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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(jī)株式會(huì)社（橫河電機(jī)）對(duì)用于探測(cè)早期海嘯的新研發(fā)的水壓計(jì)進(jìn)行了評(píng)估。本次評(píng)估中使用的水壓計(jì)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(píng)估過程中，該壓力計(jì)成功識(shí)別了70MPa壓力波動(dòng)，相當(dāng)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(píng)估檢測(cè)到類似海嘯的海平面變化，水壓計(jì)預(yù)計(jì)將被用于實(shí)際海嘯的檢測(cè)。南海海底地震海嘯觀測(cè)網(wǎng)（N-net）將采用此水壓計(jì)，觀測(cè)地震引發(fā)海嘯所引起的海底水壓波動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)較準(zhǔn)確的海嘯探測(cè)，以減輕災(zāi)害帶來的損失。

N-net及新開發(fā)的水壓計(jì)和評(píng)估的細(xì)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(huì)2023年大會(huì)”上介紹。

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

詳情

NIED、ERI和橫河電機(jī)已經(jīng)評(píng)估了一種配備MEMS*2硅諧振壓力傳感器的水壓計(jì)的有效性，該傳感器用作海底壓力觀測(cè)，能夠在發(fā)生地震的重大震動(dòng)期間獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。鑒于地震期間發(fā)生的重大地面運(yùn)動(dòng)，本次測(cè)試旨在確定測(cè)量數(shù)據(jù)的采集是否會(huì)受到水壓計(jì)振動(dòng)或其姿態(tài)變化的影響。經(jīng)證實(shí)，姿態(tài)變化對(duì)水壓計(jì)的影響小于傳統(tǒng)水壓計(jì)。此外，在重復(fù)應(yīng)用于70 MPa (相當(dāng)于7,000m水深)的精密測(cè)試中，不高于70MPa的0.005%的重復(fù)性*3被證實(shí)性能出色。該水壓計(jì)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(shì)。

為了評(píng)估水壓計(jì)在實(shí)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(jìn)行了總計(jì)203天的海底觀測(cè)。由于海嘯是一種罕見的現(xiàn)象，獲取海嘯觀測(cè)數(shù)據(jù)通常很困難。然而，我們?cè)谠u(píng)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(dòng)。進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析還證實(shí)，水壓計(jì)能夠觀察到相當(dāng)于海平面變化小于1厘米的壓力變化。確認(rèn)的靈敏度表明水壓計(jì)具有足夠的性能來觀測(cè)實(shí)際的海嘯。水壓計(jì)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(cè)地點(diǎn)（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(píng)估的新型水壓計(jì)

地震海嘯觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)是減少災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)信息和地震海嘯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究。NIED負(fù)責(zé)陸地和海底地震海嘯監(jiān)測(cè)（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(cè)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(jì)會(huì)發(fā)生地震，但尚未建立觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)（從高知縣近海到日向?yàn)?。N-net是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以直接探測(cè)地震和海嘯，并將信息可靠地傳輸?shù)疥懙?，從而?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀測(cè)。這種新型硅共振水壓計(jì)在該系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用。NIED、ERI和橫河電機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了多次測(cè)試，以確保這種水壓計(jì)的可靠性，目的是在南海海槽發(fā)生大地震時(shí)，盡可能地減輕損失。

圖4：N-net概覽

NIED、ERI和橫河電機(jī)將繼續(xù)努力改進(jìn)DRR科學(xué)和技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)能夠抵御災(zāi)害的社會(huì)。

橫河電機(jī)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(diǎn)。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(huì)因氣體解吸而導(dǎo)致性能變化，并且可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的測(cè)量。自1991年以來，橫河電機(jī)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。

微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)

表示在一系列條件下測(cè)量精度的特性，包括使用相同的測(cè)量程序、操作員、測(cè)量系統(tǒng)、操作條件和位置進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，以及在短時(shí)間內(nèi)對(duì)相同或相似的對(duì)象進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。