Angewandte Geophysik : Seismik |
Eichung eines kurzperiodischen Seismometers
Applet ( in sepatatem Fenster, ca. 640 x 460 Pixel )
Das Applet simuliert die Überprüfung und Eichung eines kurzperiodischen Seismometers zur Ermittlung von
- Eigenfrequenz und Dämpfung,
- den charakteristischen Parametern der Übertragungsfunktion des Seismometers,
- "kritischem Dämpfungswiderstand" ( CDR ) und Grunddämpfung
- zur Einstellung eines vorgegebenen Wertes für die Dämpfung
- und
- Empfindlichkeit ( Motorkonstante ) des Geschwindigkeitsabgriffs und Motorkonstante der Eichspule.
( Physikalisch-mathematische Grundlagen : siehe Seismometer Dokumentation )
Seismometer :
- Grundlage der Simulation sind die Daten eines als Vertikalaufnehmer betriebenen Seismometers Geotech Model S-13, ausgestattet mit einem Tauchspulsystem
- aus vier galvanisch getrennten Spulen ( je ca. 380 [Ohm] / 100 [Vs/m] )
- und
- einer zusätzlichen Eichspule ( ca. 23 [Ohm] / 0.2 [N/A] ).
- Zwei Spulen in Serie geschaltet dienen als Signalspule ( Geschwindigkeitsabgriff ),
- verbunden mit einem Registriergerät hoher Eingangsimpedanz,
- die anderen beiden ( ebenfalls in Serie ) werden zur Dämpfung benutzt,
- um so eine konstante, vom jeweiligen Dämpfungswiderstand unbeeinflußte Empfindlichkeit des Systems zu erreichen.
Farbcode :
Blau | = | mechanisches System, bewegliche Teile,
Verschiebung der Seismometermasse, ( "wahre" Seismometerparameter im CALC DISPLAY ), |
Magenta | = | Tauchspule, ( Amplitudenwerte im PICK DISPLAY, Eichergebnisse im CALC DISPLAY ), |
Rot | = | Signalkreis, Ausgangssignal ( = Geschwindigkeit der Seismometermasse ), |
Gelb | = | Dämpfungskreis, Einstellung des externen
Dämpfungswiderstandes,
symbolische Dämpfungseinrichtung ( Kolben + Zylinder, mit Öl / Honig gefüllt, je nach persönlicher Geschmackspräferenz ), |
Grün | = | Eichkreis, Eichsignal ( Strom / Gewicht ), Einstellung des Eichsignals ( Frequenz und Amplitude ). |
Der aktuelle Zustand des Instruments ( Geschwindigkeit und Auslenkung der Seismometermasse ) wird durch eine rekursive Filterung der "Störsignale" ( Eichimpulse, seism. Bodenunruhe ) in konstanten Zeitschritten von 20 [ms] ( = 50 Schritte/Sekunde ) berechnet.
- Inhalt -
- Programmsteuerung
- Eichprozeduren
- Eigenfrequenz
- Freie Bewegung
- Auswertung
- Verwandte Applets
- Download
- Programmsteuerung -
Dialogfeld :
( Screenshot )
Der Programmablauf wird durch die Schalter RESET, RUN, HALT und STEP gesteuert :
- RESET
- löscht die gespeicherten Messwerte,
- RUN / HALT
- Start / Unterbrechung der Simulationsrechnung,
- STEP
- Einzelschritt, ein Zeitinkrement ( = 20 [ms] ) pro Klick.
Mit DISPLAY Y = ... / X = ... wird eine von drei Eichprozeduren angewählt :
Y = U_SIG / X = I_CAL => FREQ
- Zur Bestimmung der Eigenfrequenz wird die Phasenverschiebung zwischen
- harmonischem Eichstrom
- und
- daraus resultierender harmonischer Ausgangsspannung
- in einer XY-Darstellung beobachtet.
- (siehe Eigenfrequenz und Bandpass B(s) in der Seismometer Dokumentation )
Y = U_SIG / X = TIME => PICK
- Zur Bestimmung der Dämpfung für verschiedene Werte des externen Dämpfungswiderstandes
- aus der freien Bewegung der Seismometermasse,
- ausgelöst durch
- das Ein- und Ausschalten eines Gleichstromes in der Eichspule
- oder
- das Aufsetzen und Abheben einer kleinen Zusatzmasse.
