Desenvolvimento de Acelerômetro para uso em Sísmica de alta resolução

Abstract

Este trabalho descreve o princípio teórico, o desenvolvimento e testes laboratoriais de um acelerômetro para uso em trabalhos sísmicos aplicados à engenharia, hidrogeologia e problemas ambientais. Consiste em um acelerômetro piezoelétrico do tipo compressional simples, sendo que o pré-amplificador de voltagem é incorporado em seu corpo. O pré-amplificador utiliza um amplificador operacional do tipo MOS-FET, cuja impedância de entrada é decrescida a cerca de 100 MΩ, limitando, desta forma, a resposta às baixas frequências e minimizando a influência de variações térmicas. Um potenciômetro permite a calibração dos acelerômetros para que se torne possível compensar eventuais heterogeneidades, permitindo um intercâmbio entre eles. A colocação do pré-amplificador no corpo do acelerômetro evita a capacitância do cabo (que diminui sua sensibilidade) e diminui a impedância de saída do sinal (permitindo o uso de cabos longos). Em contrapartida, torna necessária a vinda de alimentação para este circuito. Diversos testes em laboratório foram efetuados, sendo que o acelerômetro apresentou comportamento linear (± 0,5 dB) em frequências na faixa de 5Hz a 2 kHz, e sinal de saída de 1 V/g. A sensibilidade, em termos de deslocamento de partículas é de 600 pm, limitada pelo ruído instrumental do pré-amplificador. Várias aplicações em trabalhos de campo têm mostrado seu bom desempenho.

Palavras-chave: acelerôrmetro; alta resolução; sísmica rasa.

DEVELOPMENT OF ACCELEROMETER FOR NEAR-SURFACE SEISMIC APPLICATIONS

This paper presents the theoretical principle, the design and laboratory tests of an accelerometer to work on seismic applications related to engineering, hydrogeology and environmental problems. The accelerometer is a piezoelectric simple compression type and a voltage pre-amplifier is placed in its case. The pre-amplifier uses a MOS-FET operational amplifier which the input impedance is decreased to 100 MΩ, limiting the low frequency response and minimizing the influence of thermal variations. A potenciometer permits to calibrate the accelerometers, allowing to compensate eventual heterogeneities, making them interchangeable. The placement of the pre-amplifier in the case avoids cable capacitance (which decreases the sensitivity) and decreases the output impedance of the signal (allowing the use of long cables). On the other hand makes necessary to bring power supply to this circuit. Several laboratory tests were carried out and showed a linear (± 0.5 dB) behavior between 5 Hz and 2 kHz, and output signal of 1 V/g. The sensitivity, in terms of particle displacement, is 600 pm limited by the instrumental noise of the pre-amplifier. Some field works have showed its good performance.

Keywords: accelerometer; high resolution; near-surface geophysics.