sismógrafos - 5

SISMÓGRAFOS - 5
FUNCIONES DEL REGISTRADOR
Amplificación (junto con ADC)
sin distorsión de amplitud ni fase, y en gran rango f
problema acoplamiento sensor-amplificador e inducción cables (aislamiento)
Adición de la escala temporal (radio / GPS; exactitud ≤ 100 ms)
problemas reloj interno (oscilador atómico) y GPS (derivas)
Almacenamiento
analógico (papel, papel ahumado, registro fotográfico)
↓ rango din. (<50 dB), instantáneo, ↓ consumo
digital
continuo (ring buffer) / por disparo (triggering)
 umbral aceleración (acelerómetros)
 ratio STA/LTA
cintas, discos magneto-ópticos, CD, discos SCSI, laptops
Comunicación con entorno (redes) -configuración, descarga datos-
 Distintos
requerimientos
permanente / campo
(consumo y
portabilidad)
PRINCIPALES PARÁMETROS DE
UN REGISTRADOR
• rango
dinámico
• resolución
• tasa de muestreo
• nº canales
• nivel ruido
CONSTANTE GENERADOR
•
Transductor de velocidad (actualmente sólo sensores T corto)
•
transductor (transformación E sísmica – E eléctrica)
•
bobina en mov. dentro de campo magnético. → ΔV=G ẋ
•
G: cte generador -V/ms-1-)
•
RT: resistencia total del circuito
•
Rg: bobina
•
Re: externa ajustable para variar amortig.
•
•
-también amortig. mecánico por fricción, hm
•
fuerza de amortiguamiento:
amortig. total: 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.
CALIBRACIÓN
Una señal conocida, U(w), entra a un sensor y observamos la
señal medida X(w). La respuesta del instrumento es T(w)
Para U(w) generalmente usan
- función impulso
- función rampa
- función escalón
- función caja
FUNCIÓN DE RESPUESTA
Representable mediante:
- ecuación diferencial (Fourier)
- función de transferencia de Laplace
- respuesta a un impulso
- respuesta a una función compleja
sistema físico
calibración
REPRESENTACIÓN GENERAL DE
LA FUNCIÓN DE RESPUESTA
sismógrafo: sensor + digitalizador + registrador (≡ filtros)
Formas universales para describir cualquier tipo de filtro:
i) Función racional de iω
ai , bi = constantes
nº términos: f(complejidad sistema)
formato SEED (FDSN -Fed. Redes Sismográficas Digitales-)
Sismógrafo mecánico
REPRESENTACIÓN GENERAL DE
LA FUNCIÓN DE RESPUESTA
ii) Polos y ceros
+ cómoda y utilizada
c = cte. de normalización
zi: ceros
pi: polos (pares conjugados)
Sismógrafo mecánico
COMBINACIÓN DE CURVAS
DE RESPUESTA
sismógrafo: sensor + digitalizador + registrador respuesta total =
(≡ filtros)
(respuesta elementoi)
Ejemplo. Sismógrafo con las siguientes características:
T0 = 5.0 s
(sensor)
h = 0.707 (sensor)
Cte. generador = 200 V/ms-1 (sensor)
Ganancia amplificador = 1000 veces (60 dB)
Sensibilidad = 2000 cuentas/V (ADC)
Filtro anti-alias: Butterworth, fc=25 Hz, n=6 (p-baja;ADC)
Filtro LB (DC): Butterworth, fc = 0.01 Hz, n=1
(pasa-alta; registrador)
Respuesta total del sismógrafo:
Ttot = Ts·Ta·TADC·Tanti-alias·TDC
(Sensor, amplificador,
convertidor análogo -digital,
anti’alias, DC)
COMBINACIÓN DE CURVAS
DE RESPUESTA
sismógrafo: sensor + digitalizador + registrador respuesta total =
(≡ filtros)
(respuesta elementoi)
Ejemplo. Sismógrafo con las siguientes características:
T0 = 5.0 s
(sensor)
h = 0.707 (sensor)
Cte. generador = 200 V/ms-1 (sensor)
Ganancia amplificador = 1000 veces (60 dB)
Sensibilidad = 2000 cuentas/V (ADC)
Filtro anti-alias: Butterworth, fc=25 Hz, n=6 (p-baja;ADC)
Filtro LB (DC): Butterworth, fc = 0.01 Hz, n=1
(pasa-alta; registrador)
Respuesta total del sismógrafo:
Ttot = Ts·Ta·TADC·Tanti-alias·TDC
(Sensor, amplificador,
convertidor análogo -digital,
anti’alias, DC)
COMBINACIÓN DE CURVAS
DE RESPUESTA
sismógrafo: sensor + digitalizador + registrador respuesta total =
(≡ filtros)
(respuesta elementoi)
Ejemplo. Sismógrafo con las siguientes características:
T0 = 5.0 s
(sensor)
h = 0.707 (sensor)
Cte. generador = 200 V/ms-1 (sensor)
Ganancia amplificador = 1000 veces (60 dB)