- (siehe Dämpfung und Freie Bewegung in der Seismometer Dokumentation )
- Die Amplitudenwerte der Maxima und Minima der Ausgangssignale werden
- angezeigt zur Verwendung in eigenen Auswertungen,
- und können
- gespeichert werden für eine Auswertung in der Prozedur CALC.
Y = DAMP / X = 1 / R => CALC
- Die Dämpfungswerte werden berechnet und aufgetragen
- gegen den Kehrwert des jeweiligen Gesamtwiderstandes im Dämpfungskreis, und
- aus einer Regressionsgeraden durch die Messwerte werden
- die Grunddämpfung und der "kritische Dämpfungswiderstand"
- bestimmt.
- Wenn bei gleichem Dämpfungswiderstand
- sowohl ein "Gewichtstest" als auch ein "Gleichstromtest"
- durchgeführt werden,
- können die Motorkonstanten von Signal- und Eichspule aus den Spitze-Spitze-Amplituden der beiden Registrierungen bestimmt werden.
- (siehe "Kritischer Dämpfungswiderstand" und Empfindlichkeit in der Seismometer Dokumentation )
In den beiden Messprozduren ( FREQ und PICK ) können
- mit MASS DISPLACEMENT SHOW
- die Auslenkung ( blau ) der Seismometermasse in die graphische Darstellung eingeblendet werden,
- mit RANGE I_CAL [mA], U_SIG [mV] und X_MAS [mm] ( F.S. = +/- ... )
- die Skalierung der graphischen Darstellung in Stufen 1 - 2 - 5 bestimmt werden,
- und mit NOISE LEVEL [mm/s**2] ( R.M.S = ... ) kann
- die Amplitude der seismischen Bodenunruhe am "Messort" festgelegt werden :
- NONE
- ideal, leider unrealistisch,
- 5.0e-5
- entpricht der Bodenbeschleunigung an einem ruhigen Aufstellungsort und führt zu brauchbaren Eichergebnissen,
- 5.0e-3
- ! man sollte nicht versuchen, ein Seismometer im dritten Stockwerk eines Gebäudes zu eichen !
Programmsteuerung Inhaltsverzeichnis Anfang
- Eichprozeduren -
Die Eigenfrequenz des Seismometers, die zur Einstellung und Überprüfung der Dämpfung erforderlichen Parameter sowie die Empfindlichkeit von Mess- und Eichspule werden in drei Prozeduren gemessen bzw. berechnet.
Y = U_SIG / X = I_CAL => FREQ :
( Screenshot )
Eigenfrequenz Prgogrammsteuerung Inhaltsverzeichnis Anfang
Y = U_SIG / X = TIME => PICK :
( Screenshot )
- +I [mA] / -I [mA]
- Gleichstrom wählbarer Polarität und einstellbarer Amplitude ( I_CAL [mA], grün ), ein- / ausschalten mit ON / OFF,
- 1.0 [g] / 0.2 [g]
- Zusatzmasse von 1.0 / 0.2 [g], aufsetzen / abheben mit DROP / LIFT.
Freie Bewegung Eichprozeduren Prgogrammsteuerung Inhaltsverzeichnis Anfang
Y = DAMP / X = 1 / R => CALC :
( Screenshot )
Messwertliste :
( Screenshot )
( Physikalisch-mathematische Grundlagen : siehe Seismometer Dokumentation )
Auswertung Eichprozeduren Prgogrammsteuerung Inhaltsverzeichnis Anfang
- Verwandte Applets -
Übertragungsfunktion eines Seismometers
Freie Bewegung eines Seismometers
- Download -
Die für eine lokale Installation der Seismometer Applets ( DEMO + CALIB ) benötigten Class- und Html-Files sind verfügbar als zip-File und als tar.gz-File.
Weitere Applets : Institut für Geophysik der TU Clausthal
Rev. 06-Apr-2007
Kommentare bitte an Fritz Keller
( ned gschempfd isch globd gnueg )