Industriële fabricage
Industrieel internet der dingen | Industriële materialen | Onderhoud en reparatie van apparatuur | Industriële programmering |
home  MfgRobots >> Industriële fabricage >  >> Manufacturing Technology >> Productieproces

Seismograaf

Achtergrond

Seismografen zijn instrumenten die zijn ontworpen om trillingen in de aarde te detecteren en te meten, en de gegevens die ze produceren, staan ​​bekend als seismogrammen. Net als de vele andere termen die met dit voorvoegsel beginnen, zijn deze woorden afgeleid van het Griekse seismos, wat "schok" of "aardbeving" betekent. Hoewel bepaalde soorten seismografen worden gebruikt voor ondergronds onderzoek, zijn de apparaten vooral bekend voor het bestuderen van aardbevingen.

Een seismograaf bestaat uit een slinger die op een steunbasis is gemonteerd. De slinger is op zijn beurt verbonden met een recorder, zoals een inktpen. Wanneer de grond trilt, blijft de slinger stil terwijl de recorder beweegt, waardoor een registratie van de beweging van de aarde ontstaat. Een typische seismograaf bevat 3 slingers:één om verticale beweging vast te leggen en twee om horizontale beweging vast te leggen.

Seismografen zijn voortgekomen uit seismoscopen, die de richting van trillingen of aardbevingen kunnen detecteren, maar de intensiteit of het patroon van de trillingen niet kunnen bepalen. Het vroegst bekende apparaat dat werd gebruikt om aardbevingen te detecteren, werd gemaakt door een Chinese geleerde, Chang Heng, rond 132 na Christus. Gedetailleerde verslagen onthullen dat het een mooi en ingenieus apparaat was dat bestond uit een rijk versierde koperen cilinder met acht drakenkoppen rond de bovenomtrek, naar buiten gericht. Rond de onderste omtrek, direct onder de drakenkoppen, waren acht koperen kikkers bevestigd. In zijn bek hield elke draak een kleine bal die in de mond van de kikker eronder viel toen een staaf in de cilinder, flexibel en verzwaard aan het bovenste uiteinde, werd geactiveerd door een aardbeving. De specifieke kikker die een gevallen bal ving, gaf de algemene richting van de aardbeving aan.

Meer dan zeventienhonderd jaar was de studie van aardbevingen afhankelijk van onnauwkeurige instrumenten zoals die van Chang Heng. Door de eeuwen heen werd een grote verscheidenheid aan seismoscopen gebouwd, waarvan vele afhankelijk waren van de detectie van rimpelingen in een plas water of vloeibaar kwik. Eén zo'n apparaat, vergelijkbaar met het kikker- en drakenmechanisme, had een ondiepe schaal met kwik die in kleine schaaltjes zou morsen die eromheen werden geplaatst wanneer een beving plaatsvond. Een ander type seismoscoop, ontwikkeld in de achttiende eeuw, bestond uit een slinger die aan het plafond hing en bevestigd was aan een wijzer die in een bak met fijn zand sleepte en bewoog wanneer trillingen de slinger deinden. In de negentiende eeuw werd de eerste seismometer gebouwd; het gebruikte verschillende soorten slingers om de grootte van ondergrondse trillingen te meten.

De eerste echte seismograaf kan een complex mechanisme zijn geweest, ontworpen door de Italiaanse wetenschapper Luigi Palmieri in 1855. Deze machine gebruikte buizen gevuld met kwik en voorzien van elektrische contacten en drijvers. Toen trillingen het kwik verstoorden, stopten de elektrische contacten tegelijkertijd een klok en activeerden ze een apparaat dat de bewegingen van de drijvers registreerde, waarbij ruwweg zowel de tijd als de intensiteit van de aardbeving werd aangegeven. De eerste nauwkeurige seismografen werden in 1880 in Japan ontwikkeld door de Britse geoloog John Milne, vaak bekend als de vader van de seismologie. Samen met collega-expatriate wetenschappers James Alfred Ewing en Thomas Gray vond Milne veel verschillende seismologische apparaten uit, waaronder de horizontale slingerseismograaf. Dit geavanceerde instrument bestond uit een verzwaarde staaf die, wanneer verstoord door trillingen, een gespleten plaat verschoof. Door de beweging van de plaat kon een gereflecteerd licht door de spleet schijnen, evenals door een andere stationaire spleet eronder. Het licht viel op lichtgevoelig papier en schreef vervolgens een record van de beving. Tegenwoordig vertrouwen de meeste seismografen nog steeds op de basisontwerpen die door Milne en zijn medewerkers zijn geïntroduceerd, en wetenschappers blijven trillingen evalueren door de beweging van de aarde te bestuderen ten opzichte van de beweging van een slinger.

