Een eenvoudige glasvezelkabel in de grond kan aardbevingen detecteren. Dat laten onderzoekers van Stanford University zien. Ook andere trillingen uit de omgeving pikt de glasvezel moeiteloos op.
Op de universiteit aan de Amerikaanse westkust loopt een 4,8 km lange glasvezel in de vorm van een acht. Het ding is bedoeld om trillingen te meten van aardbevingen, die nogal eens voorkomen in dit seismisch actieve gebied.
Sinds de start van de metingen, in september 2016, heeft hoogleraar Biono Biondi zo’n achthonderd seismische trillingen gemeten met zijn glasvezel, meldt IEEE Spectrum. Onder die trillingen bevinden zich onder andere de recente zware aardbeving in Mexico, maar ook explosies in nabijgelegen steengroeves.
Onzuiverheden
Maar hoe meet je met een glasvezel de trillingen van de grond? Dat werkt zo: aan het begin van de vezel gaan laserpulsen de vezel in en op dezelfde plek wordt gemonitord hoe het licht terugkomt als gevolg van het weerkaatsen van het licht tegen onzuiverheden in de glasvezel – die zitten er onvermijdelijk in. Wanneer de vezel uitrekt of inkrimpt als gevolg van een aardbeving, treden veranderingen op in dit teruggekaatste licht en die kun je meten.
Volgens IEEE Spectrum zit om de paar meter zo’n onzuiverheid die werkt als een sensor. ‘Dat betekent dat we onder de grond al beschikken over een netwerk van miljoenen en miljoenen potentiële sensoren’, aldus Biondi. ‘We moeten ze alleen nog nuttig gebruiken.’ Daarin ligt misschien wel de grootste uitdaging van dit project: de telecombedrijven, die de glasvezels bezitten, ervan overtuigen dat ze de kabels beschikbaar moeten stellen voor trillingsmetingen.
Gevoeliger
De sensoren in een glasvezel zijn van lagere kwaliteit dan de standaardsensoren die seismologen gebruiken. Dat hoeft echter geen probleem te zijn, omdat er veel méér van zijn dan van de standaardsensoren. Die zitten namelijk om de 20 km in de grond. Het grote voordeel van de glasvezels van Stanford University is dat ze om de paar meter zitten, zodat een paar vezels op een rij samen veel gevoeliger zijn voor bevingen. Hiermee kunnen seismologen op een goedkope manier ook lichte bevingen meten.
De meetsoftware kan aardbevingsvibraties onderscheiden van trillingen uit de omgeving (vrachtwagens, voetgangers). Bij aardbevingen kan hij zelfs P-golven (in de lengterichting) van S-golven (loodrecht op de lengterichting) onderscheiden. Dat is belangrijk, want de P-golven reizen sneller, maar de S-golven veroorzaken de meeste schade. De P-golven kondigen dus als het ware de verwoestende (bij een zware beving) S-golven aan.
Olie- en gasindustrie
Deze bevindingen zijn op zich niet nieuw. Glasvezels worden al veel langer gebruikt voor trillingsmetingen in de olie- en gasindustrie. Alleen zitten ze dan altijd bevestigd aan een stevige constructie, zoals een zware pijp, of zijn ze in beton gegoten. Het nieuwe inzicht van het Stanford-onderzoek is dat ook een glasvezel die los in een buis ligt – zo zit een glasvezel voor telecomdoeleinden onder de grond – aardbevingen kan detecteren.
De onderzoekers hebben hun data ook gedeeld met het bedrijf Stamen Design en het Victoria and Albert Museum in Engeland, die er een prachtige visualisatie mee maakten. Meer uitleg daarover in deze blogpost.
Nederlands bedrijf
Met een glasvezel kun je overigens nog meer dingen meten. Het Nederlandse bedrijf Technobis heeft zich gespecialiseerd in de glasvezel als meetsensor. Zo heeft het een sensor die, wanneer de glasvezel een klein beetje verbuigt, heel kleine vervormingen kan vaststellen van bijvoorbeeld vliegtuigvleugels, bruggen of complexe machines. De verwerking van deze metingen gebeurt op fotonische chips die, in tegenstelling tot elektronische chips, werken met lichtsignalen. (Lees ook ons achtergrondverhaal over fotonica in Nederland: ‘Nederlandse bedrijven pionieren met chips op licht’).
Openingsbeeld Grafische weergave van trillingen in de glasvezel van Stanford University. Bron: Stamen Design / Victoria and Albert Museum.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.