martedì 3 gennaio 2017

Cause e rimedi malfunzionamento del tromografo sperimentale.

Cause di mal funzionamento 
del tromografo sperimentale

Le considerazioni in parte sono anche valide per il precedente prototipo con ADC 16 e 24 bit.

In queste pagine si prendono jn esame le principali cause di malfunzionamento reale o apparente della strumentazione, considerazioni che in parte possono estese alle strumentazioni professionali.

L'utente le deve riconoscere immediatamente per evitare di elaborare  sondaggi che per motivi strumentali, ambientali, ed esecuzione che possono falsare gli esiti del sondaggio medesimo.

In questo paragrafo si cercherà  di catalogare i possibili inconvenienti i  categorie  tipo.


1) Mezzi offerti per verificare durante l'asseblaggio, il collaudo e la revisione della strumentazione
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2) errato montaggio - errori banali, facilmente individuabili - e  difficili da individuare

3) errato settaggio del programma Hal  

4) errato settaggio della strumentazione.

5) errori in fase si acquisizione
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6) problematiche   dovuti a situazioni morfologici del sito

7) problematiche dovute a azioni antropiche

8) fenomeni  dovuti a motivi ambientali

9) Errori di interpretazione  ed elaborazione del dato acquisito

CAPITOLO 1) 

Mezzi offerti per verificare durante l'asseblaggio, il collaudo e la revisione del buon funzionamento della strumentazione.

L'utente con un minimo di preparazione potrà eseguire  personalmente o affiancato a persona preparata in elettronica

In dotazione  Theremino.it  fornisce



2 un manuale e relativo programma per  eseguire i test  del 24 bit e in parte anche dell'ADC 24 bit.


Fare i test è importante  perché permette  di capire se il problema è di tipo hardware oppure no  per ridurre al 50 %  le possibili cause di un potenziale malfunzionamento hardwarein particolari fasi di montaggio della strumentazione. o  periodicamente quando si vuole accertare che tutto il sistema sia funzionante  senza dover spedire la strumentazione alla ditta costruttrice con perdita di tempo e di denaro ( che in tutti i casi non fa un vero collaudo  ma si limita a vedere se il sistema    funziona o meno.

Il collaudo è qualcosa di più complesso che va fatto da ditte  autorizzate dallo Stato  come si fa ad esempio per le strumentazioni di laboratorio, per i fonometri, bilance , cioè strumenti che devono dare  la misura   con la massima precisione e in maniera diretta  condizioni che in geofisica non si possono avere lavorando con metodi non diretti e per la non omogeneità del suolo.

Si parla allora di verifica delle funzionalità della strumentazione per accertare se tutta la strumentazione sia   in grado di funzionare  secondo le regole del buon costruire.



Le misure effettuabili sono le seguenti
vedere Sistema theremino - Theremino Adc Tester - 25 novembre 2016 - Pagina 4

Tensione media 
Tensione picco-picco 
Tensione efficace (RMS) 
Numero di bit liberi dal rumore (N.F.B. - Noise Free Bits) 
Rapporto segnale rumore in decibel

Le misure di tensione possono essere calibrate nelle scale seguenti:

Volt
milli-Volt
micro-Volt

Le misure possono anche tener conto del guadagno del preamplificatore e in questo caso i valori misurati sono “riferiti all'ingresso”.
I valori di guadagno da 1 a 128 corrispondono alle possibili impostazioni dell'amplificatore programmabile dell'Adc24.




Fondamentale è verificare   nel caso specifico se il tromografo :

Misurare i disturbi raccolti dai cavi di collegamento 
vedere : Sistema theremino - Theremino Adc Tester - 25 novembre 2016 - Pagina 7 e seguenti

Misurare i disturbi raccolti dai cavi di collegamento Le misure sull'Adc24 hanno dimostrato che i difetti nei sondaggi dei microtremori non sono da attribuire ne al rumore, ne alla intermodulazione e nemmeno alle differenze di guadagno tra i canali. Le prove successive hanno dimostrato che i disturbi provengono dai collegamenti tra i Geofoni e gli ingressi dell'Adc24.

Misurare il rumore degli Adc24
vedere : Sistema theremino - Theremino Adc Tester - 25 novembre 2016 - Pagina 9 e seguenti

Non vi è nulla nell'Adc24 che possa comportare variazioni di rumore da un canale all'altro o da un dispositivo all'altro. Quindi misurare il rumore è stato più che altro un controllo. E i dati forniti dal costruttore sono stati confermata pienamente dalle misure. I valori di rumore sono risultati praticamente identici su tutti i canali e su tutti i dispositivi che abbiamo provato.

Misurare il guadagno degli Adc24 
vedere: Sistema theremino - Theremino Adc Tester - 25 novembre 2016 - Pagina 13  e seguenti

Non vi è nulla nell'Adc24 che possa comportare guadagni diversi sui vari canali. I circuiti di ingresso, l'amplificatore programmabile e l'Adc vengono commutati in sequenza sui canali attivi. 