De eerste elektromagnetische seismograaf werd in 1906 uitgevonden door een Russische prins, Boris Golitsyn, die het principe van elektromagnetische inductie aanpaste, ontwikkeld door de Engelse natuurkundige Michael Faraday in de negentiende eeuw. De inductiewet van Faraday stelde dat veranderingen in magnetische intensiteit kunnen worden gebruikt om elektrische stromen te genereren. In overeenstemming met dit voorschrift bouwde Golitsyn een machine waarin trillingen een spoel door magnetische velden doen bewegen, waardoor een elektrische stroom wordt geproduceerd die wordt ingevoerd in een galvanometer, een apparaat dat de stroom meet en richt. De stroom fluctueert dan een spiegel die lijkt op de spiegel die het licht in het apparaat van Milne stuurde. Het voordeel van dit elektronische systeem is dat de recorder op een handige plaats, zoals een laboratorium, kan worden opgesteld, terwijl de seismograaf zelf op een afgelegen locatie kan worden geïnstalleerd.

In de twintigste eeuw heeft het Nuclear Test Detection Program moderne seismologie mogelijk gemaakt. Ondanks het reële gevaar van aardbevingen, kon de seismologie geen groot aantal seismografen besturen totdat de dreiging van ondergrondse nucleaire explosies aanleiding gaf tot de oprichting van het World-Wide Standardized Seismograph Network (WWSSN) in 1960. Het netwerk zette 120 seismografen op in 60 landen, en onder auspiciën werden seismografen veel geavanceerder. De Press-Ewing-seismograaf, ontwikkeld na de Tweede Wereldoorlog, stelde onderzoekers in staat om zogenaamde seismische golven met een lange periode vast te leggen, trillingen die lange afstanden afleggen met relatief lage snelheden. Deze seismograaf gebruikt een slinger zoals die in het Milne-model, maar vervangt de spil die de staaf ondersteunt door een elastische draad om wrijving te verminderen. Andere naoorlogse innovaties waren onder meer atoomklokken om de timing nauwkeuriger te maken, en digitale uitlezingen die in een computer konden worden ingevoerd. Het belangrijkste is echter Dit stroomschema toont de stappen bij de fabricage en installatie van de seismograaf. Het belangrijkste materiaal dat wordt gebruikt is aluminium, gevolgd door normale elektrische apparatuur bestaande uit koper, staal, glas en plastic. De basiseenheid bestaat uit een slinger in een luchtdichte container die met een scharnier en een draad (voor horizontale eenheden) of een veer (voor verticale eenheden) is bevestigd aan een draagframe dat stevig in de grond is geplaatst. ontwikkeling tijdens de moderne tijd is de implementatie van seismograaf arrays geweest. Deze arrays, sommige bestaande uit honderden seismografen, zijn gekoppeld aan een enkele centrale recorder. Door de discrete seismogrammen van verschillende stations te vergelijken, kunnen onderzoekers het epicentrum van de aardbeving bepalen (het punt op het aardoppervlak direct boven de oorsprong van de aardbeving).

