지진계

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배경

지진계는 지구 내의 진동을 감지하고 측정하도록 설계된 기기이며, 지진계가 생성하는 기록을 지진계라고 합니다. 이 접두사로 시작하는 다른 많은 용어와 마찬가지로 이 단어는 그리스어 seismos, "충격" 또는 "지진"을 의미합니다. 특정 유형의 지진계가 지하 측량에 사용되지만 이 장치는 지진 연구에 가장 잘 알려져 있습니다.

지진계는 지지대에 장착된 진자로 구성됩니다. 진자는 잉크 펜과 같은 레코더에 차례로 연결됩니다. 지면이 진동하면 리코더가 움직이는 동안 진자는 그대로 유지되어 지구의 움직임을 기록합니다. 일반적인 지진계에는 3개의 진자가 있습니다. 하나는 수직 움직임을 기록하고 두 개는 수평 움직임을 기록합니다.

지진계는 진동이나 지진의 방향을 감지할 수 있지만 진동의 강도나 패턴을 결정할 수 없는 지진계에서 진화했습니다. 지진을 감지하는 데 사용된 가장 오래된 알려진 장치는 서기 132년경 중국 학자 Chang Heng에 의해 만들어졌습니다. 자세한 설명에 따르면 이 장치는 화려하게 장식된 구리 실린더로 구성되어 있고 위쪽 둘레에 8개의 용 머리가 있으며, 바깥쪽으로 향함. 용 머리 바로 아래의 아래쪽 둘레에는 8개의 구리 개구리가 고정되어 있습니다. 각각의 용은 작은 공을 입에 쥐고 있었는데, 그 공은 위쪽 끝이 유연하고 무게가 실린 실린더 내부의 막대가 지진에 의해 촉발되었을 때 그 아래 개구리의 입으로 떨어졌습니다. 떨어진 공을 포착한 특정 개구리는 지진의 일반적인 방향을 나타냈습니다.

1,700년 이상 동안 지진 연구는 Chang Heng의 것과 같은 부정확한 도구에 의존했습니다. 수세기에 걸쳐 다양한 지진계가 제작되었으며 많은 지진계가 물이나 액체 수은 웅덩이에서 파문을 감지하는 데 의존했습니다. 개구리와 용의 메커니즘과 유사한 그러한 장치 중 하나는 진동이 발생할 때 주변에 놓인 작은 접시에 쏟아지는 얕은 수은 접시를 특징으로 합니다. 18세기에 개발된 또 다른 유형의 지진계는 천정에 매달린 추로 구성되어 있고 포인터에 부착되어 고운 모래 쟁반에 끌리며 진동이 추를 흔들 때 움직입니다. 19세기에 최초의 지진계가 건설되었습니다. 그것은 지하 진동의 크기를 측정하기 위해 다양한 유형의 진자를 사용했습니다.

최초의 진정한 지진계는 1855년 이탈리아 과학자 루이지 팔미에리(Luigi Palmieri)가 설계한 복잡한 메커니즘일 것입니다. 이 기계는 수은으로 채워진 튜브를 사용하고 전기 접점과 부유물이 장착된 튜브를 사용했습니다. 진동이 수은을 방해하면 전기 접점이 동시에 시계를 멈추고 부유물의 움직임을 기록하는 장치를 작동시켜 지진의 시간과 강도를 대략적으로 나타냅니다. 최초의 정확한 지진계는 1880년 일본에서 지진학의 아버지로 알려진 영국 지질학자 John Milne에 의해 개발되었습니다. 해외의 동료 과학자 James Alfred Ewing 및 Thomas Gray와 함께 Milne은 다양한 지진 장치를 발명했으며 그 중 하나가 수평 진자 지진계였습니다. 이 정교한 도구는 무게가 실린 막대로 구성되어 있었는데, 진동으로 인해 방해를 받으면 잘린 판을 움직였습니다. 판의 움직임으로 인해 반사광이 슬릿과 그 아래에 있는 다른 고정된 슬릿을 통해 빛날 수 있었습니다. 빛에 민감한 종이 위에 떨어지는 빛은 떨림의 기록을 새겼습니다. 오늘날 대부분의 지진계는 여전히 Milne과 그의 동료들이 도입한 기본 설계에 의존하고 있으며 과학자들은 진자의 움직임과 관련된 지구의 움직임을 연구하여 진동을 계속 평가하고 있습니다.

