传感器是怎样检测到地震的？

由于问题过于模糊，我就姑且回答下地震检波器的工作原理好了。

最传统的机械式地震计会在仪器之中放置一个质量块，采用惯性原理进行工作，也就是说在地震检波器中悬挂一个质量块，当外力传导到仪器上的时候质量块在外力作用下运动，通过对其运动方式的记录来恢复地震响应。

以上图中给出的就是最古老的机械式地震计的原理。下方阻尼器的主要作用是让质量块的运动周期与系统的谐振频率尽量相等。

张衡研制的地动仪同此图原理相似，同属机械式地震计，采用的应该是倒立摆的系统，最大的特点是在下方加入了zhihuer喜闻乐见的蛤来进行方位标定。

上图为倒立式摆原理示意图，印象中张衡的地动仪采用的是相同的原理。

机械式地震计的缺点也是显而易见的，最大的问题在于地面位移频率足够强大时（至少突破谐振频率），质量块才会有比较明显的运动，进而产生高质量的地震记录。而且震动与地震计的反馈有些时候不呈线性关系，导致了很多问题的出现。

后来我们又把电磁感应的原理应用到地震计之中，便生产出了速度型检波器。

速度型地震计的基本原理是：在封闭的磁场内放置一个线圈，摆体的相对运动速度与其线圈输出呈正比。所以有时我们也把速度型地震计称之为电磁式地震计。

摆体的选择上，我们可以直接让线圈进行运动，也可以选择活动铜环进行运动产生涡流进而观测运动状态。前者我们称之为动圈式，后者我们称之为涡流式。

上图为动圈式检波器原理示意图。下方块状体便是一个永久磁铁，上面是一个质量块与线圈的组合，测量输出电压Vout便可以得到其速度。

在涡流式检波器中，震动传播到外壳上之后引起铜环的运动，铜环上受到磁场的影响便会产生涡流，线圈内因涡流的涡旋磁场存在而反馈出感应电动势。

以上是速度型检波器的核心部分，加之以包装和固定就可以作为检波器投入使用了。

上图是石油勘探中常用的地震检波器结构示意图，石油狗们应该都对这个不陌生吧。左侧是核心结构示意图，右侧是整体结构图。

我们也会采用另一种检测地面运动方法：检测地面的加速度，进而恢复出地面位移。

上图为力平衡加速度计（FBA）工作原理示意图。摆体周围是一个线圈，下方存在电容C。当摆体在线圈内产生加速度变化的时候，会产生微弱的电流，加速度越大，产生的电流就越强。右侧存在一个固定电阻R，测量其两端的电压状态，就可得知其加速度大小。

与速度型检波器不同的是，加速度计会产生一个平衡力，使得摆体尽量处于静止状态。

因此，速度型检波器只能检测到相对而言比较大的运动量，而加速度计可以检测到极其微小的运动量。甚至于，在摆体完全静止的时候，速度型检波器基本不会有响应，加速度计却可以检测到摆体的某些运动倾向，也就是加速度状态。

加速度计这种尽量保持摆体静止的工作方式，被称为“伺服系统”。这一系统目前被广泛的应用在地震计当中，这一系统最大的好处主要有线性响应好、工作状态稳定等等， 即使是在强震（一般指里氏震级大于6.0）的环境下也可以稳定工作，因此我们也根据这种原理制造出了“强震计”。

上图是一种电容式的位移变换器，电路图如上所示。位移变换器中包含一个电容器，其中有三块板，白色为摆体，测量电压信号输出可以得到摆体的运动状态，同时电磁力也会尽量使摆体处于平衡状态。

这种地震计测量的位移在低频的时候也会非常灵敏，所以广泛用于宽频带（30秒—120秒）和甚宽频（120秒—240秒）地震计当中。

以上就是地震检波器当中的核心部位的工作原理。需要注意的是，原理图中给出的都是单分量的地震计，而目前大部分地震计都可以进行三分量（笛卡尔坐标系下的XYZ方向）的记录，但各个方向的原理一致。

观测到地震动的状态之后，就可以把电压信号输出为数字信号，形成地震记录。这些工作主要是地震记录仪来完成的，这里不作叙述。

最后，这些内容基本都抄自《地震仪器概论》，作者是哈佛斯可夫和阿格斯尔，如果还想要有更多的认识，请阅读此书以及相关书籍。

的答案主要阐述了地震仪是工作并记录信号的。然而地震仪对信号的纪录是不进行筛选的，它把也会记录到噪音信号。比如你在地震仪旁边跳几下，他也会记录下来。 如果他记录的波形很清晰，如：

Figure 1. Sample waveform showing an event arrival[1].

我们可以很容易用肉眼判定我们检测到了一个事件（event，即地震。下文事件均指地震。但是记录到的波形（尤其对于震级比较小的地震）经常长这个样子：

Figure 2. Example of a bad waveform[2].

有没有事件，何时有事件以及事件持续了多长时间根本看不出来好嘛！！！

这个时候，我们需要对记录到的波形进一步分析才行。

需要用到的假设有：

1. 记录到的波形由震源、地震波传播路径和地震仪器决定；
2. 在一个不太的区域内，如果波速变化不大，地震仪器记录的事件的波形相似。

在这个假设下，如果我们已经记录到了在此区域内已知事件的波形，那么我们只需要判断地震仪记录到波形和已经有的事件的波形是否相似就可以啦[3]！！而波形信号的相似度可以用互相关系数(cross-correlation coefficient)来量化：系数越高越相似。归一化后1为完全一样，0为完全不同：

Figure 3. Two sample signals[4].

做互相关之后：

Figure 4. Cross-correlation measurements of signal 1 and 2.

此互相关最大值（－350处）归一化之后为0.9887，说明相似度很高。如果signal 1是我们已知的事件波形，signal 2是我们刚刚记录到的，那么可以说地震仪检测到的signal 2是一个地震！！

非学术格式参考文献：

1.

2. Zhang, H., D. W. Eaton, G. Li, Y. Liu, and R. M. Harrington (2016), Discriminating induced seismicity from natural earthquakes using moment tensors and source spectra, J. Geophys. Res. Solid Earth, 121, 972–993, doi:10.1002/ 2015JB012603.

3.Wang, B., R. M. Harrington, Y. Liu,H. Yu, A. Carey, and N. J. van der Elst (2015), Isolated cases of remote dynamic triggering in Canada detected using cataloged earthquakes combined with a matched-filter approach,Geophys. Res. Lett., 42, doi:10.1002/2015GL064377.

4.