Aparaturní vybavení pro seizmologická měření

Podobné dokumenty
GEOTECHNICKÝ MONITORING

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2008, ročník VIII, řada stavební článek č.

Měření neelektrických veličin. Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování

Počítačové sítě. Lekce 5: Základy datových komunikací

Vzorkovací zesilovač základní princip všech digitálních osciloskopů, záznamníků, převodníků,

VY_32_INOVACE_E 15 03

Tato příloha obsahuje technické podmínky pro jednotlivé části veřejné zakázky v níže uvedeném členění:

Katedra geotechniky a podzemního stavitelství

ELEKTRONIKA. Maturitní témata 2018/ L/01 POČÍTAČOVÉ A ZABEZPEČOVACÍ SYSTÉMY

Mezilaboratorní porovnání při vibračním zkoušení

9. PRINCIPY VÍCENÁSOBNÉHO VYUŽITÍ PŘENOSOVÝCH CEST

Systémy analogových měřicích přístrojů

ROZDĚLENÍ SNÍMAČŮ, POŽADAVKY KLADENÉ NA SNÍMAČE, VLASTNOSTI SNÍMAČŮ

Základní principy přeměny analogového signálu na digitální

Technická diagnostika Vibrodiagnostika Ing. Jan BLATA, Ph.D. Kat. 340, VŠB-TU Ostrava Ostrava 2014

CW01 - Teorie měření a regulace

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 15. Měření elektrických veličin

popsat princip činnosti základních zapojení čidel napětí a proudu samostatně změřit zadanou úlohu

I. Současná analogová technika

þÿ E x p e r i m e n t á l n í my e n í a n u m e r þÿ m o d e l d y n a m i c k ý c h ú i n ko v i b r a

filtry FIR zpracování signálů FIR & IIR Tomáš Novák

VY_32_INOVACE_ENI_2.MA_05_Modulace a Modulátory

4.2. Modulátory a směšovače

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I 10. Měření hluku

Zásady regulace - proudová, rychlostní, polohová smyčka

Měřící přístroje a měření veličin

Druhy sdělovacích kabelů: kroucené metalické páry, koaxiální, světlovodné

31SCS Speciální číslicové systémy Antialiasing

1. Základy teorie přenosu informací

Číslicové multimetry. základním blokem je stejnosměrný číslicový voltmetr

DIPLOMOVÁ PRÁCE Lock-in zesilovač 500 khz 10 MHz

ČSN prof. RNDr. Zdeněk Kaláb, CSc. Ing. Markéta Lednická, Ph.D.

Nízkofrekvenční (do 1 MHz) Vysokofrekvenční (stovky MHz až jednotky GHz) Generátory cm vln (až desítky GHz)

3. MĚŘICÍ A ZÁZNAMOVÉ ZAŘÍZENÍ

Základy a aplikace digitálních. Katedra radioelektroniky (13137), blok B2, místnost 722

M E T O D I C K Á O P A T Ř E N Í

EXPERIMENTÁLNÍ METODY I

9. ČIDLA A PŘEVODNÍKY

elektrické filtry Jiří Petržela filtry založené na jiných fyzikálních principech

Profilová část maturitní zkoušky 2016/2017

Teorie vzniku a šíření seizmických vln

Měřená veličina. Rušení vyzařováním: magnetická složka (9kHz 150kHz), magnetická a elektrická složka (150kHz 30MHz) Rušivé elektromagnetické pole

MĚŘENÍ AKUSTICKÝCH VELIČIN. Ing. Barbora Hrubá, Ing. Jiří Winkler Kat. 225 Pozemní stavitelství 2014

íta ové sít baseband narrowband broadband

Napínání řetězů a řemenů / Pružné elementy Nástroje pro montáž řemenů

Nákup poptávaných zařízení na základě zadání této veřejné zakázky je jediným možným způsobem naplnění potřeby zadavatele.

