mercoledì 14 ottobre 2015

Sismografo sperimentali - Il trigger


Per sismica a rifrazione e riflessione , 
MASW, REMI, ESAC e tomografia sismica




Parte 2° IL TRIGGER

in questa seconda parte ci occuperemo del trigger  elemento fondamentale per sincronizzare l'inizio dell'acquisitore con la mazzata di starter

23-09-2015
Campo di sperimentazione
foto di Simone Sette
Per eseguire le sperimentazioni occorre un luogo come questo

1) immerso nella natura 
2) assenza di rumori antropici
3) pianeggiante e privo di asperità morfologiche 
4) stratigrafia senza inversioni di velocità e omogeneo in senso orizzontale
5) suolo soffice per permettere di approfondire gli spyke dei geofoni senza fatica. 

6) un suolo sufficientemente morbido per  fissare i geofoni 

 primo prototipo di sperimentazione 6 canali
foto di Simone Sette


La strumentazione sarà costituita  da 2 - 3 cavi a 6 canali per ottenere 12- 18 cnali, andare oltre potrebbe essere inutile ma possibile.

Ogni cavo sarò autonomo , costituito da
6 geofoni  ( meglio se da 4,5 hz)
6 dviatori per geofono,  2 -3 cavi USB,
6 geofoni con bracciolo da 1m.
1 scatola per ogni cavo contenente theremino ed amplificatori

1 piastra in alluminio
2 - 3 avvolgitori piccoli per il cavo
1 - 2 rotelle metriche
1 bauletto per contenere tutto il materiale
1 tablet window da 100 euro   con monitor > 8 pollici meglio se > di 10 e/ o pc o pc-tablet


sondaggio eseguito da Simone Sette
Prima traccia geofono start  con gain  40


Seconda traccia - 5° geofono a distanza di una quindicina di metri dal punto di battuta,
durata di acquisizione  1500 m.sec secondi, frequenza di campionamento 1000 hz.


28-09-2015

Spesso  si usa come starter il geofono  fidandoci che inneschi il processo di acquisizione nell'esatto istante in cui si è dato lo start, non sempre la cosa è sempre vera.

Si consiglia di provare il sistema  prima con uno starter ON / OFF poi con il geofono per  vedere se il tempo del primo arrivo è sempre lo stesso, consiglio di dare mazzate deboli,  medie , forti e fortissime per verificare che i tempi siano sempre gli stessi

Consiglierei lo starter Piezo che da valori bassi sempre e supera il 500 solo durante il colpo.
In questo modosi potrà usare un qualunque input digitale ( DigIn )
che è valido per tutti i PIN di tutti i moduli (anche fino agli 11 e 12 dei nuovi master)

In questo modo con n° 2 Theremini  è possibile  realizzare un 12 canali in quanto come canale trigger può essere utilizzato il pin 7,8,9,10,11,12 deni nuovi master > V 4.0


Come funziona ?
il geofono  quando è in quiete genera un segnale di ampiezza molto piccola, quando viene eccitato da una mazzata produce segnali di ampiezza elevata  mandando spesso in saturazione il segnale se non ben regolato.

Il funzionamento è quello di sfruttare questa proprietà, quando il segnale supera il valore di soglia il software se ne accorge e da l'ordine al sismografo di far partire la procedura di acquisizione, nel caso contrario rimane in attesa.

Senza addentrarci  nelle diverse tecniche  utilizzate nel gestire via software o via hardware lo starter, l'operatore deve conoscere  i limiti del metodo per non rischiare di ottenere risultati errati.

Importante è in valore di soglia  che determina il valore in  cui deve avvenire  lo starter dell'acquisizione, se ci riferiamo alla figura precedente traccia superiore che mostra il grafico dell'andamento del segnale generato da un geofono eccitato da una mazzata posizionato nelle vicinanze della piastra di battuta si possono ipotizzare diversi comportamenti.

