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自然灾害预警的激光应用

次浏览     2018-8-31 11:50:35

地震、海啸、山体滑坡等自然灾害,虽然不常发生,一但发生,将会给人们带来毁灭性的影响。从古至今,人们一直试图在躲避或削弱这种自然灾害的打击。比如早在汉朝,张衡就发明了地动仪,环太平洋地震带的日本通过改变房屋结构来抗震,人们还总结地震前后动物的异常活动来指导人们防御自然灾害。这些或主动或被动的方式,从一定程度上都能缓解自然灾害的破坏力。

上述方式中,比如地动仪、动物异常行为等,都是在地震发生前或后能检测到的,那么检测的原理是什么呢?这涉及了波的概念。震动是一种能量的释放,这种能量会向外传递,传递的载体就是波。比如声波。更广泛的,像我们看到的光,也是电磁波动的一种。深海是蓝色的,天空是蓝色的,晚霞朝霞是红色的,这都是我们所熟悉的,并且人们早就有晚霞来推测第二天的天气。这主要是因为,我们能感知到这个频段的光。相反,对于紫外线、红外线指导于生产生活就要起步的晚的多。

同样,对于声频段的震动,人们也更多的关注20-20000Hz的可感知频率,例如一声惊雷变会让人心惊,然对于不可感知的频率,如超声波、次声波,除非强度高到能直接刺激到人的皮肤内脏等,人们才会觉得不适。然而人与人,人与动物,种群和个体之间的感知能力都会有一定的差异。比如大家熟知的海豚和蝙蝠,就是采用超声波的回声定位。而有很多动物,也能灵敏的感知到次声波的存在。

在地震、海啸等自然灾害发生时或即将发生的时候,会由于内部能量的剧烈变化,因震动产生各种频率的波。这些震动的波会通过大地、空气等媒介迅速传播。传播出来后,动物之所以能感知到他们能感知的频率比如次声波,而人类却感知不到20Hz以上的,是因为不同的频率在传播过程中的衰减系数不同,频率越高,衰减越快。而地震、海啸的源头都相对比较远,传递过来人们已经感知不到了。

将激光打在玻璃上,接收回来的发射光信号,再进行光电检测,通过放大、滤波、功率放大等步骤还原出声信号。通过激光,重点采集次声波波段的异常频率,可以在一定程度上检测地震,甚至在地震初期预测到地震。通过三角定位技术,可以准确的确定震源位置。


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