據國家地震臺網(wǎng)微博消息，中國地震臺網(wǎng)正式測定：2月10日15時(shí)36分在云南大理州大理市(北緯25.56度，東經(jīng)100.04度)發(fā)生4.1級地震，震源深度12千米。
我們每天瀏覽國內外新聞，時(shí)有報道某地發(fā)生地震。強烈的地震對人類(lèi)的經(jīng)濟活動(dòng)和人身安全造成傷害威脅。隨著(zhù)現代科技的進(jìn)步，地震檢測能力和應用也在不斷革新。地震檢測設備通常稱(chēng)為地震儀，已經(jīng)從使用傳統的筆和擺錘發(fā)展到使用電子和機電傳感器。這些傳感器的設計進(jìn)步產(chǎn)生了具有不同工作頻率范圍、檢測機制和測量不同地震動(dòng)參數的儀器。
今天我們來(lái)討論一下主要的地動(dòng)傳感器及其物理原理，以及現代地震傳感器的使用標準。首先，簡(jiǎn)單地介紹一下幾個(gè)現代地震儀和地震動(dòng)傳感器。
1.應變地震儀
歷史上的地震儀器只能記錄地動(dòng)位移。技術(shù)的進(jìn)步使得通過(guò)不同機制來(lái)測量地動(dòng)位移成為可能。應變地震儀或應變儀一般是指記錄和測量?jì)蓚€(gè)地面點(diǎn)之間位移的儀器。傳統模型使用埋入或安裝在鉆孔中的實(shí)心桿。桿通常注入石英和其他對長(cháng)度和應變變化高度敏感的材料。長(cháng)度的變化歸因于地動(dòng)引起的小位移。另一種實(shí)現方式稱(chēng)為體積應變儀，它使用帶有充液管的安裝在鉆孔中的圓柱體。容器體積的變形會(huì )引起液位變化，再通過(guò)電壓位移傳感器轉換為地動(dòng)位移。由于不需要傳統模型所需的特殊材料，體積應變儀在該領(lǐng)域得到了更廣泛的應用。激光技術(shù)的最新發(fā)展使得人們制作出了激光干涉儀，它大大提高了應變儀的精度。此類(lèi)應變儀使用與不等臂長(cháng)邁克爾遜干涉儀相同的原理，一點(diǎn)是傳感器、激光源和短臂，另一點(diǎn)是反射器，該反射器位于一定距離之外。設備將反射器運動(dòng)引起的干涉條紋變化轉換為地動(dòng)位移。這種位移測量方法的靈敏度和精度與測量距離的長(cháng)度成正比。因此，激光應變儀需要非常深的地下設施。應變儀的精度可以達到十億分之一。這些設備通常用于測量斷層運動(dòng)和火山活動(dòng)引起的地球變形或地殼運動(dòng)。它們可以測量頻率非常低的地震波信號。但是，與懸吊質(zhì)量塊相對于地面的運動(dòng)相比，應變儀的差分地面運動(dòng)非常小。因此，不建議使用應變儀來(lái)檢測地震引起的地面運動(dòng)。
2.慣性地震儀
慣性地震儀確定相對于慣性參考的地動(dòng)參數，慣性參考通常是一個(gè)懸吊質(zhì)量塊。具體來(lái)說(shuō)，地震動(dòng)參數指的是懸吊質(zhì)量塊的線(xiàn)速度和位移。雖然合成的地震動(dòng)包括線(xiàn)性和角度分量，但地震波的旋轉效應可以忽略不計。這些速度和位移值是從傳感器獲得的，傳感器將懸吊質(zhì)量塊的運動(dòng)轉換為電信號?？刂七\動(dòng)的機械懸架與作用在懸吊質(zhì)量塊上的慣性力相關(guān)。速度和位移傳感器與機械懸架是慣性地震儀的兩個(gè)主要組成部分。為這兩個(gè)部分開(kāi)發(fā)精密儀器是現代慣性地震儀的主要設計工作。
3.力平衡加速度計
機械懸架需要一個(gè)較小的恢復力以提高靈敏度，這樣較小的加速度也能在懸吊質(zhì)量塊上產(chǎn)生較大位移。但是，當強地震運動(dòng)產(chǎn)生的大加速度作用于懸吊質(zhì)量塊時(shí)，較小恢復力將無(wú)法平衡所產(chǎn)生的運動(dòng)。因此，被動(dòng)機械懸架的精度和靈敏度只適用于有限范圍的地震動(dòng)加速度。力平衡加速度計(FBA)通過(guò)向機械懸架增加負反饋環(huán)路來(lái)消除此限制。電磁傳感器根據懸吊質(zhì)量塊的位置產(chǎn)生補償力。該位置由位移傳感器轉換為電信號，信號隨后通過(guò)一個(gè)積分器模塊，產(chǎn)生與地震動(dòng)加速度成比例的輸出電壓。FBA的動(dòng)態(tài)范圍明顯大于采用被動(dòng)機械懸架的地震儀。因此，該設備通常用于強地震應用。但是，反饋環(huán)路引起的延遲會(huì )限制設備的帶寬。
4.速度寬帶(VBB)地震儀
車(chē)輛運動(dòng)和人為擾動(dòng)(例如采礦)引起的地震波具有高頻地震動(dòng)加速度。在非常低的頻率下，地動(dòng)加速度以不平衡的懸架、地面傾斜和熱效應為主。因此，使用地震動(dòng)加速度的地震儀的帶寬以具體帶通響應為限。地震動(dòng)加速度的帶通響應等效于地震動(dòng)速度的高通響應。因此，為了獲得更寬的地震儀帶寬，地震信號是以地震動(dòng)速度記錄的。VBB地震儀基于FBA，但不是將懸吊質(zhì)量塊的加速度作為反饋，而是使用其速度和位置。該設備的響應與傳統慣性地震儀的理論響應非常相似，但是對于更廣泛的作用力，其靈敏度和精度不會(huì )降低。
5.地震檢波器和微機電系統(MEMS)
加速度計日益增多的地震應用的趨勢是發(fā)展地震儀或地震傳感器網(wǎng)絡(luò )和陣列，例如用于地震監測、石油勘探和結構健康監測方面。地震儀的實(shí)施、屏蔽和安裝是這些應用的三個(gè)常見(jiàn)約束條件。設備的規模生產(chǎn)和快速部署能夠直接克服這三個(gè)常見(jiàn)限制，為此要求地震儀的尺寸和成本相應地縮減。當前有兩類(lèi)傳感器技術(shù)能夠檢測地震動(dòng)；與FBA和VBB相比，它們的尺寸非常小，而且成本低。
6.地震檢波器
地震檢波器是一種地震動(dòng)速度傳感器，其重量輕，堅固耐用，不需要任何電源即可工作?，F代地震檢波器的外殼上固定有一塊磁鐵，并被一個(gè)線(xiàn)圈包圍。線(xiàn)圈被彈簧懸掛起來(lái)，可以在磁體上移動(dòng)。此運動(dòng)相對于磁鐵的速度會(huì )感生一個(gè)輸出電壓信號。