Los sismómetros del que (en los seismos griegos del = metero del terremoto y del = medida) son los instrumentos que miden y registran los movimientos de la tierra, incluyendo los de las ondas sísmicas generadas por las explosiones nucleares de los terremotos, y otros expedientes sísmicos de las fuentes de ondas sísmicas permiten que a sismólogos trace el interior de la tierra, y localizan y miden el tamaño de estas diversas fuentes.
El sismógrafo es otro término usado para el sismómetro, aunque es más aplicable a instrumentos más viejos en los cuales la medición y la registración del movimiento de tierra fueron combinadas que a los sistemas modernos, en los cuales se separan estas funciones. Ambos tipos proporcionan un expediente continuo del movimiento de tierra; esto los distingue de los seismoscopes, que indican simplemente eso el movimiento ha ocurrido, quizás con una cierta medida simple de cómo es grande era.
Principios de base
Los sismómetros de inercia tienen:La masa del
A, generalmente llamada el la masa de inercia, que puede moverse concerniente al marco del instrumento, pero es atada a ella por un sistema (tal como un resorte) que lo llevará a cabo fijado concerniente al marco si no hay movimiento, y también amortiguar cualquier movimiento una vez que el movimiento del bastidor para.
Los medios de registrar el movimiento de la masa concerniente al marco, o la fuerza necesitaron guardarlo de la mudanza.
Cualquier movimiento de la tierra mueve el marco. La masa tiende a no moverse debido a su inercia, y midiendo el movimiento entre el marco y la masa el movimiento de la tierra puede ser resuelto, aunque la masa se mueve.
Los sismómetros tempranos utilizaron palancas ópticas o acoplamientos mecánicos para amplificar los pequeños movimientos implicado, registrando en el papel de papel o fotográfico hollín-cubierto.
Electrónica moderna del uso de los instrumentos. En algunos sistemas, la masa es llevada a cabo casi inmóvil concerniente al marco por un lazo de regeneración negativa electrónico . El movimiento de la masa concerniente al marco se mide, y el lazo de regeneración aplica una fuerza magnética o electrostática para mantener la masa casi inmóvil. El voltaje necesario para producir esta fuerza es la salida de el sismómetro, que se registra digital. En otros sistemas la masa se permite moverse, y su movimiento produce un voltaje en una bobina atada a la masa y a la mudanza a través del campo magnético de un imán atado al marco. Este diseño es de uso frecuente en los geófonos usados en los exámenes sísmicos para el aceite y el gas.
Los observatorios sísmicos profesionales tienen generalmente instrumentos el medir de tres hachas: norte-sur, Este-Oeste, y up-down. Si solamente un eje puede ser medido, ésta es generalmente la vertical porque es menos ruidoso y da mejores expedientes de algunas ondas sísmicas.
La fundación de una estación sísmica es crítica. Una estación profesional se monta a veces en roca de fondo. Los mejores montajes pueden estar en las perforaciones profundas, que evitan efectos termales, el ruido de tierra y la inclinación del tiempo y de las mareas. Montan al aficionado, o los instrumentos menos exóticos a menudo en recintos aislados en los pequeños embarcaderos enterrados del concreto unreinforced. El refuerzo de las barras y de los agregados torcería el embarcadero como los cambios de temperatura. Un sitio se debe examinar siempre para el ruido de tierra con una instalación temporal antes de verter el embarcadero y de poner el conducto.
Sismómetro de Zhang Heng
En el 132, el Zhang Heng de la dinastía de Han de China inventó el primer sismómetro, llamado Houfeng Didong Yi (encendido. instrumento para medir los vientos estacionales y los movimientos de la tierra). Por medio de una reacción en cadena mecánica causada por la vibración pesada de la tierra durante un terremoto, un mecanismo del péndulo dentro del sismómetro cobre-enmarcado, urna-shaped sacudiría y activaría una serie de palancas. Esto alternadamente caería en última instancia una bola de cobre amarillo esférica de una dragón-boca artificial de la tapa de la urna en una sapo-boca artificial abajo, significando la dirección cardinal del terremoto. El uso de este dispositivo fue registrado en el texto histórico del libro de Han posterior .
