【ZiDongHua 之創(chuàng)新自科文收錄關(guān)鍵詞：橫河電機 硅諧振水壓計 DRR 儀器儀表 水壓計 地震海嘯監(jiān)測 NIED ERI】

2023年5月24日

日本防災(zāi)科學(xué)技術(shù)研究所

東京大學(xué)地震研究所

橫河電機株式會社

日本制硅諧振水壓計成功用于觀測海平面波動

―被海底地震海嘯觀測網(wǎng)(N-net)采用，以減輕災(zāi)害損失―

日本防災(zāi)科學(xué)技術(shù)研究所(NIED)、東京大學(xué)地震研究所(ERI)和橫河電機株式會社(橫河電機)對用于探測早期海嘯的新研發(fā)的水壓計進行了評估。本次評估中使用的水壓計配備了一種新型硅諧振壓力傳感器*1，安裝在房總半島附近水深3436m的海底。在本次評估過程中，該壓力計成功識別了70MPa壓力波動，相當于海平面7厘米的變化。雖然因海嘯是罕見的事件很難獲得海嘯的數(shù)據(jù)，但評估檢測到類似海嘯的海平面變化，水壓計預(yù)計將被用于實際海嘯的檢測。南海海底地震海嘯觀測網(wǎng)(N-net)將采用此水壓計，觀測地震引發(fā)海嘯所引起的海底水壓波動，從而實現(xiàn)較準確的海嘯探測，以減輕災(zāi)害帶來的損失。

N-net及新開發(fā)的水壓計和評估的細節(jié)將在2023年5月21日至26日舉行的“日本地球行星科學(xué)學(xué)會2023年大會”上介紹。

圖1：水壓計，配有采用MEMS技術(shù)的硅諧振壓力傳感器。長度261.5毫米(來源：橫河電機)

l詳情

NIED、ERI和橫河電機已經(jīng)評估了一種配備MEMS*2硅諧振壓力傳感器的水壓計的有效性，該傳感器用作海底壓力觀測，能夠在發(fā)生地震的重大震動期間獲取準確數(shù)據(jù)。鑒于地震期間發(fā)生的重大地面運動，本次測試旨在確定測量數(shù)據(jù)的采集是否會受到水壓計振動或其姿態(tài)變化的影響。經(jīng)證實，姿態(tài)變化對水壓計的影響小于傳統(tǒng)水壓計。此外，在重復(fù)應(yīng)用于70 MPa (相當于7,000m水深)的精密測試中，不高于70MPa的0.005%的重復(fù)性*3被證實性能出色。該水壓計采用MEMS技術(shù)，因此具有每種產(chǎn)品擁有相同質(zhì)量的優(yōu)勢。

為了評估水壓計在實際海底環(huán)境中的性能，在日本千葉縣房總半島附近3,436米的深度進行了總計203天的海底觀測。由于海嘯是一種罕見的現(xiàn)象，獲取海嘯觀測數(shù)據(jù)通常很困難。然而，我們在評估工作中觀察到， 伴隨2022年1月15日湯加火山的爆發(fā)，海平面出現(xiàn)了7厘米的波動。進一步的數(shù)據(jù)分析還證實，水壓計能夠觀察到相當于海平面變化小于1厘米的壓力變化。確認的靈敏度表明水壓計具有足夠的性能來觀測實際的海嘯。水壓計是日本制造的產(chǎn)品，適用于深海作業(yè)，具有與世界上任何地方制造的尖端儀器相同的靈敏度。

圖2:觀測地點(千葉縣房總半島附近)

圖3：自由落體彈出式海底設(shè)備，配備了用于海底評估的新型水壓計

地震海嘯觀測網(wǎng)絡(luò)是減少災(zāi)害風(fēng)險的基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，有助于發(fā)展關(guān)于災(zāi)害風(fēng)險信息和地震海嘯災(zāi)害風(fēng)險研究。NIED負責(zé)陸地和海底地震海嘯監(jiān)測(MOWLAS)，覆蓋日本所有陸地和海域。從2019年開始，NIED一直在開發(fā)N-net，一種電纜型海底地震海嘯觀測系統(tǒng)。N-net將安裝在南海海槽的震源區(qū)內(nèi)，該震源區(qū)預(yù)計會發(fā)生地震，但尚未建立觀測網(wǎng)絡(luò)(從高知縣近海到日向灘)。N-net是一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以直接探測地震和海嘯，并將信息可靠地傳輸?shù)疥懙?，從而實現(xiàn)實時觀測。這種新型硅共振水壓計在該系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用。NIED、ERI和橫河電機已經(jīng)進行了多次測試，以確保這種水壓計的可靠性，目的是在南海海槽發(fā)生大地震時，盡可能地減輕損失。

圖4：N-net概覽

NIED、ERI和橫河電機將繼續(xù)努力改進是數(shù)字影像重建(DRR)科學(xué)和技術(shù)，以實現(xiàn)一個能夠抵御災(zāi)害的社會。

*1橫河電機的硅諧振壓力傳感器采用基于單晶硅諧振器諧振頻率隨壓力變化的傳感方法，具有低功耗、緊湊型、高靈敏度、高穩(wěn)定性和高耐壓性的特點。諧振器使用硅半導(dǎo)體制造技術(shù)密封在清潔的真空腔中，防止外來顆粒粘附在諧振器上降低其性能。此外，使用石英晶體諧振器的傳感器不會因氣體解吸而導(dǎo)致性能變化，并且可以實現(xiàn)穩(wěn)定的測量。自1991年以來，橫河電機一直在其工業(yè)差壓和壓力變送器中使用這種傳感方法安裝壓力傳感器。

*2微機電系統(tǒng)技術(shù)

*3表示在一系列條件下測量精度的特性，包括使用相同的測量程序、操作員、測量系統(tǒng)、操作條件和位置進行重復(fù)測量，以及在短時間內(nèi)對相同或相似的對象進行重復(fù)測量。

本文中出現(xiàn)的公司、組織和產(chǎn)品的名稱是其各自所有者的商標或注冊商標。

―被海底地震海嘯觀測網(wǎng)(N-net)采用，以減輕災(zāi)害損失―