TWM645902U - 自由場、深井式感測器與遠端訊號源的組合配置及其地震偵測系統 - Google Patents
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Abstract
一種自由場、深井式感測器與遠端訊號源之組合配置的地震偵測系統，包括：一主機；一主感測器，設置於一自由場上並連線至該主機；一深井式感測器，設於該自由場的地表下方至少20公尺處；以及一遠端訊號源，設於相對於該主感測器的一遠端，並通過一網路與該主機連線且傳送一遠端訊號。通過裝置在不同位置的複數個感測器以達到覆核的效果，唯有各感測器均確認有地震時，始對被保護場所發出地震警告，避免非自然因素被誤判為地震，不讓人類的活動所造成的振動干擾到感測器。
Description
本創作係關於地震偵測；特別關於運用多個感測器的地震偵測方法與裝置，尤其是運用於工業級區塊及先進精密產業的廠房及其廠區。
自然災害，如：颱風、火山爆發等，大多數都可以提前數小時到數天預測。然而「地震」的發生則無法預測，甚至於發生前是毫無跡象的。嘗試在地震發生之初適度的偵測以降低損害。因地震波的速度由快到慢可區分為「P波」與「S波」等。其中S波的破壞性較大但速度較慢，抵達地表(自由場，Free Field)最遲；而振幅小、破壞力較低的P波波速較快，最快抵達自由場，因此在進行地震預警時，可利用地震儀偵測地震波來預警、搶在嚴重災害尚未形成之前發出警告並採取措施的行動。而具體的預測方法就是利用P波的波速最快、最早抵達的特性，來預測之後抵達的S波的預警。目前主流的地震預警或感測系統，主要分為區域型與現地型。區域型
的大致原理是建構在基本的地震定位與決定規模的方式，「區域型地震預警」的技術大約可以縮短在20秒之內。至於現地型地震預警系統(On-site Earthquake Early Warning System)是利用在某地佈設的地震觀測站觸發後的若干秒資訊對地震的破壞性即時作出判斷，並向當地發佈警報訊息的預警手段。這一模式一般依靠個別站台觸發，能夠有效降低預警佈設成本、縮小預警盲區範圍。
然而，地震感測器常常因為人類活動(例如：人員跑步、車輛經過、建築工地、重工業工廠)造成地表震動，而有誤判之發生。因此，如何避免非自然因素被誤判為地震，也是目前研究的方向之一。習用技術如中華民國專利I541528號雖然揭示了感測器的設置方式，但並未揭示使用的前提條件以及適用的場域，此外亦未揭示以遠端訊號源的方式作為現地(本地)地震偵測系統的輔助的感測訊號之來源，故對降低誤判之功效有限，且若發生其他感測器故障或訊號無法傳輸時，即會造成誤判概率的增加。至於中華民國專利I553327號則雖然提出了人類活動會造成地震儀的誤判，但其解決方式是以單一門檻值判別的方式，當場域內非自然的振動有數種型態時，則此一方式即容易誤判。
因此，本創作之主要目的即在於提供一種地震偵測系統，針對各種需要被保護的場所進行特別的規畫，為此，申請人殫精竭慮，提出了本創作的「自由場、深井式感測器與
遠端訊號源的組合配置及其地震偵測系統」，以避免因非自然因素之振動所導致之誤判，且增進地震判斷的準確性。
為了達到避免非自然因素被誤判為地震之目的，不讓人類的活動所造成的振動干擾到感測器，本創作通過裝置在不同位置的複數個感測器以達到覆核的效果，唯有各感測器均確認有地震時，始對被保護場所發出地震警告。本創作的「自由場、深井式感測器與遠端訊號源的組合配置及其地震偵測系統」，更進一步是指運用於工業級區塊、生產高價值產品的廠房及其廠區，此類環境的特點在於所生產的產品具有較高的價值，大部份屬於精密製造的範疇，且人類在其內的生產製造活動在工廠內會造成較多、較大幅度的震動，而建築物外亦會有重型車輛通過的道路，亦即針對這樣的環境，對感測器的設置位置進行優化的配置，以充分達到準確偵測。其中，為了避免來自於廠房、廠區內的加工機械、加工器具、以及周邊道路上的重型車輛的干擾，本創作除了提供一自由場感測器之外，並增設了一深井式感測器，以垂直向下的方向來遠離人工振動源、非地震振動源的干擾。此外，為了因應有低頻振幅的振動之干擾而使深井感測器可能誤判，或是深井感測器不夠深的狀況，本創作更與一位於遠端的感測器或地震偵測系統連線，由於其位於遠端，故更能避免本地的雜訊之干擾。通過三個不同環境所設置的感測器以避免其中兩個感測器在
