Angewandte Geophysik : Seismik

Vergleich von Seismographen

Applet ( in separatem Fenster, ca. 450 x 480 Pixel )

Das Applet vergleicht
  Amplituden und Phasen der Übertragungsfunktionen bezogen auf die Verschiebung des Bodens
und
  die Antworten im Zeitbereich auf einige impulsförmige Bodenbewegungen
  und
  einige Erdbeben, registriert an der Station CLZ
  ( Bodenverschiebung restituiert aus STS_2-Registrieungen )
für bis zu 3 von 12 historischen und aktuellen Seismographensystemen.

( Grundlagen : s. Seismometer Dokumentaion
und Seismometer-Galvanometer Dokumentation,
s. auch Applet Übertragungsfunktions von Seismographen,
in separatem Fenster )

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- HowTo -

Dialogfenster :
( Screenshot )

Mit COMPARE SEISMOGRAPH SYSTEM : WIECHERT_Z...
können bis zu 3 der implementierten Seismographensystem ausgewählt werden :

> WIECHERT_Z / H und WOOD-ANDERSON
>   sind historische Seismometer mit "direkter" Registrireung,
>   characterisiert durch Eigenperiode, Dämpfung und statische Vergrößerung ( = registrierte Amplitude / Auslenkung der Seismometermasse ).

> WWSSN_SP / LP, BENIOFF_LP, GALITZIN und KIRNOS
>   sind Seismometer - Galvanometer Systeme, d.h.
>   der Geschwindigkeitsabgriff ( i.A. ein Tauchspulsystem ) eines Seismometers mit der Spule eines Galvanometers über ein Widerstands-T verbunden ist.
>   ( s. Seismometer-Galvanometer Dokumentation
>   und Applet Seismometer-Galvanometer Kopplung )

> Bei dem Seismometers S-13 ( Geotech )
>   wird die geschwindigkeitsproportionale Ausgangsspannung des Tauchspulwandlers beobachtet.
>   ( Verstärkung 1, frequenzunabhängig im relevanten Frequenzbereich 0 ... 1000 [Hz] )

> Die Geophone SM4_10Hz und L4_2Hz
>   sind Tauchspul-Instrumente, an die ein digitales Registriersystem StrataView angeschlossen ist.

> Das Seismometer STS_2 ( Wielandt - Streckeisen )
>   ist ein Breitbandseismometer mit elektronischer Rückkopplung ( "force balance" ).
>   ( s. Seismic Sensors and their Calibration von E. Wieland,
>   in New Manual of Observatory Practice )

SIG^2 x 0.980 ... 1.E-8
  bezieht sich auf die Seismometer-Galvanometer und
  ermöglict die Wahl eines Kopplungskoeffizienten σ^2 unter Beibehaltung aller anderen Parameter, um den Einfluß des Koeffizienten auf Empfindlichkeit und Frequenzgang des Systems zu verdeutlichen.

Details zu den Übertaragungsfunktionen und zum Kopplungskoeffizienten :
  Applet Übertragungsfunktionen von Seismographen.

SCALE x 1000 ... 0.001
  bezieht sich auf die graphische Darstellung von Erdbebenregistrierungen
  und erlaubt die Wahl von Skalierungsfaktoren für die Amplituden der seismischen Spuren.

F-SAMP ...
  bestimmt die Abtastfrequenz der Z-Transformierten XFR(Z), die als Rekursivfilter zur Berechnung von Systemantworten im Zeitbereich benutzt werden.

  Die Abtastfrequenz kann im Bereich 1 ... 800 [Hz] gewählt werden, angepasst an die charakteristischen Frequenzen der Seismographensysteme,
  oder
  ist festgelegt durch den Stützwertabstand der Erdbebenregistrierungen.

Mit +LOWPASS
  wird bei der rekursiven Filterung zusätzlich ein 4-pole Butterworth-Tiefpass ( Grenzfreq. = F-SAMP / 8 ) angewandt, um die Aliasing-Fehler zu verringern.