Sensibilidad = 2000 cuentas/V (ADC)
Filtro anti-alias: Butterworth, fc=25 Hz, n=6 (p-baja;ADC)
Filtro LB (DC): Butterworth, fc = 0.01 Hz, n=1
(pasa-alta; registrador)
Respuesta total del sismógrafo:
Ttot = Ts·Ta·TADC·Tanti-alias·TDC
(Sensor, amplificador,
convertidor análogo -digital,
anti’alias, DC)
COMBINACIÓN DE CURVAS
DE RESPUESTA
sismógrafo: sensor + digitalizador + registrador respuesta total =
(≡ filtros)
(respuesta elementoi)
Ejemplo. Sismógrafo con las siguientes características:
T0 = 5.0 s
(sensor)
h = 0.707 (sensor)
Cte. generador = 200 V/ms-1 (sensor)
Ganancia amplificador = 1000 veces (60 dB)
Sensibilidad = 2000 cuentas/V (ADC)
Filtro anti-alias: Butterworth, fc=25 Hz, n=6 (p-baja;ADC)
Filtro LB (DC): Butterworth, fc = 0.01 Hz, n=1
(pasa-alta; registrador)
Respuesta total del sismógrafo:
Ttot = Ts·Ta·TADC·Tanti-alias·TDC
(Sensor, amplificador,
convertidor análogo -digital,
anti’alias, DC)
COMBINACIÓN DE CURVAS
DE RESPUESTA
sismógrafo: sensor + digitalizador + registrador respuesta total =
(≡ filtros)
(respuesta elementoi)
Ejemplo. Sismógrafo con las siguientes características:
T0 = 5.0 s
(sensor)
h = 0.707 (sensor)
Cte. generador = 200 V/ms-1 (sensor)
Ganancia amplificador = 1000 veces (60 dB)
Sensibilidad = 2000 cuentas/V (ADC)
Filtro anti-alias: Butterworth, fc=25 Hz, n=6 (p-baja;ADC)
Filtro LB (DC): Butterworth, fc = 0.01 Hz, n=1
(pasa-alta; registrador)
Respuesta total del sismógrafo:
Ttot = Ts·Ta·TADC·Tanti-alias·TDC
(Sensor, amplificador,
convertidor análogo -digital,
anti’alias, DC)
COMBINACIÓN DE CURVAS
DE RESPUESTA
sismógrafo: sensor + digitalizador + registrador respuesta total =
(≡ filtros)
(respuesta elementoi)
Ejemplo. Sismógrafo con las siguientes características:
T0 = 5.0 s
(sensor)
h = 0.707 (sensor)
Cte. generador = 200 V/ms-1 (sensor)
Ganancia amplificador = 1000 veces (60 dB)
Sensibilidad = 2000 cuentas/V (ADC)
Filtro anti-alias: Butterworth, fc=25 Hz, n=6 (p-baja;ADC)
Filtro LB (DC): Butterworth, fc = 0.01 Hz, n=1
(pasa-alta; registrador)
Respuesta total del sismógrafo:
Ttot = Ts·Ta·TADC·Tanti-alias·TDC
(Sensor, amplificador,
convertidor análogo -digital,
anti’alias, DC)
COMBINACIÓN DE CURVAS
DE RESPUESTA
sismógrafo: sensor + digitalizador + registrador respuesta total =
(≡ filtros)
(respuesta elementoi)
Ejemplo. Sismógrafo con las siguientes características:
T0 = 5.0 s
(sensor)
h = 0.707 (sensor)
Cte. generador = 200 V/ms-1 (sensor)
Ganancia amplificador = 1000 veces (60 dB)
Sensibilidad = 2000 cuentas/V (ADC)
Filtro anti-alias: Butterworth, fc=25 Hz, n=6 (p-baja;ADC)
Filtro LB (DC): Butterworth, fc = 0.01 Hz, n=1
(pasa-alta; registrador)
Respuesta total del sismógrafo:
Ttot = Ts·Ta·TADC·Tanti-alias·TDC
(Sensor, amplificador,
convertidor análogo -digital,
anti’alias, DC)
COMBINACIÓN DE CURVAS
DE RESPUESTA
sismógrafo: sensor + digitalizador + registrador respuesta total =
(≡ filtros)
(respuesta elementoi)
Ejemplo. Sismógrafo con las siguientes características:
T0 = 5.0 s
(sensor)
h = 0.707 (sensor)
Cte. generador = 200 V/ms-1 (sensor)
Ganancia amplificador = 1000 veces (60 dB)
Sensibilidad = 2000 cuentas/V (ADC)
Filtro anti-alias: Butterworth, fc=25 Hz, n=6 (p-baja;ADC)
Filtro LB (DC): Butterworth, fc = 0.01 Hz, n=1
(pasa-alta; registrador)
Respuesta total del sismógrafo:
Ttot = Ts·Ta·TADC·Tanti-alias·TDC
(Sensor, amplificador,
convertidor análogo -digital,
anti’alias, DC)
CORRECCIÓN POR
INSTRUMENTO
Fuente
Sitio
Trayecto
Instrumento
Corrección  eliminar la respuesta total del sismógrafo  deconvolución
DIVISION POR CONSTANTE
DE GANANCIA DEL SISTEMA
•
Ad entro del rango plano de la
respuesta del instrumento, es
sufficiente dividir por la ganancia
combinada del sismógrafo
•
counts/ (counts/V * V/ms-1) = ms-1
Respuesta de cada uno de los elementos y la respuesta combinada de todos
ellos.