최초의 전자기 지진계는 19세기 영국 물리학자 마이클 패러데이가 개발한 전자기 유도 원리를 적용한 러시아 왕자 보리스 골리친이 1906년에 발명했습니다. 패러데이의 유도 법칙은 자기 강도의 변화를 사용하여 전류를 생성할 수 있다고 가정했습니다. 이 교훈을 통합하여 Golitsyn은 진동으로 인해 코일이 자기장을 통과하도록 하여 전류를 생성하고 전류를 측정하고 지시하는 장치인 검류계에 전류를 공급하는 기계를 만들었습니다. 그런 다음 전류는 Milne의 장치에서 빛을 지시한 것과 유사한 거울을 변동시킵니다. 이 전자 시스템의 장점은 기록계를 실험실과 같은 편리한 장소에 설치할 수 있고 지진계 자체는 원격 위치에 설치할 수 있다는 것입니다.

20세기 동안 핵실험 탐지 프로그램은 현대 지진학을 가능하게 했습니다. 실제 지진의 위험에도 불구하고, 지진학은 지하 핵폭발의 위협이 1960년 WWSSN(World-Wide Standardized Seismograph Network)의 설립을 촉발할 때까지 많은 수의 지진계를 명령할 수 없었습니다. 이 네트워크는 60개국에 120개의 지진계를 설정하고, 그리고 그 후원으로 지진계는 훨씬 더 정교해졌습니다. 제2차 세계 대전 이후에 개발된 Press-Ewing 지진계는 연구원들이 비교적 느린 속도로 장거리를 이동하는 진동인 소위 장기 지진파를 기록할 수 있게 해주었습니다. 이 지진계는 Milne 모델에서 사용된 것과 같은 진자를 사용하지만 마찰을 줄이기 위해 막대를 지지하는 축을 탄성 와이어로 교체합니다. 다른 전후 혁신에는 타이밍을 더 정확하게 만들기 위한 원자 시계와 컴퓨터에 입력할 수 있는 디지털 판독값이 포함되었습니다. 그러나 가장 중요한 이 순서도는 지진계 제조 및 설치와 관련된 단계를 보여줍니다. 주재료는 알루미늄이며, 그 다음으로 구리, 강철, 유리, 플라스틱 등의 일반 전기기기가 사용된다. 기본 유닛은 지면에 단단히 고정된 지지 프레임에 힌지와 와이어(수평 유닛의 경우) 또는 스프링(수직 유닛의 경우)으로 부착된 밀폐 용기 내부의 진자로 구성됩니다. 현대의 개발은 지진계 배열의 구현이었습니다. 수백 개의 지진계로 구성된 이 어레이는 단일 중앙 레코더에 연결되어 있습니다. 다양한 관측소에서 생성된 개별 지진파도를 비교함으로써 연구자들은 지진의 진앙(지진의 진원 바로 위의 지표면의 지점)을 결정할 수 있습니다.

오늘날 지진 연구에는 세 가지 유형의 지진계가 사용되며, 각각은 측정할 진동의 규모에 해당하는 주기를 갖습니다(주기는 진자가 한 번의 완전한 진동을 완료하는 데 필요한 시간의 길이입니다). 단주기 지진계는 가장 빠르게 움직이는 지진파인 1차 및 2차 진동을 연구하는 데 사용됩니다. 이 파도는 매우 빠르게 움직이기 때문에 단주기 지진계는 완전한 진동을 완료하는 데 1초도 채 걸리지 않습니다. 그것은 또한 과학자들이 지구의 빠른 움직임의 패턴을 인식할 수 있도록 결과 지진파를 확대합니다. 장주기 지진계의 진자는 일반적으로 진동하는 데 최대 20초가 소요되며 1차 및 2차 파동을 따르는 Love 및 Rayleigh 파와 같이 느리게 움직이는 파동을 측정하는 데 사용됩니다. WWSSN은 현재 이러한 유형의 기기를 사용합니다. 진자의 주기가 가장 긴 지진계를 초장기 라고 합니다. 또는 광대역 악기. 광대역 지진계는 지구 진동에 대한 보다 포괄적인 이해를 개발하기 위해 점점 더 자주 사용됩니다.

원자재

지진계의 구성 요소는 표준입니다. 가장 중요한 재료는 알루미늄이고 그 다음이 구리, 강철, 유리 및 플라스틱으로 구성된 일반 전기 장비입니다. 현대의 지진계는 지구의 진동을 측정하는 하나 이상의 지진계로 구성됩니다. 지진계는 지면에 단단히 고정된 지지 프레임에 힌지와 와이어(수평 유닛의 경우) 또는 스프링(수직 유닛의 경우)으로 부착된 밀폐 용기 내부의 진자(비활성 질량)로 구성됩니다. 하나 이상의 전기 코일이 진자에 부착되고 자석 필드 내에 배치됩니다. 코일이 조금만 움직여도 전기 신호가 생성되어 증폭기와 필터에 입력되어 나중에 인쇄할 수 있도록 컴퓨터 메모리에 저장됩니다. 덜 정교한 지진계에는 거울 중 하나가 있습니다. 빛에 민감한 종이에 빛을 비추는 것(Milne의 지진계에서와 같이), 종이 롤에 속건성 잉크로 쓰는 펜, 또는 감열지를 표시하는 열펜.

