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Angewandte Geophysik : Seismik |
Übertragungsfunktionen von Seismographen
Applet
( in separatem Fenster,
ca. 470 x 410 Pixel )
( Grundlagen :
s. Seismometer Dokumentation
und
Seismometer-Galvanometer Dokumentation, in separatem Fenster )
- HowTo -
Dialogfenster :
( Screenshot )
Mit SEISMOGRAPH SYSTEM : WIECHERT_Z...
kann eines der implementierten Systeme angewählt werden :
- Die historische Seismometer mit direkter Registrierung WIECHERT_Z / H und WOOD-ANDERSON
- sind charakterisiert durch ihre Eigenperiode und Dämpfung sowie einen statischen Vergrößerungsfaktor ( = Registrierausschlag / Auslenkung der Masse ),
- wobei eine Rückwirkung des mechanischen Registriersystems ( WIECHERT ) vernachlässigt wird.
- ( Die verwendeten Zahlenwerte sind dem Lehrbuch Elemente der Seismologie und Seismometrie (1960) von E.F.Sawarenski u. D.P.Kirnos entnommen. )
- Bei den Seismometer - Galvanometer Systemen WWSSN_SP / LP, BENIOFF_LP, GALITZIN, KIRNOS und DEMO_SP / LP
- ist der geschwindigkeitsproportionale Wandler des Seismometers ( i.A. ein Tauchspulsystem ) mit der Spule des Galvanometers verbunden über ein externes Widerstands-T-Glied
- aus je einem Vorschaltwiderstand für Seismometer bzw. Galvanometer und einem Shuntwiderstand.
- Der Frequenzgang des Gesamtsystems ist charakterisiert durch Eigenperiode und Dämpfung von Seismometer und Galvanometer sowie
- einen dimensionslosen "Kopplungskoeffizienten" σ^2 ( manchmal α^2, Wertebereich 0...+1 ), der die gegenseitige Beeinflussung beider Instrumente über die elektrische Kopplung beschreibt.
- ( s. Seismometer-Galvanometer Dokumentation
und Applet Seismometer-Galvanometer Kopplung )
- Im Frequenzbereich entspricht die Übertragungsfunktion dem Produkt eines 2-Pol-Hochpasses ( Seismometer ) und eines 2-Pol-Tiefpasses ( Galvanometer )
- mit einem zusätzlichen quadratischen Term proportional σ^2 im Nennerpolynom 4-ten Grades, und einem Amplitudenfaktor proportional σ ( = Wurzel aus σ^2 ) im Zähler.
- Die Parameter der implementierten Systeme basieren auf den Tabellen im Manual of Seismological Observatory Practice ( 1979 Edition )
( Kap. Instruments, 1 Type of Instrument ),- die Zahlenwerte für die Empfindlichkeit von Seismometer und Galvanometer sind ( willkürlich ) so gewählt, dass sich bei maximaler Vergrößerung die Absolutwerte der in Abb. 1.1 des Manuals dargestellten Vergrößerungskurven ergeben.
- Die Tauchspulwandler der Geophone SM4_10Hz ( I/O Sensor Nederlan ) und L4_2Hz ( Mark Products )
- sind mit dem rel. hochohmigen Eingang eines digitalen Registriersystems StrataView verbunden, und
- die für die Simulation benutzten Parameter sind den Datenblättern der jeweiligen Hersteller entnommen und durch Eichmessungen überprüft
- ( z.B. Grenzfrequenz des 1-Pol Eingangshochpass bei StrataView ).
- Das Seismometer STS_2 ( Wielandt - Steckeisen )
- ist ein Breitbandseismometer mit elektronischer Rückkopplung ( "force balance" ).
- Die Simulation basiert auf dem Manual des Instruments und
- Seismic Sensors and their Calibration von E. Wielandt,
- in New Manual of Observatory Practice, wo auch das Funktionsprinzip ausfühlich dargestellt ist.
Die Graphishe Darstellung wird über das hellblau hinterlegte Dialogfeld gesteuert :
- Mit XFR(F) / XFR(Z) / F + Z
- wird die Übertragungsfunktion im Frequenzbereich und/oder die entsprechenden Z-Transformierte dargesellt
- ( AMPL = Amplitude, PHAS = Phase in separaten Fenstern )
- für
- OUTPUT = Gesamtsystem,
- SEIS = Seismometer und
- GALV = Galvanometer
- ( HP_1 = 1-Pol Hochpass bei StrataView mit SM4_10Hz und L4_2Hz ).
- Mit HIDE RESP WIN ...
- wird die graphische Darstellung der Antworten im Zeitbereich auf einige impulsförmige Eingangssignale angewählt :
- DELTA IMP ( = Diracimpuls ),
- UNIT STEP ( = Sprungfunktion ),
- KUEPPERS_2 ( = Kuepperssignal 2. Ordnung )
- und
- K_2 x HANNING ( = KUEPPERS_2 mit Hanningtaper ).
- ( 200 SMP...10 SMP bestimmt die Länge, und zusammen mit F-SAMP, die Hauptfrequenz eines Kuepperssignals. )
- F-SAMP ... ( = Abtastfrequenz = 1 / Stützwertabstand )
- bezieht sich die Z-Transformierte XFR ( Z ) und die damit durch eine rekursive Filterung brechneten Zeitfunktionen,
- und
- kann in einem weiten Wertebereich gewählt werden, der an die charakteristischen Frequenzen des Seismographensystems angepasst sein sollte.
- +LOWPASS
- ergänzt die Z-Transformierte um einen 2-Pol Besseltiefpass ( Grenzfrequenz = 0.25 × F-SAMP ) als "Anti-Aliasing-Filter".
Anfang HowTo Screenshots Download
- Screenshots -
SYSTEM : KIRNOS,RESP TO GROUND DISPLACEMENT
( Param. s.u. : Screenshot Textbereich )
Farbcode : magenta = OUTPUT, cyan = SEIS, orange = GALV.
XFR ( F ) :
Amplituden ( AMPL ) und Phasen ( PHAS ) der
Übertragungsfunktionen
Die Amplitude der Übertragungsfunktion für die
Bodenverschiebung ( OUTPUT, magenta ) hat ein Plateau im
Periodenbereich von ca. 20 bis 0.08 [sec], was durch die
relativ hohe Galvanometerdämpfung erreicht wird
( &alpha = 8.0, s. Screenshot Textbereich ).
XFR ( Z ) :
Amplituden ( AMPL ) der Z-Transformierten
( F-SAMP 80 [Hz], +LOWPASS )
Antwort zu UNIT STEP :
( XFR ( Z ) wie oben, rot = Eingangsdignal =
Bodenverschiebung bzw. Strom bei GALV )
Mit dem Mauszeiger über dem blauen Symbol FCT ( oben links ) werden Informationen zu den dargestellten Kurven eingeblendet ( Typ, Skalierung und Farbcode, etc. ).
LIST SEIS :
Anfang HowTo Screenshots Download
Die für eine lokale Installation des Applets benötigten Class- und Html-Files sind verfügbar als zip file und als tar.gz file.
Weitere Applets : Homepage des Authors
Rev. 06-Dez-2006
Kommentare bitte an
Fritz Keller
( ned gschempfd isch globd gnueg )
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