Un ejemplo temprano
El principio se puede demostrar por un sismómetro temprano del propósito especial. Esto consistió en un péndulo inmóvil grande, con una aguja en la parte inferior. Mientras que la tierra comienza a moverse, la masa pesada del péndulo tiene la inercia todavía a permanecer en el capítulo de la no-tierra de la referencia . El resultado es que la aguja rasguña un patrón que corresponde con el movimiento de tierra. Este tipo de sismómetro fuerte del movimiento registrado sobre un vidrio ahumado (vidrio con el hollín del carbón). Mientras que es no sensible bastante detectar terremotos distantes, este instrumento podía indicar la dirección de las ondas iniciales de la presión y ayudar así a encontrar el epicentro de un &mdash local del terremoto; tales instrumentos eran útiles en el análisis del terremoto 1906 de San Francisco . El nuevo análisis adicional fue realizado en los años 80 usar estas grabaciones tempranas, permitiendo una determinación más exacta de la localización inicial de la rotura de la avería en el condado de Marín y su progresión subsecuente, sobre todo al sur.
Diseños tempranos
Después de 1880, la mayoría de los sismómetros fueron descendidos de ésos desarrollados por el equipo de Juan Milne, de James Alfred Ewing y de Thomas gris, que trabajó junto en el Japón a partir de 1880-1895. Estos sismómetros utilizaron los péndulos horizontales humedecidos. Más adelante, después de la Segunda Guerra Mundial, éstos fueron adaptados en el ampliamente utilizado Presionan-Ewing el sismómetro.Más adelante, las habitaciones profesionales de los instrumentos para la red seismográfica estándar mundial tenían un sistema de instrumentos templados para oscilar en quince segundos, y el otro en noventa segundos, cada sistema que medía en tres direcciones. Los aficionados o los observatorios con medios limitados templaron sus instrumentos más pequeños, menos sensibles a diez segundos.
El sismómetro horizontal humedecido básico del péndulo hace pivotar como la puerta de una cerca. Montan a un peso pesado en el punto (a partir del 10 cm a varios metros) de un triángulo largo, con bisagras en su borde vertical. Mientras que la tierra se mueve, el peso permanece unmoving, haciendo pivotar el " gate" en la bisagra.
La ventaja de un péndulo horizontal es que alcanza frecuencias muy bajas de la oscilación en un instrumento compacto. El " gate" se inclina levemente, así que el peso tiende a volver lentamente a una posición central. El péndulo se ajusta (antes de que el humedecer está instalado) para oscilar una vez por tres segundos, o una vez por treinta segundos. Los instrumentos de fines generales de pequeños estaciones o aficionados oscilan generalmente una vez por diez segundos. Una cacerola de aceite se coloca debajo del brazo, y una pequeña hoja del metal montada en el superficie inferior del brazo arrastra en el aceite para humedecer oscilaciones. El nivel de aceite, posición respecto al brazo, y ángulo y tamaño de la hoja se ajusta hasta que el humedecer sea " crítico, " es decir, casi teniendo oscilación. La bisagra es fricción muy baja, a menudo alambres de la torsión, así que la única fricción es la fricción interna del alambre. Los pequeños sismógrafos con las masas bajas de la prueba se colocan en un vacío para reducir disturbios de corrientes de aire.
Zollner describió los péndulos horizontales torsionally-suspendidos desde 1869, pero convertido les para la gravimetría algo que seismometry.
Los sismómetros tempranos tenían un arreglo de palancas en los cojinetes jeweled, para rasguñar el vidrio ahumado o el papel. Más adelante, los espejos reflejaron un haz luminoso a una placa de la dirigir-grabación o a un rodillo del papel fotográfico. Breve, algunos diseños volvieron a los movimientos mecánicos al dinero de ahorro. En sistemas del mediados de-vigésimo-siglo, la luz fue reflejada a un par de fotosensores electrónicos diferenciados llamados un fotomultiplicador. El voltaje generado en el fotomultiplicador fue utilizado para conducir los galvanómetros que tenían un pequeño espejo montado en el eje. El haz luminoso reflejado de mudanza pegaría la superficie del tambor de torneado, que fue cubierto con el papel fotosensible. El costo del papel sensible de la foto que se convertía hizo muchos observatorios sísmicos cambiar a la tinta o al papel termal-sensible.
Instrumentos modernos
Sensores electrónicos del uso moderno de los instrumentos, amplificadores, e instrumentos registradores. La mayoría son de banda ancha, cubriendo una amplia gama de frecuencias: algunos sismómetros pueden medir movimientos con frecuencias a partir de 30 hertzios (0.03 segundos por ciclo) a 1/850 hertzio (850 segundos por ciclo). La suspensión mecánica para los instrumentos horizontales sigue siendo la jardín-puerta descrita arriba. Los instrumentos verticales utilizan una cierta clase de suspensión de la constante-fuerza, tal como la suspensión de LaCoste que utiliza a resorte de la cero-longitud para proporcionar un largo periodo (alta sensibilidad).Los sismómetros introducen inevitable una cierta distorsión en las señales que miden, pero los sistemas profesional-diseñados cuidadoso-han caracterizado frecuencia transforman.
