當?shù)卣饋砼R時你的第一感知是很重要的

地震和地震活動一直是個熱門話題。土耳其，***和印度等地震等災(zāi)難一再引發(fā)人們的注意。很明顯，地震的力量不是我們目前準備處理的事情。很大的問題是破壞性的地震波似乎在沒有任何警告的情況下突然冒出來。然而，事實并非如此。如果分析得當，地震實際上可以警告它們的初期發(fā)生，即使只是在地面開始震動之前的瞬間。一個關(guān)鍵目標是及時快速識別地震破壞性波浪的前兆，以便發(fā)現(xiàn)警報并關(guān)閉易受攻擊的設(shè)施。

在可行的情況下，早期發(fā)現(xiàn)可能非常有價值;例如，考慮1999年8月17日星期二在土耳其發(fā)生的地震造成的破壞性損失和損失。里氏7.4級的45秒地震震中位于伊茲米特東南約7英里（11公里）處。工業(yè)城市位于伊斯坦布爾以東約56英里（90公里）處。地震發(fā)生在大片地區(qū) - 遠至安卡拉東部，距離約200英里（320公里）。非正式估計將死亡人數(shù)控制在30,000至40,000之間。

雖然商業(yè)和住宅樓宇的倒塌導(dǎo)致大部分人員死亡和受傷，但廣泛宣傳和引人注目的坦克爆炸 - 發(fā)生在Tüpras的大型煉油廠。 Korfez因其隨后發(fā)生的火災(zāi)而造成嚴重的死亡和傷害。其中一個油庫的火災(zāi)通過管道和分配系統(tǒng)迅速蔓延到其他油庫，并在幾天內(nèi)失控，導(dǎo)致疏散在三英里范圍內(nèi)。如果控制管道和帶有高度易燃材料的配水系統(tǒng)的閥門已經(jīng)關(guān)閉，那么Tüpras煉油廠的生命和財產(chǎn)損失可能會被阻止。對這種系統(tǒng)中最早的警告作出反應(yīng)的一些額外時刻可能會使管道和配電系統(tǒng)關(guān)閉閥門，并發(fā)出警報聲。

在許多地震災(zāi)區(qū)，安全代碼，即使是家庭，也需要加速度敏感的截止閥。雖然毫無疑問非常有用，但它們僅在表面波到達時才響應(yīng)，然后僅在（在許多情況下）在單個平面中振動。此外，他們可能會對大型車輛引起的振動和其他非地震沖擊的誤報作出反應(yīng)，需要浪費重置程序。

如何分析地震以提前預(yù)警？

地震發(fā)生時，能量向各個方向向外輻射。能量通過地球和地球周圍傳播為三種類型的地震波，稱為初級，次級和表面波。

初級波的能量（或者P波作為平行于地震波傳播方向的平面（x軸和y軸）中的一系列前后振動穿過地球。波浪穿過地球會導(dǎo)致粒子在其路徑中推動（壓縮）和拉動（膨脹），并且可以穿過固體或液體。P波是三種地震波中最快的。圖1顯示了P波通過地球的過程。

次波（或S波，見圖2）被稱為剪切的波可以穿過固體，但與P波不同，波不能穿過液體。 S波的能量作為一系列垂直于地球表面的上下振動穿過地球。它的通過導(dǎo)致粒子在所有方向，南北和東西方振動。它的速度介于P波和表面波之間。

表面波是三種地震波中最慢和最具破壞性的波。表面波作為兩種類型的波沿著地球表面?zhèn)鞑ィ喝鹄ň哂蓄愃朴赟波的水平剪切運動，而Love波在垂直平面中具有像水波一樣的滾動運動。圖3顯示了Rayleigh和Love波穿過地球的過程。

P波浪通常比S波浪快1.68倍，比表面波浪快2到3倍，而波浪通常在3.7 km / s。因此，對于每行進8km，P和S波之間通常存在一秒鐘的間隔。 S波以比表面波快4 km / s的速度傳播，因此距離震中每4 km通常會在PS復(fù)合體和表面波到達之間增加一秒鐘的延遲。

各種類型地震波遵循這種模式。在離震中一定距離處，首先P波到達，然后是S波，兩者都具有如此小的能量而不會受到威脅。最后，表面波以其所有破壞性能量到達（圖4）。它主要是地震波，我們會注意到地震。這種知識在任何表面或破壞性地震波之前都有告知體波，可用于幫助預(yù)測破壞性表面波的到達時間。