相同環境時可能受到的同一種干擾而使兩者同時誤判的缺失。由此可見，藉由本創作可以降低誤判率、即提升準確率、且由於誤判率的降低可間接的降低因誤判而導致的停工所帶來的損失，從而降低成本，此外，本創作對於地震誤判的降低，人們的生活即不會因錯誤的地震警報而停滯，故而能提升生活品質。
故為了達到上述之目的，本創作提供一種自由場、深井式感測器與遠端訊號源之組合配置的地震偵測系統，包括：一主機；一主感測器，設置於一自由場上並連線至該主機；一深井式感測器，設於該自由場的地表下方至少20公尺處；以及一遠端訊號源訊號源，設於相對於該主感測器的一遠端，並通過一網路與該主機連線且傳送一遠端訊號。
為了達到上述之目的，本創作又再提供一種運用於地震偵測系統的自由場、深井式感測器與遠端訊號源的組合配置，包括：一主感測器，設置於一自由場上以作為自由場感測器；一第一輔助感測器，設置於該自由場之下方深度至少20公尺處；以及一第二輔助感測器，相對於該主感測器而設置於一遠端，且通過一網際網路輸出一感測訊號，其中該主感測器、該第一輔助感測器、以及該第二輔助感測器各自發送的感測訊號均抵達同一接收裝置。此接收裝置通常即係一主機。
10:地震判斷
100:開始
101:主感測器與輔助感測器是否同時觸發
101Y:判斷地震發生，並傳送一地震指示訊號
101N:判斷地震未發生，不傳送地震指示訊號
C-SYS:遠端地震偵測系統、遠端訊號源
M:主機
FF:自由場
FFS:自由場感測器、主感測器
D:深井深度
S:結構
U1:深井感測器
本創作的上述目的及優點在參閱以下詳細說明及附隨圖式之後對那些所屬技術領域中具有通常知識者將變得更立即地顯而易見。
〔圖1〕係本創作的地震判斷方塊圖。
〔圖2〕係本創作自由場、深井式感測器與遠端訊號源的組合配置及其地震偵測系統的示意圖。
請參閱圖1，其中揭示地震判斷10，步驟100：開始。是指當系統測試完畢後，各感測器、主機(圖1未揭示)處於正常開機、通電的狀態。接著，進行步驟101：主感測器、深井式感測器、以及遠端訊號源是否同時觸發。此步驟是指一判斷步驟，若主感測器、深井式感測器、以及遠端訊號源同時令主機確認有地震，則進入步驟101Y：判斷地震發生，並傳送一地震指示訊號。又若主感測器、深井式感測器、以及遠端訊號源並未同時令主機確認有地震，則進入步驟101N：判斷地震未發生，不傳送地震指示訊號。此處所述的同時觸發，實質上是指在一特定時段內觸發，此特定時段是六秒，亦可更短。再者，遠端訊號源係透過網路與主機連線，並傳送一遠端訊號給主機。若遠端訊號源是一輔助感測器，則該遠端訊號是一量測值，而該量測值係選自一加速度訊號、一速度訊號、或一位移訊號。又若該遠端訊號源是一輔助地震偵測系統時，該
遠端訊號是一觸發訊號。
請參閱圖2，是本創作自由場、深井式感測器與遠端訊號源的組合配置及其地震偵測系統的示意圖。其中可見總共有三種類型的感測器設置、連線方式。首先是在自由場FF(free field，指地表或很接近地表的位置)設置了自由場感測器FFS(主感測器)，自由場FF大致上包括了地表上至地表下二公尺以內的空間可以用來設置，此外，自由場FF上可設置一主機M，主機還包括計算單元、傳輸或通信介面等(圖中未揭示)，主機M亦可設置於戶外、或被保護場域內的一結構物S內。感測器有時容易受到非地震、人工振動的干擾，如若軌道車輛所產生的振動，而通常這類的振動的振幅大、頻率低、穿透力強，因此若要避開這些干擾則感測器要設置的夠遠，但又由於感測器的訊號線所傳遞的是類比訊號，因此隨著距離增加而使訊號強度大幅衰減，故作為輔助之用的感測器由於為了避開上述的干擾而設置的距離達數百公尺以上時，則可以通過網路以傳遞輔助感測器的感測訊號，以避免受到實體線的訊號衰減的影響。
