SE529670C2 - Anordning och metod för detektering av och varning för tsunamis - Google Patents

Description

20 25 30 35 529 670 Ett annat problem är att få den utskickade varningen att snabbt nog nå ut till just de människor som för ögonblicket befinner sig i riskzonen.

Dessa storskaliga "early warning systems” har sin givna roll, men härutöver behövs lokala tsunamivarningssystem som kan detektera en tsunami som närmar sig en kust och snabbt larma dem som befin- ner sig i farozonen. Det förutsätter tsunamidetektorer som dels är automatiska, dels billiga. Automatiska för att kunna kopplas direkt till exempelvis sirener i land, billiga för att det inte ska bli för glest mellan detektorerna.

Den utrustning som idag används bygger på djuphavsbojar som måste vara kraftiga, väl förankrade och av hög kvalitet för att klara de påfrestningar de utsätts för i form av stormvâgor och annat.

Det gör att de blir ganska dyra.

En lokal automatisk tsunamidetekteringsanordning är tidigare känd genom patentansökan SE 0500007-0. Denna placeras pà havsbotten och känner av den tryckförändring som en passerande tsunami åstadkommer. En uppstigningsmekanism aktiveras därvid, och anord- ningen stiger upp till ytan. Härifrån sänds en radiosignal till en mottagare i land, som i sin tur aktiverar ett larm, t.ex. i form av sirener.

Nackdelen med denna anordning är att den efter utlöst larm måste tas om hand, àterställas i aktivt skick och ånyo placeras ut på havsbotten. Funktionsdugligheten kan inte heller testas utan att hela denna procedur måste genomföras.

Uppfinningens syften och särdrag Föreliggande uppfinning syftar till att skapa en automatiskt fungerande tsunamidetektor som är enkel, billig och driftsäker, som kan ingå såväl i ett storskaligt tsunamiövervakningssystem som i ett lokalt fristående tsunamilarmsystem, som utan något 10 15 20 25 30 529 670 underhållsbehov kan användas flera gånger och vars funktion kan testas med i förväg valda tidsintervall.

Anordningen består av en stationär basenhet, som inrymmer en sensor, t.ex. en tryckgivare, en processor och en energikälla, ett batteri, samt ett antal tillkopplade delar, som kan frigöras en och en. Den placeras på havsbotten där den fortlöpande mäter en fysikalisk storhet, i första hand vatten- trycket. En passerande tsunami medför en karakteristisk föränd- ring av vattentrycket vid botten. Denna tryckförändring identi- t.ex, ”kurirer", fieras av processorn som då aktiverar en mekanism som frigör en av kurirerna. Denna stiger upp till ytan och utsänder därifrån en radiosignal som kan mottagas, i första hand i land av en till en siren kopplad mottagare, men även av en satellit för vidarebe- fordran till en övervakningscentral för ett större område.

Kurirerna utformas lämpligen som torpedliknande projektiler, lättare än vattnet, för att uppstigningstiden till vattenytan ska bli så kort som möjligt.

På havets botten får anordningen ligga ifred för stormar, luftens syre, klåfingriga människor och andra hot. Detta gör att den kan göras relativt liten, enkel och billig.

För att regelbundet kunna testa att anordningen (och systemet den ingår i) fungerar som den ska, kan processorn ha en instruktion att vid i förväg valda tidpunkter tillfälligt mildra kriterierna för larm till den grad att anordningen även larmar för de mindre eller långsammare tryckförändringar som ständigt sker, men även för de variationer i inrapporterade mätvärden som är en följd av tryckgivarens ofullkomlighet. Efter det att processorn reagerat, kopplat loss en kurir och därmed utlöst ett larm, till normala instruktioner. återgår den 10 15 20 25 30 35 529 670 Kortfattad beskrivning av bifogade ritningar Fig. 1 är en schematisk sidovy av en uppfinningsenlig anordning enligt ett första utförande, och Fig. 2 är en schematisk sidovy av en uppfinningsenlig anordning enligt ett andra alternativt utförande.

