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宽带地震计检测纳米运动
编辑:admin 浏览量:126 发布日期: 2019-02-13 11:13

想象一下,从苏黎世到东京的酒吧超过10,000公里。现在东京有人在它下面滑了一张纸。苏黎世末端的地震计然后作出反应并精确地指示倾斜角度的最小变化。这种令人难以置信的精确度来自瑞士公司Streckeisen的设备,该公司的名字是专家组内高性能地震计的代名词。四台FAULHABER电机有助于使高灵敏度传感器可靠地完成工作。

人类飞向月球并将探测器发送到太阳系边缘以及更远处。然而,人类只能穿透几千米进入地球。因此,为了探索地球的内部,我们依赖于间接方法。地震学 - 来自希腊地震,意思是地球震颤 - 研究由大陆板块运动引起的振动。关于地球内部发生的变化的结论,就像使用超声波观察婴儿一样。没有仪器可以感觉到的“适当的”地震相对容易测量。振动很强烈,信号也很清晰,也可以通过灵敏度较低的传感器进行记录。

当运动非常小时,例如海浪的冲洗,这是更加困难的,海浪在全世界都是微观地震。在这种情况下,简单的传统地震计没有机会。它基本上由一个重物组成 - 摆锤 - 悬挂在弹簧上。一个销钉固定在配重上,当振动发生时,它将曲线拉到连续的纸卷上。偏转表示振动的强度 - 但仅限于纸卷的边缘。另一方面,灵敏度受到销的厚度的限制:小于线宽的最小偏转不再清晰可辨。这相当于大约的动态。60分贝。

一张18公里宽的纸

为了克服这些限制,未来的地球物理学家Gunar Streckeisen在他的论文过程中并在大约35年前的Erhard Wielandt的指导下,在苏黎世的ETH开发了所谓的STS-1宽带地震计。后来,他在温特图尔成立了Streckeisen AG,以制造这些设备并将其分销到世界各地。这意味着经典地震计的道路尽头。Erhard Wielandt是当前现代地震测量技术发展的推动力。

在定心过程结束时,调节重物的齿保持在螺钉的齿面之间而不接触它们。
 

摆锤保持在平衡的平衡位置

宽带地震计与其经典前辈的唯一共同点是移动摆锤,它对外力作出反应。不再需要销,特别是因为总是绘制直线。Streckeisen地震计实现极大动态的技巧在于跟踪:电磁反馈系统确保摆始终保持在既定的平衡平衡位置。“它就像电子天平一样”,Streckeisen董事总经理罗伯特·弗劳登曼解释道。“跟踪所需的校正信号同时也是输出信号。作用于设备的运动越强大,信号越大,因此钟摆始终保持在中间。

为了记录地球在所有三个维度上的运动; 每个地震计都有三个摆锤。它们处于略微倾斜的位置,排列成圆形,每个偏移120度。它们根据力的方向作出不同的反应,并且可以根据差异计算空间变化的三维图像。

在十年内平衡一次

安装后,高精度机电自动工作,长时间无需人为干预。在开始操作之前,地震计的准确对准和摆锤的平衡是至关重要的。“传统上,地震仪一直向东对齐”,Robert Freudenmann解释道。“为了平衡钟摆,钟摆上的移动质量会被移动,直到它们完全平衡。质量是一个齿环,通过在轴上旋转来回移动。它由一个定位的螺丝驱动在齿环和螺钉上有少量间隙。当达到完美平衡时,调节重量的齿保持在螺钉的齿面之间,即摆锤可以自由移动。 “

长期可靠性

该过程在专家组中被称为“定心”,由AM0820步进电机执行,该电机带有FAULHABER的16:1行星齿轮箱。它必须满足高质量应用的广泛要求:小尺寸和电流消耗; 精确的运动和对低温的不敏感,因为Streckeisen设备也用于阿拉斯加北部和南极附近。但最重要的是长期可靠性:“对于长期测量,选择一个环境条件非常稳定的位置”,Robert Freudenmann解释道。“在极端情况下,摆锤在投入运行之前是第一次平衡,第二次可能只在十年后发生。然后电机必须再次精确地执行任务,即使经过长时间的不活动。我们知道FAULHABER电机能够做到这一点。“

充气混凝土室

并非所有设备都用于长期测量。在所谓的阵列测量中,大量的地震计以特定区域中的网格形式布置,以便在该位置记录底土的特殊特征。一旦测量在几个月或几年后完成,网格就会移动,设备会移动到下一个位置。例如,以这种方式一个接一个地测量美国的州。然而,在运输过程中发生的不可避免的运动对于敏感的传感器来说并不好。因此,为了防止损坏,移动部件用运输锁固定。这是由Streckeisen地震计中的第四台电机进行的,这是一台0816P006S直流微电机。

Streckeisen的现代地震仪比第一代更小,更容易安装。带有管状外壳的新型号可以降低到钻孔中。安装仍然通过精细的手工操作进行。直到最后才能检查组件是否与必要的精度相互作用。因此,每个传感器都要在防空洞中进行大量测试,以便对气压波动不敏感。呼吸机将空气吹入腔室,腔室被厚厚的混凝土包围,并“膨胀”。“很难相信,但气压的增加实际上会改变房间,即使它只有几纳米”,Robert Freudenmann解释道。“我们的设备可以检测到这种变化。如果设备没有密封,我们会收到一个偏离的信号。使用这样的测试,我们确保只提供功能完善的地震仪,准确记录地球内部发生的事情

 
摆锤保持在平衡的平衡位置

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