Las sensibilidades modernas vienen en tres gamas amplias: Geófonos 50 a 750 V /m; sismógrafos geológicos locales, cerca de 1.500 V/m; y los teleseismographs, usados para la encuesta sobre el mundo, cerca de 20.000 instrumentos de V/m. vienen en tres variedades principales: período corto, largo periodo y banda ancha. La velocidad de la medida del cortocircuito y del largo periodo y es muy sensible, no obstante “acortan” o van fuera de escala para el movimiento de tierra que es bastante fuerte ser sentido por la gente. Los 24 canales de analógico a digital de la conversión del pedacito son corrientes. Los dispositivos prácticos son lineares áspero a una parte por millón.
Los seismogmeters entregados vienen con dos estilos de la salida: análogo y digital. Los sismógrafos análogos requieren el equipo de grabación análogo, posiblemente incluyendo un convertidor de analógico a digital. Los sismógrafos de Digitaces enchufan simplemente a las computadoras. Presentan los datos en las formas digitales estándar (a menudo " SE2" sobre Ethernet ).
Teleseismometers
El sismógrafo de banda ancha moderno puede registrar una gama muy amplia de las frecuencias . Consiste en una pequeña “masa de la prueba”, confinada por las fuerzas eléctricas, conducidas por la electrónica sofisticada . Como la tierra se mueve, la tentativa de la electrónica de llevar a cabo la masa constante a través de un circuito de la regeneración . La fuerza necesaria alcanzar esto entonces se registra.En la mayoría de los diseños la electrónica lleva a cabo una masa inmóvil concerniente al marco. Este dispositivo se llama un " Balance Accelerometer" de la fuerza;. Mide la aceleración en vez de velocidad del movimiento de tierra. Básicamente, la distancia entre la masa y una cierta parte del bastidor es medida muy exacto, por un transformador diferenciado variable linear . Algunos instrumentos utilizan un condensador diferenciado variable linear ).
Que la medida entonces es amplificada por los amplificadores electrónicos ató a las partes de un lazo de regeneración negativa electrónico . Una de las corrientes amplificadas del lazo de regeneración negativa conduce una bobina muy como un altavoz, salvo que la bobina se ata a la masa, y el imán se monta en el marco.
El resultado es que la masa permanece casi inmóvil.
La mayoría de los instrumentos miden directo el movimiento de tierra usar el sensor de la distancia.
El voltaje generó en cierto modo la bobina en la masa por el imán mide directo la velocidad instantánea de la tierra.
La corriente a la bobina de la impulsión proporciona un sensible, medida exacta de la fuerza entre la masa y marco, así directo midiendo la aceleración de la tierra (usar F=MA de la física básica ).
Uno de los problemas de continuación con los sismógrafos verticales sensibles es la flotabilidad de sus masas. Los cambios desiguales en la presión causada por el viento que sopla en una ventana abierta pueden cambiar fácilmente la densidad del aire en un cuarto bastantes de hacer un sismógrafo vertical demostrar señales falsas. Por lo tanto, la mayoría de los sismógrafos profesionales se sellan en recintos a prueba de gas rígidos. Por ejemplo, esta es la razón por la cual un modelo de Streckheisen del campo común tiene una base de cristal gruesa que se deba pegar a su embarcadero sin burbujas en el pegamento.
Puede ser que parezca lógico hacer que el imán pesado sirve como masa, pero ése sujeta el sismógrafo a los errores cuando el campo magnético de la tierra se mueve. Éste es también porqué las piezas móviles del sismógrafo se construyen de un material que obre recíprocamente como mínimo con campos magnéticos.
Un sismógrafo es también sensible a los cambios en temperatura, y muchos instrumentos se construyen de los materiales bajos de la extensión tales como invar no magnético .
Las bisagras en un sismógrafo se patentan generalmente, y para el momento en que haya expirado la patente, el arte ha mejorado. Los diseños más acertados del public domain utilizan las bisagras finas de la hoja en una abrazadera.
El otro tema es que la función de transferencia de un sismógrafo debe ser caracterizada exactamente, para saber su respuesta de frecuencia. Ésta es a menudo la diferencia crucial entre los instrumentos profesionales y aficionados. La mayoría de los instrumentos se caracterizan en una frecuencia variable que sacude la tabla.
sismómetros del Fuerte-movimiento
Otro tipo de sismómetro es un sismómetro digital del fuerte-movimiento, o el acelerógrafo . Estos datos son esenciales entender cómo un terremoto afecta a las estructuras humanas.Un sismómetro del fuerte-movimiento mide la aceleración. Éste puede ser matemáticamente integrado más adelante para dar velocidad y la posición. los sismómetros del Fuerte-movimiento no son tan sensibles a los movimientos de tierra como los instrumentos teleseismic sino que permanecen en escala durante la sacudida sísmica más fuerte.