RESPUESTA A UN IMPULSO
329
11.1 I N S T R U M E N T S
IRIS/IDA BB
10
330
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
GDSN LP
GDSN SP
1
Relative amplitude
Relative Amplitude
Old IDA
Old IDA
GDSN LP
GDSN SP
0.1
0.001
0.01
0.1
Frequency (Hz)
1
IRIS/IDA BB
10
0
1
0
50
100
Figure 11.4 Velocity response functions for four different vertical-component instruments
(old
Time (s)
Time (s)
IDA station ALE, long and short-period channels for the GDSN station COL, and IRIS/IDA station
ALE).
Figure 11.5 Impulse response functions for four different vertical-component instruments,
showing the seismograph response to a delta-function input at zero time.The frequency
response of these intruments is plotted in Figure 11.4.
The instrument response can be defined in terms of the relationship between the
digital counts in the recorded time series and the actual Earth motion. The gain of
largemeasure
numbersof
ofEarth
cheap instruments of limited capability may be more effective t
an instrument is the ratio between the digital counts and some
SISMÓGRAFOS
DIFICULTADES EN
DECONVOLOUCIÓN
166
CHAPTER 6
Thus in theory, we can recover the ground displacement at any frequency knowing the
instrument response. In practice, one has to be careful to only do this in the frequency
band where the instrument record real ground motion and not just electronic noise, since
the instrument correction then become unstable and the output has nothing to do with
the real seismic signal. Figure 6.9 shows an example.
Figure 6.9 Instrument correction in different filter bands. The top trace is the original recording of a
small earthquake with a 1 Hz seismometer. The 3 bottom traces have been converted to
displacement with different filters. The amplitudes to the right are maximum amplitudes.
The figure shows the influence of filtering, when estimating the ground displacement
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.
•
SISMÓGRAFOS PERMANENTES
SISMÓGRAFOS TEMPORARIOS
Earthscope
SISMÓGRAFOS PORTÁTILES
SISMÓGRAFOS MUY
PORTÁTILES...
SISMOGRÁFOS MUY
PORTÁTILES..
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.
•
TELEMETRÍA
Centro de Registro Sísmico
En un centro de registro sísmico, la parte
más importante es la comunicación
Red virtual (digital)
-
internet
radio-modem
satélite
teléfono celular
Red física (con radio)
En un centro de registro sísmico, la parte más importante es la
comunicación. ¿Cómo se transmiten los datos de las estaciones al centro de
procesamiento?. En el centro de procesamiento se lleva a cabo la adquisición,
graficación, procesado y almacenamiento de los datos sísmicos.
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única
permanente / temporal
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única
permanente / temporal
superficie (campo libre / estructura) / pozo / fondo marino
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única
permanente / temporal
superficie (campo libre / estructura) / pozo / fondo marino
propósito:
monitoreo de rutina / estudios específicos (réplicas, exploración, vulcanología, etc.)
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única
permanente / temporal
superficie (campo libre / estructura) / pozo / fondo marino
propósito:
monitoreo de rutina / estudios específicos (réplicas, exploración, vulcanología, etc.)
→ ancho de banda (SP / LP / BB / VBB) -función de respuesta-
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única
permanente / temporal
superficie (campo libre / estructura) / pozo / fondo marino
propósito:
monitoreo de rutina / estudios específicos (réplicas, exploración, vulcanología, etc.)
