当地震来临时你的第一感知是很重要的

地震和地震活动一直是个热门话题。土耳其，***和印度等地震等灾难一再引发人们的注意。很明显，地震的力量不是我们目前准备处理的事情。很大的问题是破坏性的地震波似乎在没有任何警告的情况下突然冒出来。然而，事实并非如此。如果分析得当，地震实际上可以警告它们的初期发生，即使只是在地面开始震动之前的瞬间。一个关键目标是及时快速识别地震破坏性波浪的前兆，以便发现警报并关闭易受攻击的设施。

在可行的情况下，早期发现可能非常有价值;例如，考虑1999年8月17日星期二在土耳其发生的地震造成的破坏性损失和损失。里氏7.4级的45秒地震震中位于伊兹米特东南约7英里（11公里）处。工业城市位于伊斯坦布尔以东约56英里（90公里）处。地震发生在大片地区 - 远至安卡拉东部，距离约200英里（320公里）。非正式估计将死亡人数控制在30,000至40,000之间。

虽然商业和住宅楼宇的倒塌导致大部分人员死亡和受伤，但广泛宣传和引人注目的坦克爆炸 - 发生在Tüpras的大型炼油厂。 Korfez因其随后发生的火灾而造成严重的死亡和伤害。其中一个油库的火灾通过管道和分配系统迅速蔓延到其他油库，并在几天内失控，导致疏散在三英里范围内。如果控制管道和带有高度易燃材料的配水系统的阀门已经关闭，那么Tüpras炼油厂的生命和财产损失可能会被阻止。对这种系统中最早的警告作出反应的一些额外时刻可能会使管道和配电系统关闭阀门，并发出警报声。

在许多地震灾区，安全代码，即使是家庭，也需要加速度敏感的截止阀。虽然毫无疑问非常有用，但它们仅在表面波到达时才响应，然后仅在（在许多情况下）在单个平面中振动。此外，他们可能会对大型车辆引起的振动和其他非地震冲击的误报作出反应，需要浪费重置程序。

如何分析地震以提前预警？

地震发生时，能量向各个方向向外辐射。能量通过地球和地球周围传播为三种类型的地震波，称为初级，次级和表面波。

初级波的能量（或者P波作为平行于地震波传播方向的平面（x轴和y轴）中的一系列前后振动穿过地球。波浪穿过地球会导致粒子在其路径中推动（压缩）和拉动（膨胀），并且可以穿过固体或液体。P波是三种地震波中最快的。图1显示了P波通过地球的过程。

次波（或S波，见图2）被称为剪切的波可以穿过固体，但与P波不同，波不能穿过液体。 S波的能量作为一系列垂直于地球表面的上下振动穿过地球。它的通过导致粒子在所有方向，南北和东西方振动。它的速度介于P波和表面波之间。

表面波是三种地震波中最慢和最具破坏性的波。表面波作为两种类型的波沿着地球表面传播：瑞利波具有类似于S波的水平剪切运动，而Love波在垂直平面中具有像水波一样的滚动运动。图3显示了Rayleigh和Love波穿过地球的过程。

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，对于每行进8km，P和S波之间通常存在一秒钟的间隔。 S波以比表面波快4 km / s的速度传播，因此距离震中每4 km通常会在PS复合体和表面波到达之间增加一秒钟的延迟。

各种类型地震波遵循这种模式。在离震中一定距离处，首先P波到达，然后是S波，两者都具有如此小的能量而不会受到威胁。最后，表面波以其所有破坏性能量到达（图4）。它主要是地震波，我们会注意到地震。这种知识在任何表面或破坏性地震波之前都有告知体波，可用于帮助预测破坏性表面波的到达时间。

例如，在距离为7英里（11公里），将近3秒钟可以感知和识别PS复合体，并启动警报和阀门关闭。快速响应的低成本传感器和数字信号处理器可以快速做出决策，并且几乎100％的时间用于机械操作。

检测系统的元件，如图5所示，包括3-地球运动的尺寸感应，过滤，分析和报警，阀门关闭等的启动

流程图中显示了最简单的方法（图6）。在连续监测X，Y和Z加速度计输出的同时，识别出异常大的加速度扰动，并将其标记为可能的P（压缩）波。系统待机，等待将随后的横向扰动识别为S波。如果在与（例如）500公里的P波行程相对应的时间内没有发生，则系统将其作为误报（或远距离现象）甩掉。另一方面，如果出现横向干扰，则检测系统启动警报，该警报包括表面波ETA（估计的到达时间），并且可能在发出警报之前寻求来自该地区的类似系统的确认。如果它们保持恒定接触，则在验证S波的存在后不到几毫秒内就会发生这种情况。

应用信号处理来解决这个问题

在解决这个问题时，必须迅速准确地测量所有三个轴-X，Y和Z-的运动。加速度计将是能够感测这种地震运动的装置的完美示例。一个例子可能是快速响应的ADI公司ADXL202高灵敏度和极低成本的双轴加速度计系列。然后需要连续处理由加速度计阵列产生的数据。需要对数据进行过滤，以便消除随机噪声，并使用能量检测算法将任何接收信号与地震信号进行比较，以识别和预测地震在传感点（和其他地方）的到达时间 - 以及可能的能量表面波的水平。用于此类处理的器件的示例是DSP，例如低成本，高性能浮点ADSP-21161N。它提供32位精度，片上存储器和许多其他先进的架构特性，使其适用于过滤，分析和决策。

进行此类检测的关键优势< / h3>

这种类型的检测在高风险地震区域非常有用。利用地震到达时间的差异可以提前几秒钟通知不久将出现破坏性波浪。这一次可用于许多方面，例如阻止危险或易燃废物流过管道并停止危险或易燃材料的生产线。这种类型的检测还可以通过利用其特有的多波系统提供相当可靠的地震识别。正是由于知道地震波以三个为一组传播，检测系统可以滤除外来噪声，例如可能由大型卡车，岩石爆破等产生。

依赖的缺点这种类型的检测

如果地震的震中太靠近传感设备，这种方法（以及大多数其他方法）将无效。即使整个分析过程仅需要几毫秒或更短的时间，机械设备通常也没有足够的时间来作出反应。由于地震波之间的时间差是由于它们相对于彼此的传播速度，因此需要距离震中一些最小距离（参见图4）以建立具有合理置信度的识别。该最小距离将取决于应用。例如，在保护燃气或燃油管路时，必须考虑阀门密封管道的速度。

结论

有理由认为，可以使用经过验证的高性能数字信号处理以及现在使用的各种运动传感器来设计低成本的地震检测系统。数百万辆汽车的安全气囊碰撞检测。在 SHARC International DSP Conference 2000 Proceedings中可以看到使用ADI公司的DSP和加速度计实现这些原理的实验系统的一个例子。地震检测系统提供了在破坏性地震波到达之前具有一些预先通知的关键时刻的可能性。也许如果这些想法能够为可以进行大量测试并大批量生产的有用设备设计种子，可以遏制地震灾害的某些方面，从而节省人类的工作和生命。