기술자

Analog Devices의 제품 애플리케이션 엔지니어인 Jesse Santos, 제품 애플리케이션 엔지니어인 Angelo Nikko Catapang, 하드웨어 애플리케이션 엔지니어인 Erbe D. Reyta

지진은 밀집된 상업 및 주거 지역과 모든 유형의 구조물에 큰 위협이 됩니다. 이러한 지역이 더 커지고 더 많은 건물이 건설됨에 따라 지진 모니터링에는 광범위한 센서 네트워크의 구현이 필요합니다. 기존 장비는 높은 비용과 복잡성으로 인해 실행 가능하지 않습니다. MEMS(미세 전자 기계 시스템) 가속도계와 견고한 소형 지리폰을 사용하면 저렴한 IoT(사물 인터넷) 솔루션을 개발할 수 있습니다. 활성 구성 요소 및 변환기의 최신 기술을 통해 이러한 센서는 최신 기기 표준에 도달할 수 있습니다. AnalogDevices는 지진 센서 네트워크 애플리케이션을 위한 간단하면서도 안정적인 계측기 설계 솔루션을 제공합니다.

세계가 더욱 상호 연결되고 상호 의존적으로 성장함에 따라 중간 규모 및 대규모 지진은 심각한 경제적 혼란과 손실을 초래할 가능성이 있습니다. 취약한 도시 중심지에서 발생하는 대규모 지진은 해당 중심지의 국가 경제와 전 세계적으로 서비스를 제공하고 참여하는 기업의 능력에 파급 효과를 미칠 것입니다.(1) 지진 위험이 세계적인 문제임을 인식하고 이를 완화하기 위해 지진 모니터링을 개선합니다. 위험은 중요한 책임입니다.

지진 모니터링 개선의 핵심 요소 중 하나는 지진 센서 네트워크의 구현이며, 이를 위해서는 지진 장비의 광범위한 배포와 상호 연결이 필요합니다.(2) 그러나 수많은 기존 지진 장비를 설치하는 데 드는 비용과 복잡성이 높습니다.(3) IoT 기술을 통합하면 표준 지진 데이터 품질을 유지하면서 저렴한 솔루션을 제공할 수 있습니다.(4) 이 기사에서는 지진 및 지면 운동 센서의 물리학, 따르는 최신 기기 표준 및 추출된 기능에 대해 설명합니다. 또한 다양한 지진 센서 네트워크 애플리케이션을 위해 Analog Devices 솔루션을 사용한 시스템 설계가 개발되었습니다.

지진은 지각판의 움직임과 충돌로 인해 발생하는 사건입니다. 충돌로 인해 생성된 에너지는 지진파의 형태로 지구 표면 주위로 전파됩니다. 이 파동은 여러 방향으로 다가오며 실체파와 표면파로 분류됩니다.

그림 1. 지진파의 유형: (a) 기본파; (b) 2차 파동; (c) 사랑의 파도; (d) 레일리파.(5)

신체파에는 1차 파동(P파)과 2차 파동(S파)의 두 가지 유형이 있습니다. P파는 일련의 압축과 희박화로 전파 방향을 따라 이동합니다. 전파 특성으로 인해 구형 발산을 따릅니다. 다른 유형의 파도 중 파력 에너지의 감소가 가장 크지만 속도는 5km/s에서 8km/s로 가장 빠릅니다. 빠른 에너지 붕괴로 인해 파동이 가장 덜 파괴적입니다. P파는 표면뿐만 아니라 물이나 유체를 통해서도 이동할 수 있습니다.

전단파라고도 하는 S파는 P파가 도착한 직후에 발생합니다. 그들은 P파의 약 60~70%의 속도로 지구 표면을 따라 이동합니다. 이러한 유형의 파동은 전파 방향과 지구 표면 모두에서 직각으로 이동합니다. S파는 에너지 붕괴가 낮기 때문에 P파보다 더 파괴적입니다. P파와 S파를 합쳐서 실체파라고 합니다.

표면파는 실체파보다 10% 느리지만 가장 파괴적입니다. 지진파의 전파 속도는 지진파가 이동하는 토양의 유형에 따라 크게 달라진다는 점은 주목할 가치가 있습니다.(6) 표면파는 레일리파와 러브파로 구성됩니다. 레일리파는 지구 표면 근처에서 잔물결로 전파되고 순행(전파 방향을 따라) 또는 역행(전파 방향에 반대)할 수 있는 회전을 일으키는 표면파의 일종입니다. 움직임의 특성 때문에 그라운드 롤이라고도 합니다. 반면에 사랑파는 전파 방향과 직교하지만 지구 표면과 평행하게 이동합니다. 그림 1은 다양한 유형의 파도와 그것이 지구 본체에 미치는 영향을 보여줍니다.