Tegenwoordig worden drie soorten seismografen gebruikt in aardbevingsonderzoek, elk met een periode die overeenkomt met de schaal van de trillingen die het zal meten (de periode is de tijdsduur die een slinger nodig heeft om één volledige oscillatie te voltooien). Seismografen met een korte periode worden gebruikt om primaire en secundaire trillingen, de snelst bewegende seismische golven, te bestuderen. Omdat deze golven zo snel bewegen, heeft de seismograaf met een korte periode minder dan een seconde nodig om één volledige oscillatie te voltooien; het vergroot ook de resulterende seismogrammen, zodat wetenschappers het patroon van de snelle bewegingen van de aarde kunnen waarnemen. De slingers in seismografen met een lange (tussentijdse) periode hebben over het algemeen maximaal twintig seconden nodig om te oscilleren, en ze worden gebruikt om langzamer bewegende golven te meten, zoals Love- en Rayleigh-golven, die primaire en secundaire golven volgen. De WWSSN maakt momenteel gebruik van dit type instrument. De seismografen waarvan de slingers de langste perioden hebben, worden ultralange . genoemd of breedband instrumenten. Breedbandseismografen worden steeds vaker gebruikt om een ​​beter begrip van mondiale trillingen te ontwikkelen.

Grondstoffen

De onderdelen van een seismograaf zijn standaard. Het belangrijkste materiaal is aluminium, gevolgd door normale elektrische apparatuur bestaande uit koper, staal, glas en plastic. Een moderne seismograaf bestaat uit één of meerdere seismometers die de trillingen van de aarde meten. Een seismometer bestaat uit een slinger (een inerte massa) in een luchtdichte container die met een scharnier en een draad (voor horizontale eenheden) of een veer (voor verticale eenheden) is bevestigd aan een draagframe dat stevig in de grond is geplaatst. Een of meer elektrische spoelen worden aan de slinger bevestigd en in het veld van een magneet geplaatst. Zelfs minuscule bewegingen van de spoel zullen elektrische signalen genereren die vervolgens worden ingevoerd in een versterker en een filter en worden opgeslagen in het computergeheugen om later te worden afgedrukt. Een minder geavanceerde seismograaf heeft ofwel een spiegel die licht schijnt op lichtgevoelig papier (zoals in de seismograaf van Milne), een pen die met sneldrogende inkt op een rol papier schrijft, of een warmtepen die thermisch papier markeert.

Ontwerp

De vraag naar aardbevingseismografen is niet zo groot; een paar fabrikanten die op maat gemaakte seismografen ontwerpen om aan de behoeften van bepaalde onderzoekers te voldoen, kunnen hieraan voldoen. Dus hoewel de basiscomponenten van de seismograaf standaard zijn, kunnen bepaalde functies worden aangepast voor specifieke doeleinden. Iemand heeft bijvoorbeeld een gevoeliger instrument nodig om seismische gebeurtenissen op duizenden kilometers afstand te bestuderen. Een andere seismoloog zou een instrument kunnen kiezen waarvan de slinger een korte periode van slechts enkele seconden heeft om de vroegste trillingen van een aardbeving waar te nemen. Voor onderwaterstudies zou de seismograaf onderdompelbaar moeten zijn.

Het fabricageproces

Een site kiezen

  • 1 Een locatie kan om verschillende redenen interessant zijn voor een seismoloog. De meest voor de hand liggende is dat het gebied aardbevingsgevoelig is, misschien omdat het grenst aan een breuk of breuk in de aardkorst. Dergelijke breuken maken een van de aangrenzende blokken aarde los, waardoor het blok hoger, lager of horizontaal parallel aan de breuk verschuift, en het gebied kwetsbaar maakt voor verdere instabiliteit. Een seismograaf kan ook worden geïnstalleerd in een regio die er momenteel geen is, zodat seismologen gegevens kunnen verzamelen voor een completer beeld van het gebied.
  • 2 Hoewel sommige seismografen voor educatieve doeleinden in kelders van universiteiten of musea worden geplaatst, ligt de ideale locatie voor aardbevingsonderzoek verder afgelegen. Om de seismische bewegingen van de aarde nauwkeuriger vast te leggen, zou een seismograaf moeten worden geplaatst waar verkeer en andere trillingen minimaal zijn. In sommige gevallen kan een ongebruikte tunnel worden toegeëigend. Andere keren is er een natuurlijke ondergrondse grot beschikbaar. Seismologische onderzoekers kunnen er zelfs voor kiezen een put te graven en het instrument erin te plaatsen als er geen ander ondergronds gat bestaat waar een seismograaf wenselijk wordt geacht. Een bovengrondse seismograaf is ook mogelijk, maar deze moet boven een stevige rotsfundering rusten.

