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

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

$A=\frac{V_{\text{輸出}}}{S}$（$S$ 為靈敏度）。

3. 關鍵性能參數

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。