CN109416407A - 平行偶极线阱地震仪和振动传感器 - Google Patents

平行偶极线阱地震仪和振动传感器 Download PDF

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Abstract

提供了平行偶极线(PDL)阱地震仪和振动传感器。该地震仪包括：至少一个PDL阱，其具有一对偶极线磁体，以及悬浮在偶极线磁体上方的反磁性物体；以及感测系统，用于确定反磁性物体相对于偶极线磁体的位置，并根据加速度位移产生地震信号。还提供了使用本PDL阱地震仪和振动传感器来感测振动的方法。

Description

平行偶极线阱地震仪和振动传感器
技术领域
本发明涉及磁平行偶极线(PDL)阱(trap)系统，更具体地，涉及PDL阱地震仪和振动传感器。
背景技术
地震仪是一种测量由于地震、火山活动或其他来源产生的地震活动引起的地面运动的仪器。地震仪可用于绘制地球内部并测量这些地震活动源的大小和位置。原则上，地震仪也是振动传感器。对地震活动的分布式感测需要大量的低成本和高灵敏度地震仪。
有各种类型的地震仪可以使用，例如基于钟摆的地震仪和使用压电或微机电(MEMS)传感器的加速计。许多这些地震仪都适用于强烈运动检测。但是，低成本、弱运动检测传感器仍然缺乏。参见例如商人，“地震学中的MEMS应用”，地震仪器技术研讨会，2009年11月(Merchant,“MEMS Applications in Seismology,”Seismic InstrumentationTechnology Symposium,November 2009)(31页)。
因此，需要改进的运动检测器传感器设计。
发明内容
根据优选实施例，本发明提供了平行偶极线(PDL)阱地震仪和振动传感器及其使用技术。在本发明的一个方面，提供了一种地震仪。该地震仪包括：至少一个平行偶极线(PDL)阱，其具有一对偶极线磁体，以及悬浮在偶极线磁体上方的反磁性物体；以及感测系统，用于确定反磁性物体相对于偶极线磁体的位置。
在本发明的另一方面，提供了一种用于感测振动的方法。该方法包括：提供一种地震仪，该地震仪包括至少一个PDL阱，该PDL阱具有一对偶极线磁体，以及悬浮在偶极线磁体上方的反磁性物体；以及，确定反磁性物体相对于偶极线磁体的位置，其中PDL阱中的反磁性物体的位移对应于振动的大小。
通过参考以下详细描述和附图，将获得对本发明的更完整的理解以及本发明的进一步的特征和优点。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1是说明根据本发明的一个实施例的磁平行偶极线(PDL)阱系统的图，该系统具有使用横向磁化(也称为直径)磁体捕获的反磁性圆柱形物体；
图2是表示根据本发明的一个实施例的基于被困杆(trapped rod)和PDL磁体基座的相对运动的地震信号的示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的光无源感测方案的正视图；
图4是根据本发明的一个实施例的光无源感测方案的侧视图；
图5是根据本发明的一个实施例的视频无源感测方案的正视图；
图6是根据本发明的一个实施例的视频无源感测方案的侧视图；
图7是根据本发明的一个实施例的无源电容感测方案的正视图；
图8是根据本发明的一个实施例的无源电容方案的侧视图；
图9是根据本发明的一个实施例的有源(力反馈感测)方案的正视图；
图10是根据本发明的一个实施例的有源(力反馈感测)方案的侧视图；
图11是示出根据本发明的一个实施例的使用这里的基于PDL阱的地震仪和光学感测方案的振动感测的示例性方法的示意图；