Otras formas
Los acelerógrafos y los geófonos son a menudo imanes cilíndricos pesados con una bobina resorte-montada adentro. Mientras que el caso se mueve, la bobina tiende a permanecer inmóvil, así que el campo magnético corta los alambres, induciendo la corriente en los alambres de la salida. Reciben frecuencias de varios cientos de hertzios abajo a 4.5 hertzios (de barato) hasto sólo 1 hertzio (bastante de costoso). Algunos tienen humedecer electrónico, una manera del bajo-presupuesto de conseguir algo del funcionamiento de los sismógrafos geológicos wide-band a circuito cerrado.los acelerómetros de la Tensión-viga construidos como circuitos integrados son demasiado insensibles para los sismógrafos geológicos (2002), pero son ampliamente utilizados en geófonos.
Algunos otros diseños sensibles miden la corriente generada por el flujo de un líquido iónico anticorrosivo a través de una esponja de Electret o de un líquido conductor a través de un campo magnético .
Grabación moderna
Hoy, el registrador más común es una computadora con un convertidor de analógico a digital, un accionamiento de disco y una conexión a internet. Muchos observatorios ahora utilizan las computadoras. Para los aficionados, una PC con una tarjeta de sonidos y el software es adecuados, y ahorra mucho papel.Un algoritmo de uso frecuente eliminar observaciones insignificantes utiliza un promedio medio y de largo plazo a corto plazo. Cuando el promedio a corto plazo es estadístico significativo comparado al promedio de largo plazo, el acontecimiento vale el registrar.
Sismómetros interconectados
Los sismómetros espaciados en un arsenal se pueden también utilizar para localizar exacto, en tres dimensiones, la fuente de un terremoto, usar el tiempo que lleva para las ondas sísmicas la propagación lejos del hipocentro, el punto de iniciación de la ruptura de la avería (véase también la localización del terremoto). Los sismómetros interconectados también se utilizan para detectar explosiones nucleares de la prueba subterráneo .En sismología de la reflexión, un arsenal de características de la superficie inferior de las imágenes de los sismómetros. Los datos se reducen a las imágenes usar los algoritmos similares a la tomografía . Los métodos de la reducción de datos se asemejan a los de las máquinas de radiografía médicas tomográficas automatizadas de la proyección de imagen (Gato-explora), o a los sonares de la proyección de imagen
Un arsenal mundial de sismómetros puede realmente imagen el interior de la tierra en agitar-velocidad y transmisividad. Este tipo de sistema utiliza acontecimientos tales como terremotos, los acontecimientos del impacto o las explosiones nucleares como fuentes de onda. Los primeros esfuerzos en este método utilizaron la reducción de datos manual de las cartas de papel del sismógrafo. Los expedientes digitales modernos del sismógrafo se adaptan mejor al uso directo de la computadora. Con diseños del sismómetro y el acceso de Internet baratos, los aficionados y las pequeñas instituciones incluso han formado un " seimograph público network."
Los sistemas seismográficos usados para el petróleo o la otra exploración mineral utilizaron históricamente un explosivo y un cable metálico de los geófonos desenrollados detrás de un carro. Ahora la mayoría de los sistemas de corto alcance utilizan el " thumpers" ese golpe la tierra, y algunos pequeños sistemas comerciales tienen tal buena señal numérica el procesar que algunas huelgas de la almádena proporcionan bastante señal para las encuestas sobre refractivas la corto-distancia. La cruz exótica o las matrices bidimensionales de geófonos se utiliza a veces para realizar la proyección de imagen reflexiva tridimensional de características subsuperficies. El software geomapping refractivo linear básico (una vez que un arte negro) está disponible disponible, funcionamiento en los ordenadores portátiles, usar las secuencias tan pequeñas como tres geófonos. Algunos sistemas ahora vienen en un 18" ¡(0.5 m) casos plásticos del campo con una computadora, una exhibición y una impresora en la cubierta!
Los pequeños sistemas sísmicos de la proyección de imagen son suficientemente baratos ahora ser utilizado por los ingenieros civiles para examinar sitios de la fundación, para localizar roca de fondo, y para encontrar el agua subsuperficie.
| Random links: | SCIMTR | Muiredach Bolgrach | Jim Dinning | El Newz |