ประสบความสำเร็จในการสังเกตความผันผวนของระดับน้ำทะเลด้วยเกจวัดแรงดันน้ำเรโซแนนต์ซิลิคอนที่ผลิตในประเทศญี่ปุ่น

โตเกียว ญี่ปุ่น 22 พฤษภาคม 2023

สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์โลกและความสามารถในการรับมือภัยพิบัติแห่งชาติ
สถาบันวิจัยแผ่นดินไหว มหาวิทยาลัยโตเกียว
บริษัทโยโกกาวาอิเล็กทริก

สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์โลกและความสามารถในการรับมือภัยพิบัติแห่งชาติ (NIED) สถาบันวิจัยแผ่นดินไหว (ERI) ซึ่งเป็นของมหาวิทยาลัยโตเกียว และ บริษัทโยโกกาวาอิเล็กทริก (โยโกกาวา) ได้ดำเนินการประเมินมาตรวัดแรงดันน้ำที่เป็นนวัตกรรมใหม่เพื่อใช้ในการตรวจจับในระยะเริ่มต้น ของสึนามิ เกจวัดแรงดันน้ำที่ใช้ในการประเมินนี้ติดตั้งเซ็นเซอร์แรงดันเรโซแนนซ์ซิลิกอนชนิดใหม่ ^*1 และติดตั้งที่พื้นทะเลใกล้กับคาบสมุทรโบโซที่ระดับน้ำลึก 3,436 ม. ในการประเมินนี้ มาตรวัดประสบความสำเร็จในการระบุความผันผวนของความดันเจ็ดเฮกโตปาสคาลซึ่งเทียบเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำทะเล 7 ซม. แม้ว่าจะเป็นเรื่องยากที่จะได้รับข้อมูลเกี่ยวกับสึนามิ ซึ่งเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นไม่บ่อยนัก แต่การประเมินทำให้สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำทะเลที่คล้ายคลึงกับการเกิดสึนามิ และคาดว่าจะใช้มาตรวัดแรงดันน้ำในกรณีที่เกิดสึนามิจริง เครื่องวัดแรงดันน้ำจะถูกนำมาใช้กับเครือข่ายสังเกตการณ์พื้นทะเล Nankai Trough สำหรับแผ่นดินไหวและสึนามิ (N-net) เพื่อสังเกตความผันผวนของแรงดันน้ำบนพื้นทะเลที่เกิดจากสึนามิที่เกิดจากแผ่นดินไหว ทำให้สามารถตรวจจับสึนามิได้อย่างน่าเชื่อถือและมีส่วนช่วยในการลดความเสียหาย
รายละเอียดของ N-net มาตรวัดแรงดันน้ำที่พัฒนาขึ้นใหม่และการประเมินจะถูกนำเสนอในการประชุม Japan Geoscience Union 2023 ซึ่งจะจัดขึ้นระหว่างวันที่ 21 ถึง 26 พฤษภาคม 2023

รูปที่ 1 เกจวัดแรงดันน้ำที่ติดตั้งเซ็นเซอร์แรงดันซิลิกอนเรโซแนนต์ที่ใช้เทคโนโลยี MEMS ยาว 261.5 มม. (ที่มา: โยโกกาวา)
Zoom 