图12是示出根据本发明的一个实施例的使用这里的基于PDL阱的地震仪和视频感测方案的振动感测的示例性方法的示意图；
图13是示出根据本发明的一个实施例的使用这里的基于PDL阱的地震仪和电容感测方案的振动感测的示例性方法的示意图；
图14是示出根据本发明的一个实施例的使用这里的基于PDL阱的地震仪和主动感测方案的振动感测的示例性方法的示意图；
图15是示出根据本发明的一个实施例的用于在多个方向上检测地震信号的示例性双轴系统的俯视图；
图16A是示出根据本发明的一个实施例的用于在多个方向上检测地震信号的示例性三轴系统的俯视图；
图16B是根据本发明的一个实施例的三轴系统的侧视图；以及图17是示出根据本发明的一个实施例的用于执行在此呈现的一种或多种方法的示例性装置的示意图。
具体实施方式
本文提供了使用磁平行偶极线(PDL)阱系统进行地震感测的技术。有利地，使用基于PDL阱的设计提供低成本和高灵敏度(即，能够检测弱地震活动)的地震仪传感器解决方案。即，这里的地震仪/运动传感器可以检测小于1ng/Hz0.5的噪声，具有从大约0.1赫兹(Hz)到大约10Hz的带宽，小于大约0.25g的峰值加速度，(其中g是地球表面的重力加速度)和大于约120分贝(dB)的动态范围，同时只需要更不复杂因此更低成本的组件。
PDL阱能够使用用作PDL系统的横向磁化(也称为直径)磁体捕获反磁性圆柱形物体(即，“被困杆”)。参见图1。阱的关键特征是沿纵向(即主要)轴的“驼峰磁势(camelbackmagnetic potential)”，其提供稳定的捕获。参见例如Gunawan等人的“平行偶极线系统”，应用物理简报106，(“A parallel dipole line system”，Applied Physics Letters 106)pp.062407-1-5(2015年2月)(下文称为“Gunawan”)；授予Cao等人的题为“用于圆柱形反磁性材料的磁阱(Magnetic Trap for Cylindrical Diamagnetic Materials)”的美国专利号8,895,355、美国专利号9,093,377、美国专利号9,236,293和美国专利号9,263,669，其内容通过引用并入本文，如同在此完全阐述一样。对于一对圆柱形直径磁体系统，沿着纵向(z轴)存在“驼峰磁势”，即偶极线边缘附近的磁场增强，其发生在长度超过临界长度LC的直径磁体上，其中LC～2.5a，其中a是磁体的半径。
PDL阱中的磁体具有细长的形状，例如圆柱形、棒形或条形，其磁化方向是横向(垂直于长轴)。这些磁体在本文中称为“偶极线”或“直径”磁体。被困物体如石墨杆可以被捕获在中心。被困物体将悬浮在一对直径磁体上方。由于被困物体是悬浮的，它悬在空中，因此与周围物体相隔离不接触，允许非常灵敏的力检测。
在操作期间，PDL阱应保持在水平位置，使得杆被捕获在中心。在存在地面振动的情况下，被困杆由于其惯性而倾向于保持在固定位置(同时振动使磁体基座移动)。被困杆和PDL磁体基座之间的相对运动可以作为地震信号被检测和测量，如图2所示。图2是示出被困杆相对于PDL磁体基座的位移z(以毫米为单位测量(mm))作为时间t的函数(以秒(s)为单位测量)的示意图。
地面加速度aG可以由下式推导：
aG＝d2z/dt2+b/m×dz/dt+k/m×z (1)
其中z是杆位移，b是由于周围空气引起的杆的阻力系数，k是PDL阱中心的驼峰弹簧常数，m是杆的质量。
这里的基于PDL阱的地震仪系统的一个显著优点是它天然是一维振荡器，因此简化了设计并最小化了对来自其他维度的振荡模式的干扰。如下面将详细描述的，可以容易地实现多轴地震感测以检测多个方向上的振动。
