SENSORES SISMOLOGICOS BASADOS EN LA
NANOTECNOLOGIA
El objetivo fundamental de La Sismometria es la detección y registro de la señal (ondas sísmicas) proveniente de una fuente sísmica que puede ser un evento natural como los terremotos, o artificial como las explosiones. Las ondas que se producen en el foco de un evento sísmico son las ondas de cuerpo P y S. La onda P se produce por el cambio de volumen y la onda S por el cambio de la forma del medio elástico. La onda P se propaga produciendo en el material dilataciones–compresiones a lo largo de la dirección de propagación. La onda S se propaga produciendo en el material desplazamientos perpendiculares a la dirección de propagación. En la figura 1 se puede observar estas propiedades de las ondas P y S.
Dichas ondas provocan el movimiento del terreno, el cual es detectado por los sensores sísmicos. La medición del movimiento es uno de los problemas mas viejos al que se ha dedicado La Física, sin embargo en la sismomometria adquiere una característica especial pues como todos sabemos, para medir el movimiento es necesario tener un sistema de referencia fijo, lo cual es muy difícil de lograr sobre la superficie de La Tierra cuando es perturbada por la acción de las ondas sísmicas.
Tipos de sensores sismológicos.
Existen dos tipo de sensores sismológicos para medir el movimiento producido por las ondas sísmicas:
• Sensores extensometricos, que miden el movimiento de un punto de la superficie terrestre relativo a otro punto.
• Sensores inerciales, los cuales miden el movimiento del terreno utilizando una referencia inercial (una masa que tiene un acoplamiento débil con la superficie terrestre).
En la figura siguiente se puede observar el principio de funcionamiento de los sensores
extensometricos: Sobre el terreno se anclan dos pilares (A y B) a varias decenas de metros uno del otro. Mediante algún dispositivo (óptico , mecánico, etc.) se mide el movimiento relativo entre los mismos, causado por el paso de las ondas sísmicas. Debido a sus dimensiones y las condiciones especiales que requieren para su instalación, solo se emplean en muy pocos observatorios sismológicos.
Los sensores inerciales constituyen en la actualidad los dispositivos mas utilizados para la detección de las ondas sísmicas, tanto en las investigaciones de la ciencia sismológica como en la ingeniería sísmica, geotecnica o de prospección.
El modelo mecánico de un sensor sismologico inercial se muestra en la figura siguiente:
Una masa inercial M es obligada a moverse en una sola dirección. Mediante un muelle de rigidez S es mantenida en suspensión. El elemento R suministra el amortiguamiento adecuado al sistema.
Cuando el movimiento x(t) del terreno actúa sobre el sistema, se produce un movimiento y(t) de la masa. Debido al acoplamiento débil que existe entre la masa y el terreno se produce un movimiento relativoz(t)=y(t)-x(t).
Los primeros sensores inerciales registraban el movimiento directamente. Posteriormente fueron provisto de transductores que convierten el movimiento en una señal eléctrica. En la actualidad, la gran mayoría de los sismometros de banda ancha, geofonos, acelerometros, etc. que existen, se basan en este modelo.
Aplicaciones
Al principio este tipo de sensor se produjo para ser utilizado en la industria automotriz y aeroespacial fundamentalmente, por la gran demanda que existía de sensores para medir vibraciones en los equipos que dichas industrias producen. Tres características de estos sensores hicieron muy atractivo su empleo:
1. Bajo costo dada la posibilidad de su fabricación masiva.
2. Pequeñas dimensiones .
3. Robustes y hermeticidad
Cuando comenzaron a producirse dichos sensores, sus parámetros técnicos estaban lejos de los requerimientos que los instrumentos sismológicos necesitan, pero con el desarrollo que los mismos han tenido, esa brecha se ha ido eliminando y han comenzado ha invadir el campo de la sismología, la ingeniería sísmica, geotecnica y de prospección.
Existen tres aplicaciones en la esfera de la sismología donde se espera un aumento considerable de su utilización:
• En la formación de redes con una alta densidad de equipos, para detectar en tiempo real, el movimiento fuerte de los sismos con fines de mitigar sus efectos, e implementar programas de respuesta rápida.
• Monitoreo de la integridad estructural de edificios y otras estructuras.
• Sistema de seguridad que actúan automáticamente en caso de sismos fuertes.
Cesar Augusto Suarez
CI 17394384
CAF
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