ITMC20010080A1 - Impianto per la localizzazione preventiva dell'epicentro e della profndita' di possibili terremoti - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

“IMPIANTO PER LA LOCALIZZAZIONE PREVENTIVA DELL'EPICENTRO E DELLA PROFONDITÀ DI POSSIBILI TERREMOTI”.

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente domanda di brevetto per invenzione industriale ha per oggetto un impianto per localizzare preventivamente l'epicentro e la profondità di possibili terremoti, mediante il rilevamento e l'elaborazione delle emissioni di onde eletromagnetiche a frequenza molto bassa (VLF) premonitrici dei sismi.

L’invenzione in parola, che - a quanto risulta - non conosce antecedenti, si basa sul fatto che, in corrispondenza delle zone sismiche, la crosta terrestre risulta periodicamente sottoposta a forti tensioni e compressioni che, quando raggiungono la rottura, danno origine ai fenomeni sismici.

E noto che le regioni sismiche della crosta terrestre hanno una struttura geologica in cui prevalgono le rocce con elevati contenuti cristallini e che queste, se sottoposte a forti deformazioni meccaniche producono elettricità (Piezoelettricità) con conseguente generazione di onde elettromagnetiche VLF, l intensità e la frequenza delle quali sono correlate alle tensioni meccaniche che le hanno originate.

Tali onde elettromagnetiche hanno frequenze che vanno da frazioni di Hertz ad alcune decine di Kiloherz; siccome il terreno tende ad attenuare di più le frequenze alte, lo spettro ricevuto è tanto più basso quanto più profondo risulta il fenomeno che le ha generate.

Essendo noto che l'intensità di queste emissioni elettromagnetiche è proporzionale al quadrato delle forze applicate per unità di volume della roccia piezoelettrica, è possibile, specie dopo un accurato studio statistico sul territorio, predire con buona approssimazione l'intensità del sisma che si sta preparando.

Va anche sottolineato che le onde elettromagnetiche generate nella zona d'anomalia meccanica si attenuano con il quadrato della distanza intercorrente tra il punto di origine e quello di ricezione.

Questo significa che l'intensità delle emissioni premonitrici del sisma risultano sempre più deboli e nascoste dai disturbi generati dall'uomo, da scariche statiche e da onde radio estranee, quanto più ci si allontana dalla sorgente.

Scopo precipuo dell’invenzione in oggetto è quello di predire, in base all'analisi delle emissioni d'onde elettromagnetiche VLF premonitrici, dove sarà localizzato l'epicentro del sisma e quale sarà la profondità dello stesso.

Per determinare l'epicentro del sisma si utilizza una rete di rilevamento sul territorio realizzata con stazioni riceventi periferiche (minimo tre) dislocate a qualche centinaio di chilometri l’una dall’altra, possibilmente in zone il più possibile lontane da fonti di disturbo, quali ad esempio: linee elettriche ad alta tensione, città, centri industriali.

Ciascuna di tali stazioni periferiche è costituita da una serie di opportuni componenti (meglio descritti nel prosieguo della descrizione) ospitati in un rispettivo container metallico.

Tali stazioni periferiche di rilevamento sono programmate in modo di poter inviare automaticamente, via radio o via telefono, il risultato delle loro rilevazioni ad un’unità centrale in grado di eseguire una speciale ed innovativa comparazione (come di seguito descritta) dei segnali provenienti da queste stesse unità periferiche, fino ad ottenerne, per l’appunto, la localizzazione dell’epicentro del fiituro terremoto.

Per maggiore chiarezza esplicativa la descrizione del trovato prosegue con riferimento alle tavole di disegno allegate, aventi solo valore illustrativo e non certo limitativo, in cui:

- la figura 1 mostra schematicamente una delle anzidette stazioni di rilevamento delle onde elettromagnetiche VLF;

- la figura 2 mostra con uno schema a blocchi i componenti operativi presenti nell’anzidetta stazione di rilevamento;

- la figura 3 è una diagramma che illustra la modalità con cui l’unità centrale di monitoraggio elabora le informazioni ricevute dalle varie stazioni di rilevamento al fine di localizzare l’epicentro del sisma;

- la figura 4 è uno spaccato tridimensionale di una porzione di crosta terrestre ove operano quattro stazioni periferiche di rilevamento appartenenti all’impianto secondo il trovato.

