sabato 28 marzo 2015

TEST 15 RISPOSTA IN FREQUENZA

SEGUONO 3 TEST CON FREQUENZA DI ACQUISIZIONE 
A 125 hZ, 250 hz E 500 hz

di ogni acquisizione viene visualizzato il rapporto HVSR e l' FFT del segnale acquisito
Le acquisizioni per comodità sono state fatte al 2° piano di 5 di un fabbricato in ca.
Analoghe conclusioni se fatte sul terreno.

La meccanica del geofono 3D - acquisitore usb utilizzata è quella del prototipo 2 con cubo in legno, piastra in plexiglas zavorrata con una piastra in ferro del peso di 2.2 kg ( per un peso totale di 2,8 kg). Il tutto a baricentro basso.


figura 1 ) acquisizione a 125 hz

Non si sconsiglia di usare questa frequenza in quanto il segnale > 1/2 della frequenza di acquisizione ( 62 hz) non viene visualizzato.

Il segnale a causa di un numero limitato di dati è più piatto e lisciato specialmente da 10 a 60 hz rispetto alle acquisizioni fatte con 250 e 500 hz. 


figura 2 ) acquisizione a 250 hz


In questo caso abbiamo un maggior numero di dati acquisiti quinti il grafico si può arricchire di un maggior dettaglio spettrale

In questo caso non si hanno dati utili fino a 125 Hz e abbiamo ancora perdita di dettaglio nel segnale da 50 a 100 Hz ed oltre. 

Il numero di campioni è praticamente il doppio del test 1 a 125 hz.


figura 3 ) acquisizione a 500 hz

In questo caso abbiamo un maggior numero di dati acquisiti quinti il grafico si può arricchire di un maggior dettaglio spettrale

In questo caso non si hanno dati utili fino a 125 Hz e abbiamo ancora perdita di dettaglio nel segnale da 50 a 100 Hz ed oltre. 

Il numero di campioni è praticamente il doppio del test 1 a 125 hz.


figura 4 ) FFT a 125 hz

Si consiglia di usare questa frequenza di campionamento in quanto offre la possibilità di acquisire un maggior numero di fati utili per eseguire una buona FFT del segnale a parità di durata dell'acquisizione.

( il numero di dati acquisiti per la turata di 30 minuti è pari a quella di 1 ora ottenuti cono frequenza di campionamento di 250 Hz e di 2 ore di registrazione acquisendo a 125 Hz) 

In questo il segnale è affidabile fino e oltre ai 100 Hz 

Maggiore sarà anche il dettaglio per le frequenze inferiore a 1 hz 

Le ampiezze ottenute dei pIcchi HVSR sono simili, le piccole diversità sono dovute al fatto che i tre sondaggi non sono stati fatti contemporaneamente. 


figura 5 ) FFT a 250 hz

Valgono le stesse considerazioni del caso precedente, si ha una maggiore ampiezza dell'FFT ne consegue un maggior dettaglio specie nelle basse frequenze.


figura 6 ) FFT a 500 hz

Valgono le stesse considerazioni del caso precedente, si ha una ulteriore maggiore ampiezza dell'FFT ne consegue un maggior dettaglio specie nelle basse frequenze.

I valori in ampiezza del picco massimo di frequenza di 2,7 hz è praticamente triplicato rispetto a quello registrato con frequenza di campionamento a 125 hz. 

Anche gli spettri si presentano meno dispersi 

Si fa presente che avendo usato trasduttori velocimetrici ( geofoni) l'ampiezza vera dei segnali fft va a decadere da i 4,5 hz in direzione zero hz, 

Per poterne valutare l'esatta ampiezza occorre eseguire la procedure di equalizzazione del segnale .


IL PROBLEMA DELL'EQUALIZZAZIONE DEL SEGNALE GEOFONICO

CLICCARE SULL'IMMAGINE PER INGRANDIRLA

Si ringrazia la Senshe per aver fornito la documentazione richiesta sei geofoni consigliati per la sperimentazione

I grafici visualizzano la curva di risposta del geofono SS 4.5N Senshe

Come già più volte considerato, i geofoni al di sotto della frequenza propria  ( generalmente 4,5 hz) hanno un'azione filtrante come evidenziato nel grafico precedente  dove si vede che da 5 a 1000 hz la risposta del geofono si può considerare  uniforme mentre  a frequenze inferiori  si ha una perdita di segnale   spostandosi alle frequenze più basse.