Figur 1 visar anordningen i aktivt läge på havsbotten 1, på vilken den vilar med sin tyngre ände något nersjunken i botten- sedimentet. Anordningen består av en stationär basenhet 2, som inrymmer en sensor 3, en processor 4 och en energikälla 5, samt ett antal tillkopplade delar, och en. ”kurirer", 6 som kan frigöras en “ I figuren visas två av dessa; en som ännu inte kopplats loss och en som nyss gjort det och är på väg att flyta upp. Den stationära delen har ett vattentätt trycktåligt hölje 7 och är lämpligen försedd med en lyftanordning 8.

Varje kurir består av ett vattentätt, trycktåligt hölje 9, en energikälla 10, en radiosändare ll samt en antenn 12, monterad i kurirens övre ände. Kuriren kan också ha fenor 13 för stabilare gång upp mot ytan. Kopplingsanordningen 14 består i detta fall av ett bockat rör, infäst i den stationära delen, och varigenom en ledning går till frikopplingsmekanismen 15, som i detta fall kan bestå av en liten sprängladdning som skjuter loss kuriren på en signal från processorn.

I figur 2 visas ett alternativt utförande, där kurirerna place- rats i varsina vattentäta fack 16, av vilka fyra visas i figuren.

Losskopplingsanordningen utgörs i detta fall av ett lock 17 som öppnas genom en signal från processorn, varvid kuriren av egen flytkraft frigör sig från den stationära delen. I figuren visas som exempel endast kopplingen till ett av dessa lock, som just öppnats och frigjort en kurir. Alternativt kan en gasampull (ej visad) användas. När den utlöses på signal från processorn fri- görs gas som skapar ett övertryck i det aktuella facket, till- räckligt för att blåsa bort locket 17. 10 15 20 25 30 35 529 670 görs gas som skapar ett övertryck i det aktuella facket, till- räckligt för att blåsa bort locket 17.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföranden av uppfinningen Vanliga havsvågor består dels av den synliga vågen på havsytan, dels en tryckvàg under ytan. Den tryckökning som en passerande vanlig våg skapar kan dock bara registreras nära under vågen. På större djup är det lugnt och vattentryckets variationer är små, även när det stormar.

En tsunami däremot är en tryckvàg som fortplantar sig genom hela vattenmassan, och som därför även kan registreras på stora djup.

När tsunamin når grundare vatten koncentreras energin, trycket stiger och en större våg börjar växa fram.

En tsunami är alltså enklare och billigare att detektera på grunt vatten än på djupt. Detta kan utnyttjas genom att detektorer pla- ceras i anslutning till grundbankar, öar och uddar som sticker ut från kusten. Enda kravet är att det inte är så grunt att tryck- förändringen från en tsunami inte går att särskilja från tryck- förändringen från en vanlig stormvåg.

Anordningen placeras på havsbotten 1. Den består av en stationär del 2, som inrymmer en tryckgivare 3, en processor 4 och en energikälla 5, samt ett antal tillkopplade delar, ”kurirer”, 6 som kan frigöras en och en. Den stationära delen har större densitet än vattnet, och ligger eller står därför stadigt på botten. De tillkopplade kurirerna har en densitet som är mindre än vattnets för att av egen kraft kunna flyta upp till ytan när de väl frikopplats. Den stationära delen har ett vattentätt trycktåligt hölje 7 och är lämpligen försedd med en lyftanordning 8. Om den är utformad som en spolformig tryckflaska kan den fås att stå med sin tyngre ände på botten och sin lättare ände vänd uppåt. 10 15 20 25 30 35 « 529 670 Kurirerna är lämpligen åtminstone 8 till antalet och fästs vid den stationära enheten på ett sådant sätt att de lätt kan fri- kopplas vid larm. Figuren visar anordningen i genomskärning, med en tillkopplad kurir kvar på plats och en annan som just frikopp- lats och är på väg upp.

Varje kurir består av ett vattentätt, trycktåligt hölje 9, en energikälla 10, en radiosändare ll samt en antenn 12, monterad i kurirens övre ände. Kuriren kan också ha fenor 13 för stabilare gång upp mot ytan. Lämpligen har kuriren sin tyngdpunkt nära bakänden, för att den vid ytan ska flyta stående, med sin antenn en bit ovanför vattnet. Härigenom förbättras räckvidden.

