Sismograf

Sismograf ya da depremyazar,, depremler, volkanik patlamalar ve patlamaların neden olduğu yer seslerini ve sarsıntılarını sürekli olarak kaydederek yer sarsıntılarının büyüklüğünü, süresini, merkezini ve zamanını saptamaya yarayan alete denir. Genellikle sismograf ‘ın zamanlama ve kayıt cihazı vardır. Daha önce kağıda (resme bakınız) veya filme ama atık dijital olarak kaydedilen ve işlenen bu cihazın çıktısı bir sismogramdır. Bu tür veriler depremlerin yerini belirlemek ve karakterize etmek ve Dünya'nın iç yapısını incelemek için kullanılır.

ABD İçişleri Bakanlığı tarafından kullanılan bir kinemetrik sismograf.

En basit türü bir ucu dayanaklı, öbür ucunda bir kayıt kalemi bulunan, yay ile desteklenmiş ağırlıklı bir çubuktan oluşmaktadır. Herhangi bir sarsıntı anında, üzerindeki ağırlık atıldığından dolayı, çubuğun sabit kalarak diğer bölümlerin salınması ilkesine göre çalışır. Kayıt kalemi, saat ibresi yönünde ağır ağır dönen bir silindir üzerinde sarsıntıları saptar. Günümüzde, gözlemevlerinde daha çok, benzer mekanik düzenekten yola çıkarak salınımları değişik elektronik aygıtlarla yükseltip otomatik olarak saptayan, çok daha duyarlı sismograf türleri kullanılmaktadır.

Ölçümler için bir doğrultu boyunca jeofonlar yere 1 metre saplanacak kadar yerleştirilir. Her bir jeofon arasında 1,5-2 metre bırakılır. Daha sonra, en baştaki jeofondan yerin altına titreşim yollanarak diğer jeofonlardan geri dönüş dalgaları ölçülür. Geri gelen s-p dalga boylarına göre zemin sınıflandırılır.

Sismoskop

Sismografa benzer bir alettir. Zhang Heng Tarafından bulunmuştur. 2 metre uzunluğundadır ve tunçtan oluşmuştur.

Modern aletler

Sıfır uzunlukta yay kullanılarak basitleştirilmiş LaCoste süspansiyonu

CMG-40T üç eksenli geniş bant sismograf

Alfred Wegener Enstitüsü'nde çocuklara yönelik depremlerle ilgili bir gösteride sunulan muhafazasız bir sismograf.

Modern enstrümanlar elektronik sensörler, amplifikatörler ve kayıt cihazları kullanır. Çoğu, geniş bir frekans aralığını kapsayan geniş banttır. Bazı sismograflar 500 Hz ila 0,00118 Hz (1/500 = döngü başına 0,002 saniyeden, 1/0,00118 = döngü başına 850 saniyeye kadar) arasındaki frekanslardaki hareketleri ölçebilir. Yatay aletler için mekanik süspansiyon yukarıda açıklanan bahçe-kapısı olarak kalır. Dikey aletler, LaCoste süspansiyonu gibi bir tür sabit kuvvet süspansiyonu kullanır. LaCoste süspansiyonu, uzun periyot (yüksek hassasiyet) sağlamak için sıfır uzunlukta yay kullanır.

Bazı modern cihazlar, üç özdeş hareket sensörünün dikeyle aynı açıda, yatayda ise 120 derece aralıklarla yerleştirildiği "üç eksenli" veya "Galperin" tasarımını kullanır. Üç sensörün çıkışlarından dikey ve yatay hareketler hesaplanabilir.

Sismograflar kaçınılmaz olarak ölçtükleri sinyallerde bir miktar bozulmaya neden olur, ancak profesyonelce tasarlanmış sistemler frekans dönüşümlerini dikkatle karakterize etmiştir.

Modern hassasiyetler üç geniş aralıktadır: jeofonlar, 50 ila 750 V/m; yerel jeolojik sismograflar, yaklaşık 1.500 V/m; ve dünya araştırması için kullanılan telesismograflar, yaklaşık 20.000 V/m. Aletler üç çeşittir: kısa süreli, uzun süreli ve geniş bant. Kısa ve uzun periyotlu ölçümler hızı ölçer ve çok hassastır, ancak sinyali 'kırparlar' veya insanlar tarafından hissedilebilecek kadar güçlü yer hareketi için ölçek dışına çıkarlar. 24 bitlik analogdan dijitale dönüşüm kanalı yaygındır. Pratik cihazlar kabaca milyonda bir parçaya kadar doğrusaldır.

Teslim edilen sismograflar iki çıkış stiliyle birlikte gelir: analog ve dijital. Analog sismograflar, muhtemelen analogdan dijitale dönüştürücü içeren analog kayıt ekipmanı gerektirir. Dijital sismografın çıktısı kolayca bir bilgisayara girilebilir. Verileri standart bir dijital biçimde (genellikle Ethernet üzerinden "SE2") sunar.

