火山和火山活動讓我們著迷。通過更加規律，傳感器被用于收集和分析數據，從而可以創建準確的火山活動預測。例如，考慮一些最近的報紙頭條新聞：“美國宇航局阿姆斯特朗領導團隊測試火山灰對飛機發動機的影響，”和“海底傳感器記錄可能的水下火山爆發”，以及“用無線傳感器網絡監測火山爆發” “傳感器具有足夠的能力，可靠性，準確性，并且基于傳感器融合提供的數據，足以應對如此大量的數據。

估計全世界大約有1,500個潛在活躍的火山 - 它們能夠造成很大的破壞，即使它可能并不明顯。根據美國地質調查局（USGS）的數據，在過去15年中，80多架商用飛機在飛行中和機場遇到了火山灰。這些遭遇中的七次導致飛機失去噴氣發動機動力，幾乎導致碰撞。

為了進一步調查這些事件背后的原因，自2011年以來，美國宇航局與第412空軍試飛部，空軍研究實驗室，聯邦航空管理局（FAA），波音研究所和波音研究所合作。技術，普惠和惠特尼，通用電氣航空和勞斯萊斯Liberty Works通過實施車輛集成推進研究（VIPR）項目來測試和評估新的發動機健康管理技術。

傳感器現在用于測試飛機可以處理的火山灰量。通過使用空軍研究實驗室提供的C-17和兩臺F117發動機，目前的測試階段將將更多的Mount Mazama火山灰引入其中一個發動機，以評估健康監測傳感器及其相關軟件的運行情況可以檢測并報告問題。根據負責挑戰的VIPR項目的主要調查員，“我們正在研究能夠在開始階段識別飛機進入故障的技術，我們希望能夠識別和診斷它們，以及它們如何將隨著時間的推移而改變，“美國宇航局格倫研究中心的John Lekki和VIPR原理調查員說。 Lekki表示，調查小組將使用來自整個發動機的振動，排放和光纖溫度傳感器等多個傳感器的數據來識別和診斷問題。

除了空氣傳播危險，海底傳感器也是如此。記錄水下火山的噴發和潛在的噴發。舉例來說，華盛頓大學的深海天文臺和俄勒岡州海岸火山噴發 1 。學生們全天候工作，幫助專業的深海機器人 2 更換傳感器和平臺進行年度維護，并幫助科學家和工程師檢查其他儀器，包括高清攝像機

作為研究的一部分，地震活動是由八個地震儀記錄的，這些地震儀在火山口周圍和3000英尺的底部測量每秒200次的震動。海上山。測量包括火山口的高度，頂部水的壓力，以及潮汐和波浪的影響的去除，以便準確地計算位置。

不僅可以在火山地震之前測量地震變化，還可以用它們來測量地震后海底景觀的變化。現在，無線傳感器網絡也被用于檢測地震，如圖1所示。

圖1：無線傳感器網絡可用于監測活火山上的地震數據。 （由哈佛大學提供，Matt Welsh和其他人提供的插圖）

工作中的傳感器

用于此類科學目的的傳感器涵蓋從運動跟蹤到壓力傳感器，慣性測量單元的各個領域那些專門為地震監測而創建的人。以下是一些傳感器，它們代表那些用于測量甚至預測強大的火山何時爆發的傳感器。

運動跟蹤在火山和地震測量應用中起著重要作用。例如，InvenSense MPU-9250是一個多芯片模塊，由兩個集成在單個QFN封裝中的芯片組成。一個模具包含一個3軸陀螺儀和一個3軸加速度計。另一個模具包含來自Asahi Kasei Microdevices（AKM）Corporation的AK8963 3軸磁力計。總而言之，MPU-9250（圖2）是一款9軸設備，包括支持高級運動處理的數字運動處理器（DMP）引擎; DMP從主處理器卸載運動處理算法的計算。 DMP從加速度計，陀螺儀，磁力計和其他第三方傳感器獲取數據，并處理數據。結果數據可以從DMP的寄存器中讀取，也可以在FIFO中緩沖。 DMP可以訪問MPU的一個外部引腳，可用于產生中斷。

