Zou een waarschuwing van een paar seconden voldoende kunnen zijn om de verwoesting van een naderende aardbeving te verzachten? Kleine sensoren die worden ontwikkeld in een laboratorium van de Simon Fraser University kunnen helpen om preventief op te vallen, genoeg om kritieke infrastructuur te beveiligen, zoals bruggen of hoogspanningsleidingen, en mogelijk levens redden.

Onderzoekers in het Intelligent Sensing Laboratory van professor Behraad Bahreyni op de SFU-campus in Surrey creëren ultragevoelige versnellingsmeters - kleine microsystemen (minder dan 1 cm ² ) die in staat zijn om de meest gevoelige seismische activiteiten vast te leggen.

"Als er een aardbeving plaatsvindt, zijn geluid, in de vorm van seismische drukgolven, reist sneller dan de destructieve landbewegingen, " legt Bahrenyi uit. "De gevoeligheid van deze apparaten is zodanig dat ze de door een aardbeving geproduceerde drukgolven kunnen opvangen voordat deze toeslaat. Dit kan de uitkomst van zo'n ramp beïnvloeden."

Bahrenyi zegt dat de hoge kosten van bestaande seismische sensoren hun toepassing tot zeer weinig locaties beperken. verbonden met de belangrijkste delen van de infrastructuur. "Een waarschuwing van een paar seconden tot minuten aan het publiek zou de negatieve impact van een aardbeving drastisch kunnen verminderen, zowel in termen van het redden van levens als het beschermen van infrastructuur."

Het laboratorium van Bahreyni begon zijn versnellingsmeters te ontwikkelen als een oplossing om onderwatersonarsystemen compacter en kostenefficiënter te maken. De onderzoekers werkten samen met op Halifax gebaseerde Ultra Electronics Maritimes Systems, die financiering verschafte voor de ontwikkeling van sonarsystemen voor detectie van onderwaterbedreigingen met verbeterde verdedigings- en beveiligingsmogelijkheden.

"We wilden goedkoper ontwikkelen, compactere producten die aan strenge prestatie-eisen zouden voldoen en die ook de richting en de amplitude van geluidsgolven zouden kunnen bepalen, " zegt Bahrein, een universitair hoofddocent in SFU's School of Mechatronic Systems Engineering (MSE). De afgelopen twee decennia heeft hij sensoren en detectiesystemen ontwikkeld voor zowel de academische wereld als de industrie.

Bahreyni realiseerde zich al snel dat de krachtige, micro-bewerkte versnellingsmeters die in zijn laboratorium worden getest en ontwikkeld, kunnen aanvullende toepassingen hebben bij het detecteren van geluidsgolven. Dit geldt voor de laagfrequente seismische druksignalen van aardbevingen, of hoogfrequente trillingspatronen langs pijpleidingen, veroorzaakt door minieme geluiden van gaslekken.

Het onderzoek heeft geleid tot een start-up bedrijf, axSense-technologieën, die de BC Tech Association-prijs ontving in de New Ventures-technologiecompetitie van de BC Innovation Council 2017.

Hoe het werkt

De apparaten gemaakt door Bahreyni's groep meten hoe kleine 'seismische massa' gemaakt van silicium wordt verplaatst, door externe trillingen, met behulp van nauwkeurige elektronica.

De cijfers zijn verbijsterend:aan zijn limiet meet de sensor seismische massaverplaatsingen in de orde van 1/10, 000ste van de diameter van een waterstofatoom.

De sensor kan het geluid van een roepende walvis van 60 mijl afstand detecteren. Om de seismische massa en de opstelling te realiseren om de verplaatsingen te voelen, de groep maakt gebruik van de geavanceerde microfabricagefaciliteiten in SFU's 4D LABS.

De versnellingsmeters van het bedrijf hebben een geluidsniveau dat 20 keer beter is dan wat momenteel beschikbaar is, en een bandbreedte die vier keer beter is dan de huidige producten. Bahreyni is ervan overtuigd dat de eerste-in-zijn-soort prestatiestatistieken die aan deze versnellingsmeters worden toegeschreven, het potentieel hebben om axSense, en zijn verschillende toepassingen, een marktleider.

Het SFU-lab wordt beschouwd als Canada's toonaangevende onderzoekslaboratorium gericht op materialen, apparaten en systemen voor verschillende detectietoepassingen. Bahreyni zegt dat het bereiken van zulke hoge prestatieniveaus precisieontwerp vereist, en optimalisatie van proces en systeem op alle niveaus, van materialen tot signaalverwerking.

"We moesten nieuwe methoden ontwikkelen, gewoon om de apparaten te testen, " merkt hij op. Typische versnellingsmeters meten tot in het "milli-g-bereik." zegt Bahreyni, terwijl dat meer dan genoeg is voor dagelijkse toepassingen, het is verre van wat nodig is om een ​​geluidssignaal adequaat op te vangen, opmerkend dat zijn versnellingsmeters ongeveer "duizend keer" beter meten dan het gemiddelde apparaat.

Hij dankt zijn studententeam voor het bijdragen van sterke mechanische, elektronisch, en ontwerpvaardigheden tot het ontwerpen en testen van apparaten. Het laboratoriumteam, waaronder postdoctoraal onderzoeker Soheil Azimi en Fatemeh Edalatfar, werkt ook aan het creëren van oplossingen voor mens-robotinterface, inclusief sensoren om robots te helpen mensen te zien en te volgen zonder dat er videocamera's nodig zijn, nano-apparaten voor milieumonitoring, en machine learning-technieken om sensorsignalen te verbeteren.

Bahrein, die meer dan 100 technische publicaties heeft geschreven en vijf patenten heeft, zegt dat zijn laboratorium onderzoek blijft doen met industriële partners in de automobielsector, defensie- en telecommunicatiesectoren. Hij verwacht zijn versnellingsmeters de komende jaren op de markt te brengen.