.

Рис. 1. Типы сейсмических волн: а – первичные волны; (б) вторичные волны; (в) Волны любви; (г) Волны Рэлея.(5)

Существует два типа объемных волн: первичные волны (P-волны) и вторичные волны (S-волны). Р-волны распространяются по направлению распространения в виде серии сжатий и разрежений. Из-за характера распространения они следуют сферической дивергенции. Хотя у них самый большой затух волновой энергии среди других типов волн, они самые быстрые, имея скорость от 5 до 8 км/с. Быстрый распад энергии также делает их наименее разрушительным типом волн. Р-волны могут распространяться не только по поверхности, но и по воде или жидкостям.

S-волны, также называемые поперечными волнами, следуют сразу за приходом P-волн. Они распространяются по поверхности Земли со скоростью от 60% до 70% P-волн. Волны этого типа распространяются ортогонально как направлению распространения, так и поверхности Земли. S-волны более разрушительны, чем P-волны, из-за их более низкой энергии затухания. P-волны и S-волны вместе известны как объемные волны.

Поверхностные волны на 10% медленнее объемных волн, но они наиболее разрушительны. Стоит отметить, что скорость распространения сейсмических волн широко варьируется в зависимости от типа грунта, в котором они движутся. (6) Поверхностные волны состоят из волн Рэлея и Лява. Волны Рэлея — это тип поверхностных волн, которые распространяются вблизи поверхности Земли в виде ряби и вызывают вращение, которое может быть либо прямым (вдоль направления распространения), либо ретроградным (против направления распространения). Их еще называют накатными из-за характера их движения. Волны любви, с другой стороны, движутся ортогонально направлению распространения, но параллельно поверхности Земли. На рисунке 1 показаны различные типы волн и их влияние на тело Земли.