这里的基于PDL阱的地震仪系统的另一个显著优点是它提供高灵敏度，其可以通过改变PDL磁体的纵横比(即，长度比半径L/a，其中L是磁体的长度)来调整。这种高灵敏度是由于被困杆的长振荡周期(T)。例如，对于纵横比L/a＝16且磁体磁化M＝106A/m的PDL阱，可以容易地获得T＝3秒的(长)周期。通过增加纵横比(L/a)可以获得灵敏度的提高。即，较大的L/a将“驼峰磁势”拉得更宽，这导致“较弱”的限制磁势(即，这增加了PDL阱的弹簧常数kz’)。参见例如Gunawan的图2。具体而言，在较高的纵横比(长度/半径)下，通过较长磁体或较宽的驼峰磁势，灵敏度变得更好(较小的分辨率)。因此，通过相对于其半径(a)增加磁体的长度(L)，可以增加这里的PDL阱地震仪的灵敏度。
这里的基于PDL阱的地震仪的另一个优点是通过选择石墨杆的直径可以容易地调节阻尼因子。即，当被困杆移位时，它倾向于在阱的中心处振荡。参见例如Gunawan(图3a-其显示了从视频中提取的一维驼峰磁势上的杆振荡)。然而，由于空气摩擦，振动受到阻尼。参见例如Gunawan等人的题为“平行偶极线阱粘度计和压力表(Parallel Dipole Line TrapViscometer and Pressure Gauge)”的美国专利申请序列号14/826,934(下文称为“美国专利申请序列号14/826,934”)，其内容通过引用并入本文，如同在此完全阐述一样。如美国专利申请序列号14/826,934所述，当杆的直径变小时，阻尼更严重(阻尼变得更强)，即阻尼时间常数τ随着杆直径的减小而减小。相反，τ随着杆直径更大而增加(阻尼变弱)。阻尼时间常数τ也随着杆更长而增加。
换句话说，杆的直径和长度控制该振荡器的Q因子，其中：
Q＝πτf0, (2)
其中τ是阻尼时间常数，f0是振荡频率。还可以通过将该阱封闭在真空外壳中来增加阻尼时间常数并因此增加Q。这将消除杆上的粘性阻力并消除阻尼。
如上所述，读数涉及测量PDL磁体基座相对于悬浮的被困杆的移动。当将本地震仪放置在表面(例如地面)上时，由于其惯性，被困杆倾向于保持在固定位置。因此，当存在地面运动时，PDL磁体基座将相对于(静止的)被困物体移动(因为它与地面接触)。在大多数情况下，为了获得更高的灵敏度并降低地震信号的本底噪声，希望通过使用更大直径和更长的反磁性杆和/或通过添加真空外壳来获得更大的Q因子(参见例如图15)。
本文提出了使用本PDL地震仪的两种不同类型的地震感测方案。第一种类型是被动感测方案，其中仅使用例如光学感测、视频感测、电容感测等来简单地测量PDL磁体基座相对于被困杆的运动。然后可以使用观察到的杆位移值来确定地震活动的大小。另一种类型是主动感测方案，其(被动地)监测被困杆，并且当由于例如地面运动而检测到杆(相对于PDL磁体基座)的移动时，(主动)施加反作用力，用于保持杆的固定(即，防止杆相对于PDL磁体基座移动)。反作用力或加速度的大小成为输出的地震信号。现在将详细描述这些不同类型的感测方案。
无源感测：在第一示例性实施例中，采用如图3(前视图)和图4(侧视图)中所示的光学无源感测方案。如图3和图4所示，该光学感测方案涉及PDL阱的一侧(例如，顶部)上的光源，以及PDL阱的底侧上在光源下方/与光源相对的差分光电探测器，这样被困杆可以在光源和光电探测器之间通过并遮挡光电探测器。例如，在图3和图4所示的示例中，光源在PDL阱上方并且光电探测器在PDL阱下方，但是如果光源在阱下方并且光电探测器在阱上方，本技术也可以以所描述的相同方式实现。合适的光源包括但不限于白炽灯泡、发光二极管和/或激光器，合适的光电探测器包括但不限于半导体光电探测器和/或光敏电阻器(LDR)。
