Seismograph

Seismographen sind Instrumente, die Bewegungen des Bodens, einschließlich derjenigen von seismischen Wellen messen, die durch Erdbeben, vulkanische Ausbrüche und andere seismische Quellen erzeugt sind. Aufzeichnungen von seismischen Wellen erlauben Seismologen, das Interieur der Erde kartografisch darzustellen, und die Größe dieser verschiedenen Quellen ausfindig zu machen und zu messen.

Das Wort ist auf den Griechen , seismós, ein Schütteln oder Beben, vom Verb σείω, seíō zurückzuführen, um zu wanken; und , métron, Maß.

Seismograf ist ein anderer griechischer Begriff von seismós und , gráphō, um zu ziehen. Es wird häufig verwendet, um Seismographen zu bedeuten, obwohl es auf die älteren Instrumente anwendbarer ist, in denen das Messen und die Aufnahme der Boden-Bewegung verbunden wurden als zu modernen Systemen, in denen diese Funktionen getrennt werden.

Beide Typen stellen eine dauernde Aufzeichnung der Boden-Bewegung zur Verfügung; das unterscheidet sie von seismoscopes, die bloß anzeigen, dass Bewegung, vielleicht mit einem einfachen Maß dessen vorgekommen ist, wie groß es war.

Kernprinzipien

Trägheitsseismographen haben Hebel in ihnen, die rhythmische Bewegung behalten

  • Ein Gewicht, gewöhnlich genannt die innere Masse, die sich hinsichtlich des Instrument-Rahmens bewegen kann, aber ihm durch ein System beigefügt wird (wie ein Frühling), der es halten wird, hat hinsichtlich des Rahmens befestigt, wenn es keine Bewegung gibt, und dämpfen Sie auch irgendwelche Bewegungen einmal die Bewegung des Rahmenhalts.
  • Ein Mittel, die Bewegung der Masse hinsichtlich des Rahmens oder die Kraft zu registrieren, musste es vom Bewegen abhalten.

Jede Bewegung des Bodens bewegt den Rahmen. Die Masse neigt dazu, sich wegen seiner Trägheit, und durch das Messen der Bewegung zwischen dem Rahmen und der Masse nicht zu bewegen, die Bewegung des Bodens kann bestimmt werden.

Frühe Seismographen haben optische Hebel oder mechanische Verbindungen verwendet, um die kleinen Bewegungen zu verstärken

beteiligt, auf Ruß-bedecktem Papier oder fotografischem Papier registrierend.

Moderne Instrumente verwenden Elektronik. In einigen Systemen wird die Masse fast unbeweglich hinsichtlich des Rahmens durch eine elektronische negative Feed-Back-Schleife gehalten. Die Bewegung der Masse hinsichtlich des Rahmens wird gemessen, und die Feed-Back-Schleife wendet eine magnetische oder elektrostatische Kraft an, um die Masse fast unbeweglich zu halten. Die Stromspannung musste diese Kraft erzeugen ist die Produktion des Seismographen, der digital registriert wird. In anderen Systemen wird dem Gewicht erlaubt sich zu bewegen, und seine Bewegung erzeugt eine Stromspannung in einer Rolle, die der Masse beigefügt ist und sich durch das magnetische Feld eines dem Rahmen beigefügten Magnets bewegend. Dieses Design wird häufig im geophones verwendet, der in seismischen Überblicken für Öl und Benzin verwendet ist.

Seismische Berufssternwarten haben gewöhnlich Instrumente, die drei Äxte messen: nordsüdlich, ostwestlich, und das vertikale. Wenn nur eine Achse gemessen werden kann, ist das gewöhnlich das vertikale, weil es weniger laut ist und bessere Aufzeichnungen von einigen seismischen Wellen gibt.

Das Fundament einer seismischen Station ist kritisch.