1) ipotizziamo ( caso rarissimo ) dove il rumore ambientale = 0, e di aver impostato il valore di soglia = 0,01,  nell'esatto istante  in cui  si a da mazzata scatta la procedura di acquisizione come si vede in figura ( tacca rossa )
Il geofono posto ad una certa distanza evidenzierà il primo arrivo delle onde P dopo un certo intervallo di tempo dT che è quello trascorso dall'istante  0 e il tempo Tr  ritardo.
Per eseguire questa prova nel software è stato inserito un pretrigger che mostra il segnale prima dello starter ( parte  sinistra della linea rossa )

 caso 2)  normalmente il rumore di fondo del sito non avrà mai un valore = 0 , i microtremori  ce lo insegnano, quindi se imponiamo un il valore di soglia indicato  nel caso 1 di 0,01  avviata la procedura  di attesa della mazzata al primo tremolio del terreno avviene il superamento della procedura di acquisizione senza aver dato  la mazzata rendendo nulla l'acquisizione fatta.

caso 3)  Nel caso  della figura precedente dovessimo impostare  un  valore di soglia pari a 15, valore superiore almeno di 5 volte del rumore ambientale che varia nell'esempio varia tra +/- 2 avremo l'avviamento dell'acquisizione ma con un piccolo ritardo valutabile fra 1 e 5 millisecondi, tale errore produce  una sottovalutazione del tempo di arrivo  della onda P, di conseguenza una sovrastima della Vp.

caso 4) Nel caso in cui la parte positiva dell'esempio fosse stata quella rivolta verso il basso  e con valore di soglia = 30 si ottiene un tempo di starter  errato che genera un errore grossolano nella determinazione del tempo T0, il dT si sarebbe praticamente dimezzato rispetto al dT reale con conseguente sovrastima della vs anche in questo caso.

caso 5)   A livello di software e in maniera più complicata a livello di Hardware è possibile usare il modulo del valore di soglia, ciò permette  al trigger di funzionare anche con polarità invertite del segnale di starter.
Se la polarità dei geofoni nei casi 1 - 4 fosse stata invertita, usando i valori di soglia precedentemente indicati non avrebbero fatto partire l'acquisizione in quanto un valore  -30 , ad esempio, non avrebbe soddisfatto le condizioni di avvio dell'acquisizione.
Usando il modulo ciò viene resa possibile ma senza migliorare il risultato finale

caso 6)  aumentando a 60 il valore soglia , è evidente che ci troviamo in una condizione sempre peggiore a quelle precedenti il tempo To  sarebbe  maggiore al tempo di arrivo del segnale registrato dal geofono con conseguente perdita della parte iniziale del segnale.

caso 7) L'ultimo caso  è duello di usare un valore di soglia più alto del valore massimo prodotto dal geofono starter, in tal caso l'acquisizione  non parte in quanto la relazione  che avvia l'acquisizione non viene verificata.

CONCLUSIONI SULL'USO DEL GEOFONO START

Come si è visto i migliori dati  si hanno quando il valore di soglia si pochissimo il rumore del sito quel tanto che basta per far scattare il trigger a causa di un rumore antropico.

Per migliorare la funzionalità del geofono trigger  è possibile inserire un circuito che abbia il compito , facendo ruotare una manopola per regolare la sensibilità del trigger in modo da evitare partenze dell'acquisizione, in tutti i casi ciò  fa comportare uno delle problematiche  dei casi 2-7 precedentemente descritti.

Quanto detto va contro a quanto spesso viene consigliato di dare la mazzata vicino al geofono che si vuole usare  come punto di start, in particolare per la mazzata centrale che si solito va data tra il 6 e 7 geofono.

Non è possibile neanche settare il trigger per determiati valori di soglia perchè dipendono

1) dalla caratteristiche del geofono - sensore usato
2) amplificazione e sensibilità del sistema usato
3) intensità della mazzata
4) rumore ambientale
5) energia sviluppata del mezzo battente ( forza applicata )
6) tipo di terreno
7) tipo e dimensioni della piastra
8) distanza dal centro della piastra e il geofono
9 valore di soglia impostato
10) sall'algoritmo utilizzato per gestire l'evento a livello Hardware che software
11) .......... altro ...............