如图所示，例如，在图3中，可能希望在PDL磁体之间打开一个间隙(即，PDL磁体自然地结合在一起，但是可以在磁体之间打开一个小间隙而不会使被困物体掉落)，以在光源和光电探测器阵列之间提供视线。可以例如使用固定间隔物或固定/可变安装固定装置来产生该间隙，例如，如在题为“具有可变间隙和可调谐阱势的平行偶极线阱(ParallelDipole Line Trap with Variable Gap and Tunable Trap Potential)”的美国专利申请序列号15/131,566中所述，其副本在文件中提供。
如图4所示，当物体相对于PDL磁体基座移动时，它在光源和光电探测器之间通过。如果物体移动到阱的左侧，它将阻挡来自光源的光线到达阱左侧的光电探测器，而来自光源的光线将到达阱右侧的光电探测器。当物体移动到阱的右侧时，它将阻挡来自光源的光线到达阱右侧的光电探测器，而来自光源的光线将到达阱左侧的光电探测器。
由于被困杆的移动而导致的本来持续照射的中断将导致来自光电探测器的差分光电流信号。如图4所示，可采用位置检测器电路从光电探测器接收该信号，并将信号数据馈送到微计算机，微计算机计算PDL阱中杆的位移。根据示例性实施例，位置检测器电路包括差分运算或仪表放大器。
这种无源光学感测方案是有利的，因为它既成本低又提供快速响应时间(例如，高达1兆赫的带宽)。虽然这种无源光学感测方案准确地检测了杆的水平运动，但是地震活动也可以包括垂直运动分量。用于感测垂直运动的技术如下所述。
在另一示例性实施例中，采用如图5(前视图)和图6(侧视图)中所示的基于视频的无源感测方案。如图5和图6所示，至少一个数字摄像机被定位(例如，在阱上方和/或与阱相邻)以捕获被困杆相对于PDL磁体基座的运动的数字视频图像。值得注意的是，摄像机安装在与PDL阱磁体相同的底盘上，使得摄像机和PDL阱磁体的位置相对于彼此固定。在图6所示的示例中，数字摄像机将PDL阱/杆的图像传递到微计算机，微计算机分析图像数据以使用计算机视觉程序检测杆随时间在阱中的位置。例如，如美国专利申请序列号14/826,934中所详述的，数码相机中的像素收集光子，该光子被转换成表示强度的电荷。在图像分析期间，可以从每个视频帧或线扫描(linescan)、例如沿着杆的纵轴的线扫描测量图像像素的强度。仅举例来说，可以通过选择标记杆的边缘的特定强度值(称为“边缘阈值”)来确定杆在阱中的位置。参见例如Gunawan(补充材料A.2)。
可选地，如图6所示，可以采用多个摄像机，其能够检测杆在一个以上的维度上的运动。即，当存在地面运动时，被困杆可以(相对于PDL磁体基座)沿y(垂直)和z(水平)方向移动(参见图6)，即，地震活动可能涉及横向地面移位和上下运动。位于阱上方的摄像机(摄像机#1)捕获杆沿水平(z)方向的移动。然而，为了捕获杆沿垂直(y)方向的移动，可以采用位于阱的一侧附近的第二摄像机(摄像机#2)。该摄像机#2捕获杆相对于PDL磁体基座的任何上下移动。因此，根据该示例性实施例，本技术可以用于检测二维(即，沿y和z方向)的运动。
在又一示例性实施例中，采用如图7(前视图)和图8(侧视图)中所示的无源电容感测方案。如图7和图8所示，电极(电极#1和电极#2)是由一对半圆柱形壳体组成的圆柱形外壳电极，所述半圆柱形壳体被放置成在不接触杆的情况下包围杆。外壳电极的壳体安装在阱两端的固定装置上(参见例如图8)。杆保持悬浮并且可以沿纵向轴线z自由移动而不接触电极壳体。参见例如Oki Gunawan的题为“具有平行偶极线阱的电压可调谐1维电磁势和探针系统(Voltage-Tunable 1D Electro-Magnet Potential and Probe System withParallel Dipole Line Trap)”的美国专利申请序列号15/131,443(下文称为“美国专利申请序列号15/131,443”)，其副本已放在文件中。