【儀表網 儀表產業】據國家地震臺網官方微博消息，中國地震臺網正式測定：2月10日15時36分在云南大理州大理市(北緯25.56度，東經100.04度)發生4.1級地震，震源深度12千米。
我們每天瀏覽國內外新聞，時有報道某地發生地震。強烈的地震對人類的經濟活動和人身安全造成傷害威脅。隨著現代科技的進步，地震檢測能力和應用也在不斷革新。地震檢測設備通常稱為地震儀，已經從使用傳統的筆和擺錘發展到使用電子和機電傳感器。這些傳感器的設計進步產生了具有不同工作頻率范圍、檢測機制和測量不同地震動參數的儀器。
今天我們來討論一下主要的地動傳感器及其物理原理，以及現代地震傳感器的使用標準。首先，簡單地介紹一下幾個現代地震儀和地震動傳感器。
1. 應變地震儀
歷史上的地震儀器只能記錄地動位移。技術的進步使得通過不同機制來測量地動位移成為可能。應變地震儀或應變儀一般是指記錄和測量兩個地面點之間位移的儀器。傳統模型使用埋入或安裝在鉆孔中的實心桿。桿通常注入石英和其他對長度和應變變化高度敏感的材料。長度的變化歸因于地動引起的小位移。另一種實現方式稱為體積應變儀，它使用帶有充液管的安裝在鉆孔中的圓柱體。容器體積的變形會引起液位變化，再通過電壓位移傳感器轉換為地動位移。由于不需要傳統模型所需的特殊材料，體積應變儀在該領域得到了更廣泛的應用。激光技術的最新發展使得人們制作出了激光干涉儀，它大大提高了應變儀的精度。此類應變儀使用與不等臂長邁克爾遜干涉儀相同的原理，一點是傳感器、激光源和短臂，另一點是反射器，該反射器位于一定距離之外。設備將反射器運動引起的干涉條紋變化轉換為地動位移。這種位移測量方法的靈敏度和精度與測量距離的長度成正比。因此，激光應變儀需要非常深的地下設施。應變儀的精度可以達到十億分之一。這些設備通常用于測量斷層運動和火山活動引起的地球變形或地殼運動。它們可以測量頻率非常低的地震波信號。但是，與懸吊質量塊相對于地面的運動相比，應變儀的差分地面運動非常小。因此，不建議使用應變儀來檢測地震引起的地面運動。
2. 慣性地震儀
慣性地震儀確定相對于慣性參考的地動參數，慣性參考通常是一個懸吊質量塊。具體來說，地震動參數指的是懸吊質量塊的線速度和位移。雖然合成的地震動包括線性和角度分量，但地震波的旋轉效應可以忽略不計。這些速度和位移值是從傳感器獲得的，傳感器將懸吊質量塊的運動轉換為電信號。控制運動的機械懸架與作用在懸吊質量塊上的慣性力相關。速度和位移傳感器與機械懸架是慣性地震儀的兩個主要組成部分。為這兩個部分開發精密儀器是現代慣性地震儀的主要設計工作。
3. 力平衡加速度計
機械懸架需要一個較小的恢復力以提高靈敏度，這樣較小的加速度也能在懸吊質量塊上產生較大位移。但是，當強地震運動產生的大加速度作用于懸吊質量塊時，較小恢復力將無法平衡所產生的運動。因此，被動機械懸架的精度和靈敏度只適用于有限范圍的地震動加速度。力平衡加速度計(FBA)通過向機械懸架增加負反饋環路來消除此限制。電磁傳感器根據懸吊質量塊的位置產生補償力。該位置由位移傳感器轉換為電信號，信號隨后通過一個積分器模塊，產生與地震動加速度成比例的輸出電壓。FBA的動態范圍明顯大于采用被動機械懸架的地震儀。因此，該設備通常用于強地震應用。但是，反饋環路引起的延遲會限制設備的帶寬。
4. 速度寬帶(VBB)地震儀
車輛運動和人為擾動(例如采礦)引起的地震波具有高頻地震動加速度。在非常低的頻率下，地動加速度以不平衡的懸架、地面傾斜和熱效應為主。因此，使用地震動加速度的地震儀的帶寬以具體帶通響應為限。地震動加速度的帶通響應等效于地震動速度的高通響應。因此，為了獲得更寬的地震儀帶寬，地震信號是以地震動速度記錄的。VBB地震儀基于FBA，但不是將懸吊質量塊的加速度作為反饋，而是使用其速度和位置。該設備的響應與傳統慣性地震儀的理論響應非常相似，但是對于更廣泛的作用力，其靈敏度和精度不會降低。
5. 地震檢波器和微機電系統(MEMS)
加速度計日益增多的地震應用的趨勢是發展地震儀或地震傳感器網絡和陣列，例如用于地震監測、石油勘探和結構健康監測方面。地震儀的實施、屏蔽和安裝是這些應用的三個常見約束條件。設備的規模生產和快速部署能夠直接克服這三個常見限制，為此要求地震儀的尺寸和成本相應地縮減。當前有兩類傳感器技術能夠檢測地震動；與FBA和VBB相比，它們的尺寸非常小，而且成本低。
6. 地震檢波器
地震檢波器是一種地震動速度傳感器，其重量輕，堅固耐用，不需要任何電源即可工作。現代地震檢波器的外殼上固定有一塊磁鐵，并被一個線圈包圍。線圈被彈簧懸掛起來，可以在磁體上移動。此運動相對于磁鐵的速度會感生一個輸出電壓信號。
資料來源：亞德諾半導體、中國新聞網
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