CLEAR TEXT ...
  löscht den Textbereich des Applets,
  und listet
  die Parameter der ausgwählten Systeme ( LIST SEIS ),
  die Koeffizienten der Übertragungsfunktionen im Frequenzbereich und / oder der entsprechenden Z-Transformierten ( LIST COEFF ),
  sowie
  die Antworten im Frequenz- / Zeit- Bereich ( FREQ / TIME RESP ).
  ( Mit TIME RESP werden die ersten max. 500 Stütxwerte gelistet, mit CONT TIME können weitere Blöcke je 500 SMP gelistet werden. )

Mit INFO und HELP werden
  Informationeni zur aktuellen Cursorposition ( INFO )
und / oder
  Hinweise zu aktuell möglichen Mausaktionen ( HELP )
in die Graphikfenster eingeblendet.

Die graphische Darstellung wird gesteuert durch den Graphikdialog ( Hintergrund hellblau ) :

> Mit XFR ( F ) / XFR ( Z ) / F + Z / XF(BIL) / F + B
>   werden die Übertragungsfunktionen im Frequenzbereich und / oder die entsprechende Z-Transformierten
>   ( AMPL = Ampltude, PHAS = Phase in separaten Fenstern )
>   für die ausgewählten Seismographensysteme graphisch dargestellt.

>   Bei XF(BIL) und F + B wird in der Graphik die Verzerrung der Frequenzachse ( 0 ... F_NYQ <=> 0 ... unendlich ) durch die Bilinear-Transformation berücksichtigt.

> Mit HIDE RESP WIN ...
> werden die Ausgangssignale im Zeitbereich zu einigen Bodenbewegungen graphisch dargestellt :
>   DELTA IMP ( = Diracimpuls ),
>   UNIT STEP ( = Einheitssprung ),
>   KUEPPERS_2 ( = Kuepperssignal 2ter Ordnung )
>   oder
>   K_2 x HANNING ( = wie oben, mitw Hanningtaper ),
> oder
>   eine der vier implementierten Erdbebenregistrieungen.

> ( Mit 200 SMP... wird die Länge der Kueperssignale gewählt und so, zusmmen mit F-SAMP, die "Hauptfrequenz" der Signale bestimmt,
> mit SCL x 1.0... die Skalierung der graph. Darstellung der Bodenverschiebung bei Erdbebenregistrierungen. )

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- Screenshots -

Seismographen : WOOD-AND., WWSSN_LP und KIRNOS,
Übertragungsfunktion bezogen auf die Bodenverschiebung
( Param. s. unten : Screenshot Textbereich )

Farbcode : magenta = WOOD-AND., cyan = WWSSN_LP, blau = KIRNOS.

- Frequenzbereich -

XFR ( F ) :
Amplituden ( AMPL ) und Phasen ( PHAS ) der Übertragungsfunktionen

Mit dem Mauszeiger über dem Feld FCT ( blau, oben links ) werden Informationen zu den dargestellten Kurven ( Typ, Scalierung und Farbcode, etc. ) eingeblendet.

XFR ( Z ) :
Amplituden ( AMPL ) der Z-Transformierten
( F-SAMP 80 [Hz], +LOWPASS )

Bei KUEPPERS_2 oder der Bodenverschiebung eines Bebens ( hier : Halle ) als Anregungsfunktion,
  kann das zugehörige Amplitudenspektrum ( rot ) in die Graphik AMPL
eingeblendet werden :

- Zeitbereich -

Antwort zu UNIT STEP
( XFR ( Z ) wie oben, rot = Eingangssignal = Bodenverschiebung )

Erdbebenregistrierung HALLE
( F-SAMP 80 [Hz], +LOWPASS, rot = Bodenverschiebung )

Erdbebenregistrierung TURKEY
( F-SAMP 20 [Hz], +LOWPASS, rot = Bodenverschiebung )

- Textfeld -

LIST SEIS :

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- 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 : Institut für Geophysik der TU Clausthal

Rev. 12-Nov-2012

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

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