Қатты қозғалыс сейсмографтары: жер сілкінісін өлшеу және зерттеу құралдары
Accelerograph
Жер сілкінісін тіркеуге арналған акселерографтар туралы ақпарат. Құрылысы, цифрлық деректерді сақтау, жер сілкінісінің күшін өлшеу – бәрі осы мақалада.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Ацеллерографты күшті қозғалыс құралы немесе сейсмограф, немесе жай ғана жер сілкінісі акселерометрі деп атауға болады. Олар әдетте өздігінен жиналған қорап ретінде жасалады, бұрын қағаз немесе пленкалық жазғыш (аналогтық құрал) кіретін, бірақ қазір көбінесе тікелей цифрлық ортаға жазғызады, содан кейін деректер Интернет арқылы жіберіледі. Акселлерографтар жер сілкінісінің жер қозғалысы өте күшті болған кезде пайдалы, себебі ол сезімтал сейсмометрлердің шкаладан шығуына себеп болады. Жер сілкінісінің жақын аймағындағы (шамамен 100 км-дей қашықтықтағы жарық сызығынан) сілкіністі зерттеуге арналған күшті жер қозғалысы ғылымы бар. Акселлерографтар жердің уақытқа қатысты үдеуін тіркейді. Бұл жазбаны көбінесе акселерограмма, күшті қозғалыс жазбасы немесе үдеу уақытының графигі деп атайды. Осы жазбадан күшті қозғалыс қарқындылығын өлшеу шаралары (IM, сондай-ақ параметрлер) есептелуі мүмкін. Ең қарапайымы – жер үстіндегі ең жоғары үдеу (PGA). Басқа IM-дерге Ариас қарқындылығы, акселерограмма бір рет интегралдануы қажет жер үстіндегі ең жоғары жылдамдық (PGV), екі рет интегралдануы қажет жер үстіндегі ең жоғары орын ауыстыру (PGD) жатады. Көбінесе, құрылымдардың әртүрлі табиғи жиіліктеріне немесе кезеңдеріне жер сілкінісі қалай әсер ететінін көрсету үшін жауап спектрі есептеледі. Бұл байқаулар аймақтың сейсмикалық қауіптілігін бағалау үшін пайдалы. Инженерлік қолданысқа қоса, акселерограммалар ғылыми тұрғыдан жер сілкінісін зерттеуде де пайдалы. Мысалы, акселерограммалар жер сілкінісі кезінде жарық сызығы бойындағы бұзылудың егжей-тегжейлі тарихын қалпына келтіру үшін қолданылуы мүмкін, бұл стандартты құралдардың сейсмограммаларымен мүмкін емес, себебі олар егжей-тегжейлі шешу үшін тым алыс болады. Жер сілкінісінің жақын аймағындағы жер сілкінісі мен жер сілкінісінің таралуын жақсарту үшін құрылған акселерограф массивінің мысалы – Паркфилд эксперименті, онда күшті қозғалыс құралдарының үлкен жиынтығы болған. Акселлерографтың ішінде үш акселерометрлік сезімтал бастар орналасқан. Жаңа және төмен құнмен жасалған құралдарда бұл әдетте бір бағытта сезімтал микро өңделген (MEMS) чиптер болып табылады. Осылайша жасалған акселерометр құрылғының үш өлшемдегі толық қозғалысын өлшеуге мүмкіндік береді. Үнемі жазатын сейсмометрден айырмашылығы, акселерометрлер көбінесе іске қосылатын режимде жұмыс істейді. Яғни, жазба процесін бастайтын үдеу деңгейі белгіленуі керек. Аналогтық және ескі цифрлық құралдарды тікелей Интернет байланысы (немесе басқа байланыс құралдары) болмаса ұстау әлдеқайда қиын. Үлкен жер сілкінісінен кейін акселерометрлерге көптеген сапарлар жасалды, тек жадының қажетсіз шумен толғанын немесе құралдың істен шыққанын білу үшін. Акселерометрлер құрылыстардың жер сілкінісіне жауабын бақылау үшін қолданылады. Бұл деректерді және құрылыстың негізінде тіркелген сілкіністі талдау жер сілкінісі инженериясы арқылы ғимараттың дизайнын жақсартуға мүмкіндік береді.
An accelerograph can be referred to as a strong motion instrument or seismograph, or simply an earthquake accelerometer. They are usually constructed as a self contained box, which previously included a paper or film recorder (an analogue instrument) but now they often record directly on digital media and then the data is transmitted via the Internet. Accelerographs are useful for when the earthquake ground motion is so strong that it causes the more sensitive seismometers to go off scale. There is an entire science of strong ground motion, that is dedicated to studying the shaking in the vicinity of earthquakes (roughly within about 100 km of the fault rupture). Accelerographs record the acceleration of the ground with respect to time. This recording is often called an accelerograms, strong motion record or acceleration time history. From this record strong motion intensity measures (IMs, also called parameters) can be computed. The simplest of which is peak ground acceleration (PGA). Other IMs include Arias intensity, peak ground velocity (PGV), for which the accelerogram needs to be integrated once, peak ground displacement (PGD), for which double integration is required. Often a response spectrum is computed to show how the earthquake would affect structures of different natural frequencies or periods. These observations are useful to assess the seismic hazard of an area. As well as their engineering applications, accelerograms are also useful for the study earthquakes from a scientific viewpoint. For example, accelerograms can be used to reconstruct the detailed history of rupture along a fault during an earthquake, which would not be possible with seismograms from standard instruments because they would be too far away to resolve the details. An example of an accelerograph array that was established to improve knowledge of near source earthquake shaking as well as earthquake rupture propagation is the Parkfield Experiment, which involved a massive set of strong motion instrumentation. Within the accelerograph, there is an arrangement of three accelerometer sensing heads. In recent low cost instruments these are usually micro machined (MEMS) chips that are sensitive to one direction. Thus constructed, the accelerometer can measure full motion of the device in three dimensions. Unlike the continually recording seismometer, accelerometers nearly always work in a triggered mode. That means a level of acceleration must be set which starts the recording process. For analogue and older digital instruments this makes maintenance much more difficult without a direct Internet connection (or some other means of communication). Many trips have been made to accelerometers after a large earthquake, only to find that the memory was filled with extraneous noise, or the instrument was malfunctioning. Accelerometers are used to monitor the response of structures to earthquakes. Analysis of these records along with the shaking recorded at base of the structure can improve building design, through earthquake engineering.