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단순진자가 한 방향으로 흔들리고 전자의 움직임이 없는 동안 지반운동이 진자의 운동 방향으로 빠르게 움직인다면, 진자는 관성에 의해 그 장소에 계속 남아 있게 된다.

지반이 앞뒤로 진동한다면 같은 현상이 발생할 것이다. 만약 지반 진동주기(하나의 완벽한 진동이 일어나는 동안 소요되는 시간)가 진자의 자유 진동주기보다 훨씬 더 짧으면 진자는 다시 움직이지 않고 머물러 있게 되며 진자에 대해 상대적인 지반운동이 기록된다. 이 운동의 규모는 일반적으로 어떤 방법에 의해 증폭된다. 이것이 지진계의 기본원리이다.

실제로는 종종 진자의 주기가 지반 진동주기와 비슷한 경우도 있는데 이런 상황에서는 지진계가 정확히 지구의 운동을 기록할 수 없다. 그렇지만 이 오차는 수학적으로 쉽게 계산할 수 있다. 일반적으로 지진계는 진자와 지반의 상대적인 운동을 기록하는 기구이다. 진자의 편향과 지반의 운동속도(또는 가속도) 사이의 비율을 측정하는 것 역시 가능하며, 이 비율을 지진계의 속도(또는 가속도) 감도(感度)라 한다.

만약 진자의 자유진동을 최소화하지 못하면 지구 운동을 적절하게 기록할 수 없다.

진자의 자유진동을 감소시키기 위한 가장 간단한 방법은 저항력이 진자의 운동속도에 비례하는 점성이 큰 액체 내에 전자를 설치하는 것이다. 실제로는 감쇄기(減殺器)라 부르는 특별한 장치에 의해 필요한 저항력을 가한다. 공기 감쇄기는 실린더 내에서 운동하는 피스톤을 이용해 저항력을 발생시킨다. 전자기 감쇄기에서는 강한 자기장 내에 위치한 동판(銅版)에서 유도된 전류에 의해 저항력이 생성된다.

지반은 임의의 세 방향, 즉 두 수평방향과 하나의 수직방향으로 움직일 수 있다. 각각의 운동은 분리되어 기록되어야 하기 때문에 각 방향으로 하나씩 3개의 진자가 완벽한 지진기록을 위해 필요하다.

진자운동을 기록하기 위해 다양한 방법이 개발되었다. 기계적 방법에서는 연막지(煙幕紙)가 지반과 함께 움직이도록 설치된 원통에 감겨져 있으며, 진자와 연결된 움직이는 펜은 종이를 직각으로 살며시 누르고 있다. 회전원통은 기록선이 서로 겹치지 않게 하기 위해 회전할 때마다 약간씩 옆으로 이동한다.

원통이 아무런 방해 없이 회전하게 되면 기록용지 1장은 24시간 사용된다. 진자의 편향은 일반적으로 1개 또는 2개의 증폭 지렛대에 의해 기계적으로 확대된다. 이 지렛대 방법이 단순하고 경제적이긴 하지만 지진계는 펜과 기록용지 사이의 마찰저항을 이겨낼 만한 무거운 질량을 가지고 있어야만 한다. 그렇기 때문에 어떤 지진계는 1t 이상의 무게가 나간다. 광학 지레방식에서는 진자운동이 거울을 움직이게 한다. 즉 빛은 광감지 위에 있는 거울에서 반사되어 원통에 말려 있는 광감지 용지로 전달된다.

그러므로 진자에 영향을 주는 마찰저항이 없게 된다. 현재 널리 사용되는 전자기적 방법에서는 진자에 감겨진 코일이 자기장 내에서 움직인다. 이 코일 내에서 발생한 전류는 발전기가 원동기를 움직이는 것과 같은 원리로 검류계를 정확하게 움직이게 한다. 감쇄력은 진자의 코일에서 생긴 전류와 자기장 사이의 전자기적 운동에 의해 간단하게 만들어지므로 기계적인 감쇄기는 필요하지 않다. 진자 코일에서 생긴 전류를 전기적으로 증폭하면 고배율의 지진기록이 얻어진다.

미진 관찰을 위해 사용되는 이런 종류의 어떤 단주기 지진계는 증폭이 100만 배 또는 그 이상에 이른다. 보통의 지진관측에서는 지반진동의 시작 시각이 기록된다. 시간 표시들은 지진기록 용지에 1분에 1번씩 찍히며 1시간마다 또다른 표시가 찍힌다.

지금까지 서술된 모든 지진계는 주어진 지점에서 지반의 진동운동을 측정하는 것이었다.

이와 비교하여 변형지진계(變形地震計)는 진자를 사용하지 않고 일정한 거리만큼 떨어진 지반의 두 지점 사이의 진동에 의해 작동된다. 위의 그림에서 A와 B는 20m 이상 떨어져 있는 두 기둥이다. 막대(R)의 한쪽 끝은 B기둥에 고정되어 있고 다른 한쪽은 A 근처 위치해 있다. 지진파에 의해 생긴 지반의 변형이 두 기둥 사이 간격에 변화를 일으킨다. 이 변화는 A 기둥과 막대끝 사이의 거리로 나타나서 관찰할 수 있게 된다.

이런 종류의 지진계는 1935년에 고안되었다.