Et seismometer er en enhet som er følsomme for vibrasjoner. Det fungerer på prinsippet om en pendel: en tung, inert masse med en viss motstand mot bevegelse (dvs. treghet) på grunn av sin vekt er suspendert fra en ramme av en fjær som tillater bevegelse. Energien fra en seismisk aktivitet stimulerer denne «bevis masse» som det kalles av geofysikere, noe som gjør det til å vibrere.
Hva som faktisk beveger seg? Det avhenger av ditt synspunkt!,
Denne visningen av en mobil massen er gyldig hvis du mener at den ramme som massen er festet—og som er fast forankret til bakken—ikke beveger seg. Imidlertid, når en quake oppstår, eller en tremor er produsert av enhver form for sjokk, det er faktisk bakken—og derfor den ramme som er festet til det—som beveger seg!
Hvis du vil endre din synsvinkel og ser på masse, kan vi vurdere at når en tremor oppstår, masse—som har treghet på grunn av sin vekt—vil bare flytte etter en viss tid, mens rammen vil bevege seg i tråd med bevegelse.,
I tillegg til masse, våren og ramme, et seismometer behov for en enhet til å stadig ta opp bevegelse av masse i forhold til rammen. Dette er en sentral del av seismisk sensor og forskjellen mellom seismometer teknologier, som noen måle hastigheten av massen og andre sin vekt. I begge tilfeller er det opptak som viser bevegelse over tid, er kjent som et seismogram.
En enda enklere teknikk for å representere dette signalet består i å feste pennen til pendelen. Pennen berører en rull med papir tvinnet rundt en roterende trommel., Dette er kjent som en seismograf, et instrument som direkte plott av signalet heller enn å ta den i digital form.
Enkel pendler og omvendt pendler
Prinsippet om drift av et seismometer (© Adobe Stock).
Den første seismometre utviklet var basert på en enkel pendel som beveger massen er suspendert vertikalt fra en ramme.
for Å øke følsomheten, denne type enhet ble deretter montert opp-ned, noe som er grunnen til at det er kjent som en invertert pendel. I dette tilfellet, pendelens sentrum av masse er over pivot punktet.,
i Motsetning til den første design, denne sammenstillingen er naturlig ustabile, og minst mulig forstyrrelse vil gjøre at massen forlate sitt punkt i likevekt og flytte til venstre eller høyre som tyngdekraften trekker den nedover.
Den iboende ustabilitet i en invertert pendel likevel er det som gjør denne enheten reagerer på den minste bevegelse, men små. Som du vil se senere, Innsikt satellittens SEIS instrumentet er basert på den inverterte pendelen prinsippet.,
Plotte et seismogram
seismometret gir data som et seismogram, som er en registrering av omfanget av bakken bevegelse over tid, mens jevnlig måler avviket mellom posisjon masse og ramme er koblet til, i forhold til en likevekt posisjon dvs. når enheten er i ro i fravær av seismisk aktivitet.
Historisk, den første seismograms ble produsert av grunnleggende betyr: en metall nål festet til en mobil masse igjen et spor av dens bevegelser på papir dekket av sot., Senere, nålen ble erstattet av en blekk penn som registreres bevegelser på en roterende rull med papir. I dag, i den digitale tidsalderen, seismometre gir digitale signaler som er tatt opp av datamaskiner. Den seismometre fløyet til Månen med Apollo oppdrag var blant de første av denne typen, fordi selv i begynnelsen av 1970-årene, de fleste av seismiske stasjoner på Jorden var fortsatt utstyrt med seismografer.,
Den rollen moderne sensorer er å følge bevegelsen av masse, og de kan ta tre typer av tiltak: endringer i plasseringen av masse i forhold til sin «null» likevekt posisjon (vekt), hastighet av masse (dvs. bevegelse over tid), og til slutt en variasjon i hastighet over tid (dvs. ved akselerasjon eller retardasjon).
Opptak av en seismisk signal (© Adobe Stock).
Noen typer sensoren er mer aktuelle enn andre, avhengig av hvilken type måling du ønsker å gjøre., Induktiv sensorer er rettet til å måle hastighet, mens kapasitive sensorer er ideelle for måling av posisjon av masse. Innsikt er SEIS seismometer bruker en ekstremt følsom kapasitiv sensor.
Antall akser
Som bevegelse oppstår i tre-dimensjonale rommet (langs den vertikale aksen eller to horisontale akser), forskyvninger må være tatt opp ved bruk av tre separate pendler. Dette er den eneste måten at seismisk aktivitet kan være godt dokumentert.
Sofistikert seismometre vanligvis måler alle tre akser, en for hver retning i rommet., Enkel ett-aksen seismometre vanligvis bare måler vertikal bevegelse; horisontal overflate bevegelse er ignorert, siden det ikke er målt.
Det SEIS instrument designet for å fly ombord Innsikt til Mars er en tre-akse seismometer. En interessant detalj er at de tre akser av seismometer er ikke på linje med de horisontale og vertikale, noe som ville kanskje være «logisk».
Selv om hver av SEIS er tre akser er plassert i en vinkel på 90° til den andre, hele menigheten er tilbøyelig av ca 30.5° med hensyn til den horisontale aksen., Det er mange, noen ganger komplekse årsaker til dette, men for å forenkle saker, la oss bare si det slik konfigurasjon minimerer effekten av støy.
følsomheten av et seismometer avhenger av forholdet mellom seismisk signal om at du ønsker å ta opp, og de ulike forstyrrelser som kan forstyrre signalet. Dette «støy», som kan gå så langt som å hindre mål, er lik snøen effekten kan du se på en tv-skjerm.
