kuliah ke-7 sekilas seismometer

SEISMOMETERSEISMOMETER

GETARAN SEISMIK dapat berupa getaran yang arah gerakannya vertical dan getaran yang arah getarnya horizontal. Untuk mengetahui

kekuatan gempa bumi digunakan alat yang disebut seismometer. Seismometer berasal dari bahasa Yunani yaitu seismos berarti gempa

bumi dan metero yang berarti mengukur.

Seismometer adalah sebuah alat atau sensor getaran, yang biasanya dipergunakan untuk mengetahui kekuatan gempa bumi. Seismometer yang dirangkai dengan alat yang mencatat parameter gempa disebut

seismograf. Hasil rekaman dari alat ini disebut seismogram.

Rekaman ini dapat dipergunakan salah satunya untuk menentukan magnitudo gempa tersebut. Selain itu dari beberapa seismogram yang

direkam ditempat lain, dapat menentukan pusat gempa atau posisi dimana gempa tersebut terjadi.

VERTICALVERTICAL –– MOTION SEISMOMETERMOTION SEISMOMETER

Pada seismometer jenis vertikal ini beban (massa) yang besar dikaitkan pada batang horisontal berengsel pada pivot sehingga hanya dapat bergerak secara vertikal.

Vertical-Motion Seismometer untuk merekam gerakan tanah vertikal

Horisontal-Motion Seismometer untuk merekam gerakan tanah horisontal

Strain Seismometer merekam atau mengukur perubahan jarak

PERSAMAAN GERAK SEISMOMETERPERSAMAAN GERAK SEISMOMETER

Seismometer bekerja berdasarkan prinsip pendulum (pegas berbeban). Jika terdapat simpangan dari posisi setimbangnya, maka terdapat gaya

pemulih (restoring force) yang sebanding dengan pergeserannya. Untuk simpagan/pergeseran vertikal atau horisontal, sebesar u, gaya

pemulihnya :

F = -ku

dan simpangan pada tanah adalah q, sehingga simpangan total dari massa inersia M, adalah u + q, dengan persamaan gerak :

kuqut

M

)(2

2

Jika persamaan dibagi dengan M dan k/M = o2, kita peroleh

persamaan gaya gerak harmonik sederhana, yaitu :

2

22

2

2

t

qu

t

uo

Pada persamaan ini o adalah frekuensi natural (alami) atau frekuensi resonansi dari instrument. Jika gerak tanah mempunyai frekuensi yang

sama dengan frekuensi natural ini, maka seismometer akan ikut bergerak dengan getaran yang tak terkendali, sehingga sinyal seismik tidak dapat

terekan dengan tepat.


Untuk mengatasi masalah tersebut, maka gerak seismometer diredam dengan kecepatan bergantung gaya dan berlawanan arah. Suku redaman

dimasukkan dalam persamaan gerak sehingga diperoleh;

2

22

2

2

2t

qu

t

u

t

uoo

Konstanta dinamakan faktor redaman (damping factor) instrument. Faktor redaman ini mempunyai peran yang sangat penting dalam hal

seismometer merespon gelombang seismik.


Sinyal seismik pada umumnya terdiri atas superposisi sejumlah getaran harmonik dengan frekuensi berbeda-beda. Kita dapat mengatur

bagaimana seismometer berfrekuensi natural o, dapat merespon sinyal seismik berfrekuensi , dengan menyelesaikan persamaan di atas dan

q = A cos t.

A adalah amplitudo yang diperbesar, setara dengan gerak tanah sesungguhnya dikalikan dengan faktor perbesaran yang bergantung

pada sensitivitas alat.


Jika simpangan yang terekam oleh seismometer u = U cos ( t - ),

U adalah amplitudo maksimum dan beda phase antara rekaman dan gerakan tanah. Substitusi harga-harga q dan u ke dalam persamaan

gerak diperoleh :

tA

tUtUtU oo

cos

)cos()sin(2)cos(2

22

tAttU oo cos)sin(2)cos()( 222


Jika Jika

cos)( 22 Ro sin2 Ro dan

2/1222222 4)( ooR maka

R

)( 22 o

o2

Sehingga persamaan menjadi :

tAtRtRU cos)sin(sin)cos(cos 2

atau

tAtUR cos)cos( 2

Penyelesaian paling simpel (sederhana), untuk amplitudo maksimum jika =

22

1 2tan

o

o


Penyelesaian paling simpel (sederhana), untuk amplitudo maksimum jika =

22

1 2tan

o

o

Sehingga diperoleh amplitudo u rekaman seismik, yaitu :

)cos(4)(

2/122222

2

tA

uoo


TIPE SEISMOMETERTIPE SEISMOMETER

Seismometer Periode Panjang (Long-Period) Mempunyai respon frekuensi (o ) yang sangat rendah, sehingga

o .