Con riferimento alle figure 1 e 2, ciascuna stazione periferica di rilevazione si avvale di due antenne riceventi: un’antenna principale a loop schermato bilanciato (1) ed una filare di servizio (2), preferibilmente interrata.

I segnali in uscita dalle due antenne (1, 2) sono convogliati verso opportune apparecchiature contenute nel container (C), dopo essere stati adattati in impedenza, amplificati e filtrati - mediante opportuni filtri (3) - al fine di eliminare le interferenze derivanti da eventuali fonti di disturbo esterne.

Una volta all’interno del container, i medesimi segnali rilevati dalle anzidette antenne (1, 2) vengono infatti convertiti da analogici in digitali, tramite opportuni dispositivi A/D (4).

Detti segnali, ormai in digitale, vengono avviati ad un computer di elaborazione (5) dopo essere stati marcati tramite un segnale di clock (6) di un PPS (pulse per second) proveniente da un ricevitore satellitare GPS (7) che fornisce il tempo-campione.

Tale computer (5) attiva un processo di elaborazione digitale (DSP) finalizzato ad attuare la soppressione dei disturbi presenti nelle onde elettromagnetiche VLF per il tramite della comparazione dei segnali ricevuti dalle due antenne (1, 2).

Il segnale che si produce al termine di tale processo di elaborazione digitale (DSP) viene memorizzato su un’opportuna memoria (8) e condizionato per il successivo invio ad un’unità centrale di monitoraggio e di elaborazione - non schematizzata nelle figure allegate - per il tramite di una linea telefonica connessa ad un modem (9a) o ad un modem radio (9b) associato ad una rispettiva antenna (A) di trasmissione montata sul tetto dell’ anzidetto container (C).

Non appena viene superato il livello di attenzione da una qualsiasi stazione di rilevamento, la medesima unità centrale di monitoraggio e di elaborazione acquisisce in tempo reale, via radio 0 linea telefonica, i dati provenienti dalle stazioni ad essa collegate ed inizia a processarli.

A tale scopo in questa unità centrale è previsto un primo calcolatore adibito all’acquisizione ed alla memorizzazione di tutti 1 segnali provenienti dalle stazioni dislocate sul territorio da esso monitorato, nonché un secondo calcolatore che effettua tutte le operazioni di DSP (Digital Signal Processing) per l’elaborazione dei segnali pervenuti dalle stazioni periferiche di rilevazione.

La logica operativa di questo secondo calcolatore è schematizzata nel'anzidetta figura 3, in cui si è ipotizzata l’elaborazione dei segnali provenienti da quattro distinte stazioni periferiche di rilevamento (Rx-A, Rx-B, Rx-C, Rx-D).

Più precisamente tale operazione consiste nell’ elaborare i segnali provenienti dalle stazioni di rilevamento, opportunamente equalizzati, e di trovare il picco di correlazione tra di loro (la correlazione consiste nel far scorrere temporalmente i segnali ricevuti dalle stazioni in maniera numerica sino a che, in un lasso temporale definito, coincidano tra di loro).

Il picco di correlazione serve ad allineare temporalmente i segnali ricevuti nelle stazioni di rilevamento, per poter così misurare i ritardi relativi [t(a-b), t(a-c), t(a-d)] tra le marche di tempo dei segnali ricevuti dalle stazioni dislocate sul territorio.

In altre parole i segnali VLF ricevuti dalle stazioni di rilevamento, vengono marcati con un segnale di tempo derivato da un GPS, quindi nel centro di raccolta ed elaborazione dati, con la tecnica della correlazione e della marcatura GPS, vengono calcolate le differenze del tempo di arrivo, come mostrato in figura 3.

I ritardi vengono misurati su più campioni di segnale ricevuti da ciascuna stazione di rilevamento; i risultati vengono quindi mediati e, quando si è raggiunta una minima varianza del dato, il dato viene acquisito.

A questo punto, essendo note le coordinate delle stazioni di rilevamento e le differenze dei tempi di ricezione del segnale premonitore, è possibile ottenere le coordinate dell’epicentro e la profondità del sisma impiegando la tecnica del TDOA (Time Difference Of Arrivai).

