Помимо устойчивости к экстремальным условиям, каждый датчик может передавать информацию о сейсмической активности на большие расстояния, до 20 километров от своего местоположения в пригородных районах, и эта информация также может быть просмотрена на любом устройстве с доступом в интернет. Короче говоря, новый запатентованный датчик может использоваться для обнаружения землетрясений и предупреждения об опасности с помощью очень недорогой, маломощной и устойчивой к атмосферным воздействиям системы.
С целью совершенствования систем мониторинга землетрясений и, следовательно, улучшения информации, предоставляемой общественности и компетентным органам относительно сейсмического риска, с которым они сталкиваются в любое время и в любом месте, исследователи из UPM и IMDEA Materials, эксперты в области проектирования датчиков, разработали и протестировали новый сейсмический датчик, основанный на трибоэлектрическом эффекте.
В частности, в сотрудничестве со службой сейсмических данных IGN исследователи под руководством Хосе Санчеса дель Рио из исследовательской группы передовых конструкционных материалов и наноматериалов UPM провели в CEDEX тестирование взаимосвязи между измерениями вибрации, полученными с помощью нового датчика, размещенного на поверхности трехосного вибростола, и измерениями, полученными с помощью микроэлектромеханических (МЭМС) датчиков, обычно используемых в национальной сети сейсмических датчиков IGN. Результаты показали высокую степень сходства между двумя сигналами, что демонстрирует полезность нового датчика.
Основными компонентами нового сейсмического датчика являются трибоэлектрические преобразователи. Эти преобразователи изготавливаются в лаборатории материалов IMDEA под руководством исследователя Де-И Ванга. Они состоят из двух слоев полимерного материала, которые благодаря различным химическим обработкам приобретают противоположную электроотрицательность. При контакте этих слоев генерируется высоковольтный электрический ток без необходимости использования какого-либо внешнего источника. Эта особенность привела к тому, что такие датчики также называют трибоэлектрическими наногенераторами (TENGS).
а) Принцип работы трибоэлектрического генератора (TENG) и сейсмического датчика. б) Сигналы, генерируемые вибрацией. в) Трибоэлектрические генераторы (TENG) и микроэлектромеханические системы (MEMS) на стенде CEDEX. Источник: UPM.
Сейсмический датчик также включает в себя инерционную массу, расположенную над трибоэлектрическим преобразователем, что позволяет ему обнаруживать вибрации вдоль оси Z. Кафедра промышленного механического проектирования Школы инженерного и промышленного дизайна Политехнического университета Мадрида (ETSIDI-UPM) под руководством Франсиско Сантоса Олаллы и Рафаэля Каскона Порреса в настоящее время отвечает за механическую конструкцию для 3D-детектирования вместе со студенткой Альбой Лопес Лагуной. Кроме того, новые сейсмические датчики способны обнаруживать вибрации очень малой амплитуды (5 мг) и высокой частоты (300 Гц). Хосе Санчес дель Рио, вместе с Давидом Патрици и Альваро Меродио, также студентом ETSIDI, подтвердили, что сигналы вибрации могут передаваться на большие расстояния и визуализироваться в режиме онлайн через Интернет вещей (IoT).
Вкратце, по словам исследователя Хосе Санчеса дель Рио: «Этот новый сейсмический датчик может использоваться для обнаружения землетрясений и предупреждения об опасности с помощью очень недорогой, маломощной системы, устойчивой к неблагоприятным условиям. Потенциальными пользователями могут быть как крупные корпорации, малые и средние предприятия, так и заинтересованные частные лица, а также те, кто отвечает за национальные системы обнаружения землетрясений»
Х. Санчес дель Рио, А. Юсуф, Сян Ао, И. Астарлоа Олайсола, Л. Урбельс Лопес-Пуэртас, МЮ. Баллестерос, Р. Джаннетти, В. Мартинес, Х. Л. Хименес, Х. Б. Браво Монге, Сяосуй Чен, Де-И Ван. ТЭНГС высокого разрешения для обнаружения движения земли при землетрясениях, Nano Energy, 102, ноябрь 2022 г. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107666
Этот результат защищен патентом Испанского патентного и товарного ведомства: система обнаружения сейсмических явлений.
https://www.upm.es/recursosidi/offers-resources/patentes/un-sistema-de-deteccion-sismico/?_sf_s=sísmico&_sft_product_cat=patentes&sort_order=date desc
.