电极用两个电阻器(R)连接。电阻器与电极形成电阻器-电容器(RC)桥。如本领域所公知的，桥接电路包含两个电路支路，它们由包含电压表VB的第三支路“桥接”。如图8所示，交流(AC)电压源(VS)连接到RC桥和PDL磁体。每个支路中的RC网络用作分压器。因此，通过使用VB测量电极之间的差分电压，可以测量桥中的电压失衡，从而推断出杆位移。如图8所示，该数据由微计算机收集/分析。在美国专利申请序列号15/131,443中提供了关于使用电容感测来检测杆定位的进一步细节。
通常，利用电容感测，当杆在电极和磁体之间通过时，基于电容的变化来确定杆在PDL阱中的位置。使用图7和8中所示的系统为例，当杆在阱中移动时，它改变系统的电容(即，当杆(导体)进入电极和磁体之间时系统的电容改变(例如，增加))。因此，可以从系统读出的电压VB确定杆的位置(z)。
主动感测：如美国专利申请序列号15/131,443中所述，可以使用位于PDL阱上的电极来操纵杆在阱中的位置。即，如果将直流(DC)偏置电压VS施加到磁体和电极，则杆将被(施加电压)拉向电极。可以根据本技术利用该概念来提供主动感测方案，其中，不是仅仅(被动地)监测杆的位置，而是向杆施加反作用力以使其保持静止。然后可以使用保持杆静止所需的反作用力的大小来评估地面运动的大小(即，随着地面运动的增加将需要更大的反作用力)。因此，不是施加偏置电压VS来驱动杆，而是施加偏置电压来抵消杆的运动并使杆保持相对于阱或磁体静止。
在图9(前视图)和图10(侧视图)中示出了主动(力反馈感测)方案。如图9和图10所示，两组圆柱形外壳电极(电极#1和电极#2)各自具有位于包围但不接触杆的位置的壳体电极。电极#1和电极#2各自连接到由微计算机控制的独立DC电压源(即，分别为VS1和VS2)。电极(电极#1和电极#2)可以通过DC电压来偏置，其将在被困杆上施加力。根据示例性实施例，光学感测方案(如以上结合图3和图4的描述所描述的)用于检测杆的位置或运动。如图9所示，电极壳体在中心处具有开口间隙，该开口间隙允许光通过其到达差分光电探测器，从而允许检测杆运动。
在存在地面振动的情况下，系统检测到运动，并且电子反馈系统将激励施加反作用力的两个电极，使得杆变得静止。微计算机收集视频数据并调节VS1和VS2以使杆相对于磁体基座保持静止。可以使用众所周知的比例-积分-微分(PID)控制方案，其中通过调整P、I和D增益参数，可以优化系统的性能或响应时间。
现在通过参考图11-14描述使用本无源和有源感测方案来用于振动检测。例如，图11提供了使用光学感测方案(如上面根据图3和4的描述所描述的)的振动传感的示例性方法1100。如上所述，光学感测方案涉及光源和位于PDL阱的相对侧上的光电探测器，使得被困杆可以在其间通过。
在步骤1102中，光源照射被困杆。当被困杆静止时，光电探测器将接收恒定的照明。然而，当被困杆相对于PDL磁体基座移动时，将存在来自光电探测器的差分光电流信号，其在步骤1104中被读取。即，当移动杆在光源和光电探测器之间通过时，光电流信号改变，即从完全照明到部分或完全遮挡(来自移动杆)。在步骤1106中使用光电流信号来计算杆相对于PDL磁体基座的位移，其等于振动的大小(即，更大幅度的振动导致杆的更大位移)。基本上，由于光电探测器位于沿PDL磁体基座的水平轴的固定点处，因此记录差分光电流信号的那些光电探测器可用于评估杆相对于基座的精确移动。
