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甘纳.通讯

November 13, 2020

长期火山监测- 野外研究

监测火山活动是避免自然灾害的一样非常重要的事情。最近,大多数知名情况都出现在低能量火山和中度活动火山,这些火山一度成为了人们喜欢的旅游胜地 (例如,2014 年日本的Ontake 火山爆发)。对于这些类型的火山,监测涵盖了密集网络上的多物理量测量。传感器的分布式网络必须能够很容易地适应火山的演变状态和新的活跃区域的出现。比如火山喷气孔或土壤中的高热流。

 Rennes 地球科学研究团队,一支由Rennes大学和法国国家科学研究中心联合成立的研究中心 (UMR-6118),在过去的15年里,一直对La Grande Soufrière 火山进行监测实验。 La Grande Soufriere 火山位于瓜德罗普岛屿,一个位于加勒比海南部的法国海外地区。

为了应对自2014年以来的火山恢复活动,地球科学实验室决定通过部署传感器网络来提高对熔岩穹丘的监测能力(即喷气孔中安装Pt100,1D和3D的地震检波器,土壤中安装热电偶,沸腾酸湖区安装压力传感器及Pt100)。该团队之前使用Gantner Instruments公司的E系列产品(e.reader, e.pac, and e.bloxx)的良好使用经历,促使他们在开发新的采集网络时选择Gantner Instruments公司的Q系列产品。

 

 

Figure 1:数据采集概念图

图一是2015年以来系统工作的基本网络示意图:一个Q.station 101控制器与分布在3条RS485总线上的多个Q.bloxx A108模块和A107模块连接。风力发电机和光伏装置为网络供电。远程Wi-Fi 连接将数据传输到10公里外的火山观测站。GPS天线同步Q.station数据,这一点尤为重要,需要精确的时间同步才能获取地震数据与连接到A108模块的地震检波器相关联。由于其多功能性,A107模块用于最活跃区域,这些区域可通过电阻、电压或电流传感器进行多物理量测量。A107模块的灵活性允许IPGP在测量活动中使用其传感器原型进行测试。

Figure 2: 用于火山监测的派力肯机箱型数据采集硬件

火山顶部的环境条件非常恶劣。主要的困难是强热带雨(每年8000毫米)、强风、雷暴和火山喷气孔释放的酸性气体。尽管存在这么多恶劣的条件,Gantner Instruments系统仍保持持续运行。系统采用“双盒”技术进行保护,外面的第一个盒子用于防雨和防风。除了酸性气体的存在外,这个容器内的条件大致符合IP62的防护等级(即完全防止外物和灰尘侵入)。然后将一个派力肯箱子放在这个盒子里面,再放入数据采集系统,这样可以防潮并防止酸性气体侵入。

地球科学实验室目前正在火山周围安装了多个Q.station控制器来改善其采集网络。该方案缩短了对雷电敏感的RS-485线缆长度,并且GPS时间同步为所有测量数据提供了一个通用的时基。

关于Gannter Instruments数据采集平台获取的数据进行科学运用的案例,您可以 在线查阅我们最近发表的一篇论文,题目为“由地震活动和高能μ介子联合监测探测到的熔岩穹丘水热活动的突变”。

Author: Stephan Ploegman

Stephan Ploegman is Gantner Instruments business developer in Aerospace & Structural Testing

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