5.1 Der Weg der Signale vom Boden in den Rechner - Teil 1/2
Die Erdbebenwellen setzen den Boden in Bewegung. Die Bodenbewegung ist die Ursache dafür, dass die Pendelaufhängung und der Magnet des Seismometers sich bewegen, die beim Lehrseismographen ja beide an dessen Rahmen befestigt sind, der direkt auf dem Erdboden steht. Bei den ortsfesten Seismometern der Station sind Aufhängung und Magnet fest mit dem Gebäude verbunden. Das eigentliche Pendel ist aber nicht starr mit der Erde verbunden, sondern es ist - wie oben bereits beschrieben - an mehreren Drähten aufgehängt: Deswegen bleibt es träge hinter der Bodenbewegung zurück.
Den Weg der Signale vom Boden auf den Datenträger (Festplatte des Rechners) sehen wir in der nächsten Abbildung:
Abb.42: Der Weg der Signale vom Boden in den Rechner
Die Amplitude der Bodenbewegung wollen wir a0 nennen.
Da bei Fernbeben die Erdbewegung sehr langsam ist, sieht es
für uns so aus, als ob sich das Pendel bewegt.
Im Punkt B auf der Pendelstange ("Bewegungsmittelpunkt") kann man sich die gesamte Masse des Pendels vereinigt denken. Die Entfernung von D bis B ist also die reduzierte Pendellänge. Der Bewegungsmittelpunkt B bewegt sich dann mit der Auslenkung A0, die stets etwas kleiner ist als die Bodenauslenkung a0 ist, wenn das Seismometer richtig gedämpft ist, (vgl. die folgende Abbildung).
Abb.43: Übertragungsfunktion für die Seismometer-Auslenkung bei zwei verschiedenen D&auuml;mpfungen und freie Schwingung des Seismometers bei der "Seismographen-Dämpfung"
Auf die Pendelstange haben wir koaxial zu ihr eine Spule mit vielen Wicklungen (ca. 40000) befestigt. Diese Induktions-Spule taucht auf einer Seite in einen starken Magneten ein (0,8 T). Solche Magnete sind handelsüblich und nicht allzu teuer.
Da die Spule einen größeren Hebelarm als der Bewegungsmittelpunkt hat, ist die Auslenkung A0SP an der Spule etwas größer als B. (Indikator-Vergrösserung) In der bewegten Spule fließt nun ein Strom, genauso, wie das beim Fahrrad- Dynamo der Fall ist: Man kann daher an der Spule eine elektrische Spannung U0 abgreifen, die proportional zu der Geschwindigkeit ist, mit der sich Spule und Magnet gegeneinander bewegen.
Aufgrund des Stroms, der in der Spule fließt, entsteht um die Spule herum ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld ist jedoch dem Feld des Permanent-Magneten entgegen gerichtet (Lenzsche Regel). Dadurch wird die Bewegung der Spule und damit auch die Bewegung des Pendels gebremst.
Dieser Effekt ist vergleichbar mit der Wirbelstrombremse einer Straßenbahn. Die Dämpfung des Seismometer-Pendels kann bequem mit Hilfe eines Dämpfungswiderstands RD eingestellt werden, der parallel zur Induktionsspule geschaltet ist.
An diesem Dämpfungswiderstand greift man auch das elektrische Nutzsignal U0RD ab. Dieses schwache Nutzsignal wird anschließend durch einen Verstärker vergrößert. Allerdings werden dabei auch alle Störsignale (vorbeifahrende LKW, Umhergehen und Laufen im Schulgebäude) mitverstärkt.
Daher wird das verstärkte Signal U0V in den Filter geschickt, wo alle Frequenzen, die kleiner als 0,33 Hz sind, herausgefiltert werden. Das verstärkte und gefilterte Signal U0PC kann nun über eine Messkarte im PC für eine spätere Auswertung gespeichert werden.