8月6日2時33分,山東省德州市平原縣(北緯37.16度,東經(jīng)116.34度)發(fā)生5.5級地震,震源深度10千米。同時,北京、江蘇、安徽等地的不少網(wǎng)友表示,同樣感受到明顯震感。
大地震對于國家和人民都有著不可預(yù)估的影響,因此監(jiān)測地質(zhì)活動,提前預(yù)警地震,加強(qiáng)人類抵御自然災(zāi)害的風(fēng)險尤為重要。斯坦福大學(xué)的研究表明,更廣泛的、更普遍的地震檢測網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在于我們的腳下,那就是通過承載高速互聯(lián)網(wǎng)的光纖電纜。
雖然光纖電纜的敏感度比不上專業(yè)地震儀,但是光纖電纜的經(jīng)濟(jì)性和普遍性有著巨大的優(yōu)勢,成本和安裝鋪設(shè)難度更低,可以為地震的研究提供更大的便利。一種基于分布反饋的(DFB)光纖激光器作為傳感元件的地震波傳感器具有極大的應(yīng)用前景。
光纖具有體積小、重量輕、本征絕緣和抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn),普遍應(yīng)用于光通信和光傳感領(lǐng)域。
光纖可以傳感,一般是因?yàn)榭蒲泄ぷ髡邆冊诠饫w上加工了特殊的結(jié)構(gòu),特殊的結(jié)構(gòu)對光波的傳輸起到了濾波的作用(可以理解為反射或者投射一部分信號光用于傳感)。比如加了周期性折射率變化的結(jié)構(gòu)就制成了光纖光柵(FBG)。
而兩個匹配的光柵和摻稀土有源光纖組成一個法布里-珀羅( F-P)諧振腔。
在光柵帶通濾波和法布里-珀羅腔選頻的共同作用下,有源光纖中在抽運(yùn)激光作用下產(chǎn)生的寬帶熒光譜中的特定部分在腔內(nèi)來回反射的同時得到不斷放大,最終形成激光。
待測信號作用在激光器上引起激光頻率變化, 采用偏振無關(guān)的非平衡邁克耳孫光纖干涉儀將激光頻率變化轉(zhuǎn)化為干涉儀相位變化。干涉儀輸出的信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后,用采集卡轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入計(jì)算機(jī),最后利用改進(jìn)的歸一化相位載波( PGC)解調(diào)技術(shù), 實(shí)現(xiàn)信號的高分辨率解調(diào)。
DFB光纖激光器具有極窄的線寬,結(jié)合高分辨率的干涉式波長位移解調(diào)技術(shù),能夠得到極高的探測分辨率。光纖激光型地震檢波器既具有光纖光柵檢波器波長編碼(即可以實(shí)現(xiàn)單纖16波長DFB光纖激光器陣列作業(yè))、抗干擾能力強(qiáng)、探頭尺寸小、易于組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn),又具有干涉型檢波器靈敏度極高的優(yōu)點(diǎn),因而有望在地震監(jiān)測中擔(dān)當(dāng)重任。
不過目前地震預(yù)測還只能提前十幾秒或者數(shù)十秒,我們還是要學(xué)會如何在突發(fā)地震中保護(hù)好自己。
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