图12提供了用于使用视频感测方案(如以上根据图5和6的描述所描述的)的振动感测的示例性方法1200。如上所述，视频感测方案涉及使用至少一个摄像机捕获阱中的杆的数字视频图像。可选地，可以采用多个摄像机来分析杆在多个(例如，垂直和水平)方向上的移动。
在步骤1202中，由摄像机捕获被困杆的数字视频图像。在步骤1204中，使用计算机视觉程序(参见上文)分析数字视频图像，以检测作为时间的函数的杆(相对于磁体基座)的位置。如上所述，可以使用来自(多个)摄像机的数字视频图像在水平和垂直方向上捕获被困杆的位置。
图13提供了用于使用电容感测方案(如以上根据图7和8的描述所描述的)的振动感测的示例性方法1300。如上所述，电容感测方案利用阱上方的电极，其与两个电阻器、AC电压源和AC电压表连接。
在步骤1302中，将偏置电压(经由电压源VS和RC桥)施加到电极和PDL磁体。在步骤1304中，(通过AC电压表)测量电极之间的差分(或桥)电压VB。在步骤1306中，将该桥电压VB信号用于确定杆相对于PDL磁体基座的位置。参见例如美国专利申请序列号15/131,443的等式8。
图14提供了用于使用主动感测方案(如以上根据图9和10的描述所描述的)的振动感测的示例性方法1400。如上所述，主动感测方案利用通过向位于阱上方的电极施加偏置直流(DC)电压来操纵被困杆的位置的能力。更具体地说，电极将用于在杆上施加反作用力，以在发生振动(例如，由于地震活动)时使杆保持静止。保持杆静止所需的反作用力的大小与地面运动的大小成比例。
在步骤1402中，监测PDL阱以检测杆的运动。根据示例性实施例，在步骤1402中采用无源光学感测方案。即，光源位于阱的上方以照射杆。杆的阴影将被投射到下面的差分光电探测器上，并且可以分析光电流信号以确定作为时间的函数的杆的位置。在步骤1404中，确定杆是否相对于阱移动。基本上，任何振动(例如，地震活动)将导致PDL磁体基座相对于杆移动(杆由于其惯性而静止)。光电探测器将接收此动作。
如果在步骤1404中确定被困杆未移动(否)，则该过程继续实时监测杆。另一方面，如果在步骤1404中确定被困杆正在移动(是)，即，PDL阱中的杆的位置正在改变，则电极被激励(即，分别通过独立的电压源VS1和VS2将偏置电压施加到电极1和2)，作为抵抗运动的反作用力。
施加该反作用力，并基于杆在PDL阱中的位置(例如，使用无源光学感测方案确定)作为反馈回路调节该反作用力。即，在步骤1406中，根据差分光电探测器信号计算杆的速度(即，差分光电探测器信号主要产生杆位置，并且可以通过差分计算获得速度信息)，并且在步骤1408中，将偏置电压施加到相应的电极上，作为阻止杆移动的反作用力。因此，例如，如果杆向阱的右侧移动，则向左侧电极施加偏置电压(上例中的电极#1)将通过施加想要将杆拉向左侧电极的力来抵消该运动。以相同的方式，可以通过向右侧电极(上例中的电极#2)施加想要将杆拉向右侧电极的偏置电压来抵消将杆移动到阱的左侧的振动。地震活动可以影响多个方向的杆运动。例如，地面摇动可以使杆相对于磁体基座前后移动。因此，用于测量杆的位置并施加反作用力的本反馈系统以迭代方式执行，如图14所示。在步骤1410中，将在该过程中施加的力计算为地震信号。力F与施加的偏置相关，如下式所示：
其中V是施加的电压，C(z)是偏置下的电极的电容，作为杆位置的函数。
利用上面提供的地震仪设计，运动检测可以沿水平方向(并且在一些情况下沿垂直方向)发生。为了进行全面评估，可能需要检测多个方向的运动。为此，可以将任何上述地震仪设计组合成单个(多轴)系统。参见例如图15和16。如图15和16所示，系统也可以放置在外壳内。外壳可以抽真空以产生真空-这有助于最大限度地减少阻尼并提高PDL阱振荡器的质量(Q)因子(见上文)。
