ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| GEOPHYSICAL INSTRUMENTATION AND GEOPHYSICAL POTENTIAL FIELDS | FIS/03 | LEZIONI | 48 |
|
Al termine del corso lo studente avrà acquisito le conoscenze di base delle tecnologie di interesse geofisico, in particolare le tecniche satellitari di localizzazione (GNSS), di misura dei campi di geopotenziale, di strumentazione sismologica.
Saranno inoltre fornite le nozioni fondamentali di geodesia e di descrizione dei campi di geopotenziale e delle onde sismiche.
The student acquires the basic elements of the theory of measure and the physical principles of operation of the instrumentation used in geophysics, with special reference to magnetic, gravitational and seismic sensors.
It will be analyzed the operation of satellite localisation systems (GNSS). It will be given the basics of geodesy and of the description of the Earth's gravitational and magnetic fields and the handling of the gravimetric or magnetometric data.
Esame orale
The student's ability to explain correctly the main topics presented during the course at the board will be assessed.
Methods:
Sono richieste conoscenze di base di analisi matematica.
Basic knowledge of mathematical analysis
Agli studenti che non risultino già in possesso di adeguate conoscenze di analisi matematica (tipicamente di provenienza dal corso di laurea in Scienze geologiche) è richiesta la frequentazione del corso di Complementi di fisica e matematica o corso equivalente.
Students who do not already possess adequate knowledge of mathematical analysis (typically coming from the degree course in geological sciences) are required to attend the course of Physics and Mathematics Complements or equivalent course.
Delivery: face to face
Attendance: Advised
Learning activities:
Teaching methods:
Richiami di elettronica. Circuiti lineari nel dominio del tempo e nel dominio delle frequenze. Cenni sugli amplificatori operazionali.
Caratteristiche generali della strumentazione: funzione di trasferimento; sensibilità e accuratezza; densità spettrale di potenza; rumore.
Acquisizione di un segnale e conversione analogico - digitale.
La misura del tempo. Scale di tempi. Tempo UT, UTC e TAI
Sistemi satellitari di localizzazione punto (GNSS). Il sistema GPS: modalità di misura e cause di incertezza. GPS differenziale. Integrazioni al GPS (GLONASS) ed altri sistemi GNNS (GLONASS, Galileo, Bei-dou).
Introduzione matematica alla descrizione dei campi di potenziale
Campo gravitazionale e Elementi di geodesia. Coordinate geodetiche. Il campo gravitazionale. Il geoide e i modelli di campo gravitazionale. L’ellissoide di riferimento . La gravità normale. Anomalie di gravità. Variazioni temporali del campo di gravità.
La strumentazione gravimetrica. Gravimetri assoluti: pendolo, gravimetri a caduta libera, gravimetri quantistici. Gravimetri a molla, gravimetro superconduttore. Gravimetri da mezzi mobili e gradiometria.
Fondamenti di magnetismo. Leggi fondamentali e proprietà magnetiche dei materiali.
Il campo geomagnetico. Descrizione del campo geomagnetico. Origine del campo geomagnetico e sua evoluzione temporale. Il modello globale IGRF
Magnetometri. Fluxgate,e SQUID. Magnetometri atomici: magnetometri a precessione di protone, a effetto Overhauser, a pompaggio ottico di vapore di atomi alcalini. Magnetometri a He4.
L’indagine geomagnetica. Campagne magnetometriche. Carta d’anomalia. Analisi spettrale e carte filtrate.
Onde sismiche. Concetti fondamentali.
Sismometri. Oscillatore armonico smorzato. Sismometri e geofoni. Simometri statici a feedback e a larga banda.
Basics of Electronics. Linear Circuits in the Time Domain and in Frequency Domain. About Operational Amplifiers.
General instrumentation features: transfer function; sensitivity and accuracy; spectral power density; noise.
Signal acquisition and analog to digital conversion.
Time measurement. Time scale. Time UT, UTC and TAI
Satellite Location Satellite Systems (GNSS). The GPS system: measurement mode and causes of uncertainty. Differential GPS. Integrations to GPS (GLONASS) and other GNNS systems (GLONASS, Galileo, Bei-dou).
Mathematical Introduction to Describing Potential Fields
Gravitational Field and Geodesy Elements. Geodetic coordinates. The gravity field. Geoid and gravitational field models. The reference ellipsoid. Normal gravity. Gravitaational anormalies. Gravity temporal variations.
The gravimetric instrumentation. Absolute gravimeters: pendulum, free-fall gravimeters, quantum gravimeters. Spring Gravimeters, superconducting gravimeter. Gravimeters with moving media and gradiometry.
Fundamentals of magnetism. Basic laws and magnetic properties of materials.
The geomagnetic field. Geomagnetic field description. Origin of the geomagnetic field and its temporal evolution. The global IGRF model.
Magnetometers. Fluxgate, and SQUID. Atomic Magnetometers: Proton precession and Overhauser Effect Magnetometers, Optical Pumping Magnetometers of Alkaline Atoms Vapour and of He4.
The Geomagnetic Survey. Magnetometric Campaigns. Anomaly map. Spectral analysis and filtered maps.
Seismic waves. Basic concepts.
Seismometers. Damped harmonic oscillator. Seismometers and geophones. Static feedback and wide band seismometers. Rotational seismometry.
Lecture notes. Additional references are present in the e-learning pages of the course.
E' fortemente consigliata la frequentazione.
Attendency is required
Esame orale
Oral examination
