高灵敏度光纤陀螺仪可以感知活火山周围的旋转地面运动。

研究人员开发了一种光纤陀螺仪原型，用于实时高分辨率监测意大利那不勒斯坎皮弗莱涅雷火山地区地震引起的地面旋转。更好地了解这一人口稠密地区的地震活动有助于改进风险评估，并有可能增强预警系统。意大利国家地球科学研究所（CNR-INO）研究组负责人萨尔维奥·阿维诺（Saverio Avino）表示，地震发生时，地球表面会发生线性和旋转运动。“虽然这种旋转通常很小，往往难以察觉，但捕捉到它将有助于我们更全面地了解地球内部动力学和地震震源。”

在《应用光学》杂志上，研究人员报告了一种基于2公里长光纤陀螺仪（名为BSD-98）的旋转传感器的初步观测结果。该传感器在连续五个月的数据记录中表现良好，能够检测到由小型到中型局部地震引起的噪声和地面旋转。

那不勒斯大都会区人口约300万，拥有三座活火山。整个区域覆盖着一个多参数传感器网络，该网络实时监测用于研究地震和火山活动的各种物理和化学参数。

“测量地球表面的自转将为这个复杂的传感器难题增添另一块拼图，”国家地球物理和火山学研究所 (INGV) 研究团队成员 Danilo Garzou（Danilo Galuzzo）说道。

“这些补充信息还将有助于全面了解火山地震信号，这对于探测火山动力学的任何变化至关重要。”

光纤陀螺仪捕捉到了意大利那不勒斯坎皮福格列雷火山地区的中小地震，包括此次地震群。图片来源：Saverio Avino，CNR-INO

测量旋转运动

陀螺仪是一种用于检测和测量方向或角速度（物体旋转速度）变化的装置。例如，在智能手机中，一个简单的陀螺仪就可以检测和测量设备的方位和旋转。为了测量地震或火山活动产生的地震波的旋转，研究人员基于萨格纳克效应开发了一种更复杂的陀螺仪。

光纤陀螺仪是一种灵敏的角速率传感器，其工作原理基于萨格纳克效应：在环形干涉仪中，来自光源的光波被分束器分成两束。这两束光沿相反方向（顺时针和逆时针）运动，并返回分束器。当干涉仪相对于惯性参考系以一定的角速度旋转时，顺时针光束和逆时针光束之间会产生相位差：

光纤惯性导航系统采用BSD系列闭环光纤陀螺仪作为测量单元，具有精度高、可靠性高、寿命长、测量范围广、抗冲击和抗振动能力强等特点，可在全拒止环境（无卫星）下为载体提供精确的定位和导航功能。

“我们的实验室位于活跃火山带的中心地带，因此它是一个天然的地震源，”阿维诺说。“由于我们几乎每天都会经历中小地震，我们可以测量并获得大量的地面旋转数据，这些数据可以进行持续分析，以研究弗莱格瑞火山地区的地震和火山现象。”