如例如图15(俯视图)所示，利用双轴系统，将两个本PDL阱地震仪在水平面上彼此正交放置。在所示的示例中，顶部PDL阱的长轴平行于y方向，底部PDL阱的长轴平行于x方向。箭头用于以上述方式示出杆在阱中的行进方向。因此，该系统可用于检测沿x轴和y轴的水平移动。
图16A(顶视图)和图16B(侧视图)中示出了示例性三轴系统。这里使用三个PDL阱地震仪(A、B和C)。参见图16A。如图16B所示，使用三重倾斜平面设计，其中地震仪放置具有相同倾斜的三个倾斜平面上，例如，倾斜角θINCLINATION为约0.5度至约5度，并且在其间变化。PDL阱的主轴相对于彼此以120度取向。可以使用在PDL阱A、B和C处测量的信号的线性组合来计算最终的三轴地震信号Sx、Sy和Sz。
现在转到图17，示出了用于实现本文给出的一种或多种方法的装置1700的框图。例如，根据示例性实施例，上述感测方案中的微计算机可以体现在装置1700中。
装置1700包括计算机系统1710和可移动介质1750。计算机系统1710包括处理器设备1720、网络接口1725、存储器1730、介质接口1735和可选显示器1740。网络接口1725允许计算机系统1710连接到网络，而介质接口1735允许计算机系统1710与诸如硬盘驱动器或可移动介质1750的介质交互。
处理器设备1720可以被配置为实现本文公开的方法、步骤和功能。存储器1730可以是分布式的或本地的，并且处理器设备1720可以是分布式的或单个的。存储器1730可以实现为电、磁或光存储器，或这些或其他类型的存储设备的任何组合。此外，术语“存储器”应该被广泛地解释为包含能够从处理器设备1720访问的可寻址空间中的地址读取或写入的任何信息。通过该定义，可以通过网络接口1725访问的网络上的信息仍然在存储器1730内，因为处理器设备1720可以从网络检索信息。应注意，构成处理器设备1720的每个分布式处理器通常包含其自己的可寻址存储器空间。还应注意，计算机系统1710中的一些或全部可以合并到专用或通用集成电路中。
可选显示器1740是适合于与装置1700的人类用户交互的任何类型的显示器。通常，显示器1740是计算机监视器或其他类似的显示器。
尽管这里已经描述了本发明的说明性实施例，但是应该理解，本发明不限于那些精确的实施例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种其他改变和修改。

Claims (20)

1.一种地震仪，包括：
至少一个平行偶极线(PDL)阱，具有一对偶极线磁体，以及悬浮在所述偶极线磁体上方的反磁性物体；以及
感测系统，用于确定所述反磁性物体相对于所述偶极线磁体的位置。
2.根据权利要求1所述的地震仪，其中，所述感测系统包括：
位于所述PDL阱的一侧的光源；以及
位于所述PDL阱的与所述光源相对的另一侧的光电探测器。
3.根据权利要求2所述的地震仪，其中所述光源选自以下组成的组：白炽灯泡，发光二极管，激光器，及其组合。
4.根据权利要求2所述的地震仪，其中所述光电探测器选自以下组成的组：半导体光电探测器，光敏电阻器，及其组合。
5.根据权利要求1所述的地震仪，其中，所述感测系统包括：
至少一个数字摄像机，被定位为捕获所述反磁性物体的图像。
6.根据权利要求5所述的地震仪，其中，所述感测系统包括多个数字摄像机，所述多个数字摄像机被定位为捕获所述反磁性物体的图像。
7.根据权利要求6所述的地震仪，其中，所述感测系统包括位于所述PDL阱上方的至少一个第一数字摄像机，以及位于所述PDL阱的侧面附近的至少一个第二数字摄像机。
8.根据权利要求1所述的地震仪，其中，所述感测系统包括：
至少一对包围但不接触所述反磁性物体的电极。
9.根据权利要求8所述的地震仪，其中，所述感测系统包括：
