sismógrafos - 2

SISMÓGRAFOS - 2
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2. EL SISMÓGRAFO
2.1 Sismógrafos analógicos y digitales
2.2 Sismógrafos, acelerógrafos, inclinómetros, etc.
2.3 Sismómetros de banda ancha
2.4 Calibración y curvas de respuesta
2.5 Sismógrafos portátiles y sismógrafos permanentes
2.6 Telemetría de señales sísmicas.
•
2
REPASO: SISMÓMETROS
MECÁNICOS
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
2.0
h = 1/4
1.5
Amplitude
Respuesta de instrumento:
1.0
1/2
1
2
0.5
0.0
324
0.1
1
Frequency (Hz)
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
4
10
180
2.0
Amplitude
1.0
Phase (degrees)
h = 1/4
1.5
1/2
1
2
0.5
0.0
hase (degrees)
180
90
90
4
1
4
0
0.1
1
Frequency (Hz)
10
0.1
h = 1/4
1
Frequency (Hz)
10
Figure 11.2 The amplitude
and phase response functions
for a seismometer of 1 Hz
natural resonance at various
levels of damping.The
damping constant, h, is one
for critical damping.
The strength of the damping relative to the stiffness of the spring may be described
by h = !/ω0 , where h is the damping constant. When h = 1 (! = ω0 ), the system
is said to be critically damped. Under critical damping, a displaced mass will
return to its rest position in the least possible time, without “overshooting’’ and
oscillating about its rest position. Seismometers generally perform optimally at
values of damping close to critical. Figure 11.2 plots amplitude and phase response
curves
for The
a seismometer
with a natural (undamped) resonant frequency of 1 Hz (a
Figure 11.2
amplitude
3
REPRESENTACIÓN GENERAL DE
LA FUNCIÓN DE RESPUESTA
ii) Polos y ceros
La constante de normalización
es seleccionada para que
max(T(w)) = 1
+ cómoda y utilizada
c = cte. de normalización
Sismógrafo mecánico
zi: ceros
pi: polos (pares conjugados)
4
RESPUESTA DEL INSTRUMENTO MECÁNICO
A VELOCIDAD Y ACELERACIÓN
Usando
Constante para periodos largos!
Shearer
5
RESPUESTA DEL INSTRUMENTO MECÁNICO
A VELOCIDAD Y ACCELERACIÓN
Displazamiento
-
Velocidad
-
Acceleración
6
DISPLAZAMIENTO VS.
VELOCIDAD VS.
Piensan en
7
DISPLAZAMIENTO VS.
VELOCIDAD VS.
8
SISMÓMETROS MECÁNICOS
Sismógrafo 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..
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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!
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OTROS SENSORES
Puerta de jardín WWSSN
La Coste (1934)
Resorte de hoja (STS-1)Pendulo invertido (ca 1905)
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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 permanente
Nuevos sensores tienen h. 155 dB
(1-2 g – 10-1μm/s2)
interés también para movimientos débiles
•
•
•
•
•
•
12
2. EL SISMÓGRAFO
2.1 Sismógrafos analógicos y digitales
2.2 Sismógrafos, acelerógrafos, inclinómetros, etc.
2.3 Sismómetros de banda ancha
2.4 Calibración y curvas de respuesta
2.5 Sismógrafos portátiles y sismógrafos permanentes
2.6 Telemetría de señales sísmicas.
•
13
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 - Ganancia
R - 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!
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RESPUESTA DEL INSTRUMENTO PARA UN
TRANSDUCTOR DE VELOCIDAD Y
ACCELERACIÓN
Displazamiento
-
Velocidad
-
Acceleración
15
SISMÓMETROS DE FUERZA
BALANCEADA
Retroalimentación
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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
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RUIDO EN LA TIERRA
• Dos
rangos de
periodos con
menos ruido,
20-200 segundos
y cerca de 1
segundo.
Shearer
18
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.
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UNOS SISMÓMETROS Y
SISTEMAS DE REGISTRO
20
PRINCIPALES PARÁMETROS DE
UN SENSOR
• frecuencia
o periodo natural
• constante de amortiguamiento
• constante del generador
• ruido interno
• nº componentes
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MEDIDORES DE DEFORMACIÓN
(STRAINMETERS)
•
•
estudio f << sismómetros Miden procesos tectónicos
(acumulación de esfuerzos, creep, sismos ‘silenciosos’,
procesos volcánicos)
~ 100’s Hz - años
•
d ~ mm (barras metal o Qz -Benioff, 1932-)
•
hasta ~102’s m (interferometría láser; LB)
•
pozos (boreholes): medida Ø
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INCLINÓMETROS
•
Miden deformación
•
tubo de agua (demasiado sensible a temperatura)
•
electrónicos (nivelación burbuja; poco sensible a
temp.)
•
monitoreo volcánico (inflación/deflación), taludes,
llenado presa
Ciclo de inflación-deflación en
1984-1985 del volcán Kilauea
(Hawaii)
Inclinómetro en Mauna Loa (Hawaii)
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OTROS METODOS PARA
ESTUDIAR DEFORMACIÓN
B) Dilatómetros
cambios en volumen lleno de fluido (aceite de silicón)
generalmente en pozo
C) GPS
constelación de satélites
envío y recepción de señal codificada (disponibil. selectiva)
medición tiempos de llegada ! triangulación
elevada precisión, + cuanto +t levantamiento
desplazamientos relativos (respecto a SR)
absolutos (posición punto en sup. terrestre)
dos tipos de levantamiento y procesamiento:
diferencial (↓t, ≥ 2 estacs)
PPP (↑t -≥ horas-) (Precise Point Positioning)
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