Un geófono es un dispositivo que convierte el movimiento del suelo (velocidad) en voltaje , que puede registrarse en una estación de registro. La desviación de este voltaje medido con respecto a la línea de base se denomina respuesta sísmica y se analiza para determinar la estructura de la Tierra.
El término geófono deriva de la palabra griega “γῆ (ge)”, que significa “ tierra ”, y “phone”, que significa “sonido”.
Históricamente, los geófonos han sido dispositivos analógicos pasivos y generalmente comprenden una bobina de alambre montada sobre un resorte que se mueve dentro del campo de un imán permanente montado en una caja para generar una señal eléctrica. [1] Los diseños recientes se han basado en la tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS) que genera una respuesta eléctrica al movimiento del suelo a través de un circuito de retroalimentación activo para mantener la posición de una pequeña pieza de silicio.
La respuesta de un geófono de bobina/imán es proporcional a la velocidad del terreno, mientras que los dispositivos MEMS suelen responder de forma proporcional a la aceleración . Los MEMS tienen un nivel de ruido mucho más alto (50 dB más de velocidad) que los geófonos y solo se pueden utilizar en aplicaciones de movimiento intenso o sísmica activa.
La respuesta de frecuencia de un geófono es la de un oscilador armónico , totalmente determinada por la frecuencia de corte (normalmente alrededor de 10 Hz) y la amortiguación (normalmente 0,707). Dado que la frecuencia de corte es proporcional a la raíz cuadrada inversa de la masa en movimiento, los geófonos con frecuencias de corte bajas (<1 Hz) resultan poco prácticos. Es posible reducir la frecuencia de corte electrónicamente, a costa de un mayor ruido y un mayor coste.
Aunque las ondas que pasan a través de la Tierra tienen una naturaleza tridimensional, los geófonos normalmente están limitados a responder a una sola dimensión, generalmente la vertical. Sin embargo, algunas aplicaciones requieren que se utilice la onda completa y se utilizan geófonos de tres componentes o 3-C. En los dispositivos analógicos, se montan tres elementos de bobina móvil en una disposición ortogonal dentro de una única carcasa.
Los geófonos son similares a los sismómetros en su diseño y también se utilizan para registrar ondas sísmicas . En el pasado, existían claras diferencias entre geófonos y sismómetros. En comparación con los geófonos convencionales, los sismómetros son más adecuados para detectar movimientos de tierra extremadamente pequeños, ya que cubren una banda de frecuencia más amplia, incluido el rango de frecuencia por debajo de su frecuencia natural , generalmente de 0,01 a 50 Hz. [2] En los geófonos convencionales, la banda de frecuencia está en el rango de 1-15 Hz. Son más baratos que los sismómetros y, por lo tanto, se utilizan más comúnmente en matrices para la detección de áreas grandes con una mejor resolución especializada. [2] Sin embargo, con el desarrollo de nuevas tecnologías, la cobertura de frecuencia en dispositivos compactos también ha aumentado significativamente, de modo que los geófonos ahora pueden cubrir bandas de frecuencia de 0 a 500 Hz y los límites entre geófonos y sismómetros se están difuminando. [2]
La mayoría de los geófonos se utilizan en la sismología de reflexión para registrar las ondas de energía reflejadas por la geología del subsuelo. En este caso, el interés principal es el movimiento vertical de la superficie de la Tierra. Sin embargo, no todas las ondas se propagan hacia arriba. Una onda fuerte transmitida horizontalmente, conocida como onda de movimiento de fondo, también genera un movimiento vertical que puede anular las señales verticales más débiles. Al utilizar grandes conjuntos de ondas de superficie ajustados a la longitud de onda de la onda de movimiento de fondo, se pueden atenuar las señales de ruido dominantes y reforzar las señales de datos más débiles.
Los geófonos analógicos son dispositivos muy sensibles que pueden responder a temblores muy distantes. Estas pequeñas señales pueden verse opacadas por señales más grandes provenientes de fuentes locales. Sin embargo, es posible recuperar las pequeñas señales causadas por eventos grandes pero distantes al correlacionar las señales de varios geófonos desplegados en una matriz. Las señales que se registran solo en uno o pocos geófonos pueden atribuirse a eventos locales no deseados y, por lo tanto, descartarse. Se puede suponer que las pequeñas señales que se registran de manera uniforme en todos los geófonos de una matriz pueden atribuirse a un evento distante y, por lo tanto, significativo.
La sensibilidad de los geófonos pasivos es típicamente de 30 voltios por metro por segundo, por lo que en general no reemplazan a los sismómetros de banda ancha . [ aclaración necesaria ]
Por el contrario, algunas aplicaciones de los geófonos se centran únicamente en eventos muy locales. Un ejemplo notable es la aplicación de sensores terrestres remotos (RGS) incorporados en sistemas de sensores terrestres no atendidos (UGS). En este tipo de aplicaciones existe un área de interés que, cuando se penetra en ella, se informa al operador del sistema, tal vez mediante una alerta que podría ir acompañada de datos fotográficos de apoyo.
Se utilizaron geófonos en la Luna para una serie de experimentos activos y pasivos como parte del Paquete de Experimentos de la Superficie Lunar del Apolo .