รายละเอียด

NIED, ERI และ โยโกกาวา ได้ประเมินประสิทธิภาพของเกจวัดแรงดันน้ำที่ติดตั้งเซ็นเซอร์แรงดันซิลิกอนเรโซแนนซ์ MEMS ^*2 เพื่อใช้เป็นอุปกรณ์สังเกตการณ์แรงดันใต้ท้องทะเล ซึ่งช่วยให้ได้รับข้อมูลที่แม่นยำระหว่างการสั่นสะเทือนครั้งใหญ่ที่เกิดขึ้นระหว่างเกิดแผ่นดินไหว ในมุมมองของการเคลื่อนที่ของพื้นดินที่สำคัญซึ่งเกิดขึ้นระหว่างเกิดแผ่นดินไหว การทดสอบนี้พยายามระบุว่าการรับข้อมูลการวัดจะได้รับผลกระทบจากการสั่นสะเทือนหรือการเปลี่ยนแปลงทัศนคติหรือไม่ ได้รับการยืนยันว่าผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงทัศนคติที่มีต่อมาตรวัดแรงดันน้ำนั้นน้อยกว่าเกจวัดแรงดันน้ำทั่วไป นอกจากนี้ ในการทดสอบความแม่นยำโดยใช้ 70 เมกะปาสคาล (MPa) ―เทียบเท่ากับความลึกของน้ำ 7,000 ม.― ซ้ำๆ ความสามารถในการทำซ้ำ ^*3 0.005% ของ 70MPa หรือน้อยกว่านั้นได้รับการยืนยันว่าเป็นคุณลักษณะที่ยอดเยี่ยม เกจวัดแรงดันน้ำนี้ใช้เทคโนโลยี MEMS ดังนั้นจึงนำเสนอข้อดีของแต่ละผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพเท่ากัน

ในการประเมินประสิทธิภาพของมาตรวัดแรงดันน้ำในสภาพแวดล้อมใต้ท้องทะเลจริง การสำรวจพื้นทะเลได้ดำเนินการเป็นเวลาทั้งหมด 203 วันที่ความลึก 3,436 เมตรในพื้นที่นอกคาบสมุทรโบโซ ในจังหวัดชิบะ ประเทศญี่ปุ่น การได้มาซึ่งข้อมูลสังเกตการณ์สึนามิมักจะทำได้ยาก เนื่องจากสึนามิเป็นปรากฏการณ์ที่หายาก อย่างไรก็ตาม เราสังเกตเห็นความผันผวนของระดับน้ำทะเล 7 ซม. เนื่องจากการปะทุของภูเขาไฟ Hunga-Ha'apai ในตองกาเมื่อวันที่ 15 มกราคม พ.ศ. 2565 ระหว่างงานประเมินของเรา การวิเคราะห์ข้อมูล เพิ่มเติมยังยืนยันว่ามาตรวัดแรงดันน้ำสามารถสังเกตการเปลี่ยนแปลงของแรงดันเทียบเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำทะเลน้อยกว่า 1 ซม. ความไวที่ได้รับการยืนยันบ่งชี้ว่ามาตรวัดแรงดันน้ำมีประสิทธิภาพเพียงพอในการสังเกตสึนามิที่เกิดขึ้นจริง เกจวัดแรงดันน้ำเป็นผลิตภัณฑ์ที่ผลิตในประเทศญี่ปุ่นซึ่งมีความแม่นยำสูงสำหรับการใช้งานในทะเลลึก และมีความไวในระดับเดียวกับเครื่องมือที่ทันสมัยที่สุดที่ผลิตในที่ใดๆ ในโลก

รูปที่ 2 ตำแหน่งของการสังเกตการณ์ (นอกคาบสมุทรโบโซ จังหวัดชิบะ)
Zoom 

รูปที่ 3 อุปกรณ์ก้นมหาสมุทรแบบป็อปอัพแบบตกอิสระที่ติดตั้งมาตรวัดแรงดันน้ำแบบใหม่ที่ใช้สำหรับการประเมินที่พื้นทะเล
Zoom 

