Seismometer

Contoh awal

Prinsip ini boleh ditunjukkan oleh sebuah seismometer tujuan khusus yang terawal, yang terdiri daripada sebatang batu ladung yang besar, dengan jejarum di bawah. Apabila bumi mulai bergegar, beban berat batu ladung ini memiliki inersia yang cukup untuk kekal pegun dalam rangka rujukan bukan bumi. Hasilnya, jejarum itu mencoret satu corak yang berpadanan dengan gerakan Bumi. Jenis seismometer gerakan kuat ini tercatat di atas kaca asap (kaca berjelaga karbon). Biarpun tidak cukup peka untuk mengesan gempa bumi dari jauh, namun alat ini mampu menunjukkan arah gelombang tekanan, sekaligus membantu mencari pusat gempa setempat – alat sedemikian berguna untuk menganalisa gempa bumi San Francisco 1906. Analisa semula lanjutan dilakukan pada 1980-an dengan catatan-catatan lama ini untuk membolehkan penentuan yang lebih jitu akan lokasi pecahan sesar awal di kaunti Marin kemaraan yang menyusulinya ke arah selatan.

Reka bentuk awal

Selepas tahun 1880, kebanyakan seismometer diturunkan daripada yang were dimajukan oleh pasukan John Milne, James Alfred Ewing dan Thomas Gray, yang bertugas di Jepun pada tahun 1880 hingga 1895. Seismometer-seismometer ini menggunakan batu ladung batu ladung mengufuk yang teredam. Selepas Perang Dunia II, teknologi ini disesuaikan dalam seismometer Press-Ewing yang laris digunakan.
Kemudian, kemudahan-kemudahan peralatan profesional untuk rangkaian seismografi piawai sedunia dilengkapi dengan satu peranggu alatan yang ditalakan agar mengayun pada 15 saat, dan satu lagi pada 90 saat, setiap set menyukat di tiga arah berlainan. Penggiat amatur atau balai cerap yang terhad kelengkapannya menalakan alat-alatnya kepada 10 saat.

Seismometer batu ladung mengufuk teredam ini mengayun seperti pintu pagar. Sebuah beban besar dipasang di atas puncak segi tiga yang panjang (dari 10 cm hingga beberapa meter) yang berengsel pada hujung menegaknya. Apabila bumi bergerak, beban itu kekal bergerak sambil mengayun-ayun "pintu" pada engsel.
Kelebihan batu ladung mengufuk adalah mampu mencapai kekerapan ayunan yang amat rendah dalam alat yang padat. "Pintu" ini condong sedikit, maka beban itu sering berbalik kepada kedudukan tengah dengan perlahan. Batu ladung ini dilaraskan (sebelum redaman dipasang) untuk mengayun sekali dalam tiga saat atau 30 saat. Peralatan kegunaan am di stesen kecil atau amatur lazimnya mengayun sekali dalam 10 saat. Seceper minyak diletakkan di bawah lengan, dan sehelai kecil logam yang dipasang di atas sebelah bawah lengan itu menarik masuk minyak untuk meredamkan ayunan. Takat minyak, kedudukan pada lengan, dan sudut dan saiz helaian itu dilaras sehingga redaman itu "genting", iaitu hampir mengayun. Engsel ini bergeseran amat rendah, lazimnya merupakan dawai kilasan, maka geseran hanya berlaku dalam dawai tu. Seismograf kecil dengan beban pruf rendah diletakkan dalam hampagas untuk mengurangkan gangguan dari arus udara.
Zollner memerikan batu ladung mengufuk gantungan secara kilasan seawal tahun 1869, tetapi memajukan alat itu untuk bidang gravimetri, bukan seismometri.
Seismometer-seismometer awal ini mempunyai susunan tuas pada galas permata, untuk mencoret di atas kaca asap atau kertas. Kemudian, cermin memantukan pancaran cahaya ke arah kepingan atau gelungan kertas foto yang merakam secara terus. Buat seketika, sesetengah reka bentuk kembali ke gerakan mekanikal demi menjimatkan wang. Dalam sistem-sistem pertengahan abad ke-20, cahaya itu dipantulkan ke sepasang fotosensor elektronik kebezaan yang dipanggil pemfotoganda (photomultiplier). Voltan yang dijana dalam pemfotoganda ini digunakan untuk memacu galvanometer yang mempunyai sekeping cermin kecil yang terpasang pada paksi. Pancaran cahaya terpantu yang bergerak itu mengenai permukaan gelendong berputar yang diliputi dengan kertas yang peka foto. Oleh sebab mencuci kertas peka foto itu terlalu mahal, banyak balai cerap seismos beralih ke kertas peka terma atau dakwat.
Satu lagi peranti yang agak ringkas digunakan pada akhir abad ke-19 hingga awal abad ke-20. Ia terdiri daripada sebuah batu ladung yang bebas bergerak ke mana-mana arah, dengan pena di bawah yang menyentuh kepingan kaca asap. Biarpun tidak menyediakan maklumat tentang waktu atapun gempa jauh, ia mampu memberikan arah gegaran awal yang jitu dan terbukti berkesan dalam analisa gempa bumi San Francisco 1906 pada akhir abad ke-20.

Alat moden

Alat-alat yang terkini pula menggunakan pengesan elektronik, penguat (amplifier), dan peranti rakaman. Kebanyakan alat ini berjalur lebar dan meliputi julat frekuensi yang luas. Sesetengah seismometer mampu menyukat gerakan yang berfrekuensi 500 Hz hingga 0.00118 Hz (1/500 = 0.002 saat sekitaran, hingga 1/0.00118 = 850 saat sekitaran). Ampaian mekanik untuk alat-alat mengufuk mengekalkan resmi pintu pagar yang diterangkan di atas. Alat-alat yang menegak pula menggunakan sejenis ampaian daya malar, misalnya ampaian LaCoste yang menggunakan spring kepanjangan sifar demi kepekaan tinggi. Sesetengah alat moden menggunakan rekabentuk "tripaksi", iaitu tiga pengesan gerakan yang seiras dipasang pada sudut yang sama di garis tegak tetapi terpisah 120 darjah pada garis ufuk. Pergerakan menegak dan mengufuk boleh dihitung daripada keluaran ketiga-tiga pengesan itu.
Seismometer tidak terelak daripada menyebabkan sedikit herotan dalam isyarat yang diukurnya, tetapi sistem-sistem rekaan profesional berupaya mencirikan transform frekuensi dengan teliti.
Kepekaan moden datang dalam tiga julat yang luas, iaitu: geofon, 50 hingga 750 V/m; seismograf geologi setempat, sekitar 1,500 V/m; dan teleseismograf kegunaan tinjauan sedunia, sekitar 20,000 V/m. Alat-alatnya pula datang dalam tiga jenis utama, iaitu jangka pendek, jangka panjang dan jalur lebar. Yang jangka pendek dan panjang itu mengukur halaju dan amat peka, tetapi 'memotong' isyarat atau terkeluar dari skala untuk gerakan bumi yang cukup kuat untuk dirasai orang. Juga banyak digunakan saluran penukaran analog ke digital 24-bit.