圖2：MPU-9250框圖。 （由InvenSense提供）

通常，InvenSense報告稱，運動處理算法應以高速運行，通常在200 Hz左右，以便以低延遲提供準確的結果。即使應用程序以更低的速率更新，也需要這樣做;例如，低功率用戶界面可以像5 Hz一樣緩慢更新，但運動處理仍應以200 Hz運行。 DMP可用作工具，以最大限度地降低功耗，簡化時序，簡化軟件架構，并在主機處理器上節省寶貴的MIPS，以用于應用程序中的其他用途。

MPU直接提供完整的9軸MotionFusion輸出。它設計用于在其輔助I 2 C端口上與多個非慣性數字傳感器（如壓力傳感器）連接，并具有三個用于數字化的16位模數轉換器（ADC）陀螺儀輸出，三個用于數字化加速度計輸出的16位ADC，以及三個用于數字化磁力計輸出的16位ADC。對于快速和慢速運動的精確跟蹤，該器件具有用戶可編程陀螺儀，滿量程范圍為±250，±500，±1000和±2000°/秒（dps），用戶可編程加速度計滿量程范圍為±2g，±4g，±8g和±16g，磁力計的滿量程范圍為±4800μT。

霍尼韋爾6-D Motion Variant 6DF-1N6-C2-HWL慣性測量單元（IMU）傳感器（圖3）設計用于從耐用的單個設備提供運動，位置和導航感應。使用MEMS技術，它可以感知三個垂直軸（波動，起伏，搖擺）和圍繞三個垂直軸（滾動，俯仰，偏航）的旋轉運動的平移運動。

圖3：霍尼韋爾6DF IMU可從單個設備提供運動，位置和導航感應。 （霍尼韋爾提供）

6 DF（六自由度）系列IMU測量其所連接的目標的運動，并使用行業標準CAN SAEJ1939將數據傳送到設備的控制模塊通信協議。 6DF-1N6-C2-HWL有兩種版本，可承受振動和惡劣環境，可在惡劣環境中實現最佳性能，同時精度降低很少。鋁制外殼可保護設備免受因石塊，灰塵，污垢和濕氣造成的損壞，可在惡劣的室外環境中使用。它還具有耐腐蝕性，可最大限度地減少對惡化的敏感性，這在鹽水環境中經常會發生。

德州儀器DAC1280IPW（圖4）是一款低失真數模轉換器，非常適合地震監測。它提供來自比特流輸入的高精度輸出信號。該器件在小型封裝中實現了非常高的線性度，而功耗僅為18 mW。該器件與該公司的ADS1281和ADS1282 ADC一起，創建了一個測試和測量系統，可滿足地震監測設備的嚴格要求。

圖4：DAC1280框圖。 （德州儀器公司提供）

在地震監測系統中，DAC1280IPW中的三個增益控制引腳將輸出范圍設置為從0 dB到-36 db（±2.5 V至±0.039 V差分）的6 dB步長。衰減范圍與ADS1282的增益相匹配，可在所有增益下進行測試。 DAC使用參考電壓和偏置電阻來設置滿量程輸出。可以調節電阻以精確調整DAC滿量程。 SYNC引腳將輸入數據采樣與CLK相位對齊。斷電引腳在不使用時會關閉設備。 DAC1280采用小型16引腳TSSOP封裝，工作在-40°C至+ 85°C溫度范圍，最高工作溫度為+ 125°C。

運動和熱觀測是用于火山監測和監測正在進行的火山活動的許多實地技術之一。例如，Mount St. Helens原位傳感器網絡的每個節點都配備了一個地震儀來檢測地震，一個GPS接收器用于精確定位并測量小的地面變形，一個次聲傳感器用于探測火山爆發。本文研究了一些非常適合用于火山監測的傳感器，并討論了這些傳感器如何投入使用。