Geofon

I seismiske prospekteringsmetoder registreres vanligvis bevegelsen av bakken generert av en energikilde som eksplosiver og vibrerende lastebiler. Geofoner er forskyvnings-, hastighets- eller akselerasjonstransdusere som konverterer bakkebevegelse til et elektrisk signal . Nesten alle geofoner som brukes til seismisk prospektering på jordoverflaten er av elektromagnetisk type.

Elektromagnetiske geofoner

En elektromagnetisk geofon er en hastighetstransduser . Den består av en spole hengt opp i et fjærsystem som beveger seg i et magnetfelt generert av en permanent magnet. Det enkleste massefjærsystemet å studere er det som ikke vurderer demping av massens bevegelse og som reagerer på differensialligningen:

$m{{\text{d}}^{2}x \over {\text{d}}t^{2}}+kx=0$

Å være:

m

den bevegelige massen til systemet.

k

fjærstivhetskonstanten.

x

forskyvningen av massen i forhold til det statiske likevektspunktet.

Den naturlige eller riktige oscillasjonsfrekvensen til systemet bestemmes av fjærkonstanten og av den mobile massen til systemet i henhold til forholdet:

$\omega{0}=2\pi f_{0}={\sqrt {k \over m}}$

I tilfelle at massefjærsystemet er dempet, vil differensialligningen som beskriver oppførselen være:

$m{{\text{d}}^{2}x \over {\text{d}}t^{2}}+c{{\text{d}}x \over {\text{d }}t}+kx=0$

hvor er dempningskonstanten. Den naturlige frekvensen til systemet vil avhenge av denne konstanten til formen: $c$

$\omega{0}=2\pi f_{0}={\sqrt {{k \over m}-{c^{2} \over 4m^{2}}}}$

Konverteringen av massens bevegelse til et elektrisk signal utføres ved hjelp av en induktiv transduser. Den mobile massen har en innebygd spole som beveger seg i magnetfeltet som genereres av en permanent magnet. Som et resultat oppnås et elektrisk signal som er proporsjonalt med hastigheten som systemet beveger seg med, så lenge magnetfeltet og geometrien er riktig valgt. Den elektromotoriske kraften (EMF) indusert i spolen ved dens forskyvning i et magnetfelt er:

$E=-L{{\text{d}}H \over {\text{d}}t}$

Hvor:

L er induktansen til spolen. E er den induserte emf. H er delen av permanentmagnetens magnetfelt som er okkupert av spolen.

Forutsatt at der x er delen av spolen som er tilstede i luftgapet : $H=H_{0}x$

$E=-LH_{0}{{\text{d}}x \over {\text{d}}t}$

Så den induserte spenningen vil være proporsjonal med hastigheten til massen. Uttrykket for systemoverføringen vil være:

$T(\omega )={\omega 2} \over {\omega 0}^{2}-\omega 2}+i(2\omega \omega 0}h} )}$

Kapasitive geofoner

Det er også mulig å bygge geofoner som fungerer med kapasitive svingere. Disse transduserne gir et signal proporsjonalt med forskyvningen av massen. En elementær kapasitiv transduser kan bygges med to parallelle plater forsynt med en motsatt vekselspenning og en tredje plate, integrert med den bevegelige massen, plassert mellom dem. Spenningen i sentralplaten vil være:

$V_{c}=(V_{1}-V_{2}){{1 \over C_{2}} \over {{1 \over C_{1}}+{1 \over C_{2} }}}$

Hvis overflaten til begge kondensatorene er identisk, ta hensyn til at:

$C=\epsilon {S \over d}$

det oppnås at:

$V_{c}=K(V_{1}-V_{2})\delta x$

hvor K er en geometrisk faktor.

Piezoelektriske geofoner

Piezoelektriske geofoner er akselerasjonstransdusere . I denne typen geofoner hviler massen av systemet på et sett med plater laget av noe trykkfølsomt piezoelektrisk materiale som kvarts eller turmalin . En oppadgående akselerasjon av bakken vil øke den tilsynelatende vekten av massen og følgelig øke trykket som virker på de piezoelektriske krystallene. En nedadgående akselerasjon av bakken vil redusere den tilsynelatende vekten av massen og følgelig trykket som utøves på platene. Trykkvariasjonen induserer spenningsvariasjoner mellom endene av platene. kokosnøtter biter meg

Se også

Hydrofon (trykktransduser)

Eksterne lenker

Geophones.pdf Arkivert 2007-10-13 på Wayback Machine .
Ulike arbeidsprinsipper for geofoner
Geofoni brukt på plasseringen av vannlekkasjer