Den 30.,5° vinkel av Innsikt er Veldig Bredbånd (VBB) pendler svarer til en vinkel, der den vertikale komponenten er målt med den beste følsomhet i forhold til maskinens egen støy. Tipper det mot den horisontale aksen ville redusere amplituden av vertikal akselerasjon, mens tipping det bort ville øke apparatet selv-støy, med økende pendling fører til tap i en lang periode følsomhet.,
Ideelt sett-opp forholdene
Ett av problemene til å møte når du bruker et seismometer er hvordan vi skal sikre at det kan optimalt overvåke en vibrasjon selv når vibrasjon tar lang tid, fra minutter til timer.
Seismometre per definisjon er ekstremt følsom, opptak av alt som skjer rundt dem om seismikk eller ikke. Imidlertid, den minste drift av enhver type kan hindre et seismometer fra å fortsette å overvåke og finn en vibrasjon, særlig hvis sistnevnte er en lang periode, hendelse (opptak av kort periode hendelser blir lettere å håndtere).,
Geofysikere legger stor vekt på den måte seismometre er satt opp. Imidlertid følsom et instrument er, vil det kun gi gode resultater hvis det er satt opp riktig.
Seismometre er vanligvis plassert på svært harde overflater slik som granitt eller betong plater. Overflaten må være så flat og så horisontalt som mulig i tverretningen.
Ideell, stedet som blir valgt ut må være stille. Det er ikke en god idé å angi et seismometer opp ved siden av en vei eller i nærheten underground railway station. Temperaturen er også svært viktig., Det må være så stabil som mulig, så alle variasjoner kan påvirke den seismometer mekanikk, spesielt kraft generert av våren på messa.
På Jorden, seismometre er gjerne satt opp i groper eller skaft av tidligere gruver, hundrevis av meter under overflaten. Disse er gode steder som de gir ideelle arbeidsforhold.
kilder av forstyrrende støy som forplanter seg veldig lett nær overflaten (som for eksempel kontinuerlig summingen av menneskelige aktiviteter, konstant roar av havene, og atmosfærisk turbulens), er redusert så langt som mulig., Som for temperaturen, det er utrolig og naturlig stabil. Det roligste stedet i Europa er i den Svarte Skogen, i driften av en tidligere mine. Temperaturen er det bare varierer fra noen få tusendeler av en grad per år!
Når du er i en ideell beliggenhet, et seismometer kan føle og å overvåke seismic wave, enten kort eller, tvert imot, varig løpet av minutter eller timer.
Seismic wave kilder
Et seismometer er designet for å spille inn seismiske bølger., På Jorden, disse bølgene er hovedsakelig forårsaket av jordskjelv som regelmessig og noen ganger hardt riste visse deler av verden, som forårsaker store skader avhengig av hvor mye energi de bærer.
Bortsett fra store jordskjelv som gjør avis-overskrifter, Jordens overflate er stadig gjenstand for svært små bevegelser som vi ikke oppdage, men som er avdekket på seismograms.
Vår planet kan faktisk fungere som en bjelle, og når bestemte hendelser inntreffer, kan også gjenklang i rytme., Jorden så produserer sin egen musikk, en telluric melodi umerkelig til våre ører, men i stand til å bli plukket opp av den mest følsomme seismometre.
Om seismiske bølger har blitt utgitt i løpet av stor seismisk aktivitet som rister visse regioner av verden, eller om de bare er på grunn av den umerkelig svingninger av vår planet, geofysikere bruke enhver anledning til å utvide vår kunnskap om Jordens indre.
Et seismometer er heller som en lege stetoskop., Ved å bestemme den måten at seismiske bølger forplanter seg i vår verden, avhengig av hvordan de er reflektert eller brytes av materialer å gjøre opp for jordens indre struktur, om stein eller metall, blir det mulig å konstruere et bilde.
Passiv og aktiv klingende
Når det er nødvendig å studere en bestemt sub-surface området ved leting etter olje, for eksempel, kan du ikke alltid stole på at et jordskjelv til rett tid. Seismisk aktivitet ikke oppstår på forespørsel.,
Det er to løsninger i dette tilfelle: enten du vil lytte for lange perioder av gangen, i håp om at seismisk aktivitet vil generere seismiske bølger som innspill til seismometre (dette er den løsningen som ble valgt for den Innsikten oppgave, som vil to siste Jorden år), eller du kan lage dine egne vibrasjoner. Den første er kjent som passiv høres, den andre som aktiv høres.
På Jorden, olje prospectors jevnlig lage kunstige seismiske bølger ved hjelp av ulike virkemidler, fra eksploderende dynamitt til å utløse luftgevær eller ved hjelp av lastebiler utstyrt med kraftig vibrerende plater., Denne teknikken ble også brukt på Månen. Eksplosive ladninger ble utløst å skape seismiske bølger som ble deretter tatt opp med geophones satt opp på overflaten av astronautene på Apollo 14, 16 og 17 oppdrag.
I verdensrommet sektor, geofysikere har mange underholdende måter å lage støy: de kan bevisst sende det øvre trinnet av en rakett på kollisjonskurs når den er ferdig dens utnyttbare levetid, eller langs de samme linjene, krasj en foreldet sonden inn i overflaten av planeten.,
På Mars, disse litt brutale teknikker, kan ikke brukes fordi forskere ønsker å unngå kontaminering av overflaten med objekter som ikke tidligere har vært sterilisert. Innsikt og SEIS instrument som vil ha noe annet valg da, men å stole på sine flaks for uavgjort, selv om penetrator av varmestrøm og Fysiske Egenskaper Pakke (HP3) vil bli brukt til en liten aktiv seismologi eksperiment, ikke kraftig nok til å høres mer enn et par dusin meter under Mars-overflaten.