Montage van de seismometereenheid

  • 3 In een gespecialiseerde fabriek worden de onderdelen van de seismograaf geassembleerd en klaargemaakt voor verzending. Ten eerste is de slinger bevestigd aan een zachte veer (als het een verticale eenheid is) of een draad (als het een horizontale eenheid is) en opgehangen in een cilinder Terwijl horizontale seismometers een slinger bevatten die aan een draad is bevestigd, gebruiken verticale eenheden in plaats daarvan een veer. Wanneer de grond trilt tijdens een aardbeving, blijft de slinger stil terwijl de recorder beweegt, waardoor een registratie van de beweging van de aarde ontstaat.
    Sommige recorders bestaan ​​uit een spoel die een elektrisch signaal genereert, dat op zijn beurt wordt opgeslagen in het computergeheugen om later af te drukken. Een minder geavanceerde seismograaf heeft ofwel een spiegel die licht op lichtgevoelig papier schijnt, een pen die met sneldrogende inkt op een rol papier schrijft, of een warmtepen die thermisch papier markeert. tussen elektrische spoelen. Vervolgens worden de spoelen aangesloten op printplaten en in het lichaam van de seismograaf geplaatst. De hele unit kan op zijn beurt worden aangesloten op een digitale audiorecorder, die de stroom ontvangt die wordt gegenereerd door de spoelen en wordt overgedragen naar de printplaten. Als de dataregistratieapparatuur bestaat uit meer traditionele apparatuur, zoals een rol papier en een pen, dan worden deze nu aan de unit bevestigd. Afhankelijk van de eindbestemming wordt de seismograaf per vrachtwagen of vliegtuig in een gedempte kist vervoerd door transporteurs die ervaring hebben met het verplaatsen van delicate elektronische apparatuur.

Installatie van de seismometereenheid

  • 4 Een seismograaf bedoeld voor educatieve doeleinden kan in het beton . worden geschroefd vloer van een kelder, maar onderzoeksseismografen kunnen het beste ver van de onvermijdelijke trillingen van een gebouw worden geplaatst. Ze worden ofwel direct op het gesteente geïnstalleerd in gevallen waar grote precisie vereist is, of in een bed van beton. In beide gevallen wordt de aarde verwijderd en de grond geëgaliseerd. In tweede instantie wordt een bed van beton gestort en laten uitharden.
  • 5 Nadat de basis is voorbereid, wordt de seismometereenheid vastgeschroefd. In sommige gevallen waar een grote gevoeligheid vereist is, zal het worden ondergebracht in een kluis waar de temperatuur en vochtigheid worden geregeld. De seismometereenheid wordt meestal geïnstalleerd in het gekozen veld, de grot of de kluis, terwijl de versterkers, filters en opnameapparatuur afzonderlijk zijn ondergebracht.
  • 6 In de moderne seismologie is het gebruikelijk om meerdere seismometers op afstand van elkaar te hebben opgesteld. Elke seismometereenheid stuurt signalen naar een centrale locatie, waar de gegevens kunnen worden afgedrukt en bestudeerd. De signalen kunnen worden uitgezonden door een antenne die in het apparaat is ingebouwd, of, in meer geavanceerde eenheden, naar een satelliet worden gestraald.

Kwaliteitscontrole

Seismografen zijn ontworpen om de elementen te weerstaan. Ze zijn water- en stofdicht, en vele zijn ontworpen om te functioneren ondanks extreme temperaturen en hoge luchtvochtigheid, afhankelijk van waar ze worden geïnstalleerd. Ondanks hun gevoeligheid en beschermingsvereisten, is het bekend dat veel seismografen 30 jaar meegaan. Kwaliteitscontroleurs in de fabriek controleren het ontwerp en het eindproduct om te zien of ze voldoen aan de eisen van de klant. Alle onderdelen worden gecontroleerd op tolerantie en pasvorm, en de seismograaf wordt getest om te zien of deze goed werkt. Bovendien hebben de meeste seismografen ingebouwde testapparatuur, zodat ze achteraf kunnen worden getest Een typische seismograaf bevat 3 slingers:één om verticale beweging vast te leggen en twee om horizontale beweging vast te leggen. De seismometereenheid wordt meestal geïnstalleerd in een veld, grot of kluis, terwijl de versterkers en opnameapparatuur afzonderlijk zijn ondergebracht. worden geïnstalleerd en voordat ze aan het werk worden gezet. Gekwalificeerde computerprogrammeurs testen de software ook op bugs voordat ze worden verzonden. Hoewel gevoeligheid en nauwkeurigheid belangrijk zijn, is timing ook van cruciaal belang, vooral bij het voorspellen van aardbevingen. De meeste moderne seismografen zijn verbonden met een atoomklok die is gekalibreerd op Universal Time (voorheen Greenwich Time genoemd), waardoor zeer nauwkeurige informatie wordt gegarandeerd die alle onderzoekers kunnen begrijpen.

