エンジニア

Jesse Santos（製品アプリケーション エンジニア）、Angelo Nico Catapang（製品アプリケーション エンジニア）、Erbe D. Reyta（ハードウェア アプリケーション エンジニア）、いずれもアナログ・デバイセズ所属

地震は、密集した商業地域や住宅地域、あらゆる種類の構造物にとって大きな脅威となります。 これらの地域が拡大し、より多くの建物が建設されるにつれて、地震監視には広範なセンサー ネットワークの実装が必要になります。 従来の機器はコストが高く、複雑であるため実行できません。 微小電気機械システム (MEMS) 加速度計と頑丈な小型受振器を使用することで、低コストのモノのインターネット (IoT) ソリューションの開発が可能になります。 アクティブコンポーネントとコンバーターの最新技術により、これらのセンサーは最新の機器標準に達することができます。 AnalogDevices は、地震センサー ネットワーク アプリケーション向けのシンプルかつ信頼性の高い機器設計ソリューションを提供します。

世界がより相互につながり、相互依存するようになるにつれて、中程度および大規模な地震は重大な経済的混乱と損失を引き起こす可能性があります。 脆弱な都市中心部で大地震が発生すると、その中心部の国民経済と、世界規模でサービスを提供し参加する企業の能力に波及効果が生じます。(1) 地震リスクが世界的な問題であることを認識し、これを軽減するために地震監視を改善する。リスクは重大な責任です。

地震監視を改善するための重要な要素の 1 つは、地震センサー ネットワークの実装です。これには、地震計器の広範な展開と相互接続が必要です (2)。ただし、多数の従来の地震計器を設置するにはコストと複雑さがかかります (3)。 IoT テクノロジーを統合することで、標準的な地震データの品質を維持しながら、低コストのソリューションが提供されます。(4) この記事では、地震と地動センサーの物理学、準拠する最新の機器標準、およびそれらから抽出される特徴について説明します。 さらに、アナログ・デバイセズのソリューションを使用したシステム設計は、さまざまな地震センサー・ネットワーク・アプリケーション向けに開発されています。

地震は、プレートの動きや衝突によって引き起こされる現象です。 衝突によって生成されたエネルギーは、地震波として地表中およびその周囲に伝播します。 これらの波は複数の方向から到来し、実体波と表面波に分類されます。

図 1. 地震波の種類：（a）主波。 (b) 二次波。 (c) 愛の波。 (d) レイリー波。(5)

実体波には、一次波 (P 波) と二次波 (S 波) の 2 種類があります。 P 波は、一連の圧縮と希薄化として伝播方向に沿って進みます。 伝播の性質により、それらは球状の発散に従います。 他の種類の波の中で波エネルギーの減衰が最も大きいにもかかわらず、最も速く、速度は 5 km/s から 8 km/s の範囲です。 また、エネルギーの減衰が速いため、最も破壊性の低いタイプの波になります。 P 波は表面だけでなく、水や液体中も伝わります。

S 波はせん断波とも呼ばれ、P 波の到着直後に続きます。 それらは、P 波の約 60% ～ 70% の割合で地球の表面に沿って伝わります。 このタイプの波は、伝播方向と地表の両方に対して直角に進みます。 S 波は、エネルギー減衰が低いため、P 波よりも破壊的です。 P波とS波は総称して実体波と呼ばれます。

表面波は実体波よりも 10% 遅いですが、最も破壊的です。 地震波の伝播速度は、伝播する土壌の種類によって大きく異なることに注意してください。(6) 表面波は、レイリー波とラブ波で構成されます。 レイリー波は、地表近くを波紋として伝播し、順行 (伝播方向に沿って) または逆行 (伝播方向に逆行) する回転を引き起こす表面波の一種です。 その動きの性質からグランドロールとも呼ばれます。 一方、愛の波は伝播方向とは直角ですが、地球の表面とは平行に伝わります。 図 1 は、さまざまな種類の波と、それらが地球体に及ぼす影響を示しています。