Kopplingsanordningen 14 kan se ut på olika sätt, t.ex. en start- ramp bestående av ett bockat rör, infäst i den stationära delen.

Frikopplingsmekanismen 15 kan då bestå av en liten sprängladdning som skjuter loss kuriren på en signal från processorn. Alternat- ivt placeras kurirerna i vattentäta fack 16 med öppningsbara lock 17. Locken kan antingen öppnas direkt elektromekaniskt på order från processorn, men kan också tryckas bort av ett plötsligt inrev övertryck, åstadkommet genom att en gasampull utlösts i facket ifråga.

Frikopplingsmekanismen utformas vidare så att kurirens radiosänd- are samtidigt aktiveras. Detta kan ske genom att en strömkrets sluts genom att två metallbleck, som tidigare hållits isär, till- åts fjädra mot varandra. Det kan också ske genom att havsvattnet får kontakt med två kabelanslutningar på kurirens undersida eller utsida, och därvid sluter en strömkrets.

Tryckgivaren mäter kontinuerligt vattentrycket och skickar mät- värdena till processorn. I denna jämförs det aktuella trycket med föregående mätvärden. Är en uppmätt tryckförändring tillräckligt stor och tillräckligt snabb klassas situationen som en passage av en farligt stor tsunami och processorn beordrar losskoppling av en av kurirerna. Processorn kan också analysera mätvärdena med 10 15 20 25 30 35 529 670 mer avancerade beräkningsmetoder i syfte att snabbare och säkrare identifiera tsunamis av tillräcklig (farlig) storlek.

Kurirens radiosändare aktiveras alltså vid frikopplingen och börjar sända. När kuriren når havsytan når radiovågorna de vänt- ande mottagarna. En mottagare i land kan sedan i sin tur vara direktkopplad till en siren som larmar de människor som befinner sig längs kuststräckan. Den kan också vara kopplad till ett större tsunamivarningssystem, och i praktiken är det lämpligt att den är kopplad till bägge. Den utsända signalen kan innehålla mer I det enklaste fallet utgörs den helt enkelt av en kod som mottagaren reagerar för, men den kan också eller mindre information. innehålla ytterligare information, som identitet, position mm.

Sändare/mottagare kan också kommunicera med annan typ av trådlös signalöverföring, t.ex. mobiltelefonteknik och de frekvenser som används inom denna.

Genom att placera ut en automatisk tsunamidetektor på lagom av- stånd utanför en bebodd och sårbar kuststräcka kan befolkningen larmas i tid för att hinna ta skydd, eftersom det ovan beskrivna förloppet tar betydligt kortare tid än vad tsunamin behöver för att nå land.

En tsunami rör sig med en hastighet som man får genom att multi- plicera vattendjupet med tyngdkraftsaccelerationen, och dra kvad- ratroten ur denna produkt. Om exempelvis tsunamidetektorn plac- eras 20 km från kusten och medeldjupet är 200 meter så är gång- tiden för vågen till stranden ca 10 minuter. Det ovan beskrivna larmförloppet tar i detta fall ca 5 minuter, vilket ger en för- varningstid på ca 5 minuter.

Detektorn kan alltså i princip larma för lika många tsunamis som den har kurirer. Men eftersom det är viktigt att kunna testa utrustningen med jämna mellanrum, och också öva samhällets reak- tion och respons på ett larm, kan processorn även ha en instruk- tion för detta. 10 15 20 529 670 Vid i förväg valda tidpunkter, t.ex. en eller två gånger per år, ändras kriterierna för ”passage av farlig stor tsunami”. Istället för att reagera på en tillräckligt stor och snabb tryckföränd- ring, är nu anordningen instruerad att reagera för alla tryckvar- iationer. Så fort två på varandra följande mätvärden skiljer sig åt går larmet och en kurir beordras upp. När detta är gjort åter- går anordningen till sitt ordinarie program. Följden blir ett avsiktligt falsklarm vid en given tidpunkt, ett larm som visar att alla komponenter i systemet fungerar; tryckgivare, batteri, processor, losskopplingsmekanism, siren- radiosändare, mottagare, er etc, var för sig och tillsammans.

