El sensor sísmico: geófono

El sensor sísmico es un instrumento para medir el movimiento del suelo cuando su estabilidad ha sido perturbada. El sensor sísmico (sismómetro o geófono) debe suministrar una variable física cinemática relacionada con el movimiento del suelo (desplazamiento, velocidad o aceleración).

Medir el movimiento de la tierra en un punto de su superficie con respecto a ese mismo punto (sin perturbar la medición), no es tarea fácil; por ello, el sensor sísmico es el elemento más crítico y costoso del sistema de medición (el  sismógrafo: el sismómetro y la unidad de almacenamiento).

Esos instrumentos sensorios deben cubrir un amplio rango dinámico, los movimientos más pequeños del suelo pueden llegar a ser tan sólo de unas décima de nanómetros, mientras que la ruptura de una falla puede ocasionar desplazamientos de una decena de metros (un rango dinámico de 10/10^-10 = 10¹¹). Esta variabilidad dinámica, representa un rango demasiado amplio para cubrir con un sensor de construcción estándar (utilizando las técnicas actuales). La sensibilidad del instrumento además será perturbada por el ruido de fondo natural micro sísmico que tiene una alta dependencia de la frecuencia. La banda de frecuencia para estudios sismológicos se considera que oscila en un rango de 0,00001 Hz hasta 1000 Hz .

        

Frecuencias típicas generadas por diversas fuentes sísmicas.
Frecuencia (Hz)	Tipo de medida
0.00001-0.0001	Mareas de la corteza terrestre
0.0001-0.001	Oscilaciones libres de la tierra; terremotos
0.001-0.01	Ondas superficiales; terremotos
0.01-0.1	Ondas superficiales, ondas P y S; terremotos con M > 6
0.1-10	Ondas P y S; terremotos con M> 2
10-1000	Ondas P y S; terremotos con M< 2

Dado que las mediciones sismológicas se realizan en un marco de referencia inercial en movimiento (la superficie de la Tierra), casi todos los sensores se basan en la inercia de una masa suspendida oscilante (un péndulo), que tenderá a permanecer en estado estacionario en respuesta a movimientos externos. El movimiento relativo entre esa masa suspendida y el suelo será función del movimiento de la tierra. Si la frecuencia de desplazamiento del terreno está cerca de la frecuencia de resonancia, se obtiene un movimiento relativo mayor (dependiendo del amortiguamiento); por debajo de la frecuencia de resonancia el desplazamiento relativo disminuye.

El reto en la construcción de instrumentos sísmicos, consiste en que tanto los sensores como los grabadores (en nuestro caso el datalogger) deben tener la potencialidad de cubrir un amplio dominio de frecuencias y un amplio rango dinámico. Los valores extremos antes señalados no eximen que una estación para estudios sismológicos locales y globales, deba cubrir al menos la banda de frecuencia de 0,01 a 100 Hz, para tener la potencialidad de detectar movimientos de tierra desde 1 nm hasta 10 mm. Esa banda de frecuencia es aún imposible de resolver con un solo tipo de instrumento, pero se tiende a la fabricación de costosos instrumentos con rangos dinámicos y  de frecuencia relativamente grande (los llamados sensores de banda ancha (BB) o banda muy ancha (VBB). Sin embargo, aun podemos continuar haciendo ciencia con los clásicos instrumentos de corto período (SP), largo período (LP) o con los de movimientos fuertes (SM).

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        Geofono SM-6        Leer artículo completo