Angewandte Geophysik : Seismik |
Wie funktioniert eigentlich ein Seismometer
Applet ( in sepatatem Fenster ) ca. 650 x 490 Pixel ca. 800 x 430 Pixel
Das Applet simuliert die Reaktion eines Seismometers auf eine wählbare Bodenbewegung w(t). Die Auslenkung x(t) der Seismometermasse aus ihrer Ruhelage, d.h. die Relativbewegung der Masse bezogen auf das Gehäuse, wird rekursiv berechnet auf der Grundlage der Differentialgleichung :
( Physikalisch-mathematische Grundlagen : siehe Seismometer Dokumentation )
Die Übertragungseigenschaften des Seismometers können durch die Wahl von Eigenfrequenz und Dämpfung in weiten Grenzen variiert werden, ebenso die Art und der Zeitmaßstab der Bodenbewegung.
Der zeitliche Verlauf der Bodenbewegung und der daraus resultierenden relativen und absoluten Bewegung der Seismometermasse wird graphisch dargestellt :
-x'(t) = relative Geschwindigkeit der Masse ( Signalabgriff V ) w(t)+x(t) = absolute Verschiebung der Masse -x(t) = relative Verschiebung der Masse ( Signalabgriff D ) w(t) = Bodenbewegung ( = Gehäuseverschiebung ) w_res(t) = Seidl's Restitution der Bodenbewegung
- Inhalt -
Ablaufsteuerung : START/NEW, CONT/HALT und STEP Bodenbewegung : FUNC, MODE, AMPL and FREQ Seismometer : FREQ and DAMP Verstärkungsfaktoren : FACT(VEL) and FACT(DISP) Seidl's Restitution : RESTITUDE W Übertragungsfunktionen : RESP/HIDE
Screenshot Seismometer :
Die Ablaufsteuerung erfolgt durch die Schalter START/NEW, CONT/HALT und STEP :
- START
- startet den Ablauf mit den aktuellen, unter GROUND und SEISMOMETER eingestellten Parametern und blockiert die Parameterwahl,
- NEW
- beendet den aktuellen Ablauf und ermöglicht die Änderung der Parameter ( Restart = START ).
- CONT/HALT
- Fortsetzung / Unterbrechung des aktuellen Ablaufs,
- STEP
- Einzelschrittmodus, ein Zeitinkrement pro Click,
Die Parameterwahl wird durch NEW aktiviert ( und nach START blockiert ) :
Verstärkungsfaktoren ( immer aktiviert ) :
- GROUND ( Parameter der Bodenverschiebung w(t) ) :
- FUNC
- unterschiedliche Zeitfunktionen
( einschließlich "man made earthquakes"&nbso;: FUNC MOUSE )- MODE
- kontinuierliche Bewegungen oder impulsförmige Signale wählbarer Polarität
- AMPL
- Amplitude der Bodenverschiebung
- FREQ
- "Frequenz" ( Zeitmaßstab ) der Bodenbewegung
- SEISMOMETER ( Parameter des Seismometers ) :
- FREQ
- Eigenfrequenz
- DAMP
- dimensionloses Dämpfungsmaß ( 1 = kritisch )
Ein- / Ausschalten der Restitution der "wahren" Bodenverschiebung :
- VELOCITY
- Skalierungsfaktor des Geschwindigkeitsabgriffs V
- DISPLACEMENT
- Skalierungsfaktor des Verschiebungsabgriffs D
Das Signal w_res(t) wird rekursiv aus dem Ausgangssignal x(t) des Verschiebungsabgriffs D berechnet. Hierzu wird über die Z-Transformation ( Bilinear-Transformation ) eine Filterfunktion bestimmt, die aus x(t) das Ausgangssignal w_res(t) eines Seismometers mit einer wesentlich niedrigeren Eigenfrequenz ( hier : Faktor 1/100 und Dämpfung 0.707 ) erzeugt, d.h. im Frequenzbereich oberhalb dieser Grenzfrequenz ( = Seismometereignfrequenz/100 ) stimmt w_res(t) mit der ursprünglichen Bodenverschiebung überein.
( Dr. Dieter Seidl, Seismologisches Zentralobservatorium ( SZGRF ), Erlangen )
Alle Zahlenwerte sind in Schritten 1 - 2 - 5 einstellbar, wobei sich
die Frequenzwerte auf einen willkürlichen ( für
Bodenbewegung und Seismometer identischen ) Maßstab beziehen.
Die absolute Zeit- und Frequenzskala ist rechnerabhängig und variiert
je nach Rechnertyp, Auslastung und JAVA-Implementierung.
( FREQ = 1.0 entspricht ca. 0.2 [Hz] bei einer 100 Mhz /
486 cpu, mit Netscape unter Linux, 1 User ).
Die Verzerrung der Zeitskala und auch ihre evtl. zeitlichen Schwankungen
beeinflussen zwar stark den optischen Eindruck des Ablaufs
( z.B. ruckartige Bewegungen bei hoher Rechnerauslastung ),
sind aber ohne Einfluß auf die Simulation des
Übertragunsverhaltens.
( Physikalisch-mathematische Grundlagen : siehe Seismometer Dokumentation )
Anfang InhaltScreenshot Übertragungsfunktion :
Der Schalter RESP/HIDE öffnet / schließt ein Fenster mit der graphishen Darstellung von Amplitude und Phase der normierten Übertragungsfunktionen für den Verschiebungs- und den Geschwindigkeitsabgriff ( rot / magenta ), bezogen auf :
Die Frequenz ( normiert auf die Eigenfrequenz F_SEIS des Seismometers ) und die Amplitude sind in logarithmischem Maßstab dargestellt, die aktuell gewählte "Frequenz" der Bodenbewegung ( GROUND : FREQ, ebenfalls auf F_SEIS normiert ) ist in der Farbe Grün markiert.
- GROUND_DISPLACEMENT w(t)
- die Bodenverschiebung,
- GROUND_VELOCITY w'(t)
- die Geschwindigkeit der Bodenbewegung,
- GROUND_ACCELERATION w"(t)
- die Beschleunigung der Bodenbewegung,
- ( wählbar im Graphikfenster ).
( Physikalisch-mathematische Grundlagen : siehe Seismometer Dokumentation )
Anfang Inhalt- Verwandte Applets -
Übertragungsfunktion eines Seismometers
Freie Bewegung eines Seismometers
Eichung eines kurzperiodischen 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 )