Eine Berufsstation wird manchmal auf der Grundlage bestiegen. Der beste mountings kann in tiefen Bohrlöchern sein, die Thermaleffekten vermeiden, Geräusch niederlegen und sich vom Wetter und den Gezeiten neigend. Andere Instrumente werden häufig in isolierten Einschließungen auf kleinen begrabenen Anlegestegen von Unstahlbeton bestiegen. Die Verstärkung von Stangen und Anhäufungen würde den Anlegesteg verdrehen, als sich die Temperatur ändert. Eine Seite wird immer für das Boden-Geräusch mit einer vorläufigen Installation vor dem Strömen des Anlegestegs und Legen der Röhre überblickt.

Der seismoscope von Zhang Heng

In n.Chr. 132 hat Zhang Heng von Chinas Han-Dynastie den ersten seismoscope erfunden (durch die Definition oben), der Houfeng Didong Yi (wörtlich, "Instrument genannt wurde, für die Saisonwinde und die Bewegungen der Erde" zu messen). Die Beschreibung, die wir von der Geschichte der Späteren Han-Dynastie haben, sagt, dass es ein großer Bronzebehälter, ungefähr 2 Meter im Durchmesser war; an acht Punkten um die Spitze waren die Köpfe des Drachen, die Bronzebälle halten. Als es ein Erdbeben gab, würde einer der Münder öffnen und seinen Ball in eine Bronzekröte an der Basis fallen lassen, einen Ton machend und vermutlich die Richtung des Erdbebens zeigend. Bei mindestens einer Gelegenheit, wahrscheinlich zur Zeit eines großen Erdbebens in Gansu in n.Chr. 143, hat der seismoscope ein Erdbeben angezeigt, wenn auch einer nicht gefühlt wurde. Der verfügbare Text sagt, dass innerhalb des Behälters eine Hauptsäule war, die acht Spuren vorankommen konnte; wie man denkt, bezieht sich das auf ein Pendel, obwohl es genau nicht bekannt ist, wie das mit einem Mechanismus verbunden wurde, der den Mund des nur eines Drachen öffnen würde. Das allererste durch diesen Seismografen registrierte Erdbeben war vermutlich irgendwo im Osten. Einige Tage später hat ein Reiter aus dem Osten dieses Erdbeben gemeldet.

Frühes Beispiel

Der Grundsatz kann durch einen frühen speziellen Zweck-Seismographen gezeigt werden. Das hat aus einem großen stationären Pendel mit einem Kopierstift auf dem Boden bestanden. Da die Erde anfängt sich zu bewegen, hat die schwere Masse des Pendels die Trägheit, um noch im Nichterdbezugssystem zu bleiben. Das Ergebnis besteht darin, dass der Kopierstift ein mit der Bewegung der Erde entsprechendes Muster kratzt. Dieser Typ des starken Bewegungsseismographen, der auf ein Rauchglas (Glas mit dem Kohlenstoff-Ruß) registriert ist. Während nicht empfindlich genug, um entfernte Erdbeben zu entdecken, dieses Instrument die Richtung der Druck-Wellen anzeigen konnte und so Hilfe das Epizentrum eines lokalen Erdbebens findet - waren solche Instrumente in der Analyse von 1906 San Francisco Erdbeben nützlich. Weitere neue Darlegung wurde in den 1980er Jahren mit diesen frühen Aufnahmen durchgeführt, einen genaueren Entschluss von der anfänglichen Schuld-Brechungsposition in der Grafschaft von Marin und seinem nachfolgenden Fortschritt größtenteils nach Süden ermöglichend.

Frühe Designs

Nach 1880 wurden die meisten Seismographen von denjenigen hinuntergestiegen, die von der Mannschaft von John Milne, James Alfred Ewing und Thomas Gray entwickelt sind, der in Japan von 1880 bis 1895 gearbeitet hat. Diese Seismographen haben befeuchtete horizontale Pendel verwendet. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden diese in den weit verwendeten Seismographen von Press-Ewing angepasst.

Später hatten Berufsgefolge von Instrumenten für das seismografische Weltstandardnetz einen Satz von Instrumenten, die abgestimmt sind, um in fünfzehn Sekunden und anderem in neunzig Sekunden, jeder Satz zu schwingen, der in drei Richtungen misst. Dilettanten oder Sternwarten mit beschränkten Mitteln haben ihre kleineren, weniger empfindlichen Instrumente auf zehn Sekunden abgestimmt.

