NO.27 | 2017.12.15
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【新知分享】光纖用於地震監測_檢測暨網通技術組 鄭吉清 助理工程師



在我們認知上,光纖(fiber)主要是用於建置光纖網路以便資料快速傳遞,而史丹佛大學地球能源與環境科學(Stanford’s School of Earth, Energy & Environmental Sciences)的Biondo Biond教授則想將光纖用於地震監測。

一、光纖簡介:

光纖是由玻璃或塑膠核心製成,並封裝於塑膠外皮中,使得它能夠進行彎曲而不至於破損或斷裂,其架構由下圖所示:
 
1.核心(Core):傳遞光信號的玻璃核心。
2.外殼(Cladding):被覆在核心外圍的部份。
3.保護層(Jacket):保護在外殼周圍的部分,防止損害核心。

而光纖在資料傳輸上需藉由發光二極體或雷射將光脈衝通過發射裝置傳送至光纖,另一端的接收裝置需使用光敏元件檢測脈衝進行資料解析,傳輸損失率比傳統電纜損耗低非常適合長距離傳送,且具有抗潮濕、抗腐蝕、無污染、保密性強等優點。
 
二、光纖地震監測:
傳統上地震監測都是透過地震儀(seismometers)來監控地殼震動,雖然地震儀比起光纖更為靈敏,但覆蓋範圍較小,且維護成本也非常高昂,這也讓Biondo Biondi有了這個想法。

在過去的一年裡,Biondi的研究小組在史丹佛大學校園下面安裝的一條3英里環形光纖中記錄了這些地震頻率,如下圖所示史丹佛大學校園下方的3英里8字形光纖迴路的位置。
 

Biondi說:”現在光纖就像一個傳感器,安裝成本不到一美元,以往根本無法想像使用具有這種覆蓋範圍,密度和價格的傳統地震儀來創建網絡。”
由於電信使用的光纖是在空心且無保護的,這將導致太多信號雜訊,讓數據變得無效,但這樣的擔心顯然是多餘的。自從光纖地震觀測台 2016 年 9 月運作以來,已記錄了800 多次地震,讓人幾乎感覺不到的波動與極大的地震,觀測台都確實記錄下來,此外團隊公開的一項實驗紀錄中,觀測台除了判讀不同地震的震級,還能區分 P 波與 S 波,而這項創舉也成為地震檢測的一大步。
而未來團隊的目標便是建立地震早期預警系統,以便降低災害帶來的損害。

資料來源:Stanford News | 2017-10-19發表