→ ancho de banda (SP / LP / BB / VBB) -función de respuesta-
→ rango dinámico (BB / SM / geófono)
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única
permanente / temporal
superficie (campo libre / estructura) / pozo / fondo marino
propósito:
monitoreo de rutina / estudios específicos (réplicas, exploración, vulcanología, etc.)
→ ancho de banda (SP / LP / BB / VBB) -función de respuesta-
→ rango dinámico (BB / SM / geófono)
→ nº componentes
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única
permanente / temporal
superficie (campo libre / estructura) / pozo / fondo marino
propósito:
monitoreo de rutina / estudios específicos (réplicas, exploración, vulcanología, etc.)
→ ancho de banda (SP / LP / BB / VBB) -función de respuesta-
→ rango dinámico (BB / SM / geófono)
→ nº componentes
→ requerimientos de emplazamiento e instalación
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única
permanente / temporal
superficie (campo libre / estructura) / pozo / fondo marino
propósito:
monitoreo de rutina / estudios específicos (réplicas, exploración, vulcanología, etc.)
→ ancho de banda (SP / LP / BB / VBB) -función de respuesta-
→ rango dinámico (BB / SM / geófono)
→ nº componentes
→ requerimientos de emplazamiento e instalación
→ facilidad de operación / reparación
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única
permanente / temporal
superficie (campo libre / estructura) / pozo / fondo marino
propósito:
monitoreo de rutina / estudios específicos (réplicas, exploración, vulcanología, etc.)
→ ancho de banda (SP / LP / BB / VBB) -función de respuesta-
→ rango dinámico (BB / SM / geófono)
→ nº componentes
→ requerimientos de emplazamiento e instalación
→ facilidad de operación / reparación
→ capacidad de almacenamiento
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única
permanente / temporal
superficie (campo libre / estructura) / pozo / fondo marino
propósito:
monitoreo de rutina / estudios específicos (réplicas, exploración, vulcanología, etc.)
→ ancho de banda (SP / LP / BB / VBB) -función de respuesta-
→ rango dinámico (BB / SM / geófono)
→ nº componentes
→ requerimientos de emplazamiento e instalación
→ facilidad de operación / reparación
→ capacidad de almacenamiento
→ portabilidad
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única
permanente / temporal
superficie (campo libre / estructura) / pozo / fondo marino
propósito:
monitoreo de rutina / estudios específicos (réplicas, exploración, vulcanología, etc.)
→ ancho de banda (SP / LP / BB / VBB) -función de respuesta-
→ rango dinámico (BB / SM / geófono)
→ nº componentes
→ requerimientos de emplazamiento e instalación
→ facilidad de operación / reparación
→ capacidad de almacenamiento
→ portabilidad
→ consumo de energía / fuente de alimentación
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única
permanente / temporal
superficie (campo libre / estructura) / pozo / fondo marino
propósito:
monitoreo de rutina / estudios específicos (réplicas, exploración, vulcanología, etc.)
→ ancho de banda (SP / LP / BB / VBB) -función de respuesta-
→ rango dinámico (BB / SM / geófono)
→ nº componentes
→ requerimientos de emplazamiento e instalación
→ facilidad de operación / reparación
→ capacidad de almacenamiento
→ portabilidad
→ consumo de energía / fuente de alimentación
→ estabilidad ante cambios ambientales
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única
permanente / temporal
superficie (campo libre / estructura) / pozo / fondo marino
propósito:
monitoreo de rutina / estudios específicos (réplicas, exploración, vulcanología, etc.)
→ ancho de banda (SP / LP / BB / VBB) -función de respuesta-
→ rango dinámico (BB / SM / geófono)
→ nº componentes
→ requerimientos de emplazamiento e instalación
→ facilidad de operación / reparación
→ capacidad de almacenamiento
→ portabilidad
→ consumo de energía / fuente de alimentación
→ estabilidad ante cambios ambientales
→ sistema de comunicación
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE
INSTRUMENTACIÓN SÍSMICA
tipo de estación: red (global/regional/local…) / arreglo / única
permanente / temporal
superficie (campo libre / estructura) / pozo / fondo marino
propósito:
monitoreo de rutina / estudios específicos (réplicas, exploración, vulcanología, etc.)
→ ancho de banda (SP / LP / BB / VBB) -función de respuesta-
→ rango dinámico (BB / SM / geófono)
→ nº componentes
→ requerimientos de emplazamiento e instalación
→ facilidad de operación / reparación
→ capacidad de almacenamiento
→ portabilidad
→ consumo de energía / fuente de alimentación
→ estabilidad ante cambios ambientales
→ sistema de comunicación
→ presupuesto