Aportaciones a la Caracterización y Diseño de los Sistemas de Registro y Almacenamiento de Datos de los Sismómetros de Fondo Marino (OBS)

Abstract

En esta tesis doctoral se presenta un nuevo sistema de registro y almacenamiento de datos diseñado especialmente para la adquisición de señales sísmicas en el fondo marino. Además, se han diseñado herramientas de caracterización del sistema construido. Los siguientes objetivos han sido conseguidos en el presente trabajo:<br/>1) Optimización del consumo energético: Para optimizar el consumo del sistema final, se han utilizado elementos de bajo consumo energético para su construcción.<br/>Además se han diseñado algoritmos software de adquisición de datos con un consumo mínimo para el sistema.<br/>2) Mejorar la calidad de los datos del MiniDOBS y la capacidad de almacenamiento:<br/>Como punto de partida, se ha estudiado el funcionamiento y diseño del sistema de adquisición del sismómetro de fondo marino MiniDOBS (Mini‐Digital Ocean Bottom Seismometer) construido en la universidad de Cambridge. Además se ha estudiado la calidad de los datos proporcionados por este sismómetro donde se han detectado las causas de la mala calidad de los datos. En este caso se ha sustituido el disco duro por un módulo de almacenamiento de datos basado en la memoria digital, aumentando la capacidad de almacenamiento hasta 4 GB sin afectar el nivel de ruido del sistema. Este objetivo ha sido logrado con la construcción y evaluación de la primera versión del sistema de adquisición donde los problemas encontrados en el MiniDOBS han sido solucionados.<br/>3) Caracterización del sistema de adquisición: Para obtener un sistema de adquisición con características óptimas, es necesario disponer de herramientas de caracterización. Por tanto se han diseñado algoritmos de procesado de señal en el dominio frecuencial para conocer los diferentes parámetros de interés: Distorsion Harmónica Total (THD), Relación señal‐ruido y Distorsión (SINAD), Ruido total, Rango dinámico, relación señal‐ruido (SNR), Número Efectivo de Bits (ENOB), diafonía entre canales y jitter en los instantes de muestreo. Estos algoritmos están basados en las normas internacionales existentes. Como consecuencia de los resultados de la caracterización, se han detectado limitaciones en el estimador de jitter propuesto en la norma IEEE Std‐1057. Con el fin de mejorar el resultado de la caracterización, se ha propuesto un nuevo estimador de jitter y se ha demostrado que es un estimador sin bias. Además se ha calculado el mínimo número de muestras a registrar para obtener un cierto nivel de confianza en la estimación de jitter.<br/>4) Optimización de la relación señal‐ruido y determinación de la estabilidad de la base de tiempo: La optimización del nivel de ruido y distorsión del módulo de conversión ADC, además de la integridad de la señal están fuertemente relacionada con su diseño PCB (Printed Circuit Board). Además, se ha cuantificado la estabilidad y la deriva del cristal principal del sistema con la variación de la temperatura de funcionamiento del sismómetro de fondo marino. Se han utilizado las normas internacionales IEEE Std‐1193 y IEEE Std‐1139 para caracterizar estos parámetros. <br/>5) Validación del equipo en condiciones reales de trabajo: Finalmente, el sistema de registro y almacenamiento de datos implementado ha sido probado en condiciones reales de trabajo en la campaña de sísmica de refracción CALIBRA. Durante esta campaña, se han comparado los datos del sismómetro marino construido con los del instituto GEOMAR (Kiel, Alemania) que es el más utilizado en Europa en las campañas de sísmica de refracción.