Der grundlegende gedämpfte horizontale Pendel-Seismograph schwingt wie das Tor eines Zauns. Ein schweres Gewicht wird auf dem Punkt eines langen (von 10 Cm bis mehrere Meter) Dreieck bestiegen, das an seinem vertikalen Rand eingehängt ist. Als sich der Boden bewegt, bleibt das Gewicht feststehend, das "Tor" auf dem Scharnier schwingend.

Der Vorteil eines horizontalen Pendels besteht darin, dass es sehr niedrige Frequenzen der Schwingung in einem Kompaktinstrument erreicht. Das "Tor" wird ein bisschen gekippt, so neigt das Gewicht dazu, zu einer Hauptposition langsam zurückzukehren. Das Pendel wird angepasst (bevor die Dämpfung installiert wird), einmal pro drei Sekunden, oder einmal pro dreißig Sekunden zu schwingen. Die Mehrzweckinstrumente von kleinen Stationen oder Dilettanten schwingen gewöhnlich einmal pro zehn Sekunden. Eine Pfanne von Öl wird unter dem Arm gelegt, und eine kleine Platte von auf der Unterseite des Arms bestiegenem Metall zieht das Öl zu feuchten Schwingungen hinein. Das Niveau von Öl, Position auf dem Arm, und Winkel und Größe der Platte wird angepasst, bis die Dämpfung d. h. fast "kritisch" ist, Schwingung habend. Das Scharnier ist sehr niedrige Reibung, häufig Verdrehungsleitungen, so ist die einzige Reibung die innere Reibung der Leitung. Kleine Seismografen mit niedrigen Probemassen werden in ein Vakuum gelegt, um Störungen von Luftzügen zu reduzieren.

Zollner hat torsionally-aufgehobene horizontale Pendel schon in 1869 beschrieben, aber hat sie für gravimetry aber nicht seismometry entwickelt.

Frühe Seismographen hatten eine Einordnung von Hebeln auf juwelengeschmückten Lagern, um Rauchglas oder Papier zu kratzen. Später haben Spiegel einen leichten Balken zu einem direkt registrierenden Teller oder Rolle von fotografischem Papier widerspiegelt. Kurz sind einige Designs zu mechanischen Bewegungen zurückgekehrt, um Geld zu sparen. In Systemen der Mitte des zwanzigsten Jahrhunderts wurde das Licht einem Paar von elektronischen Differenzialphotosensoren genannt einen Photovermehrer widerspiegelt. Die im Photovermehrer erzeugte Stromspannung wurde verwendet, um Galvanometer zu steuern, die einen kleinen Spiegel auf der Achse besteigen lassen haben. Das Bewegen hat widerspiegelt, dass leichter Balken die Oberfläche der sich drehenden Trommel schlagen würde, die mit lichtempfindlichem Papier bedeckt wurde. Der Aufwand des sich entwickelnden Fotos empfindliches Papier hat viele seismische Sternwarten veranlasst, auf Tinte oder thermalempfindliches Papier umzuschalten.

Ein anderes relativ einfaches Gerät wurde im späten 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts verwendet. Das hat aus einem Pendel bestanden, das frei ist, in jeder Richtung mit einem Kopisten am Boden zu schwingen, der einen Rauchglas-Teller berührt. Während nicht Erprobungszeit-Information oder Information über entfernte Erdbeben diese wirklich genaue anfängliche Stoß-Richtungen gegeben haben und sich nützlich gegen Ende einer Analyse des 20. Jahrhunderts von 1906 San Francisco Erdbeben erwiesen haben.