Per ottimizzare ciò occorrono algoritmi software (che penso non vengano utilizzati nei normali strumenti) che eseguano test e verifiche in fase di acquisizione e l'individuazione del vero istante  T0 con l'analisi post acquisizione del dato prima della sua visualizzazione, saranno tecniche sperimentate nel programma di acquisizione, in pratica occorre realizzare un " triggeraggio intelligente".

Anche se in maniera meno evidente tutti le tecniche do triggeraggio chi più e chi meno hanno questi problemi più o meno evidenti, per tanto tecniche di triggeraggio intelligenti possono ridurre i margini di errore.


sondaggio eseguito da Simone Sette


Il sondaggio rappresenta la registrazione di circa  20 msec in contemporanea di 5 geofoni verticali posti con distanza intergeofonica di 3 metri, non è stato energizzato il terreno, per misurare l'entità in ampiezza del rumore sismico del sito ( assenza di rumori antropici e vento ).


09-09-2015

L'amico Simone Sette in data odierna mi ha mandato  alcune acquisizioni eseguite   sul campo di prova,

Il programma ha ancora molte cose da sistemare, si è usato un tabellone elettronico per visualizzare il sondaggio , questo è il risultato ( fatto con acquisitore da 10 euro e una manciata di resistenze e piccoli integrati - un particolare grazie a Simone ) :


cliccare sull'immagig
ne per ingrandirla

12-10-2015

CONSIGLI SULL'USO DEI TRIGGER STARTER

dalle prove fatte scarterei i geofoni perché hanno una elevata inerzia per superare il valore di soglia impostato, è possibile a livello di software è possibile ricostruire il tempo To della mazzata ma in condizioni di rumore ambientale o per segnali con ampiezza simile ai rumori ambientali è possibile ottenere risultati errati.

STARTER GEOFONICO

SI SCONDIGLIA DI NON UTILIZZARE  I GEOFONI COME STARTER ANCHE CON STRUMENTAZIONI PROFESSIONALI, provate con un geofono e poi con uno starter meccanico e controntate i tempi di arrivo con un geofono medio- lontano......

STARTER MECCANICO
----------------------------------------
Un eventuale starter meccanico va collegato tra SIGNAL e GND e SENZA collegare il +5V
Poi si deve impostare il PIN come DigIn-PU (il PU vuol dire PULL-UP e ci pensa il Theremino a dare la tensione che serve all’interruttore)
  
STARTER PIEZOELETTRICO
----------------------------------------
Consiglio questa versione perché costa poco e da un segnale forte e pulito.
In questo caso il segnale partirebbe da numeri bassi (da 5 a 20) e sicuramente sotto al 500.
E salirebbe a 800 o 900 in tempo brevissimo ad ogni mazzata.


Adattatori per i sensori piezoelettrici

Gli adattatori che proponiamo sono semplici da costruire e funzionano meglio dei molti schemi che si trovano su internet.
Attenzione: Il principio di funzionamento dei nostri sensori non è lo stesso di quelli delle batterie commerciali. I segnali non sono intercambiabili. 
Per ottenere le massime prestazioni, i nostri sensori non trasmettono un segnale audio, ma un valore proporzionale alla pressione esercitata. 
Questo ci ha permessi di ottenere un controllo del suono e una dinamica, superiori a quelli delle batterie elettroniche commerciali, con i classici Pad non alimentati.

continua nel sito

per ulteriori informazioni si rimanda alla seguente interessantissima pagina
http://www.theremino.com/hardware/inputs/piezoelectric-sensors#adapters


Attenzione a girare il dischetto piezo fisicamente nel senso giusto in modo che dia il segnale al fronte di salita del colpo e non al fronte di discesa, che arriverebbe qualche millisecondo dopo.

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