至少一个第一对电极；
至少一个第二对电极，其中所述第一对电极和所述第二对电极存在于所述PDL阱的相对端上；以及
连接所述第一对电极和所述第二对电极的电阻器，其中所述电阻器与所述第一对电极和所述第二对电极形成电阻器-电容器桥。
10.根据权利要求1所述的地震仪，其中，所述感测系统包括：
至少一个数字摄像机，被定位为捕获所述反磁性物体的图像；以及
在所述PDL阱的相对端上的至少一个第一电极和至少一个第二电极，与所述反磁性物体相邻。
11.根据权利要求1所述的地震仪，包括多个PDL阱。
12.根据权利要求11所述的地震仪，包括至少一个第一PDL阱和至少一个第二PDL阱，其中所述第一PDL阱和所述第二PDL阱在水平面上彼此正交取向。
13.根据权利要求11所述的地震仪，包括至少一个第一PDL阱、至少一个第二PDL阱和至少一个第三PDL阱。
14.根据权利要求13所述的地震仪，其中所述第一PDL阱、所述第二PDL阱和所述第三PDL阱在相同倾斜角θINCLINATION的三个倾斜平面上取向。
15.根据权利要求14所述的地震仪，其中，所述倾斜角θINCLINATION为约0.5度至约5度，并且在其间变化。
16.一种用于感测振动的方法，所述方法包括：
提供一种地震仪，包括至少一个PDL阱，所述PDL阱具有一对偶极线磁体，以及悬浮在所述偶极线磁体上方的反磁性物体；以及
确定所述反磁性物体相对于所述偶极线磁体的位置，其中所述PDL阱中的所述反磁性物体的位移对应于所述振动的大小。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述地震仪还包括位于所述PDL阱的一侧的光源，以及位于所述PDL阱的与所述光源相对的另一侧的光电探测器，所述方法还包括：
使用所述光源照射所述反磁性物体；
从所述光电探测器读取光电流信号；以及
使用所述光电流信号计算所述反磁性物体的所述位移。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述地震仪还包括与所述PDL阱相邻的至少一个数字摄像机，所述方法还包括：
使用所述数字摄像机捕获所述反磁性物体的图像；以及
分析所述图像以检测作为时间的函数的所述反磁性物体的位置。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，所述地震仪还包括在所述PDL阱的相对端的至少一个第一对电极和至少一个第二对电极，以及连接所述第一对电极和所述第二对电极的电阻器，其中，所述电阻器与所述第一对电极和所述第二对电极形成电阻器-电容器桥，所述方法还包括：
向所述第一对电极和所述第二对电极以及所述一对偶极线磁体施加偏置电压；
使用电阻器-电容器桥测量所述第一对电极和所述第二对电极之间的桥电压；以及
使用所述桥电压确定所述反磁性物体相对于所述偶极线磁体的所述位置。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，所述地震仪还包括位于所述PDL阱的一侧的光源、位于所述PDL阱的与所述光源相对的另一侧的光电探测器、以及在所述PDL阱的相对端的至少一个第一对电极和至少一个第二对电极，所述方法还包括：
使用所述光电探测器检测所述反磁性物体相对于所述偶极线磁铁的运动；
使用所述光电探测器确定所述反磁性物体相对于所述偶极线磁铁的速度；
向所述第一对电极和所述第二对电极施加偏置电压，以作为阻止所述反磁性物体的运动的反作用力；以及
从施加的偏置电压计算力作为输出的地震信号。
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