例如，在距離為7英里（11公里），將近3秒鐘可以感知和識別PS復(fù)合體，并啟動警報和閥門關(guān)閉?？焖夙憫?yīng)的低成本傳感器和數(shù)字信號處理器可以快速做出決策，并且?guī)缀?00％的時間用于機械操作。

檢測系統(tǒng)的元件，如圖5所示，包括3-地球運動的尺寸感應(yīng)，過濾，分析和報警，閥門關(guān)閉等的啟動

流程圖中顯示了最簡單的方法（圖6）。在連續(xù)監(jiān)測X，Y和Z加速度計輸出的同時，識別出異常大的加速度擾動，并將其標記為可能的P（壓縮）波。系統(tǒng)待機，等待將隨后的橫向擾動識別為S波。如果在與（例如）500公里的P波行程相對應(yīng)的時間內(nèi)沒有發(fā)生，則系統(tǒng)將其作為誤報（或遠距離現(xiàn)象）甩掉。另一方面，如果出現(xiàn)橫向干擾，則檢測系統(tǒng)啟動警報，該警報包括表面波ETA（估計的到達時間），并且可能在發(fā)出警報之前尋求來自該地區(qū)的類似系統(tǒng)的確認。如果它們保持恒定接觸，則在驗證S波的存在后不到幾毫秒內(nèi)就會發(fā)生這種情況。

應(yīng)用信號處理來解決這個問題

在解決這個問題時，必須迅速準確地測量所有三個軸-X，Y和Z-的運動。加速度計將是能夠感測這種地震運動的裝置的完美示例。一個例子可能是快速響應(yīng)的ADI公司ADXL202高靈敏度和極低成本的雙軸加速度計系列。然后需要連續(xù)處理由加速度計陣列產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。需要對數(shù)據(jù)進行過濾，以便消除隨機噪聲，并使用能量檢測算法將任何接收信號與地震信號進行比較，以識別和預(yù)測地震在傳感點（和其他地方）的到達時間 - 以及可能的能量表面波的水平。用于此類處理的器件的示例是DSP，例如低成本，高性能浮點ADSP-21161N。它提供32位精度，片上存儲器和許多其他先進的架構(gòu)特性，使其適用于過濾，分析和決策。

進行此類檢測的關(guān)鍵優(yōu)勢< / h3>

這種類型的檢測在高風險地震區(qū)域非常有用。利用地震到達時間的差異可以提前幾秒鐘通知不久將出現(xiàn)破壞性波浪。這一次可用于許多方面，例如阻止危險或易燃廢物流過管道并停止危險或易燃材料的生產(chǎn)線。這種類型的檢測還可以通過利用其特有的多波系統(tǒng)提供相當可靠的地震識別。正是由于知道地震波以三個為一組傳播，檢測系統(tǒng)可以濾除外來噪聲，例如可能由大型卡車，巖石爆破等產(chǎn)生。

依賴的缺點這種類型的檢測

如果地震的震中太靠近傳感設(shè)備，這種方法（以及大多數(shù)其他方法）將無效。即使整個分析過程僅需要幾毫秒或更短的時間，機械設(shè)備通常也沒有足夠的時間來作出反應(yīng)。由于地震波之間的時間差是由于它們相對于彼此的傳播速度，因此需要距離震中一些最小距離（參見圖4）以建立具有合理置信度的識別。該最小距離將取決于應(yīng)用。例如，在保護燃氣或燃油管路時，必須考慮閥門密封管道的速度。

結(jié)論

有理由認為，可以使用經(jīng)過驗證的高性能數(shù)字信號處理以及現(xiàn)在使用的各種運動傳感器來設(shè)計低成本的地震檢測系統(tǒng)。數(shù)百萬輛汽車的安全氣囊碰撞檢測。在 SHARC International DSP Conference 2000 Proceedings中可以看到使用ADI公司的DSP和加速度計實現(xiàn)這些原理的實驗系統(tǒng)的一個例子。地震檢測系統(tǒng)提供了在破壞性地震波到達之前具有一些預(yù)先通知的關(guān)鍵時刻的可能性。也許如果這些想法能夠為可以進行大量測試并大批量生產(chǎn)的有用設(shè)備設(shè)計種子，可以遏制地震災(zāi)害的某些方面，從而節(jié)省人類的工作和生命。