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(guò)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

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(guò)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

$A=\frac{V_{\text{輸出}}}{S}$（$S$ 為靈敏度）。

3. 關(guān)鍵性能參數(shù)

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(guò)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。