Institut für Geophysik der TU Clausthal

english deutsch Angewandte Geophysik : Seismik


Wie funktioniert eigentlich ein Seismometer


Applet ( in sepatatem Fenster )    ca. 650 x 490 Pixel    ca. 800 x 430 Pixel


Das Applet simuliert die Reaktion eines Seismometers auf eine wählbare Bodenbewegung w(t). Die Auslenkung x(t) der Seismometermasse aus ihrer Ruhelage, d.h. die Relativbewegung der Masse bezogen auf das Gehäuse, wird rekursiv berechnet auf der Grundlage der Differentialgleichung :

( Physikalisch-mathematische Grundlagen : siehe Seismometer Dokumentation )

Die Übertragungseigenschaften des Seismometers können durch die Wahl von Eigenfrequenz und Dämpfung in weiten Grenzen variiert werden, ebenso die Art und der Zeitmaßstab der Bodenbewegung.

Der zeitliche Verlauf der Bodenbewegung und der daraus resultierenden relativen und absoluten Bewegung der Seismometermasse wird graphisch dargestellt :

-x'(t) = relative Geschwindigkeit der Masse ( Signalabgriff V )
w(t)+x(t) = absolute Verschiebung der Masse
-x(t) = relative Verschiebung der Masse ( Signalabgriff D )
w(t) = Bodenbewegung ( = Gehäuseverschiebung )
w_res(t) = Seidl's Restitution der Bodenbewegung


- Inhalt -

Ablaufsteuerung : START/NEW, CONT/HALT und STEP
Bodenbewegung : FUNC, MODE, AMPL and FREQ
Seismometer : FREQ and DAMP
Verstärkungsfaktoren : FACT(VEL) and FACT(DISP)
Seidl's Restitution : RESTITUDE W
Übertragungsfunktionen : RESP/HIDE

Verwandte Applets

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Screenshot Seismometer :


Die Ablaufsteuerung erfolgt durch die Schalter START/NEW, CONT/HALT und STEP :

START
startet den Ablauf mit den aktuellen, unter GROUND und SEISMOMETER eingestellten Parametern und blockiert die Parameterwahl,
NEW
beendet den aktuellen Ablauf und ermöglicht die Änderung der Parameter ( Restart = START ).
CONT/HALT
Fortsetzung / Unterbrechung des aktuellen Ablaufs,
STEP
Einzelschrittmodus, ein Zeitinkrement pro Click,

Die Parameterwahl wird durch NEW aktiviert ( und nach START blockiert ) :

GROUND ( Parameter der Bodenverschiebung w(t) )  :

FUNC
unterschiedliche Zeitfunktionen
( einschließlich "man made earthquakes"&nbso;: FUNC MOUSE )
MODE
kontinuierliche Bewegungen oder impulsförmige Signale wählbarer Polarität
AMPL
Amplitude der Bodenverschiebung
FREQ
"Frequenz" ( Zeitmaßstab ) der Bodenbewegung

SEISMOMETER ( Parameter des Seismometers )  :

FREQ
Eigenfrequenz
DAMP
dimensionloses Dämpfungsmaß ( 1 = kritisch )

Verstärkungsfaktoren ( immer aktiviert ) :
VELOCITY
Skalierungsfaktor des Geschwindigkeitsabgriffs V
DISPLACEMENT
Skalierungsfaktor des Verschiebungsabgriffs D
Ein- / Ausschalten der Restitution der "wahren" Bodenverschiebung :
Das Signal w_res(t) wird rekursiv aus dem Ausgangssignal x(t) des Verschiebungsabgriffs D berechnet. Hierzu wird über die Z-Transformation ( Bilinear-Transformation ) eine Filterfunktion bestimmt, die aus x(t) das Ausgangssignal w_res(t) eines Seismometers mit einer wesentlich niedrigeren Eigenfrequenz ( hier : Faktor 1/100 und Dämpfung 0.707 ) erzeugt, d.h. im Frequenzbereich oberhalb dieser Grenzfrequenz ( = Seismometereignfrequenz/100 ) stimmt w_res(t) mit der ursprünglichen Bodenverschiebung überein.
Dr. Dieter Seidl, Seismologisches Zentralobservatorium ( SZGRF ), Erlangen )

Alle Zahlenwerte sind in Schritten 1 - 2 - 5 einstellbar, wobei sich die Frequenzwerte auf einen willkürlichen ( für Bodenbewegung und Seismometer identischen ) Maßstab beziehen.
Die absolute Zeit- und Frequenzskala ist rechnerabhängig und variiert je nach Rechnertyp, Auslastung und JAVA-Implementierung. ( FREQ = 1.0 entspricht ca. 0.2 [Hz] bei einer 100 Mhz / 486 cpu, mit Netscape unter Linux, 1 User ).
Die Verzerrung der Zeitskala und auch ihre evtl. zeitlichen Schwankungen beeinflussen zwar stark den optischen Eindruck des Ablaufs ( z.B. ruckartige Bewegungen bei hoher Rechnerauslastung ), sind aber ohne Einfluß auf die Simulation des Übertragunsverhaltens.

( Physikalisch-mathematische Grundlagen : siehe Seismometer Dokumentation )

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Screenshot Übertragungsfunktion :


Der Schalter RESP/HIDE öffnet / schließt ein Fenster mit der graphishen Darstellung von Amplitude und Phase der normierten Übertragungsfunktionen für den Verschiebungs- und den Geschwindigkeitsabgriff ( rot / magenta ), bezogen auf :

GROUND_DISPLACEMENT w(t)
die Bodenverschiebung,
GROUND_VELOCITY w'(t)
die Geschwindigkeit der Bodenbewegung,
GROUND_ACCELERATION w"(t)
die Beschleunigung der Bodenbewegung,
( wählbar im Graphikfenster ).
Die Frequenz ( normiert auf die Eigenfrequenz F_SEIS des Seismometers ) und die Amplitude sind in logarithmischem Maßstab dargestellt, die aktuell gewählte "Frequenz" der Bodenbewegung ( GROUND : FREQ, ebenfalls auf F_SEIS normiert ) ist in der Farbe Grün markiert.
Cyan : Amplitude, Phase und Grenzfrequenz des Restitutions-Filters.
Der aktuelle Ablauf wird durch RESP unterbrochen und nach HIDE fortgesetzt, im Modus Parameterwahl ( = NEW ), werden Parameteränderungen sofort dokumentiert.

( Physikalisch-mathematische Grundlagen : siehe Seismometer Dokumentation )

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- Verwandte Applets -

Übertragungsfunktion eines Seismometers

Freie Bewegung eines Seismometers

Eichung eines kurzperiodischen Seismometers


- Download -

Die für eine lokale Installation der Seismometer Applets ( DEMO + CALIB ) benötigten Class- und Html-Files sind verfügbar als zip-File und als tar.gz-File.

Weitere Applets : Homepage des Authors.


Rev. 06-Apr-2007

Kommentare bitte an Fritz Keller
( ned gschempfd isch globd gnueg )

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