Акселерографы: Приборы для измерения сильных землетрясений и изучения сейсмической активности.

Введение

Ацеллерограф может называться инструментом регистрации сильных колебаний, сейсмографом или просто акселерометром землетрясения. Обычно он представляет собой автономный блок, который ранее включал в себя бумажный или пленочный регистратор (аналоговый прибор), но теперь часто записывает данные непосредственно на цифровые носители, после чего они передаются по Интернету. Ацеллерографы полезны в тех случаях, когда колебания земной поверхности при землетрясении настолько сильны, что вызывают выход из строя более чувствительных сейсмометров. Существует целая наука, посвященная изучению сильных колебаний земной поверхности, которая занимается исследованием сотрясений вблизи эпицентров землетрясений (примерно в пределах 100 км от зоны разрыва). Ацеллерографы регистрируют ускорение грунта во времени. Эта запись часто называется акселерограммой, записью сильных колебаний или историей изменения ускорения во времени. На основе этой записи можно вычислить показатели интенсивности сильных колебаний (IM, также называемые параметрами). Самый простой из них – пиковое ускорение грунта (PGA). Другие IM включают интенсивность Ариаса, максимальную скорость колебаний грунта (PGV), для вычисления которой акселерограмму необходимо проинтегрировать один раз, и максимальное смещение грунта (PGD), для вычисления которого требуется двойная интеграция. Часто вычисляется спектр отклика, чтобы показать, как землетрясение повлияет на сооружения с различными собственными частотами или периодами. Эти наблюдения полезны для оценки сейсмической опасности территории. Помимо инженерных приложений, акселерограммы также полезны для изучения землетрясений с научной точки зрения. Например, акселерограммы можно использовать для восстановления детальной истории разрыва вдоль разлома во время землетрясения, что было бы невозможно с помощью сейсмограмм со стандартных приборов, поскольку они находились бы слишком далеко для разрешения деталей. Эксперимент Паркфилда, включавший в себя масштабный набор приборов для регистрации сильных колебаний, является примером сети акселерографов, созданной для улучшения знаний о колебаниях земной поверхности вблизи источника землетрясения и о распространении разрыва. Внутри акселерографа имеется компоновка из трех датчиков ускорения. В современных недорогих приборах это обычно микроэлектромеханические системы (MEMS) чипы, чувствительные к одному направлению. Благодаря такой конструкции акселерометр может измерять полное движение прибора в трех измерениях. В отличие от постоянно записывающего сейсмометра, акселерометры почти всегда работают в триггерном режиме. Это означает, что необходимо установить порог ускорения, который запускает процесс записи. Для аналоговых и старых цифровых приборов это значительно усложняет обслуживание без прямого подключения к Интернету (или других средств связи). После сильного землетрясения часто приходилось обращаться к акселерометрам, только чтобы обнаружить, что память заполнена посторонним шумом или прибор неисправен. Акселерометры используются для мониторинга реакции сооружений на землетрясения. Анализ этих записей вместе с данными о колебаниях, зарегистрированными в основании сооружения, может улучшить проектирование зданий с использованием методов сейсмостойкого строительства.

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.