เครือข่ายสังเกตการณ์แผ่นดินไหวและสึนามิเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างพื้นฐานการลดความเสี่ยงจากภัยพิบัติ (DRR) ที่มีส่วนช่วยในการเพิ่มประสิทธิภาพข้อมูล DRR และการพัฒนางานวิจัย DRR เกี่ยวกับแผ่นดินไหวและสึนามิ NIED ดำเนินการ Monitoring of Waves on Land and Seafloor (MOWLAS) ครอบคลุมพื้นที่ทั้งบนบกและในทะเลในญี่ปุ่น ตั้งแต่ปี 2019 NIED ได้พัฒนา N-net ซึ่งเป็นระบบสังเกตการณ์แผ่นดินไหวและสึนามิใต้ท้องทะเลแบบสายเคเบิล N-net จะถูกติดตั้งภายในบริเวณแหล่งกำเนิดแผ่นดินไหวใน Nankai Trough ที่ซึ่งคาดว่าจะเกิดแผ่นดินไหวและยังไม่มีการจัดตั้งเครือข่ายการสังเกตการณ์ (จากนอกชายฝั่งของจังหวัด Kochi ถึง Hyuga-nada) N-net เป็นระบบเครือข่ายที่ตรวจจับแผ่นดินไหวและสึนามิโดยตรง และส่งข้อมูลไปยังพื้นดินได้อย่างน่าเชื่อถือ ทำให้สามารถสังเกตการณ์ได้แบบเรียลไทม์ เกจวัดแรงดันน้ำซิลิกอนเรโซแนนต์แบบใหม่นี้ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในระบบนี้ ถูกนำมาใช้ NIED, ERI และ โยโกกาวา ได้ทำการทดสอบหลายครั้งเพื่อให้มั่นใจถึงความน่าเชื่อถือของมาตรวัดแรงดันน้ำนี้ โดยมีจุดมุ่งหมายในกรณีที่เกิดแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ในรางน้ำนันไค เพื่อมีส่วนร่วมในการบรรเทาความเสียหายให้ได้มากที่สุด

ภาพที่ 4 ภาพรวม ของ N-net
Zoom 

NIED, ERI และ โยโกกาวา จะพยายามต่อไปในการปรับปรุงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี DRR เพื่อตระหนักถึงสังคมที่พร้อมรับมือกับภัยพิบัติ

*1 เซ็นเซอร์วัดแรงดันเรโซแนนซ์ซิลิกอนของ โยโกกาวา ใช้วิธีการตรวจจับตามการเปลี่ยนแปลงที่ขึ้นอยู่กับแรงดันในความถี่เรโซแนนซ์ของเรโซแนนซ์ซิลิกอนผลึกเดี่ยว และโดดเด่นด้วยการใช้พลังงานต่ำ ขนาดกะทัดรัด ความไวสูง ความเสถียรสูง และความต้านทานแรงดันสูง . ตัวสะท้อนถูกปิดผนึกไว้ในช่องสุญญากาศที่สะอาดโดยใช้เทคโนโลยีการผลิตสารกึ่งตัวนำซิลิกอน ซึ่งป้องกันไม่ให้อนุภาคแปลกปลอมเกาะติดกับตัวสะท้อนเสียงและทำให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลง นอกจากนี้ ประสิทธิภาพการทำงานไม่เปลี่ยนแปลงเนื่องจากการดูดซับก๊าซ ซึ่งเกิดขึ้นกับเซ็นเซอร์ที่ใช้ตัวสะท้อนคริสตัลควอตซ์ และสามารถทำการวัดได้อย่างเสถียร โยโกกาวา ได้ติดตั้งเซ็นเซอร์ความดันโดยใช้วิธีการตรวจจับนี้ในเครื่องส่งสัญญาณแรงดันและความแตกต่างของแรงดันในอุตสาหกรรมตั้งแต่ปี 1991

*2 เทคโนโลยีระบบเครื่องกลไฟฟ้าขนาดเล็ก

*3 คุณลักษณะที่บ่งบอกถึงความแม่นยำของการวัดภายใต้เงื่อนไขต่างๆ ที่รวมถึงการวัดซ้ำด้วยขั้นตอนการวัด ผู้ปฏิบัติงาน ระบบการวัด เงื่อนไขการทำงาน และตำแหน่งเดียวกัน ตลอดจนการอยู่ในวัตถุเดียวกันหรือคล้ายกันและเหนือ ช่วงเวลา สั้นๆ

ชื่อ บริษัท องค์กรและผลิตภัณฑ์ในที่นี้เป็นเครื่องหมายการค้าหรือเครื่องหมายการค้าจดทะเบียนของผู้เป็นเจ้าของ