請繼續參閱圖2，其中還揭示了一個位於深井的深井感測器U1作為輔助感測器，深井深度D較佳者大約是五十公尺，實際上視現場鑽井的情況，但至少須達到二十公尺的深度。深井感測器U1設置的理由在於以垂直距離的方式遠離如工廠本身、工地，因為許多時候工廠的腹地不足使得主感測器
FFS與被保護的場域(工廠、工地)之間的水平距離較短因而可能比較容易受到干擾，且廠區道路上也時常有重型車輛經過所產生的震動，深井感測器U1可以遠離之。不過由於有時候受到地質的影響，如岩盤位置較高，則深井感測器U1直接設置在岩盤上，亦無需鑽入岩盤來設置感測器。再者，若結構S是一工廠而其內又有會產生震動的機械，則在結構S上就不適合設置感測器。因此為了避免廠房內的機械產生的震動的干擾，在這類的廠房可以使用深井感測器U1。
請繼續參閱圖2，其中揭示了遠端訊號源C-SYS，其可以包含一個或一個以上的輔助感測器以做為遠端訊號源，或是以遠端地震偵測系統做為遠端訊號源。遠端訊號源C-SYS與被保護物的水平距離可能從數十公尺至數百公尺，甚至是三、四公里之遠，並通過網際網路與本創作的主機連線。主要是因為地震儀、地震感測器等設備傳輸的是類比訊號，距離過長則訊號強度的衰減幅度驟增。而遠端訊號源C-SYS也可以是另一個地震偵測系統，亦即其本身具有主機，對於己方的現地場域而言即作為一個遠端的輔助地震偵測系統，亦即遠端訊號源C-SYS做為一個來自遠方的地震感測訊號的來源，即遠端訊號源，其可以來自於遠端感測器，相對於本地而言即為一輔助感測器；亦可來自於一遠端地震偵測系統，相對於本地而言即為一遠端輔助地震偵測系統。當有複數個遠端訊號源時，意即這些訊號源均相對於主感測器而遠端地被設置，換言之，
就是設置在遠端，但該複數個訊號源可以是在遠端的同一場域內、亦可是在遠端的不同場域內，亦即遠端是一個遠距的概念，指得是遠端訊號源訊號源相對於主感測器的距離是遠距。
由於遠端訊號源C-SYS距離主感測器FFS或深井感測器U1足夠遠，故可以在現地的主感測器FFS或深井感測器U1受到干擾或故障時做為支援之用。此外，使用遠端訊號源C-SYS的時機亦在於若被保護場域的腹地不夠，無法以足夠的水平距離設置主感測器FFS，且萬一被保護場域內的結構(工廠、廠辦、工地)內本身又有會產生震動的機械就導致無法使用結構感測器S1，若有上述不適宜的場所，則可以使用遠端訊號源C-SYS。
而使用深井感測器U1的用意在於可以避免大型、重型車輛、工程車、貨櫃車等等的振動干擾，至於主感測器FFS的位置則可以作為主機M就近的設置點。此外，通過遠端訊號源C-SYS亦可以作為萬一其他各感測器失效時的備用。故而本創作的地震判斷的機制是當主感測器、深井感測器、以及遠端訊號源等三者均於一特定時段內確認有地震時，則該主機M發出一地震警報。此外，遠端訊號源係透過網路與主機連線，並傳送一感測訊號給主機，遠端訊號源所發出的感測訊號即是遠端訊號。若遠端訊號源是一輔助感測器，則該遠端訊號是一量測值，而該量測值則選自一加速度訊號、一速度訊號、或一位移訊號，通常是將量測值傳送到主機後，由主機轉換而成為這三種訊號，但若輔助感測器具有計算或轉換功能，則亦可以是將
轉換後所產生的這三種訊號擇一、擇二、或全部傳送至主機。
又若該遠端訊號源是一輔助地震偵測系統時，該遠端訊號是一觸發訊號。更進一步而言，遠端輔助地震偵測系統對其自身而言是一現地系統，因此亦可有自己的遠端訊號源，由此可見，任兩個相互距離為遠端的地震偵測系統可以互相地做為對方的遠端訊號源。
綜上所述，本創作利用各種不同配置的感測器來達到輔助判斷地震是否發生的效果，當然，若有足夠的預算，則可以對被保護物以盡量多種的配置來對其予以保護，一般而言，若腹地夠大，則可以將主感測器以較遠的水平距離設置。若結構內有機械會產生震動、或是結構附近會受到車輛的干擾，則可以設置深井感測器以通過較遠的垂直距離遠離干擾。此外，再輔以遠端訊號源C-SYS則可以更有效地遠離各種干擾，通過本創作的多種地震感測器的配置方式，可以讓地震判斷的準確性更高，並依據被保護物的所在場所的限制提供適合的複數個感測器來形成配置，當地震的誤判率降低，則因為誤判而導致的停工就會減少、進而減少因停工、停料而導致的延誤或浪費，此外，本創作對於地震誤判的降低，人們的生活即不會因錯誤的地震警報而停滯，故而能提升生活品質，換言之，誤判率降低，則因為誤判而採取的避難措施就會減少，因這些避難措施而導致的損失也會降低。由此可見，本創作對於相關產業而言具有莫大的貢獻。
