Барабанный сейсмограф

Сейсмо́граф (от др.-греч. σεισμός — землетрясение и др.-греч. γράφω — записывать) или сейсмометр — специальный измерительный прибор, который используется в сейсмологии для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн.

Прибор для определения силы и направления и измерения землетрясения[1].

История

Сейсмоскоп Чжан Хэна
Сейсмометр на вулкане

Сейсмоскоп — указывает направление на эпицентр землетрясения. Был изобретён Чжан Хэном в 132 году в Китае[2].

В большинстве случаев сейсмограф имеет установленный на пружинной подвеске груз, который при землетрясении остаётся неподвижным, тогда как остальная часть прибора (корпус, опора) приходит в движение и смещается относительно груза. Одни сейсмографы чувствительны к горизонтальным движениям, другие — к вертикальным. Волны регистрируются пером на движущейся бумажной ленте. Существуют и электронные сейсмографы (без бумажной ленты) с записью в запоминающие устройства.

Сейсмограф Голицына в токийском музее

Первые сейсмографы были механическими. В них колебания корпуса относительно груза с помощью рычагов усиливались и передавались на перо, оставлявшее следы на барабане с закопченной бумагой[3]. В 1906 году российский князь Борис Голицын изобрёл первый электромагнитный сейсмограф, основанный на явлении электромагнитной индукции[4]. В таком сейсмографе к грузу прикреплена катушка индуктивности, которая при колебаниях корпуса перемещается относительно закреплённых на нём магнитов. При этом возникает электрический ток, колебания которого при помощи гальванометра с зеркальцем вместо стрелки записываются на фотобумагу[5].

До недавнего времени в качестве чувствительных элементов сейсмографов в основном использовались механические или электромеханические устройства. Вполне естественно, что стоимость таких инструментов, содержащих элементы точной механики, является настолько высокой, что они практически недоступны для рядового исследователя, а сложность механической системы и, соответственно, требования к качеству её исполнения фактически означают невозможность изготовления подобных приборов в промышленных масштабах.

Бурное развитие микроэлектроники и квантовой оптики в настоящее время привело к появлению серьёзных конкурентов традиционным механическим сейсмографам в средне- и высокочастотной области спектра. Однако, такие устройства на основе микромашинной технологии, волоконной оптики или лазерной физики, обладают весьма неудовлетворительными характеристиками в области инфранизких частот (до нескольких десятков Гц), что является проблемой для сейсмологии (в частности, организации телесейсмических сетей).

Существует и принципиально иной подход к построению механической системы сейсмографа — замена твёрдой инерционной массы жидким электролитом. В таких устройствах внешний сейсмический сигнал вызывает поток рабочей жидкости, который, в свою очередь, преобразуется в электрический ток с помощью системы электродов. Чувствительные элементы подобного типа получили название молекулярно-электронных. Преимуществами сейсмографов с жидкой инерционной массой является низкая стоимость, продолжительный, порядка 15 лет, срок службы и отсутствие элементов точной механики, что резко упрощает их изготовление и эксплуатацию.

Современные системы

Сейсмометр на Луне

С появлением компьютеров и аналого-цифровых преобразователей функциональность сейсмоизмерительного оборудования резко повысилась. Появилась возможность одновременно фиксировать и анализировать в реальном времени сигналы с нескольких сейсмодатчиков, учитывать спектры сигналов. Это обеспечило принципиальный скачок в информативности сейсмоизмерений.

См. также