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地震儀（Seismograph）詳解
地震儀是用于檢測(cè)和記錄地面運(yùn)動(dòng)（如地震波、振動(dòng)）的儀器，能夠?qū)⒌卣鹨鸬牡貧ふ饎?dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或圖形記錄，是地震監(jiān)測(cè)、地質(zhì)研究和工程安全評(píng)估的核心設(shè)備。
1. 基本結(jié)構(gòu)與類型
（1）核心組件
傳感器（拾震器）：
機(jī)械式：擺錘系統(tǒng)（垂直擺/水平擺），通過慣性原理檢測(cè)地面位移。
電子式：基于壓電效應(yīng)、電容或MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）的加速度計(jì)。
記錄系統(tǒng)：
傳統(tǒng)模擬記錄（筆繪紙帶或光記錄）。
現(xiàn)代數(shù)字化記錄（ADC轉(zhuǎn)換+存儲(chǔ)/傳輸）。
信號(hào)處理單元：濾波、放大、時(shí)間同步（GPS授時(shí)）。
（2）主要類型
| 分類依據(jù) | 類型 | 特點(diǎn) |
|---|---|---|
| 檢測(cè)方向 | 垂直向、水平向（南北/東西） | 需三軸組合實(shí)現(xiàn)全向監(jiān)測(cè) |
| 頻率響應(yīng) | 短周期、寬頻帶、超寬頻帶 | 寬頻帶（0.01~50 Hz）適合研究深部地震波 |
| 應(yīng)用場(chǎng)景 | 固定臺(tái)站、便攜式、海底地震儀 | 海底地震儀需耐高壓和防水設(shè)計(jì) |
| 工作原理 | 機(jī)械擺、電磁式、光纖干涉式 | 光纖式抗電磁干擾，適合強(qiáng)電磁環(huán)境 |
2. 工作原理
地震發(fā)生時(shí)，地面震動(dòng)導(dǎo)致地震儀傳感器（如擺錘）相對(duì)于支架產(chǎn)生位移：
機(jī)械式地震儀：擺錘慣性運(yùn)動(dòng)通過杠桿放大，驅(qū)動(dòng)記錄筆在旋轉(zhuǎn)紙帶上繪制波形。
電子式地震儀：
擺錘位移引起電容/電感變化→轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。
加速度計(jì)直接輸出與地面加速度成正比的電信號(hào)。
數(shù)據(jù)記錄：
數(shù)字化信號(hào)經(jīng)濾波、時(shí)間戳標(biāo)記后存儲(chǔ)或遠(yuǎn)程傳輸。
關(guān)鍵公式：地震波振幅
（ 為靈敏度）。
3. 關(guān)鍵性能參數(shù)
| 參數(shù) | 說明 |
|---|---|
| 靈敏度 | 單位地面運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)（如 2000 V·s/m）。 |
| 動(dòng)態(tài)范圍 | 可檢測(cè)的最小至最大振動(dòng)強(qiáng)度（如 140 dB）。 |
| 頻率響應(yīng) | 有效檢測(cè)的頻率范圍（如 0.01~100 Hz）。 |
| 分辨率 | 最小可識(shí)別振動(dòng)幅度（如 1 nm）。 |
| 采樣率 | 數(shù)字化采樣頻率（如 100 Hz~1 kHz）。 |
4. 應(yīng)用場(chǎng)景
地震監(jiān)測(cè)預(yù)警：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地震波（P波、S波），為預(yù)警系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。
地質(zhì)勘探：通過人工震源分析地下結(jié)構(gòu)（石油、礦產(chǎn)探測(cè)）。
工程安全：監(jiān)測(cè)建筑、橋梁、大壩的振動(dòng)與結(jié)構(gòu)健康。
火山活動(dòng)研究：捕捉火山微震預(yù)測(cè)噴發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。
核試驗(yàn)監(jiān)測(cè)：檢測(cè)地下核爆炸產(chǎn)生的地震波。
5. 選型與安裝要點(diǎn)
（1）選型參數(shù)
檢測(cè)目標(biāo)：天然地震（低頻）、工業(yè)振動(dòng)（高頻）、爆破（瞬時(shí)沖擊）。
環(huán)境噪聲：城市區(qū)域需高動(dòng)態(tài)范圍設(shè)備抑制背景干擾。
部署方式：
固定臺(tái)站：深井安裝以減少地表噪聲。
移動(dòng)式：便攜設(shè)計(jì)，適合野外勘探。
（2）安裝要求
避震基巖：直接安裝在穩(wěn)定基巖上，避免土壤干擾。
溫度控制：深井或恒溫箱減少溫度漂移。
電磁屏蔽：遠(yuǎn)離高壓線、變電站等干擾源。
