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地震儀（Seismograph）詳解
地震儀是用于檢測和記錄地面運動（如地震波、振動）的儀器，能夠將地震引起的地殼震動轉換為電信號或圖形記錄，是地震監測、地質研究和工程安全評估的核心設備。
1. 基本結構與類型
（1）核心組件
傳感器（拾震器）：
機械式：擺錘系統（垂直擺/水平擺），通過慣性原理檢測地面位移。
電子式：基于壓電效應、電容或MEMS（微機電系統）的加速度計。
記錄系統：
傳統模擬記錄（筆繪紙帶或光記錄）。
現代數字化記錄（ADC轉換+存儲/傳輸）。
信號處理單元：濾波、放大、時間同步（GPS授時）。
（2）主要類型
| 分類依據 | 類型 | 特點 |
|---|---|---|
| 檢測方向 | 垂直向、水平向（南北/東西） | 需三軸組合實現全向監測 |
| 頻率響應 | 短周期、寬頻帶、超寬頻帶 | 寬頻帶（0.01~50 Hz）適合研究深部地震波 |
| 應用場景 | 固定臺站、便攜式、海底地震儀 | 海底地震儀需耐高壓和防水設計 |
| 工作原理 | 機械擺、電磁式、光纖干涉式 | 光纖式抗電磁干擾，適合強電磁環境 |
2. 工作原理
地震發生時，地面震動導致地震儀傳感器（如擺錘）相對于支架產生位移：
機械式地震儀：擺錘慣性運動通過杠桿放大，驅動記錄筆在旋轉紙帶上繪制波形。
電子式地震儀：
擺錘位移引起電容/電感變化→轉換為電壓信號。
加速度計直接輸出與地面加速度成正比的電信號。
數據記錄：
數字化信號經濾波、時間戳標記后存儲或遠程傳輸。
關鍵公式：地震波振幅
（ 為靈敏度）。
3. 關鍵性能參數
| 參數 | 說明 |
|---|---|
| 靈敏度 | 單位地面運動對應的輸出信號（如 2000 V·s/m）。 |
| 動態范圍 | 可檢測的最小至最大振動強度（如 140 dB）。 |
| 頻率響應 | 有效檢測的頻率范圍（如 0.01~100 Hz）。 |
| 分辨率 | 最小可識別振動幅度（如 1 nm）。 |
| 采樣率 | 數字化采樣頻率（如 100 Hz~1 kHz）。 |
4. 應用場景
地震監測預警：實時監測地震波（P波、S波），為預警系統提供數據。
地質勘探：通過人工震源分析地下結構（石油、礦產探測）。
工程安全：監測建筑、橋梁、大壩的振動與結構健康。
火山活動研究：捕捉火山微震預測噴發風險。
核試驗監測：檢測地下核爆炸產生的地震波。
5. 選型與安裝要點
（1）選型參數
檢測目標：天然地震（低頻）、工業振動（高頻）、爆破（瞬時沖擊）。
環境噪聲：城市區域需高動態范圍設備抑制背景干擾。
部署方式：
固定臺站：深井安裝以減少地表噪聲。
移動式：便攜設計，適合野外勘探。
（2）安裝要求
避震基巖：直接安裝在穩定基巖上，避免土壤干擾。
溫度控制：深井或恒溫箱減少溫度漂移。
電磁屏蔽：遠離高壓線、變電站等干擾源。
