Sismógrafos 2 -...

Sismógrafos - 2

Monday, August 15, 11

“Field trip”

1. Visita al Servicio Sismológico Nacional

2. Visita a Tacubaya

3. Visita a estación cerca de Popocatépetl


2. El sismógrafo

2.1 Sismógrafos analógicos y digitales2.2 Sismógrafos, acelerógrafos, inclinómetros, etc. 2.3 Sismómetros de banda ancha2.4 Calibración y curvas de respuesta2.5 Sismógrafos portátiles y sismógrafos permanentes 2.6 Telemetría de señales sísmicas.


Repaso: Sismómetros mecánicos

Respuesta de instrumento:

324 11. I N S T R U M E N T S , N O I S E , A N D A N I S O T R O P Y

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0.1 1 10Frequency (Hz)

Am

plitu

de

0

90

180


Phas

e (d

egre

es)

h = 1/4

1/2

1

24

h = 1/41

4Figure 11.2 The amplitudeand phase response functionsfor a seismometer of 1 Hznatural resonance at variouslevels of damping.Thedamping constant, h, is onefor critical damping.

The strength of the damping relative to the stiffness of the spring may be describedby h = !/"0, where h is the damping constant. When h = 1 (! = "0), the systemis said to be critically damped. Under critical damping, a displaced mass willreturn to its rest position in the least possible time, without “overshooting’’ andoscillating about its rest position. Seismometers generally perform optimally atvalues of damping close to critical. Figure 11.2 plots amplitude and phase responsecurves for a seismometer with a natural (undamped) resonant frequency of 1 Hz (atypical short-period sensor) for values ofh ranging from 1/4 to 4.At high frequencies(" ! "0), Z(") " #1, as follows from (11.12); the amplitude response is nearunity and the phase response is close to # (180$), representing a polarity reversalin the motion. In this case the motion of the mass, relative to the Earth, is simply

324 11. I N S T R U M E N T S , N O I S E , A N D A N I S O T R O P Y

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0


Am

plitu

de

0

90

180


Phas

e (d

egre

es)

h = 1/4

1/2

1

24

h = 1/41

4Figure 11.2 The amplitudeand phase response functionsfor a seismometer of 1 Hznatural resonance at variouslevels of damping.Thedamping constant, h, is onefor critical damping.

The strength of the damping relative to the stiffness of the spring may be describedby h = !/"0, where h is the damping constant. When h = 1 (! = "0), the systemis said to be critically damped. Under critical damping, a displaced mass willreturn to its rest position in the least possible time, without “overshooting’’ andoscillating about its rest position. Seismometers generally perform optimally atvalues of damping close to critical. Figure 11.2 plots amplitude and phase responsecurves for a seismometer with a natural (undamped) resonant frequency of 1 Hz (atypical short-period sensor) for values ofh ranging from 1/4 to 4.At high frequencies(" ! "0), Z(") " #1, as follows from (11.12); the amplitude response is nearunity and the phase response is close to # (180$), representing a polarity reversalin the motion. In this case the motion of the mass, relative to the Earth, is simply


Respuesta del instrumento mecánico a velocidad y aceleración

Usando

ShearerConstante para periodos largos!


Respuesta del instrumento mecánico a velocidad y acceleración

Displazamiento - Velocidad - Acceleración


Displazamiento vs. Velocidad vs. Acceleración

Piensan en


Displazamiento vs. Velocidad vs. Acceleración


Sismómetros mecánicosSismógrafo mecánico y analógico Bosh-Omori, primer sismógrafo en México (1904) y sismógrafo Weickert 17.000 kg (1910). Los dos miden movimiento horizontal.

Ahora en el museo en Tacubaya.

Uno de los problemas de sismómetros mecánicos es el tamaño! Estos no son muy portatiles..


Wood-Anderson (1925) Torsión T = 0.8 s (1.25 Hz) ganancia = 2050 (nominal 2800) registro óptico sobre papel fotográfico

La escala de Richter es basada en la amplitud medida en el dispositivo de Wood-Anderson!


Otros sensoresPuerta de jardín La Coste (1934)

Pendulo invertido (ca 1905)Resorte de hoja (STS-1)

WWSSN


Accelerógrafos

(o sensores de movimiento fuerte)inicialmente sólo int. ingeniería (sensores mecs. con ω0 ↑↑ y reg. óptico; ~80-100 dB)

habitualmente por disparo

respuesta plana desde continuo (f = 0) $ $ hasta lím. superior$ por cambios estáticos generan $ $ salida permanenteNuevos sensores tienen h. 155 dB (1-2 g – 10-1μm/s2) interés también para movs. débiles


2. El sismógrafo

2.1 Sismógrafos analógicos y digitales2.2 Sismógrafos, acelerógrafos, inclinómetros, etc. 2.3 Sismómetros de banda ancha2.4 Calibración y curvas de respuesta2.5 Sismógrafos portátiles y sismógrafos permanentes 2.6 Telemetría de señales sísmicas.


Accelerómetros y sismómetros de Fuerza Balanceada

Sismómetros modernos tienen un sistema de retroalimentación. La fuerza inercial es compensada (o balanceada) por medio de una fuerza generada eléctricamente, de tal manera que la masa se mueve lo menos posible.. La fuerza de retroalimentación se produce por medio de un transductor de fuerza o “forcer”.

Tenemos dos parametros nuevos:G - GananciaR - Resistencia

El movimiento de la masa está controlado por dos fuerzas: la fuerza inercial debido a la aceleración del suelo y la fuerza negativa de retroalimentación. El circuito electrónico ajusta la fuerza de retroalimentación para anular la fuerza inercial. La señal de salida del transductor de desplazamiento es amplificada y reenviada al transductor de fuerza a través de la resistencia R.

El rango dinamico incrementa, por que la masa se mueve muy poco!


Respuesta del instrumento para un transductor de velocidad y acceleración

Displazamiento - Velocidad - AcceleraciónMonday, August 15, 11

Sismómetros de Fuerza balanceada

Retroalimentación


Efectos externos sobre el sismómetro

Efectos de inclinación

Efectos barométricos por inclinación del sensor, variaciones en boyancia, cambios adiabáticos en temperatura, deformaciónes por presión.

Efectos de temperatura


Ruido en la Tierra

Dos rangos de periodos con menos ruido, 20-200 segundos y cerca de 1 segundo.

ShearerMonday, August 15, 11

Respuesta de sensores differentes

Sensores mecánicos normalmente se enfocan en uno de los dos rangos de periodos con menos ruido.

Sismómetros de banda ancha tienen una amplificación constante sobre un gran rango de frecuencias.


Unos sismómetros y sistemas de registro


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