Moderne Instrumente

Moderne Instrumente verwenden elektronische Sensoren, Verstärker und Aufnahme-Geräte. Die meisten sind Breitbandbedeckung einer breiten Reihe von Frequenzen. Einige Seismographen können Bewegungen mit Frequenzen von 500 Hz bis 0.00118 Hz (1/500 = 0.002 Sekunden pro Zyklus, zu 1/0.00118 = 850 Sekunden pro Zyklus) messen. Die mechanische Suspendierung für horizontale Instrumente bleibt das Garten-Tor, das oben beschrieben ist. Vertikale Instrumente verwenden eine Art Suspendierung der unveränderlichen Kraft wie die Suspendierung von LaCoste. Die Suspendierung von LaCoste verwendet einen Nulllänge-Frühling, um einen langen Zeitraum zur Verfügung zu stellen

(hohe Empfindlichkeit).

Einige moderne Instrumente verwenden ein "triaxial" Design, in der drei identische Bewegung

Sensoren werden in demselben Winkel auf das vertikale, aber die 120 Grade gesetzt

einzeln auf dem horizontalen. Vertikale und horizontale Bewegungen können von den Produktionen der drei Sensoren geschätzt werden.

Seismographen führen unvermeidlich etwas Verzerrung in die Signale ein, die sie messen, aber beruflich bestimmte Systeme haben Frequenz sorgfältig charakterisiert, verwandelt sich.

Moderne Empfindlichkeiten kommen in drei breiten Reihen: geophones, 50 bis 750 V/m; lokale geologische Seismografen, ungefähr 1,500 V/m; und teleseismographs, der für den Weltüberblick, ungefähr 20,000 V/m verwendet ist. Instrumente kommen in drei Hauptvarianten: kurze Periode, langer Zeitraum und Breitband. Der kurze und lange Zeitraum misst Geschwindigkeit und ist sehr empfindlich, jedoch 'klammern' sie das Signal oder gehen außer Skala für die Boden-Bewegung, die stark genug ist, um von Leuten gefühlt zu werden. Ein 24-Bit-Umwandlungskanal des Analogons-zu-digital ist gewöhnlich. Praktische Geräte sind zu ungefähr einem Teil pro Million geradlinig.

Gelieferte Seismographen kommen mit zwei Stilen der Produktion: Analogon und digital. Analoge Seismografen verlangen Analogaufnahme-Ausrüstung vielleicht einschließlich eines Konverters des Analogons-zu-digital. Die Produktion eines Digitalseismografen kann einfach zu einem Computer eingegeben werden. Es präsentiert die Daten in einem Standarddigitalformat (häufig "SE2" über Ethernet).

Teleseismometers

Der moderne Breitbandseismograf kann eine sehr breite Reihe von Frequenzen registrieren. Es besteht aus einer kleinen "Probemasse", beschränkt durch elektrische Kräfte, die durch die hoch entwickelte Elektronik gesteuert sind. Als sich die Erde bewegt, versucht die Elektronik, die Masse unveränderlich durch einen Feed-Back-Stromkreis zu halten. Der Betrag der Kraft, die notwendig ist, um das zu erreichen, wird dann registriert.

In den meisten Designs hält die Elektronik eine Masse unbeweglich hinsichtlich des Rahmens. Dieses Gerät wird einen "Kraft-Gleichgewicht-Beschleunigungsmesser" genannt. Es misst Beschleunigung statt der Geschwindigkeit der Boden-Bewegung. Grundsätzlich wird die Entfernung zwischen der Masse und einem Teil des Rahmens sehr genau durch einen geradlinigen variablen Differenzialtransformator gemessen. Einige Instrumente verwenden einen geradlinigen variablen Differenzialkondensator.

Dieses Maß wird dann durch elektronische Teilen einer elektronischen negativen Feed-Back-Schleife beigefügte Verstärker verstärkt. Einer der verstärkten Ströme von der negativen Feed-Back-Schleife steuert eine Rolle sehr wie ein Lautsprecher, außer dass die Rolle der Masse beigefügt wird, und der Magnet auf dem Rahmen bestiegen wird. Das Ergebnis besteht darin, dass die Masse fast unbeweglich bleibt.

