디지타이저 및 제너레이터 기업 스펙트럼 인스트루먼트(Spectrum Instrumentation)의 PCIe디지타이저, M2p.5921-x4가 많은 노벨상 수상자를 배출한 세계 랭킹 10위권 대학중 하나인 UCL(University College London) 연구팀의 화산 폭발 조기 경보 시스템 개발에 사용되며 뛰어난 감도와 넓은 작동 온도 범위를 입증했다. 

M2p.5921-x4는 5MS/s에서 최대 10GS/s의 초고속 샘플링 속도와 8~16비트의 분해능, 2.5MHz~3GHz 이상의 대역폭을 갖추고 있고, 6km 밖에서도 미세한 움직임을 감지할 만큼 뛰어난 감도를 자랑한다.

아민 아미리(Amin Amiri) 박사를 중심으로 구성된 UCL 연구팀은 화쇄류(PDC, 화산쇄설류)를 분출하는 3개의 활화산이 위치한 중앙아메리카, 과테말라에서 연구를 진행하고 있다. 화쇄류는 최대 600km/h의 속도로 이동하는 가스, 암석, 화산재로 최대 800°C의 열을 동반하며 큰 인명피해를 발생시킬 수 있다. 이에 UCL 연구팀은 스펙트럼 인스트루먼트의 디지타이저, M2p.5921-x4를 핵심 장비로 사용하여 화쇄류를 연구하고 높은 수준의 감도를 갖춘 레이더 기반 조기 경보 시스템을 구축하고 있다. 

UCL 연구팀 아민 아미리 박사는 “본 경보 시스템을 성공적으로 구축하기 위해선 감도가 매우 중요하다. 매우 민감한 -100dBm의 최소잡음전력을 가지고 있는 스펙트럼 인스트루먼트 디지타이저 기반의 이동표적표시(MTI) 시스템은 화쇄류의 첫 징후와 같은 미세한 움직임을 모두 포착할 수 있었다”고 강조했다.

실제로 UCL 연구팀의 측정 장비는 4km떨어진 곳에서 작동하도록 설계되었지만, 과테말라 지역의 지형적 한계로 인해 6km 밖에 설치되며 측정 정확도에 대한 우려를 낳았다. 하지만, 연구팀이 드론을 활용해 화산의 경사면을 추가로 모니터링 해본 결과, 6km밖에서도 문제없이 작동하는 것으로 밝혀졌다. 

UCL 연구팀은 화쇄류 화산의 메커니즘을 규명하기 위한 최초 연구의 일환으로 과테말라 산티아구토 화산의 한 경사면을 모니터링하는 장비를 설치했다. 해당 장비는 진동이 감지되면 레이더 시스템을 작동시키는 지진 활동 감지기가 탑재되어 있어 화쇄류 분출과 관련된 데이터만 수집한다. 이러한 메커니즘은 장치의 배터리를 절약할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 수집된 데이터를 몇 달 뒤 회수 및 분석하고 이후 두 경사면에 추가로 모니터링 장비를 설치할 예정이다.

UCL 연구진이 개발중인 경보 시스템은 송수신용 반사판을 포함한 X/Ku 밴드 레이더 시스템으로 구성된다. 본 시스템은 수신 신호를 발신 신호와 비교, 화산 경사면에 화쇄류가 발생할 때마다 움직임과 범위에 대한 정보를 담은 중간 주파수(IF) 신호를 생성, 20MS/s 속도를 지원하는 M2p.5921-x4 디지타이저를 통해 디지털화되고, 스펙트럼 인스트루먼트의 SBench 6 측정 소프트웨어를 통해 처리된다.

아미리 박사는 “스펙트럼 인스트루먼트 제품은 과열을 방지하는 열 차단 기능 등을 통해 가혹한 환경에서도 무리 없이 작동한다. 타 프로젝트에서 스펙트럼 인스트루먼트의 제품을 여러 번 사용해보며 제품의 우수한 성능을 경험했다. 앞으로의 연구에도 문제없이 작동할 것이라 확신한다”고 말했다.

한편 연구팀은 35℃에 달하는 과테말라의 고온으로부터 장비를 보호하기 위해 금속 상자를 덧대고 그늘이나 내부 팬을 통해 장비의 온도를 조절하고 있다. 또한 금속 상자에 큰 핀을 부착하여 열을 방출하거나 태양열 전지로 구동되는 냉각장치를 활용 중이다.