디자인

지진계에 대한 수요는 그리 높지 않습니다. 특정 연구원의 요구를 충족시키기 위해 맞춤형 지진계를 설계하는 소수의 제조업체가 이를 충족할 수 있습니다. 따라서 지진계의 기본 구성 요소는 표준이지만 특정 기능은 특정 목적에 맞게 조정할 수 있습니다. 예를 들어 누군가는 수천 마일 떨어진 곳에서 지진을 연구하기 위해 더 민감한 장비가 필요할 수 있습니다. 다른 지진학자는 지진의 가장 초기 진동을 관찰하기 위해 진자가 몇 초에 불과한 짧은 기간을 갖는 도구를 선택할 수 있습니다. 수중 연구의 경우 지진계는 잠수할 수 있어야 합니다.

제조
프로세스

사이트 선택

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1 사이트는 여러 가지 이유로 지진학자에게 관심을 가질 수 있습니다. 가장 분명한 것은 이 지역이 지진이 발생하기 쉬운 지역이라는 것입니다. 아마도 지각의 단층이나 균열에 인접해 있기 때문일 것입니다. 이러한 균열은 인접한 지구 블록 중 하나를 제거하여 블록이 단층에 대해 더 높거나 낮거나 수평으로 평행하게 이동하도록 하고 해당 지역을 더 불안정하게 만듭니다. 현재 지진계가 없는 지역에 지진계를 설치하여 지진학자들이 해당 지역에 대한 보다 완전한 그림을 위한 데이터를 수집할 수도 있습니다.

2 일부 지진계는 교육 목적으로 대학이나 박물관 지하에 설치되지만 지진 연구를 위한 이상적인 위치는 더 멀리 떨어져 있습니다. 지구의 지진 운동을 보다 정확하게 기록하려면 교통 및 기타 진동이 최소인 곳에 지진계를 설치해야 합니다. 어떤 경우에는 사용하지 않은 터널을 사용할 수 있습니다. 다른 시간에는 천연 지하 동굴을 이용할 수 있습니다. 지진계 연구자는 지진계가 필요하다고 판단되는 다른 지하 구멍이 없는 경우 우물을 파고 내부에 기기를 배치할 수도 있습니다. 지상 지진계도 가능하지만 단단한 암석 기초 위에 있어야 합니다.

지진계 장치 조립

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3 지진계의 구성 부품을 전문 공장에서 조립하여 출하합니다. 첫째, 진자는 연성 스프링(수직 단위인 경우) 또는 와이어(수평 단위인 경우)에 부착되고 실린더 내에 매달려 있습니다. 수평 지진계에는 철사에 부착된 진자가 포함되어 있지만 수직 단위는 대신 스프링을 사용합니다. 지진이 발생했을 때 지면이 진동하면 기록 장치가 움직이는 동안 진자는 그대로 유지되어 지구의 움직임을 기록합니다.
일부 레코더는 전기 신호를 생성하는 코일로 구성되며 나중에 인쇄할 수 있도록 컴퓨터 메모리에 저장됩니다. 덜 정교한 지진계에는 감광지에 빛을 비추는 거울, 종이 롤에 속건성 잉크로 쓰는 펜 또는 감열지를 표시하는 열 펜이 있습니다. 전기 코일 사이. 다음으로 코일은 인쇄 회로 기판에 배선되고 지진계 본체 내부에 배치됩니다. 전체 장치는 차례로 코일에서 생성된 전류를 수신하고 회로 기판으로 전송되는 디지털 오디오 테이프 레코더에 연결할 수 있습니다. 데이터 기록 장비가 두루마리 종이와 펜과 같은 보다 전통적인 장비로 구성된 경우 이제 장치에 부착됩니다. 최종 목적지에 따라 지진계는 섬세한 전자 장비를 운반한 경험이 있는 운송업자가 완충 상자에 넣어 트럭이나 비행기로 운송합니다.

지진계 장치 설치

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4 교육용 지진계는 콘크리트 그러나 연구용 지진계는 건물의 피할 수 없는 진동에서 멀리 떨어져 있는 것이 가장 좋습니다. 높은 정밀도가 필요한 경우 기반암에 직접 설치하거나 콘크리트 바닥에 설치합니다. 두 경우 모두 흙이 제거되고 땅이 평평해집니다. 두 번째 경우에는 콘크리트 층이 부어지고 굳습니다.

