Publication Date:
2024-04-25
Description:
Geophysikalische Sensoren wie Erdgezeitengravimeter und Bohrlochneigungsmesser gehören zu den empfindlichsten mechanischen Meßgeräten, die gebaut werden. Sie zeichnen sich durch große Dynamik bei gleichzeitig extremer Breitbandigkeit aus. Vor allem diesen beiden Aspekten kann bei der konventionellen analogen Registrierung nicht immer Rechnung getragen werden. Deshalb wird mit dieser Arbeit die Einführung eines digitalen Registriersystems für diese Sensoren beschrieben, das moderne Konzepte der digitalen Datenerfassung und -Verarbeitung einsetzt.
Bei zwei aktuellen Projekten in Skandinavien werden drei Askania Bohrlochneigungsmesser und ein LaCoste & Romberg Erdgezeitengravimeter betrieben. Bei der Installation in Norwegen geht es mit dem Einsatz von zwei Neigungsmessern um die Registrierung von Auflastsignalen durch einen Stausee und in Finnland soll mit der 3 Komponentenstation das gesamte Spektrum der Krustendynamik von Eigenschwingungen des Erdkörpers bis zu rezenten Deformationen auf gezeichnet werden. Es wird zunächst der Aufbau der Bohrlochneigungsmesser beschrieben und diskutiert, welche Signale in welchem Frequenzbereich gemessen werden können. Für die Vorbereitung dieser Arbeit wurden Modellrechnungen durchgeführt um über das tatsächliche Übertragungsverhalten im Bereich der Eigenperiode des Pendels mit und ohne Fesselung Auskunft zu erhalten. Die Überholung der Bohrlochneigungsmesser mit dem Ersatz des empfindlichen Original Vorverstärkers bilden den Abschluß der Pendelbeschreibung. Die Grundlagen des Meßprinzips der LaCoste & Romberg Gravimeter werden beschrieben und der analoge Eigenschwingungsfilter des Gravimeters untersucht. Für einen breitbandigen Datenkanal stellt sich bei einer Auflösung der Eigenschwingungssignale mit 72dB die Forderung nach einer Gesamtdynamik von 130dB.
Bei der Darstellung der Grundlagen der digitalen Datenerfassung wird der Schwerpunkt auf die Beschreibung des Abtasttheorems gelegt und das Prinzip des Oversampling beschrieben. Die Umsetzung dieser Theorie in ein digitales Registriersystem mit einer Dynamik von 130dB bei einer Frequenzauflösung von .02 Hertz und dessen Einsatz im Gelände werden vorgestellt. Dabei wurde eine flexible Lösung gefunden, die sich ohne Probleme als Einkanalstation beim Gravimeter, oder als Mehrkanalsystem mit den Neigungsmessern konfigurieren läßt. Darüber hinaus werden zusätzliche Kanäle für meteorologischen Meßdaten bereitgestellt. Kurze Registrierbeispiele geben einen Eindruck von der Qualität der Rohdaten, und die Berechnung einiger Rauschspektren bestätigt, dass die geforderte Auflösung erreicht werden konnte. Beim Gravimeter konnten im Bereich von 102 bis 104 Sekunden
Description:
Geophysical sensors like earth tide gravity meters and borehole tilt meters belong to the group of most sensitive mechanical devices, being available today. Their main features include wide dynamic range and extreme broadband resolution. These aspects are not always taken into consideration when dealing with analogue recording systems. Therefore, this work introduces a digital recording system for the above mentioned sensors which includes the modern concept of data acquisition and data processing.
Within the scope of two projects being carried out in Scandinavia, three Askania borehole tilt meters and one LaCoste & Romberg earth tide gravity meter have been put into operation. In Norway two tilt meters are recording the loading signal of a reservoir. In Finland, a three component station is recording the whole spectrum of crusta dynamics, ranging from free mode signals of the earth to active crustal deformation. After the mechanical construction of the tilt meter has been discussed and the expected signal- and frequency range evaluated, model calculations are presented in order to determine the true transfer property of the pendulum around its natural resonance frequency. The introduction of an improved preamplifier stage for the borehole tilt meter then terminates the chapter on tilt meters.
In the following the principle of operation of the LaCoste & Romberg gravity meter and the analogue free mode filter are being discussed in detail. For a broadband data stream dissolving the free mode signal at 72dB, the total dynamic range requires 130dB. For a broader understanding the basics of digital data acquisition, the sampling theorem and what is called oversampling are discussed in more detail. Furthermore, a digital recording system with a dynamic range of 130dB (at a frequency resolution of .02Hz) and its performance under field conditions is described. In conclusion, the configuration of the system as single channel station (gravity meter) or multichannel station (tilt meter) is demonstrated. In addition to the already existing data channels other channels are available to include meteorological data. Finally, a few original recordings are presented to demonstrate the quality of the raw data sets. The computation of the noise spectra shows, it was possible to achieve the necessary resolution. The noise amplitudes of the gravity meter at the range of 102 - 104 seconds were less than 2 ngal/√Hz and about 10 ngal/√Hz for the pendula.
Description:
thesis
Description:
DFG, SUB Göttingen
Keywords:
ddc:550
;
Geophysik
;
Gravimeter
Language:
German
Type:
doc-type:book
Format:
94
Permalink