- + C 2 A B V 1 V 2 - U cc

þÿ E x p e r i m e n t á l n í s e i z m i c k é my e uchycení senzoru na kvalitu záznamu

Profilová část maturitní zkoušky 2015/2016

Střední průmyslová škola

1 SENZORY V MECHATRONICKÝCH SOUSTAVÁCH

Teorie systémů TES 3. Sběr dat, vzorkování

Výukové texty pro předmět Měřící technika (KKS/MT) na téma Tvorba grafické vizualizace principu měření tlaku (podtlak, přetlak)

Účinky měničů na elektrickou síť

ANALÝZA NAMĚŘENÝCH VIBRAČNÍCH PROJEVŮ V KOSTELNÍ VĚŽI ANALYSIS OF MEASURED VIBRATION EFFECTS IN THE STEEPLE

ZOHLEDNĚNÍ DYNAMICKÝCH ÚČINKŮ KMITÁNÍ K DIMENZOVÁNÍ OSTĚNÍ KOLEKTORU

Zvyšování kvality výuky technických oborů

11. Jaké principy jsou uplatněny při modulaci nosné vlny analogovým signálem? 12. Čím je charakteristické feromagnetikum?

ZÁVĚREČNÁ ZPRÁVA. j Imagine the result

Modelování anelastické odezvy vlastních kmitů zemětřesení v Chile 2010

A/D převodníky - parametry

Snižování hlukové emise moderní automobilové převodovky

Témata profilové maturitní zkoušky

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Vlnění

Analogové měřicí přístroje

Měření na nízkofrekvenčním zesilovači. Schéma zapojení:

Návrh frekvenčního filtru

Ing. Barbora Hrubá, Ing. Jiří Winkler Kat. 225 Pozemní stavitelství 2014

Příloha č. 3 TECHNICKÉ PARAMETRY PRO DODÁVKU TECHNOLOGIE: UNIVERZÁLNÍ MĚŘICÍ ÚSTŘEDNA

Nové požadavky na zvukoměrnou techniku a jejich dopad na hygienickou praxi při měření hluku. Ing. Zdeněk Jandák, CSc.

25 - Základy sdělovací techniky

Akustika. 3.1 Teorie - spektrum

METROLOGIE VYBRANÝCH KINEMATICKÝCH VELIČIN

Šum AD24USB a možnosti střídavé modulace

Zvukové rozhraní. Základní pojmy

Speciální spektrometrické metody. Zpracování signálu ve spektroskopii

TENZOMETRICKÉ PŘEVODNÍKY

Analogově číslicové převodníky

Elektrotechnika - test

Seismografy a Seismické pozorovací sítě mají pro seismo

Manuální, technická a elektrozručnost

Hluk a analýza vibrací stěn krytu klimatizační jednotky

Problematika disertační práce a současný stav řešení. Filip Hort

vibrodiagnostika: v kritických bodech se měří a vyhodnocuje mechanické kmitání,

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Interakce ve výuce základů elektrotechniky

Vektorové obvodové analyzátory

Osnova. Idea ASK/FSK/PSK ASK Amplitudové... Strana 1 z 16. Celá obrazovka. Konec Základy radiotechniky

Témata profilové maturitní zkoušky z předmětu Souborná zkouška z odborných elektrotechnických předmětů (elektronická zařízení, elektronika)

4. Měření rychlosti zvuku ve vzduchu. A) Kalibrace tónového generátoru

Testování elektrických komponentů

Měřicí přístroje a měřicí metody

PB169 Operační systémy a sítě

Spektrální charakteristiky

doc. Dr. Ing. Elias TOMEH Elias Tomeh / Snímek 1

pracovní list studenta Kmitání Studium kmitavého pohybu a určení setrvačné hmotnosti tělesa

Binární data. Číslicový systém. Binární data. Klávesnice Snímače polohy, dotykové displeje, myš Digitalizovaná data odvozená z analogového signálu

Elektrokardiografie. X31ZLE Základy lékařské elektroniky Jan Havlík Katedra teorie obvodů

Laboratorní úloha č. 4 - Kmity II

Transkript:

