Высокочувствительный оптоволоконный гироскоп определяет вращательное движение земли вокруг действующего вулкана

Важные новости

Высокочувствительное оптоволокно гироскоп улавливает вращательное движение земли вокруг действующего вулкана

Исследователи создали прототип оптоволоконного гироскопа (на фото) для мониторинга в реальном времени с высоким разрешением вращения земли, вызванного землетрясениями в зоне активного вулкана. Волокна точно намотаны на алюминиевую катушку, образуя гироскоп, основанный на эффекте Саньяка. Фото: Саверио Авино, CNR-INO

Исследователи создали прототип оптоволоконного гироскопа для мониторинга в реальном времени с высоким разрешением вращения земли, вызванного землетрясениями в активной вулканической зоне Кампи Флегрей в Неаполе, Италия. Лучшее понимание сейсмической активности в этом густонаселенном районе могло бы улучшить оценку рисков и привести к совершенствованию систем раннего предупреждения.

«Когда возникает сейсмическая активность, поверхность Земли испытывает как линейные, так и вращательные движения», — сказал руководитель исследовательской группы Саверио Авино из Национального совета по изучению природных явлений (CNR-INO) в Италии. «Хотя вращения, как правило, очень малы и обычно не отслеживаются, возможность их фиксации обеспечит более полное понимание внутренней динамики Земли и источников сейсмических воздействий».

В журнале Applied Optics, исследователи сообщают предварительные данные наблюдений с датчика вращения, который основан на оптоволоконном гироскопе длиной 2 км. Датчик показал хорошие результаты при непрерывной записи данных в течение пяти месяцев и смог обнаружить шум и вращение земли от небольших и средних локальных землетрясений.

Столичный город Неаполь имеет население около 3 миллионов человек и три действующих вулкана. Вся территория покрыта сеткой многопараметрических датчиков, обеспечивающих в режиме реального времени мониторинг различных физических и химических параметров, используемых для изучения сейсмической и вулканической активности.

«Измерение вращения Земли добавит к этому еще один фрагмент. сложная мозаика датчиков», — сказал член исследовательской группы Данило Галуццо из Национального института геофизики и вулканологии (INGV).

«Эта дополнительная информация также поможет всестороннему пониманию сигналов вулканических землетрясений, которые имеют решающее значение для обнаружения любых изменений в динамике вулканов».

Высокочувствительный оптоволоконный гироскоп определяет вращательное движение Земли вокруг действующего вулкана

Волоконно-оптический гироскоп зафиксировал небольшие и средние землетрясения, включая этот рой землетрясений, в вулканической зоне Кампи Флегрей в Неаполе, Италия. Фото: Саверио Авино, CNR-INO

Измерение вращательного движения

Гироскопы — это устройства, используемые для обнаружения и измерения изменений ориентации или угловой скорости — скорости вращения объекта. . Например, в смартфонах простые гироскопы определяют и измеряют ориентацию и вращение устройства. Чтобы измерить вращение сейсмических волн от землетрясения или вулканической активности, исследователи разработали более сложный гироскоп, основанный на эффекте Саньяка.

Эффект Саньяка возникает, когда свет, движущийся в противоположных направлениях по замкнутому контуру, имеет разное время прохождения. Это приводит к измеримым интерференционным картинам света, которые зависят от скорости вращения петли. Измеряя интерференцию света, можно определить угловую скорость с высоким разрешением.

«Наши лаборатории расположены в самом сердце активной вулканической зоны, что создает естественный источник землетрясений», — сказал Авино. «Поскольку небольшие/средние землетрясения происходят почти каждый день, мы можем измерять и получать большое количество данных о вращении земли, которые можно последовательно анализировать для изучения сейсмических и вулканических явлений в регионе Кампи Флегрей».

Учет сейсмической активности

Исследователи собрали прототип оптоволоконного датчика вращения, используя стандартные лабораторные приборы и компоненты. Чтобы проверить это, они поместили свет в оптоволоконный кабель длиной 2 километра, аналогичный тем, которые используются для оптической телекоммуникации.

Высокочувствительный оптоволоконный гироскоп определяет вращение Движение земли вокруг действующего вулкана

Лаборатории Consiglio Nazionale delle Ricerche на снимке у подножия покойного вулкана Монте-Гауро. Фото: Саверио Авино, CNR-INO

Оптоволоконный кабель образовал петлю, в которой вход и выход соединены, создавая непрерывный путь света без разрывов, и был аккуратно намотан вокруг алюминиевой катушки диаметром 25 см, образуя катушку.

Во время В ходе экспериментов оптический датчик хранится в контролируемой лабораторной среде в здании, расположенном на вершине кальдеры вулкана — большой впадине, образующейся при извержении и обрушении вулкана.

«Эта первая версия системы показала разрешение, сравнимое с разрешением других современных волоконно-оптических гироскопов», — сказала первый автор статьи Мариалуиза Капеццуто из CNR-INO и работавшая над экспериментальным устройством. «У него также был очень хороший рабочий цикл – процент времени, в течение которого прибор измеряет/снимает данные – что позволило нам непрерывно эксплуатировать систему в течение примерно пяти месяцев».

«Прототип гироскопа может только измерять один из трех направленных компонентов вращательного движения. Однако объединение трех одинаковых гироскопов, каждый из которых ориентирован на захват различных осей вращения, можно использовать для захвата всех трех компонентов», — сказал Луиджи Сантамария Амато из Итальянского космического агентства. ASI).

Как только исследователи улучшат разрешение и стабильность одноосной системы, они планируют создать трехосный гироскоп. В конечном итоге они хотят создать постоянную обсерваторию вращения Земли в районе Кампи Флегрей.

Дополнительная информация: Мариалуиза Капеццуто и др., Волоконно-оптический гироскоп для вращательный сейсмический мониторинг движения грунта в вулканической зоне Кампи Флегрей, Applied Optics (2024 г.). DOI: 10.1364/AO.518354

Предоставлено Optica

Новости сегодня

Последние новости