Die meisten Instrumente messen direkt die Boden-Bewegung mit dem Entfernungssensor. Die Stromspannung hat gewissermaßen Rolle auf der Masse durch den Magnet erzeugt direkt misst die sofortige Geschwindigkeit des Bodens. Der Strom zur Laufwerk-Rolle stellt ein empfindliches, genaues Maß der Kraft zwischen der Masse und dem Rahmen zur Verfügung, so direkt die Beschleunigung des Bodens messend (f=ma wo f=force, m=mass, a=acceleration verwendend).

Eines der ständigen Probleme mit empfindlichen vertikalen Seismografen ist die Ausgelassenheit ihrer Massen. Die unebenen Änderungen im Druck, der durch den Wind verursacht ist, der auf einem offenen Fenster bläst, können die Dichte der Luft in einem Zimmer genug leicht ändern, um einen vertikalen Seismografen zu veranlassen, unechte Signale zu zeigen. Deshalb werden am meisten berufliche Seismografen in starren gasdichten Einschließungen gesiegelt. Zum Beispiel ist das, warum ein allgemeines Modell von Streckheisen eine dicke Glasbasis hat, die an seinen Anlegesteg ohne Luftblasen im Leim geklebt werden muss.

Es könnte logisch scheinen, den schweren Magnet als eine Masse dienen zu lassen, aber das unterwirft den Seismografen Fehlern, wenn sich das magnetische Feld der Erde bewegt. Das ist auch, warum die bewegenden Teile des Seismografen von einem Material gebaut werden, das minimal mit magnetischen Feldern aufeinander wirkt. Ein Seismograf ist auch zu Änderungen in der Temperatur empfindlich so viele Instrumente werden von niedrigen Vergrößerungsmaterialien wie nichtmagnetischer invar gebaut.

Die Scharniere auf einem Seismografen werden gewöhnlich patentiert, und als das Patent abgelaufen ist, ist das Design verbessert worden. Die erfolgreichsten öffentlichen Bereichsdesigns verwenden dünne Folie-Scharniere in einer Klammer.

Ein anderes Problem ist, dass die Übertragungsfunktion eines Seismografen genau charakterisiert werden muss, so dass seine Frequenzantwort bekannt ist. Das ist häufig der entscheidende Unterschied zwischen Berufs- und Amateurinstrumenten. Die meisten Instrumente werden auf einem variablen Frequenzschütteltisch charakterisiert.

Seismographen der starken Bewegung

Ein anderer Typ des Seismographen ist ein Digitalseismograph der starken Bewegung oder accelerograph. Die Daten von solch einem Instrument sind notwendig, um zu verstehen, wie ein Erdbeben künstliche Strukturen betrifft.

Ein Seismograph der starken Bewegung misst Beschleunigung. Das kann später mathematisch integriert werden, um Geschwindigkeit und Position zu geben. Seismographen der starken Bewegung sind nicht so empfindlich, um Bewegungen niederzulegen, wie teleseismic Instrumente, aber sie bleiben Skala während des stärksten seismischen Schüttelns länger.

Andere Formen

Accelerographs und geophones sind häufig schwere zylindrische Magnete mit einer frühlingsbestiegenen Rolle innen. Als sich Fall bewegt, neigt die Rolle dazu, stationär zu bleiben, so schneidet das magnetische Feld die Leitungen, Strom in den Produktionsleitungen veranlassend. Sie erhalten Frequenzen von mehreren hundert Hertz unten zu 1 Hz. Einige haben elektronische Dämpfung, eine billige Weise, etwas von der Leistung des Breitbandes des geschlossenen Regelkreises geologische Seismografen zu bekommen.

Als integrierte Stromkreise gebaute Beanspruchungsbalken-Beschleunigungsmesser sind für geologische Seismografen (2002) zu unempfindlich, aber werden in geophones weit verwendet.

Einige andere empfindliche Designs messen den Strom, der durch den Fluss einer nichtzerfressenden ionischen Flüssigkeit durch einen electret Schwamm oder einer leitenden Flüssigkeit durch ein magnetisches Feld erzeugt ist.