Tänkbara modifikationer av uppfinningen Liksom den anordning som finns beskriven i patentansökan SE 0500007-O skulle denna kunna mäta andra parametrar än tryck, t.ex. temperatur, syrehalt mm. och larma vid större förändringar av dessa. Exempelvis skulle den kunna ingå i ett automatiskt miljöövervakningssystem. Processorn kan då programmeras för att reagera om något mätvärde över- eller underskrids. Skillnaden är att den nu aktuella anordningen inte är förbrukad efter ett larm, och att dess funktion kan testas fortlöpande.

Claims (14)

10 15 20 25 30 35 529 670 Patentkrav

1. Anordning för detektering av och varning för tsunamis, kännetecknad av, basenhet (2) förbunden kurir att densamma innefattar en stationär och åtminstone en med basenheten (2) (6), medel (3, 4, 5) för att detektera uppfyllandet av ett i förväg bestämt villkor, vilket villkor framräknat lösgörbart utgörs av ett överskridande av ett första värde, enligt en i förväg bestämd formel, och som grundar sig på uppmätta tryckskillnader under en begränsad tid, och medel (15) villkor är uppfyllt, varvid kuriren (6) innefattar medel (10, ll, att densamma lösgjorts från basenheten (2). för att lösgöra kuriren från basenheten då nämnda 12) för att till en extern mottagare kommunicera

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av, att densamma innefattar ett flertal kurirer (6).

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av, att detekteringsmedlet (3, 4, 5) är innefattat i basenheten (2).

4. Anordning enligt något av kraven 1-3, kännetacknad av, att detekteringsmedlet (3, 4, 5) utgörs av, en sensor (3) för mätning av värden av åtminstone en storhet, en processor (4) för bearbetning av nämnda storhetsvärden, och en energikälla (5) som är förbunden med nämnda processor (4).

5. Anordning enligt krav 4, kännetecknad av, att nämnda storhet är tryck.

6. Anordning enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av, att lösgöringsmedlet (15) är en sprängladdning.

7. Anordning enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av, att lösgöringsmedlet (15) utgörs av en förskjutbar tapp. förbunden med basenheten (2) eller kuriren (6), och ett 10 15 20 25 30 35 i 529 670 lo samverkande öra förbundet med den andra av kuriren (6) och basenheten (2).

8. Anordning enligt något av kraven l-5, kännetacknad av, att lösgöringsmedlet (15) utgörs av ett elastiskt, utåt öppningsbart lock (17), som förseglar ett utrymme för förvaring av kuriren (6), samt en gasampull, dimensionerad för att vid utlösning skapa ett övertryck som öppnar locket.

9. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av, att kommuniceringsmedlet (10, 11, 12) sändare (11) och en antenn (12) för sändning av information, utgörs av, en och en energikälla (5) som är förbunden med nämnda sändare (11). ' '

10. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av, att kuriren (6) har en avlàng form med tyngdpunkten _ förskjuten mot en första ände och att antennen (12) är anordnad i en andra ända hos kuriren.

11. Anordning enligt något av föregående krav, kännetecknad av, att kuriren (6) har lägre densitet än vatten.

12. Varningssystem, kännetecknat av, att detsamma innefattar ett flertal anordningar enligt krav 1-11 och en extern mottagare.

13. Metod för detektering av och varning för tsunamis, innefattande stegen: - att vid en stationär basenhet (2), vid havsbotten, upprepade gånger mäta värdet av åtminstone anordnad att placeras tryck, - att detektera huruvida ett i förväg bestämt villkor uppfyllts baserat på nämnda uppmätta storhetsvärden, - att nämnda villkor utgörs av ett överskridande av ett första värde, framräknat enligt en i förväg bestämd formel, 10 15 ,529 670 och som grundar sig på uppmätta tryckskillnader under en begränsad tid, A - att om nämnda villkor uppfyllts lösgöra åtminstone en kurir (6) (2), aktiveras och kommunicerar till en från nämnda basenhet och - att nämnda kurir (6) extern mottagare att densamma lösgjorts från basenheten (2).

14. Metod enligt krav 13, kânnetecknad av, att med i förväg bestämda intervall, tillfälligt låta nämnda villkor utgöras av att tvâ på varandra följande mätvärden är olika, i avsikt att testa systemet genom att skapa ett falsklarm.