Aparaturní vybavení pro seizmologická měření prof. RNDr. Zdeněk Kaláb, CSc. Ing. Markéta Lednická, Ph.D. Přednáška byla zpracována v rámci projektu Inovace studijního oboru Geotechnika, OP VK CZ.1.07/2.2.00/28.0009

Literatura k podrobnějšímu studiu Shearer, P.M.: Introduction to Seismology. Cambridge University Press, Cambridge, 1999. Scherbaum, F.: Basic Concepts in Digital Signal Processing for Seismologists. Springer-Verlag, 1994. Kearey, P. and Brooks, M.: An Introduction to Geophysical Exploration.Blackwell Scientific Publications, second edition, 1991. 2

Seizmogram Seizmogram -analogová nebo digitální časová série, která zaznamenává amplitudu kmitání jako funkci času po dobu průchodu seizmické vlny sledovaným místem. Jinak řečeno, pořizujeme časově rozvinutý záznam kmitání, jehož základními prvky jsou amplitudy výchylky a frekvence jednotlivých vln či vlnových skupin. Seizmogramy se pořizují buď jako záznam výchylky (dráhy), rychlosti nebo zrychlení (akcelerace) kmitavého pohybu. Kvalita záznamu daného seizmického projevu závisí nejen na intenzitě zdroje, ale také na jeho frekvenčním rozsahu (nutno se vanalyzovaném pásmu ztotožnit srozsahem aparatury a nesmí se blížit vlastní frekvenci měřícího přístroje) a intenzitě dalších seizmických projevů vmístě měření, které se na měřený signál superponují (přičítají). 3

Záznam signálu Získání seizmogramů je umožněno konverzí pohybů Země na elektrické signály, jejich následným zesílením, filtrací a registrací na zapisovači (seizmologická aparatura). Moderní záznamové systémy umožňují registraci dat i jejich zápis přímo do PC. Zdroj geologické SL seizmogram kmitání prostředí aparatura 4

Blokové schéma SL aparatur [analogový signál] senzor-zesilovač-analogové filtry-(vzorkování)-digitální filtry- (převzorkování)-záznamové zařízení [digitální signál] Senzor Analogové filtry Záznamové zařízení Zesilovač Digitální filtry 5

Senzory Jako senzory jsou zpravidla používány elektromagnetické měniče nebo piezoelektrické snímače, které převádí mechanický vstup, tj. pohyb vyvolaný seizmickým impulzem, na elektrický výstup. Při měřeních projevů trhacích prácí, při nichž se detekuje pohyb vmasivu či objektu, se používají senzory sodpovídajícím frekvenčním rozsahem a vhodnou vlastní frekvencí. Existuje řada typů senzorů, často je využíváno pohybu cívky vpoli permanentního magnetu, který je připevněn na těleso senzoru. Zavěšená cívka reprezentuje oscilační systém srezonanční frekvencí určenou hmotou cívky a tuhostí jejího zavěšení 6

Základní princip elektromagnetického snímače 7

Uspořádání senzorů Stanice jsou realizovány buď jako jednosložkové nebo jako třísložkové. Vtřísložkovém uspořádání je jeden senzor určen pro registraci vertikální složky; zbývající dva jsou horizontální a jsou orientovány do směru geografických os (sever-jih a východ-západ). Pokud je přesně známo místo zdroje kmitání, pak je možno použít orientaci horizontálních složek do paprskového uspořádání; jeden směr registruje kmitání orientované ve směru zdroj stanoviště (, druhý je orientován do směru kolmého. 8