1：一種自由場、深井式感測器與遠端訊號源之組合配置的地震偵測系統，包括：一主機；一主感測器，設置於一自由場上並連線至該主機；一深井式感測器，設於該自由場的地表下方至少20公尺處；以及一遠端訊號源訊號源，設於相對於該主感測器的一遠端，並通過一網路與該主機連線且傳送一遠端訊號。
2：如實施例1所述的地震偵測系統，其中當該遠端訊號源是一輔助感測器時，則該遠端訊號是一量測值。進一步而言，該量測值被轉換成一加速度訊號、一速度訊號、或一位移訊號中的至少一種。
3：如實施例1所述的地震偵測系統，其中該遠端訊號源是一輔助地震偵測系統時，該遠端訊號是一觸發訊號。
4：如實施例1所述的地震偵測系統，其中當該主感測器與該深井式感測器以及該遠端訊號源訊號源於一特定時段內均判斷有地震時，則確認真的有地震。
5：一種運用於地震偵測系統的自由場、深井式感測器與遠端訊號源的組合配置，包括：一主感測器，設置於一自由場上以作為自由場感測器；一第一輔助感測器，設置於該自由場的地表下方深度至少20公尺處；以及一第二輔助感測器，相對於該主感測器而設置於一遠端，且通過一網際網路
輸出一感測訊號，其中該主感測器、該第一輔助感測器、以及該第二輔助感測器各自發送的感測訊號均抵達同一接收裝置。
6：如實施例5所述的組合配置，其中該第二輔助感測器輸出的該感測訊號是一量測值，其中該量測值被轉換成一加速度訊號、一速度訊號、或一位移訊號中的至少一種。
7：如實施例5所述的組合配置，其中第二輔助感測器是一輔助地震偵測系統時，該感測訊號是一觸發訊號。
8：如實施例5所述的組合配置，其中該深井式感測器位於該地表下較佳的深度為50公尺。
9：如實施例5所述的組合配置，其中當該主感測器與該第一輔助感測器以及該第二輔助感測器於一特定時段內均判斷有地震時，則確認真的有地震。
10：一種地震偵測系統，其包括如實施例5至9中任一項所述的組合配置。
C-SYS:遠端訊號源
M:主機
FF:自由場
FFS:自由場感測器
D:深井深度
S:結構
U1:深井感測器
Claims (10)
- 一種自由場、深井式感測器與遠端訊號源之組合配置的地震偵測系統，包括：一主機；一主感測器，設置於一自由場上並連線至該主機；一深井式感測器，設於該自由場的地表下方至少20公尺處；以及一遠端訊號源，設於相對於該主感測器的一遠端，並通過一網路與該主機連線且傳送一遠端訊號。
- 如請求項1所述的地震偵測系統，其中當該遠端訊號源是一輔助感測器時，則該遠端訊號是一量測值。
- 如請求項1所述的地震偵測系統，其中該遠端訊號源是一輔助地震偵測系統時，該遠端訊號是一觸發訊號。
- 如請求項1所述的地震偵測系統，其中當該主感測器與該深井式感測器以及該遠端訊號源訊號源於一特定時段內均判斷有地震時，則確認真的有地震。
- 一種運用於地震偵測系統的自由場、深井式感測器與遠端訊號源的組合配置，包括：一主感測器，設置於一自由場上以作為自由場感測器；一深井式感測器，設置於該自由場的地表下方深度至少20公尺處；以及 一遠端訊號源，相對於該主感測器而設置於一遠端，且通過一網路輸出一遠端訊號，其中該主感測器與該深井式感測器各自發送的感測訊號，以及該遠端訊號均抵達同一主機。
- 如請求項5所述的組合配置，其中當該遠端訊號源是一輔助感測器時，則該遠端訊號是一量測值。
- 如請求項5所述的組合配置，其中當該遠端訊號源是一輔助地震偵測系統時，該感測訊號是一觸發訊號。
- 如請求項5所述的組合配置，其中該深井式感測器位於該自由場的地表下深度50公尺。
- 如請求項5所述的組合配置，其中當該主感測器與該深井式感測器以及該遠端訊號源於一特定時段內均判斷有地震時，則確認真的有地震。
- 一種地震偵測系統，其包括如請求項5至9中任一項所述的組合配置。
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