الجيوفون هو مُحوِّل حركة أرضي عالي الحساسية، يُحوِّل اهتزازات الأرض إلى إشارات كهربائية. تشمل مكوناته الأساسية ما يلي:
- النواة والملف المغناطيسي - ملف كهربائي يحيط بالنواة المغناطيسية المعلقة.
- مغناطيس دائم – يقوم المغناطيس المثبت على العلبة بإنشاء المجال المغناطيسي.
- الحث الكهرومغناطيسي عندما تتحرك الأرض، يتحرك الغلاف معها، بينما يبقى الملف ثابتًا. تُولّد الحركة النسبية بين الملف والمغناطيس جهدًا يتناسب طرديًا مع سرعة الاهتزاز.
هذه الإشارة المستحثة تسمى الاستجابة الزلزالية، والتي يقوم علماء الزلازل والجيوفيزيائيون بتحليلها لدراسة الهياكل تحت السطحية.
خصائص التردد للجيوفونات
- التردد الطبيعي - التردد الذي يتذبذب به الجيوفون بشكل طبيعي (عادةً ~10 هرتز).
- التردد الزائف - حد أعلى لا يستطيع الجيوفون القياس بعده بشكل موثوق (عادةً ~250 هرتز).
لا تستطيع أجهزة الجيوفون رصد الترددات التي تفوق ترددها الطبيعي إلا. على سبيل المثال:
- دراسات الموجات السطحية → تتطلب أجهزة قياس الموجات الجيوفيزيائية منخفضة التردد (<5 هرتز).
- مسوحات الانكسار → تستخدم عادةً جيوفونات 10–28 هرتز.
- استطلاعات الرأي → تستخدم في كثير من الأحيان جيوفونات 10–40 هرتز.
👉 التنازل عن ميزة ممن أجل الحصول على أخرى:تلتقط أجهزة قياس الموجات الجيوفيزيائية ذات التردد المنخفض إشارات أعمق ولكن بدقة أقل، في حين تلتقط أجهزة قياس الموجات الجيوفيزيائية ذات التردد العالي المزيد من التفاصيل ولكن على أعماق أقل.
أنواع الجيوفونات
الجيوفونات العمودية
- الأفضل لدراسات الانكسار والموجات السطحية.
- حساسة لحركة الأرض الرأسية.
أجهزة قياس الجيوفون الأفقية
- مفضل للمسوحات الانعكاسية القريبة من السطح.
- المزايا:
- تقليل تداخل الموجة المنكسرة
- قياس سرعات موجات القص للحصول على دقة أفضل
هواتف جغرافية متعددة المكونات (3C).
- تحتوي على ثلاثة أجهزة استشعار: واحد عمودي، واثنان أفقيان (بمسافة 90 درجة بينهما).
- التقاط الحركة الأرضية ثلاثية الأبعاد بالكامل.
- شائع في نسبة الطيف الأفقي إلى الرأسي (HVSR) ومشاريع الرصد المتقدمة.
أجهزة قياس الجيوديسيا متعددة الاتجاهات
- وظيفة بغض النظر عن الاتجاه.
- مفيد في البيئات التي يكون فيها محاذاة المستشعر أمرًا صعبًا.
اختيار مغناطيس الجيوفون
تعتبر المغناطيسات الدائمة ضرورية لأداء الجيوفون، حيث تؤثر بشكل مباشر الحساسية والاستقرار والدقةتشمل أنواع المغناطيس الشائعة ما يلي:
| نوع المغناطيس | المزايا | القيود | الاستخدام في الجيوفونات |
|---|---|---|---|
| ألنيكو | دقة عالية، استقرار حراري، فعالية من حيث التكلفة | منتج الطاقة القصوى المنخفضة | لا يزال يعتبر الأكثر ملاءمة بسبب الاستقرار والدقة |
| كوبالت الساماريوم (SmCo) | مقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل | أغلى | تستخدم في الجيوفونات المتخصصة |
| نيوديميوم (NdFeB) | مجال مغناطيسي قوي جدًا، تصميم مضغوط | عرضة للتآكل، وأقل استقرارًا في درجات الحرارة العالية | يتم استخدامه في بعض الأحيان ولكنه ليس مثاليًا للدقة على المدى الطويل |
👉 على الرغم من التقدم في مجال مغناطيسات العناصر الأرضية النادرة، يظل AlNiCo هو الخيار المفضل بسبب دقتها الممتازة واستقرارها وفعاليتها من حيث التكلفة للتطبيقات الزلزالية.
النقاط الرئيسية
- تعتمد الجيوفونات على الحث الكهرومغناطيسي بين الملفات والمغناطيس الدائم.
- يعتمد اختيار التردد على نوع المسح: التردد المنخفض للتحقيقات العميقة، والتردد الأعلى للحل.
- تخدم اتجاهات الجيوفون المختلفة (الرأسي، الأفقي، 3C، متعدد الاتجاهات) أغراضًا متخصصة.
- في حين أن NdFeB وSmCo يقدمان مزايا، مغناطيسات AlNiCo لا تزال هي المعيار الذهبي للجيوفونات.
اترك تعليقاً