Zesilovače a filtry Zesilovače mají za úkol zesílit signály vpožadovaném amplitudovém a frekvenčním rozsahu. Je třeba zdůraznit, že se jedná o poměrně značné rozdíly maximální a minimální registrovatelné amplitudy. Například dynamický rozsah aparatur 120 db reprezentuje amplitudový poměr 1:1000000. Maximální dosažený dynamický rozsah u snímačů je řádu 140 db a vnitřní minimální šumová hladina vseizmických zesilovačích je řádu 0,1 μv. Signál je nutno před digitalizací frekvenčně omezit tak, aby vyhovoval Nyquistovu kritériu (vzorkovací frekvence musí být dvojnásobek frekvence signálu). Cílem filtrace je potlačení rušivých vlivů. Prvotní záznam, vanalogové nebo digitální formě, je obyčejně pořizován tak, aby obsahoval maximální množství informací o seizmických signálech, následně se filtruje. 9

Digitalizace signálu Digitalizace spojitého analogového signálu je založena na faktu, že původní signál lze rekonstruovat kmitočtovou filtrací zřady dostatečně hustě odebraných vzorků. Tato řada reprezentuje okamžité amplitudy signálu, vyjádřené formou číslicového kódu. Tento princip se nazývá impulzní kódová modulace (PCM) a je využíván ve všech oborech měření, přenosu a záznamu signálů. Současné možnosti elektroniky a výpočetní techniky významně ovlivnily typy aparatur pro seizmické registrace. Vzávislosti na účelu měření či monitoringu jsou registrační aparatury reprezentovány jednoduššími či složitějšími systémy zpravidla na bázi personálních počítačů, Notebooků nebo jednodeskových počítačů. 10

Digitalizace signálu Vstupní signály 3,5 Hz, 6,5 Hz a 13,5 Hz Rekonstruované signály pro vzorkovací frekvenci 10 Hz Podle Scherbaum, 1994 11

Příklad nedostatečného rozlišení (vysoké LSB) Podle Scherbaum, 1994 12

Třísložkový záznam zemětřesení Ostrov FIJI (151 o, Grafenberg), shora dolů záznam krátkoperiodického, širokopásmového a dlouhoperiodického senzoru) 13 Převzato z Scherbaum, 1994

Referenční stanoviště Hodnocení seizmického zatížení objektů často vychází změření projevů vibrací na referenčním stanovišti. Měřenou veličinou jsou zpravidla maximální hodnoty rychlosti nebo zrychlení kmitání. Senzory mají být umístěny na zdivu nejnižšího podlaží nebo na základech objektů. V jiných místech, kde může docházet kporušení stavebního objektu, mohou být zjištěné rychlosti kmitání větší než hodnoty naměřené na referenčním stanovišti (např. vlivem odezvy objektu na seizmické kmitání). Důležitým pojmem je vlastní frekvence objektu, při níž se projevuje významný rezonanční nárůst amplitudy vynuceného kmitání objektu. Pokud se vnější vibrační účinek frekvenčně ztotožní svlastní frekvencí objektu, pak na něm dochází k největším škodám. 14

Odezva objektu Odezvou objektu se rozumí pohyb, přetvoření nebo napjatost, která je vyvolána zatížením. Pro měření zatížení stavebních objektů seizmicitou doporučují normy měřit rychlost nebo akceleraci kmitání. Pro posuzování odezvy objektů by měly být záznamy vibrací získány pro takovou intenzitu seizmicity, aby vznikly projevy na objektech. Záznamy musí být pořízeny v adekvátním časovém a frekvenčním rozlišení. Tyto požadavky vedou kužití záznamových aparatur, na něž jsou kladeny odlišné požadavky než pro přístrojové vybavení používané při klasické registraci přirozené seizmicity. 15

Odhad parametrů Základní charakteristiky seizmického záznamu trhacích prácí jsou neperiodické kmitání s nepravidelným průběhem a rázovitým charakterem. Před vlastním měření je nutno provést kvalifikovaný odhad jak maximálních hodnot amplitud, tak i frekvenčního rozsahu měřeného kmitání. Lze též provést orientační měření a podle toho zvolit optimální parametry aparatury. 16

Aparatura GAIA 2 a senzor ViGeo2 17

Aparatura GeoSig GCR-12 a senzor GSV- 310 18

Co vlastně měříme? Podle Scherbaum, 1994 19