Beda fase () antara seismometer dan gerakan tanah nol. Amplitudo pergeseran seismometer sama dengan pergeseran tanah

teramplifikasi (diperkuat) Seismometer periode panjang sering dinamakan sebagai

displacement meter Didesain untuk sinyal seismik frekuensi 0,01 - 0,1 Hz (periode 10 -

100 s)

Seismometer periode pendek (short period) Dibuat/dikontruksi agar mempunyai periode yang sangat pendek,

sehingga frekuensi resonansinya tinggi, lebih tinggi dari frekuensi gelombang seismik, o>> .

Beda fase () masih cukup kecil

Displacement seismometer periode pendek sebanding dengan percepatan tanah, sehingga sering dinamakan sebagai accelerometer.

Mempunyai frekuensi respon 1 – 10 Hz ( range periode 0,1 – 1 s)

..

22

2 1cos qtAu

oo


Seismometer Broadband (Berpita Lebar) Resolusi sinyal seismik berfrekuensi menengah, 0,1 – 1 Hz,

disebabkan oleh noise. Noise ini antara lain disebabkan oleh gerakan kecil tanah didekat

seismometer yang dinamakan microseismik (microseisms) Mikroseismik dari efek lokal, antara lain disebabkan oleh lalu lintas

kendaraan, hujan, gerak angin ke pepohonan, dll. Sumber mikroseismik yang penting adalah aksi gelombang laut yang dapat terdeteksi sampai cukup jauh.

Broadband seismometer didesain berdasarkan pada prinsip seismometer tipe pendulum inersia, dengan peningkatan kapabilitas dengan sistem gaya umpan balik (force -feedback)


BROADBAND SEISMOMETERBROADBAND SEISMOMETER

Gaya umpan balik sebanding dengan pergeseran massa inersia seismometer.

Jumlah gaya umpan balik ditentukan menggunakan tranducer listrik untuk mengubah gerak massa inersia menjadi sinyal listrik.

Hasil desain tersebut menghasilkan seismometer yang mempunyai bandwidth yang besar dan respon linear.

VERTICAL MOTIONVERTICAL MOTIONSEISMOMETERSEISMOMETER

DIGITAL DIGITAL SEISMOMETERSEISMOMETER

STRAIN STRAIN SEISMOMETERSEISMOMETER

SEISMOGRAMSEISMOGRAM

Seismogram menyatakan konversi sinyal dari seismometer ke dalam rekaman waktu event seismik Rekaman Analog (Analog recording), berupa rekaman gempabumi

dari seismometer berbentuk goresan pena pada kertas (smoke paper)

Rekaman Digital (Digital recording), sinyal analog dari seismometer dikonversi ke bentuk digital menggunakan ADC berbentuk keluaran bilangan biner.

Skala decimal dan biner 153 = 1 x 102 + 5 x 101 + 3 x 100 (Decimal) 153 = 1 x 27+0 x 26+0 x 25 +1 x 24 +1 x 23 + 0 x 22 + 0 x 21 + 1 x

20

= 10011001

PHASE PADA SEISMOGRAMPHASE PADA SEISMOGRAM

Seismogram sebuah gempabumi terdiri atas sejumlah gelombang seismik yang menjalar melalui lintasan yang berbeda-beda melalui lapisan Bumi antara sumber dan penerima.

Setiap event yang terekam dalam seismogram sebagai phase

Phase pertama pada seismogram adalah arrival gelombang body sebagai gelombang primer atau P-wave.

Rekaman seismogram bergantung juga pada type sensor yang digunakan, misal seismometer komponen vertikal merespon gelombang P, SV dan Rayleigh dan tidak dapat mencatat gelombang SH dan Love.

Seismometer komponen horisontal dapat merespon gelombang P, SH, Rayleigh dan Love.

SEISMOGRAM SEISMOGRAM

AMPLITUDO PHASE SEISMOGRAMAMPLITUDO PHASE SEISMOGRAM

Hal-hal yang mempengaruhi besarnya amplitudo pada seismogram antara lain : Orientasi peralatan terhadap jejak gelombang Jarak episenter Mekanisme sumber (fokus) – focal mechanism Struktur yang dilalui gelombang

TIPE SEISMOGRAMTIPE SEISMOGRAM

Vertical-Vertical-MMotion Seismogramotion Seismogram

Komponen Atas-Bawah (Up-Down)

Horizontal-Horizontal-MMotion otion SSeismogrameismogram

Komponen

Timur-Barat

Komponen

Utara-Selatan

TIPE SEISMOGRAMTIPE SEISMOGRAM

Tipe Horizontal and Vertical Seismogram

kuliah ke-7 sekilas seismometer

Documents