5 베이스가 준비되면 지진계 장치가 제자리에 볼트로 고정됩니다. 높은 감도가 필요한 경우에는 온도와 습도가 제어되는 보관실에 보관됩니다. 지진계 장치는 일반적으로 선택한 필드, 동굴 또는 금고에 설치되는 반면 증폭기, 필터 및 녹음 장비는 별도로 보관됩니다.

6 현대 지진학에서는 여러 개의 지진계 장치가 서로 떨어져 있는 것이 일반적입니다. 각 지진계 장치는 데이터를 인쇄하고 연구할 수 있는 중앙 위치로 신호를 보냅니다. 신호는 장치에 내장된 안테나에서 방송되거나 더 정교한 장치에서는 위성으로 전송될 수 있습니다.

품질 관리

지진계는 요소를 견디도록 설계되었습니다. 방수 및 방진 기능이 있으며 대부분은 설치 위치에 따라 극한의 온도와 높은 습도에서도 작동하도록 설계되었습니다. 감도 및 보호 요구 사항에도 불구하고 많은 지진계는 30년 동안 지속되는 것으로 알려져 있습니다. 공장의 품질 관리 직원은 디자인과 최종 제품을 확인하여 고객의 요구 사항에 맞는지 확인합니다. 모든 부품의 허용 오차와 적합성이 확인되고 지진계가 제대로 작동하는지 테스트합니다. 또한 대부분의 지진계에는 테스트 장치가 내장되어 있어 일반적인 지진계에는 3개의 진자가 있습니다. 하나는 수직 움직임을 기록하고 두 개는 수평 움직임을 기록합니다. 지진계 장치는 일반적으로 현장, 동굴 또는 금고에 설치되는 반면 증폭기와 녹음 장비는 별도로 보관됩니다. 설치되고 작동하기 전에. 또한 자격을 갖춘 컴퓨터 프로그래머는 배송 전에 소프트웨어에 버그가 있는지 테스트합니다. 민감도와 정확도도 중요하지만 특히 지진 예측에서는 타이밍도 중요합니다. 대부분의 현대 지진계는 세계시(이전에는 그리니치 시간이라고 함)로 보정된 원자 시계에 연결되어 모든 연구자가 이해할 수 있는 매우 정확한 정보를 보장합니다.

최신 지진계를 사용한 품질 관리의 또 다른 중요한 측면은 인적 오류를 최소화하는 것입니다. 초기 지진계는 간단하고 실제로 누구나 사용법을 배울 수 있었지만 현대의 지진계는 복잡하고 사용하기 어려운 정밀하고 민감한 장치입니다. 오늘날 지진계 연구원과 작업자는 이미 자격을 갖춘 엔지니어 및 과학자가 아닌 경우 제조 시설의 엔지니어 및 과학자에게 교육을 받아야 합니다. 지진계는 물론 컴퓨터와 같은 모든 보조 장비를 작동하고 유지 관리하는 방법을 배워야 합니다.

미래

지진학은 지진 연구로 가장 잘 알려져 있습니다. 그 강조점은 지구 구조에 대한 이론적 연구가 아니라 취약한 지역에서 지진의 영향을 예측하고 줄이는 데 있습니다. 지구 내부에 대한 연구는 석유 매장지 탐색, 건설 전 지반 불안정성 테스트, 지하 핵폭발 추적에 관한 것이었습니다. 그러나 지진 예측이 가장 중요합니다. 연구원들이 사전에 지진이 발생할 것이라고 판단할 수 있다면 병원 및 안전 인력 증원과 같은 예방 조치를 계획할 수 있습니다. 미국 정부가 공식적으로 발표한 최초의 공식 지진 예측은 1985년에 이루어졌습니다. 따라서 지진 예측은 초기 단계에 있습니다. 1989년 샌프란시스코에서 발생한 것과 같은 최근의 주요 지진은 산안드레아스 단층에 대한 연구를 강화했습니다. 현재 지진 학자 팀은 작은 지진을 예측할 수 있는지 확인하기 위해 해당 단층의 Parkfield 부분을 연구하고 있습니다. 이 시도의 데이터는 인구 밀도가 높은 지역의 주요 지진을 예측하는 데 유용할 수 있습니다. 기타 개발에는 장주기 및 단주기 파동을 모두 기록할 수 있는 보다 민감하고 내구성 있는 지진계가 포함됩니다. 한 지구 과학자는 지진 경보 시스템이 설치될 수 있다고 믿습니다. 그러한 시스템은 진동을 감지하기 위한 지진계, 임박한 지진으로 해석하는 컴퓨터, 그리고 제때에 비상 요원에게 경고하는 통신 시스템이 필요합니다. 일부 전문가들은 개별 지진계 소유자가 데이터를 수집하여 지진학자에게 전송할 수 있는 지진 발생 지역에 대규모 지진계를 계획하고 있습니다.