Telesismograflar

Düşük frekanslı 3 yönlü okyanus tabanı sismometresi (kapak çıkarılmış). X ve y yönü için iki kütle görülebilmektedir, z yönü için üçüncüsü aşağıdadır. Bu model Güralp Systems Ltd. tarafından üretilen bir CMG-40TOBS olup Monterey Hızlandırılmış Araştırma Sisteminin bir parçasıdır.Monterey Accelerated Research System.

Modern geniş bant sismograf çok geniş bir frekans aralığını kaydedebilir. Gelişmiş elektronikler tarafından tahrik edilen, elektriksel kuvvetlerle sınırlandırılmış küçük bir "geçirmez kütle"den oluşur. Dünya hareket ettikçe elektronik devreler bir geri besleme devresi aracılığıyla kütleyi sabit tutmaya çalışır. Bunu başarmak için gereken kuvvet miktarı daha sonra kaydedilir.

Çoğu tasarımda elektronik, çerçeveye göre hareketsiz bir kütleyi tutar. Bu cihaza "kuvvet dengesi ivmeölçer" denir. Yer hareketinin hızı yerine ivmeyi ölçer. Temel olarak kütle ile çerçevenin bir kısmı arasındaki mesafe, doğrusal değişken bir diferansiyel transformatör tarafından çok hassas bir şekilde ölçülür. Bazı cihazlar doğrusal değişken diferansiyel kapasitör kullanır.

Bu ölçüm daha sonra elektronik negatif geri besleme döngüsünün parçalarına bağlanan elektronik amplifikatörler tarafından güçlendirilir. Negatif geri besleme döngüsünden gelen güçlendirilmiş akımlardan biri, bir hoparlöre çok benzeyen bir bobini çalıştırır. Sonuçta kütle neredeyse hareketsiz kalır.

Çoğu cihaz mesafe sensörünü kullanarak yer hareketini doğrudan ölçer. Mıknatısın kütle üzerindeki algılama bobininde ürettiği voltaj doğrudan yerin anlık hızını ölçer. Tahrik bobinine giden akım, kütle ile çerçeve arasındaki kuvvetin hassas ve doğru bir ölçümünü sağlar, böylece doğrudan zeminin ivmesini ölçer (f=ma kullanılarak, burada f=kuvvet, m=kütle, a=ivme).

Hassas dikey sismograflarla ilgili süregelen sorunlardan biri de kütlelerinin kaldırma kuvvetidir. Açık bir pencereye esen rüzgarın neden olduğu basınçtaki eşit olmayan değişiklikler, odadaki havanın yoğunluğunu, dikey bir sismografın sahte sinyaller göstermesine neden olacak kadar kolayca değiştirebilir. Bu nedenle çoğu profesyonel sismograf, sert, gaz geçirmez muhafazalar içinde kapatılmıştır. Örneğin, yaygın bir Streckeisen modelinin, tutkalda kabarcıklar olmadan iskelesine yapıştırılması gereken kalın bir cam tabana sahip olmasının nedeni budur.

Ağır mıknatısın bir kütle olarak hizmet etmesini sağlamak mantıklı görünebilir, ancak bu, Dünya'nın manyetik alanı hareket ettiğinde sismografı hatalara maruz bırakır. Sismografın hareketli parçalarının manyetik alanlarla minimum düzeyde etkileşime giren bir malzemeden yapılmış olmasının nedeni de budur. Bir sismograf aynı zamanda sıcaklıktaki değişikliklere karşı da duyarlıdır; bu nedenle birçok alet, manyetik olmayan invar gibi az genleşen malzemelerden yapılmıştır.

Bir sismograftaki menteşeler genellikle patentlidir ve patentin süresi dolduğunda tasarım iyileştirilmiştir. En başarılı kamuya açık alan tasarımları, bir kelepçede ince folyo menteşeler kullanır.

Diğer bir konu ise, bir sismografın transfer fonksiyonunun, frekans tepkisinin bilinebilmesi için doğru bir şekilde karakterize edilmesi gerektiğidir. Bu genellikle profesyonel ve amatör enstrümanlar arasındaki en önemli farktır. Çoğu, değişken frekanslı bir sarsma masasında karakterize edilir.

Kuvvetli hareket sismografları

Başka bir sismometre türü, dijital kuvvetli hareket sismografı veya ivmeölçerdir. Böyle bir cihazdan elde edilen veriler, deprem mühendisliği yoluyla bir depremin insan yapımı yapıları nasıl etkilediğini anlamak için gereklidir. Bu tür cihazların kayıtları, mühendislik sismolojisiyle sismik tehlikenin değerlendirilmesi için çok önemlidir.

Güçlü hareket sismometresi ivmeyi ölçer. Bu daha sonra hız ve konumu vermek için matematiksel olarak integrali alınabilir. Kuvvetli hareket sismometreleri, yer hareketlerine telesismik cihazlar kadar duyarlı değildir ancak en güçlü sismik sarsıntı sırasında ölçekte kalırlar.

Yoğunluk ölçer uygulamalarında güçlü hareket sensörleri kullanılır.