Se prendiamo in considerazione la 1° curva del grafico vediamo che la risposta da 5 Hz fino a 1000 hz  rimane costante e si aggira attorno al valore di velocità corrispondente al valore di "sensitivity" = 28,8 v/m/s, quindi i valori dei dati acquisiti con tali frequenze  non subiscono alterazioni dovuti alla meccanica del geofono e quindi non sono da correggere nella fase si equalizzazione del segnale 

a 4 hz l'apiezza  del segnale si  riduce a 20.1 V/m/s circa

a 3 hz   il valore si riduce ulteriormente a 12 V/m/s circa

a  2 hz scende a 6,0 V/m/s circa

a 1 hz scende a 1,6 V/m/s circa per continuare a diminuire ulteriormente riducendo la  frequenza del segnale

Ciò vuol dire  un aumento  del rapporto rumore / segnale pari a 18 volte superiore per le frequenze  a 1 hz rispetto a frequenze > di 5 hz ,  causa di aperture a ventaglio del segnale HVSR alle basse frequenze, disallineamento dell'offset  del  rapporto HVSR e grafici con molto rumore.

L'equalizzazione  in pratica corregge  l'array FFT delle ampiezze moltiplicandolo per l'inverso del decadimento  del segnale  per ogni frequenza considerata linearizzando il segnale in modo da rendere confrontabili i dati acquisiti in termine di ampiezza  per le frequenze da 0,5 ha  fino ai fatidici 100 hz come avviene con l'utilizzo degli accelerometri , di conseguenza il risultato aspettato per tutta la gamma di frequenze a parità di ampiezza  avremo un grafico lineare per tutto il campo di misure come avviene  con gli accelerometri che non sono soggetti ad alcun decadimento del segnale tra 0,5 - 1000 hz avendo come frequenza di  risonanza valore ben più bassi di frequenze  di 0,25 - 0,5 hz 

Equalizzato e reso lineare da 0,5 hz a 100 hz il segnale è possibile ricostruire un nuovo segnale come se fosse stato acquisito  con un accelerometro facendo l'operazione di IFFT  ed derivando il segnale ottenuto per ottenere ( se è il caso ) il segnale accelerometrico o integrando per ottenere il grafico di spostamento.


CONCLUSIONI 

Dal punto di vista grafico le due serie di immagini non fanno notare grosse differenze sostanziali sia che esse siano state acquisite a 125,250, 500 hz. 

Gli spettri a 125 hz sembrano anche più puliti rispetto a quelli ottenuti a 250 e 500 hz, da tener presente che le 3 acquisizioni sono state fatte in tempi diversi quindi con una storia vibrazionale diversa, Sono presenti anche delle frequenza anomale dovute a rumori random occasionali che non sono da considerare, eliminabili agendo su determinate opzioni del programma di elaborazione. 

In tutti i casi se il vostro pc permette di sopportare come impegno della CPU la frequenza di 500 hz di campionamento consiglio di utilizzare tale frequenza in quanto permette di acquisire il quadruplo di dati rispetto alla frequenza di 125 hz e il doppio rispetto ai 250 hz. 

Aumentando la frequenza di campionamento si aumentano anche i possibili rumori ma che nel caso dell'ardware utilizzato sono in parte filtrati e in tutti i casi sono bloccati quasi totalmente i rumori con (frequenza) > ( frequenza di campionamento /2 ) , segnali che non si possono eliminare in post processing a livello di software. 

In tutti i casi in post-processing il rumore residuo è possibile eliminarlo a livello software ed ottenere un ottimo segnale. 

Per quanto riguarda l'FFT globale del sondaggio non ci sono grosse differenze, ma in alcuni casi per certe visualizzazioni quando occorre fare FFT brevi anche in post processing è meglio poter disporre di un numero maggiore di dati che saranno usati tutti oppure solo in parte a discrezione dell'operatore in base a quello che si vuole ottenere.
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