In effetti questa tecnica permette, con tre stazioni di rilevamento, di localizzare in 2D cioè le coordinate del' epicentro in x-y; mentre, con quattro o più stazioni di rilevamento, assicura, óltre ad una maggiore precisione, anche la possibilità di operare in 3D, cioè di rilevare anche l'asse z che rappresenta la profondità del' epicentro.

Rispetto ad un assegnato sistema Cartesiano (x, y, z) di riferimento - come mostrato in figura 4 - le coordinate incognite del segnale di emissione si ricavano risolvendo il sistema:

in cui t(ab), t(ac), t(ad) sono i ritardi dei segnali ricevuti rispettivamente dalle stazioni B, C, D rispetto al segnale ricevuto in A; laddove la costante C è la velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nel sottosuolo.

Con il sistema cartesiano sopra riportato è dunque possibile individuare le coordinate (x, y) dell epicentro, nonché la sua profondità (z).

Qualora si disponga di tre sole stazioni periferiche di rilevamento, la procedura di elaborazione dovrebbe prendere in considerazione i ritardi dei segnali di due stazioni rispetto ai segnali della terza; per cui il relativo sistema di calcolo sarebbe costituito da due sole equazioni a due incognite: per l’appunto le coordinate (x, y) dell’epicentro.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1) Impianto per la localizzazione preventiva di possibili terremoti;, caratterizzato per il fatto di essere costituito da più stazioni periferiche capaci di rilevare le onde elettromagnetiche a bassa frequenza (VLF) che si sprigionano a causa delle deformazione meccaniche degli strati sotterranei di roccia e di inviare i risultati delle loro rilevazioni ad un’unità centrale di elaborazione; essendo previsto che ciascuna delle anzidette unità periferiche sia costituita da due antenne riceventi: un’antenna principale a loop schermato bilanciato (1) ed una filare di servizio (2), preferibilmente interrata, i segnali delle quali, dopo essere stati adattati in impedenza, amplificati e filtrati, vengono convertiti da analogici in digitali, tramite opportuni dispositivi A/D (4), per poi essere avviati ad un computer di elaborazione (5) previa marcatura tramite un segnale di clock (6) di un PPS (pulse per second) proveniente da un ricevitore satellitare GPS (7) che fornisce il tempo-campione; essendo previsto che il medesimo computer (5) attivi un processo di elaborazione digitale (DSP) per la soppressione dei disturbi presenti nelle onde elettromagnetiche VLF grazie alla comparazione dei segnali ricevuti dalle due antenne (1, 2), in maniera tale che il segnale così elaborato possa essere memorizzato su un’opportuna memoria (8) ed inviato, via telefono o via radio, all’anzidetta unità centrale di elaborazione non appena venga superato il livello di attenzione della stessa stazione periferica di rilevamento; essendo previsto che l’anzidetta unità centrale di elaborazione sia fornita di un primo calcolatore adibito all’acquisizione ed alla memorizzazione di tutti i segnali (Rx-A, Rx-B, Rx-C, Rx-D . Rx-n) provenienti dalle stazioni dislocate sul territorio da esso monitorato, nonché di un secondo calcolatore che provvede ad elaborare i medesimi segnali, opportunamente equalizzati, fino a trovarne - secondo le modalità illustrate nella precedente descrizione - il picco di reciproca correlazione che ne permette l’allineamento temporale, necessario per misurare i ritardi relativi [t(a-b), t(a-c), t(a-d)....t(a-«)] tra le marche di tempo dei medesimi segnali ricevuti dalle stazioni periferiche; essendo previsto altresì che la medesima unità centrale di elaborazione sia in grado di misurare i ritardi su più campioni di segnale ricevuti da ciascuna stazione periferica di rilevamento e di mediare i risultati di tali misurazione, di modo che, una volta raggiunta una minima varianza del dato, il dato medesimo sia acquisito per essere poi utilizzato, essendo note le coordinate delle stazioni di rilevamento e le differenze dei tempi di ricezione del segnale premonitore, per ottenere le coordinate dell’epicentro e la profondità di un imminente sisma, sulla base della tecnica di elaborazione nota come TDOA (Time Difference Of Arrivai) e sulla base delle modalità di calcolo illustrate nella precedente descrizione.