Moderne Aufnahme

Heute ist der allgemeinste Recorder ein Computer mit einem Konverter des Analogons-zu-digital, einem Laufwerk und einer Internetverbindung; für Dilettanten ist ein PC mit einer gesunden Karte und vereinigter Software entsprechend. Die meisten Systeme registrieren unaufhörlich, aber eine Aufzeichnung nur, wenn ein Signal, entdeckt wird

wie gezeigt, durch eine Kurzzeitzunahme in der Schwankung des Signals, im Vergleich zu seinem langfristigen

Durchschnitt (der sich langsam wegen Änderungen im seismischen Geräusch ändern kann).

Miteinander verbundene Seismographen

Seismographen, die in einer Reihe unter Drogeneinfluss sind, können auch verwendet werden, um sich, in drei Dimensionen, der Quelle eines Erdbebens mit der Zeit genau niederzulassen, die man für seismische Wellen braucht, um sich weg vom hypocenter, dem Einleiten-Punkt des Schuld-Bruchs fortzupflanzen (Siehe auch Erdbeben-Position). Miteinander verbundene Seismographen werden auch verwendet, um unterirdische Kerntestexplosionen zu entdecken. Diese Seismograph wird häufig als ein Teil eines in großem Umfang, wissenschaftlichen oder Regierungsprojektes von Mehrmillion Dollar verwendet, aber einige Organisationen, wie das Netz des Beben-Fängers, können in Computer eingebaute Wohngröße-Entdecker verwenden, um Erdbeben ebenso zu entdecken.

In der Nachdenken-Seismologie, einer Reihe von Seismograph-Bilduntergrund-Eigenschaften. Die Daten werden auf Images mit der Tomographie ähnlichen Algorithmen reduziert. Die Datenverminderungsmethoden ähneln denjenigen von computergestützten tomographic medizinischen Bildaufbereitungsröntgenstrahl-Maschinen (Ansehen des computerunterstützten Testens) oder Bildaufbereitung des Echolots.

Eine Weltreihe von Seismographen kann wirklich das Interieur der Erde im mit der Welle Gang- und transmissivity darstellen. Dieser Typ des Systems verwendet Ereignisse wie Erdbeben, Einfluss-Ereignisse oder Kernexplosionen als Welle-Quellen. Die ersten Anstrengungen an dieser Methode haben die manuelle Datenverminderung aus Papierseismograf-Karten verwendet. Moderne Digitalseismograf-Aufzeichnungen werden an den direkten Computergebrauch besser angepasst. Mit billigen Seismograph-Designs und Internetzugang haben Dilettanten und kleine Einrichtungen sogar ein "öffentliches Seismograf-Netz gebildet."

Seismografische Systeme, die für Erdöl oder andere Mineralerforschung historisch verwendet sind, haben einen Explosivstoff und einen wireline von hinter einem Lastwagen entrolltem geophones verwendet. Jetzt verwenden die meisten Systeme für kurze Strecken "thumpers", die den Boden schlagen, und einige kleine kommerzielle Systeme solches gutes Digitalsignal haben, das in einer Prozession geht, dass einige Holzhammerschläge genug Signal für die kurze Entfernung Refraktionsüberblicke zur Verfügung stellen. Die exotische böse oder zweidimensionale Reihe von geophones wird manchmal verwendet, um dreidimensionale reflektierende Bildaufbereitung von unterirdischen Eigenschaften durchzuführen. Grundlegende geradlinige geomapping Refraktionssoftware (einmal eine Zauberei) ist Standard-verfügbar, auf Laptops, mit Schnuren mindestens drei geophones laufend. Einige Systeme kommen jetzt in 18" (0.5 m) Plastikfeldfall mit einem Computer, Display und Drucker im Deckel.

Kleine seismische Bildaufbereitungssysteme sind jetzt genug billig, um von Ingenieuren verwendet zu werden, um Fundament-Seiten zu überblicken, Grundlage ausfindig zu machen, und unterirdisches Wasser zu finden.

Siehe auch

Außenverbindungen


41 für die Freiheit / Magnolie (Film)
Impressum & Datenschutz