Een ander cruciaal aspect van kwaliteitscontrole met moderne seismografen is het minimaliseren van menselijke fouten. Terwijl eerdere seismografen eenvoudig waren en praktisch iedereen kon leren hoe ze te gebruiken, zijn hedendaagse seismografen nauwkeurige, gevoelige apparaten die complex en moeilijk te gebruiken zijn. Tegenwoordig moeten seismograafonderzoekers en -arbeiders worden opgeleid door ingenieurs en wetenschappers van de productiefaciliteit, als ze zelf nog geen gekwalificeerde ingenieurs en wetenschappers zijn. Ze moeten leren hoe ze de seismograaf moeten bedienen en onderhouden, evenals alle hulpapparatuur zoals een computer.

De Toekomst

Seismologie is vooral bekend vanwege de studie van aardbevingen. De nadruk lag niet op theoretische studie van de structuur van de aarde, maar eerder op het voorspellen en verminderen van de impact van aardbevingen in kwetsbare gebieden. De studie van het binnenste van de aarde was gericht op het zoeken naar olievoorraden, het testen op grondinstabiliteiten vóór de bouw en het opsporen van ondergrondse nucleaire explosies. Aardbevingsvoorspelling is echter het belangrijkste. Als onderzoekers van tevoren kunnen bepalen dat er een aardbeving zal plaatsvinden, kunnen voorzorgsmaatregelen zoals het vergroten van het ziekenhuis- en veiligheidspersoneel worden gepland. De eerste officiële aardbevingsvoorspelling van de regering van de Verenigde Staten vond pas in 1985 plaats. De voorspelling van aardbevingen staat dus nog in de kinderschoenen. Recente grote aardbevingen, zoals die in San Francisco in 1989, hebben de studie van de San Andreas-breuk geïntensiveerd. Momenteel bestudeert een team van seismologen het Parkfield-segment van die fout om te bepalen of ze een kleine aardbeving kunnen voorspellen. De gegevens van deze poging kunnen van pas komen bij het voorspellen van grote aardbevingen in dichterbevolkte gebieden. Andere ontwikkelingen zijn onder meer gevoeligere en duurzamere seismografen die zowel lange als korte periodegolven kunnen registreren. Een aardwetenschapper gelooft dat er een waarschuwingssysteem voor aardbevingen kan worden opgezet. Zo'n systeem zou een seismograaf nodig hebben om de trillingen op te vangen, een computer om ze te interpreteren als een op handen zijnde aardbeving en een communicatiesysteem om hulpverleners op tijd te waarschuwen. Sommige experts stellen zich grote reeksen seismografen voor in aardbevingsgevoelige gebieden, waar individuele seismograafeigenaren gegevens kunnen verzamelen en doorgeven aan seismologen.


Productieproces

  1. Top 5 uitdagingen voor IT-schaalbaarheid
  2. Wanneer en hoe een brandblusser te gebruiken
  3. Wanneer is een reparatie geen reparatie?
  4. Python - Afhandeling van uitzonderingen
  5. Wanneer moet u uw kranen upgraden?
  6. 6 overwegingen bij het kiezen van een koppeling
  7. Wat is thermoplast?
  8. 5 fouten die startups maken bij het maken van prototypes
  9. Wanneer is het tijd om voorbij Raspberry Pi te gaan?
  10. Waar u op moet letten bij het online inkopen van onderdelen
  11. 5 dingen om te overwegen bij het kiezen van een krukashendel