Геофон — это устройство, которое преобразует движение (скорость) грунта в напряжение , которое может быть записано на записывающей станции. Отклонение этого измеренного напряжения от базовой линии называется сейсмическим откликом и анализируется на структуру Земли .
Термин «геофон» происходит от греческого слова «γῆ (ge)», означающего « земля », и «телефон», означающего «звук».
Геофоны исторически были пассивными аналоговыми устройствами и обычно содержат подпружиненную проволочную катушку, движущуюся в поле постоянного магнита, установленного на корпусе, для генерации электрического сигнала. [1] Последние разработки были основаны на технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС), которая генерирует электрический отклик на движение грунта через активную цепь обратной связи для поддержания положения небольшого кусочка кремния.
Реакция геофона с катушкой/магнитом пропорциональна скорости грунта, тогда как устройства MEMS обычно реагируют пропорционально ускорению . МЭМС имеют гораздо более высокий уровень шума (скорость на 50 дБ выше), чем геофоны, и могут использоваться только при сильных движениях или активных сейсмических исследованиях.
Частотная характеристика геофона аналогична частотной характеристике гармонического генератора , полностью определяемой угловой частотой (обычно около 10 Гц) и затуханием (обычно 0,707). Поскольку угловая частота пропорциональна обратному квадратному корню из движущейся массы, геофоны с низкими угловыми частотами (< 1 Гц) становятся непрактичными. Можно снизить угловую частоту электронным способом, ценой более высокого шума и стоимости.
Хотя волны, проходящие через Землю, имеют трехмерную природу, геофоны обычно реагируют на одно измерение – обычно вертикальное. Однако в некоторых приложениях требуется использование полной волны и трехкомпонентных геофонов или геофонов 3-C. В аналоговых устройствах три элемента подвижной катушки установлены ортогонально в одном корпусе.
Большинство геофонов используются в сейсмологии отражения для регистрации энергетических волн, отраженных подземной геологией. В этом случае основной интерес представляет вертикальное движение поверхности Земли. Однако не все волны движутся вверх. Сильная горизонтально передаваемая волна, известная как качка земли, также создает вертикальное движение, которое может заглушить более слабые вертикальные сигналы. Используя массивы большой площади, настроенные на длину волны земной волны, можно ослабить доминирующие шумовые сигналы и усилить более слабые сигналы данных.
Аналоговые геофоны — очень чувствительные устройства, способные реагировать на очень отдаленные толчки. Эти небольшие сигналы могут быть заглушены более сильными сигналами от местных источников. Однако возможно восстановить слабые сигналы, вызванные крупными, но удаленными событиями, путем корреляции сигналов от нескольких геофонов, развернутых в группе. Сигналы, зарегистрированные только на одном или нескольких геофонах, могут быть отнесены к нежелательным локальным событиям и, таким образом, отброшены. Можно предположить, что небольшие сигналы, которые регистрируются одинаково на всех сейсмоприемниках в группе, можно отнести к отдаленному и, следовательно, значимому событию.
Чувствительность пассивных геофонов обычно составляет 30 вольт на (метр в секунду), поэтому они, как правило, не являются заменой широкополосных сейсмометров . [ нужны разъяснения ]
И наоборот, некоторые приложения геофонов интересуются только очень локальными событиями. Ярким примером является применение дистанционных наземных датчиков (RGS), встроенных в необслуживаемые системы наземных датчиков (UGS). В таком приложении существует область интереса, о проникновении в которую должен быть проинформирован системный оператор, возможно, посредством предупреждения, которое может сопровождаться подтверждающими фотографическими данными.
Геофоны использовались на Луне для ряда активных и пассивных экспериментов в рамках пакета экспериментов на лунной поверхности Аполлона .
