Tutkijat rakentavat miljardin antureiden maanjäristyksen observatorion optisilla kuiduilla

The Absurdity of Detecting Gravitational Waves (Saattaa 2019).

Anonim

Tuhansia kilometrejä haudattuja optisia kuituja risteävät kalifornialaisen San Franciscon lahden alueen, joka tuottaa nopeita internet- ja HD-videoita koteihin ja yrityksiin.

Biondo Biondi, Stanfordin maa-, energia- ja ympäristötieteiden geofysiikan professori, unelmoi siitä, että tämä tiheä verkko muuttuu halpaksi "miljardiksi antureiksi" tarkkailijaksi maanjäristysten jatkuvaan seurantaan ja tutkimiseen.

Kuluneen vuoden aikana Biondin ryhmä on osoittanut, että häiriintyneiden optisten kuitujen säikeiden muuttaminen on mahdollista muuntaa seismisten tapahtumien suuntaan ja suuruuteen.

Tutkijat ovat tallentaneet näitä seismisiä jigglejä Stanfordin yliopiston kampuksen alle asennetun 3 m: n mittaisen optisen kuidun silmukkaan instrumenttien avulla, joita kutsutaan nimellä OptaSense, joka on julkaissut tutkimuksen julkaisut.

"Voimme jatkuvasti kuunnella - ja kuulla hyvin - maata käyttäen olemassa olevia optisia kuituja, joita on käytetty televiestintätarkoituksiin", Biondi sanoi.

Tällä hetkellä tutkijat tarkkailevat maanjäristyksiä seismometreillä, jotka ovat herkempiä kuin ehdotettu televerkko, mutta niiden kattavuus on harva, ja ne voivat olla haastavia ja kalliita asentaa ja ylläpitää etenkin kaupunkialueilla.

Sen sijaan seisminen observatorio, kuten yksi Biondi ehdottaa olisi suhteellisen edullinen toimimaan. "Jokainen mittari optisen kuidun verkostomme toimii kuten anturi ja maksaa vähemmän kuin dollari asentaa, " Biondi sanoi. "Et koskaan pysty luomaan verkkoa tavanomaisilla seismometreillä tällaisella kattavuudella, tiheydellä ja hinnalla".

Tällainen verkosto antaisi tutkijoille mahdollisuuden tutkia maanjäristyksiä, erityisesti pienempiä, yksityiskohtaisemmin ja tarkentaa niiden lähteitä nopeammin kuin tällä hetkellä on mahdollista. Suurempi anturin kattavuus mahdollistaisi myös suuremmat tarkkuusmittaukset maan vasteista ravistelemaan.

"Rakennusinsinöörit voisivat ottaa sen, mitä he oppivat, kuinka rakennukset ja sillat reagoivat pieniin maanjäristyksiin miljardin anturiryhmän avulla ja käyttävät näitä tietoja suunnittelemaan rakennuksia, jotka kestävät suurempaa ravistelua", sanoo Biondin laboratorion jatko-opiskelija Eileen Martin.

Takaisinsironnasta signaaliin

Optiset kuidut ovat ohuita säikeitä puhtaasta lasista hiusten paksuuden suhteen. Ne on yleensä yhdistetty yhteen kaapeleiden luomiseksi, jotka lähettävät datasignaaleja pitkiä matkoja muuntamalla sähköisiä signaaleja valoon.

Biondi ei ole ensimmäinen, joka kuvittelee optisia kuituja ympäristön valvomiseksi. Hajautettu akustinen tunnistus (DAS) tunnetaan jo öljy- ja kaasuteollisuuden putkistojen ja kaivojen terveydelle.

"Kuinka DAS toimii, kun valo kulkee pitkin kuitua, se kohtelee erilaisia ​​epäpuhtauksia lasissa ja palaa takaisin", Martin sanoi. "Jos kuitu oli täysin paikallaan, niin" backscatter "-signaali näyttäisi aina samanlaiselta. Mutta jos kuitu alkaa levitä joillakin alueilla - tärinän tai jännityksen vuoksi - signaali muuttuu.

Tämänkaltaisen akustisen tunnistuksen aikaisempi toteutus edellytti kuitenkin, että optiset kuidut kiinnittyisivät tiiviisti pinnalle tai sementtiin, jotta ne saataisiin mahdollisimman suuriksi kosketuksiin maan kanssa ja varmistaisivat korkeimman datan laadun. Sitä vastoin Biondin Stanfordin mukaan - kuituoptisen seismisen observatorion kutsuttu projekti - käyttää samoja optisia kuituja kuin televiestintäyritykset, jotka ovat kiinnittämättömiä ja vapaasti kelluvia onttoa muoviputkistoa.

"Ihmiset eivät usko, että tämä toimisi", Martin sanoi. "He aina olettaa, että irrotettu optinen kuitu tuottaa liikaa signaalin kohinaa, jotta se olisi hyödyllistä."

Mutta koska Stanfordin kuituoptisen seismisen observatoriot aloitti toimintansa syyskuussa 2016, se on tallentanut ja luetteloinut yli 800 tapahtumaa, jotka vaihtelevat ihmisen tapahtumista ja pienistä, tuskin tunsivat paikallisia sotilaita voimakkaisiin, tappavasti katastrofeihin, kuten äskettäiset maanjäristykset, jotka löivät yli 2000 kilometrin päässä Meksikosta. Eräässä erityisen paljastavassa kokeessa maanalaisuus piirsi signaaleja kahdesta pienestä paikallisesta maanjäristyksestä, joiden suuruus oli 1, 6 ja 1, 8.

"Kuten odotettiin, molemmilla maanjäristyksillä oli sama aaltomuoto tai kuvio, koska ne olivat peräisin samasta paikasta, mutta suuremman järistyksen amplitudi oli suurempi", Biondi sanoi. "Tämä osoittaa, että kuituoptiikan seisminen observatorio pystyy erottamaan oikein erilaiset voimakkuusristeykset."

Ratkaisevasti taulukko havaitsi ja erotti myös kahdesta eri aallosta, jotka kulkevat maapallon läpi, nimeltään P- ja S-aallot. "Yksi tavoitteistamme on edistää varhaisen maanjäristyksen varoitusjärjestelmää, joka vaatii kykyä havaita P-aaltoja, jotka ovat yleensä vähemmän haitallisia S-aaltojen kohdalla, mutta saapuvat paljon aikaisemmin", Martin sanoi.

Stanfordin kuituoptisen seismisen observatorion on vasta ensimmäinen askel kohti Bayn laajuisen seismisen verkon kehittämistä, Biondi sanoi, ja vielä on monia esteitä, jotka voittavat, kuten osoittamalla, että ryhmä voi toimia koko kaupunkialueella.

menu
menu