Misurare l'intermodulazione degli Adc24 
vedere: Sistema theremino - Theremino Adc Tester - 25 novembre 2016 - Pagina 18 e seguenti

Abbiamo misurato l'intermodulazione ed è risultata praticamente zero su tutti gli esemplari provati. Nessun difetto di costruzione potrebbe dare risultati diversi da questi, per cui non è necessario provare tutti gli esemplari. Chi volesse provarli ugualmente troverà le configurazioni da impostare nelle pagine seguenti.

Selezione dei migliori parametri di settaggio

Oltre ai test sopra indicati è possibile verificare  il rumore prodotto  cambiando i parametri di settaggio  e scegliere quelli più adatti ma che permettono di avere i risultati migliori, cosa molto utile viste le numerose combinazioni  possibili.


NOTE: Si possono escludere problemi hardware  della strumentazione  di acquisizione che va usata secondo le regole  che c'impone l'elettronica.

1) non collegare fili elettrici, componenti quando il sistema è collegato a corrente (led acceso o lampeggiante)

2) Non collegare mai   sensori, strumenti, alimentatori se non si è prima contattato il progettista del sistema Theremino o tecnico capace a dare un consiglio, improvvisare  vuol dire  danneggiare la strumentazione

3) eseguire i collegamenti secondo gli schemi del progetto, prima di collegare il sistema  va ricontrollato tutto

4) non provare mai lo strumento posizionato sul tavolo di  lavoro in presenza di oggetti di ferro, (l'elettronica va montata su pannelli isolanti)

5)  fare attenzione  di usare valori di alimentazione previsti per il progetto .

Nonostante le possibile azioni errate punti 1 5  il sistema è fatto in modo di auto proteggersi dai possibili errori umani  specie se il problema è durato per brevi istanti.

6) L'unica cosa da non fare  sono azioni di  schiacciamento, strappo, piegatura e di distacco di parti elettriche difficilmente riparabili.

SE SI HANNO PROBLEMI DI FUNZIONAMENTO LA CAUSA  VA RICERCATA  NEI PUNTI ILLUSTRATI NEL CAPITOLO 2) E SEGUENTI


Nei prossimi paragrafi sono illustrati alcuni errori anche banali che sono capitati a me o ad altri utenti per banali dimenticanze, non aver controllato bene il montaggio o per errori di montaggio o settaggio 


CAPITOLO 2) errato montaggio dell' Hardware 

Un buon assemblaggio del sistema di acquisizione  vuol dire un'ottima qualità del sondaggio, tali miglioramenti possono essere  integrati anche a post realizzazione del sistema di acquisizione

a) errato posizionamento dei tre poli del cavo di collegamento geofono adc 24 bit
Il cavo sul lato opposti del geofono è costituito da tre poli normalmente ROSSO BIANCO da collegare al 3° filare dei pin dell'adc 24 bit  più vicino alla numerazione dei canali , il NERO , è  da collegare al filare più esterno GND della massa  essendo collegato al cavo di schermatura 
Se si sbaglia collegamento il programma Hal mostrerà il valore massimo (volt di riferimento) fisso e non  zero  con possibili  oscillazioni. 

b) errato posizionamento cavo a 5 poli che unisce adc 24 bit - Theremino master
Posizionando le due schede a maggiore distanza é possibile invertire la sequenza dei cavi, per non sbagliare  partire dal pin GND  e posizionare per ultimo il cavo corrispontente alpi +5V, meglio utilizzare cavi di diverso colore, 

c) diversa lunghezza dei cavi di collegamento
mai eseguire terne di cavi di diversa lunghezza anche nel caso in cui i geofoni sono posizionati a distanze diverse.
Il motivo e che  l'inquinamento  elettromagnetico è proporzionale alla lunghezza del cavo, per cui cavi di diversa lunghezza potrebbero comportare valori di inquinamento diversi che sommati al microtremore vero provocherebbero fenomeni di deriva del rapporto HVSR.
Anche  i cavi e la metodologia deve essere la medesima

Prima di saldare i cavi al geofono è consigliabile verificare il grado di inquinamento del cavo analizzando con il programma di Test Adc 24 bit, i valori letti dei tre canali devono essere simili, per fare questa operazione occorre che i 3 cavi  vengano cortocircuitati sul lato ove lo stesso verrò saldato al geofono.

d) mancata messa a massa del cavo
La mancata messa a nassa del cavo che unisce il geofono all'adc 24 bit  può produrre nel segnale frequenze random che possono alterare il segnale acquisito con i risultati visibili nella figura sottostante:

I picchi che si vedono  nella figura di sinistra sono generalmente causati da un cavo non perfetto  e senza cavo schermato collegato  alla massa del 24 bit, se presenti i picchi possono generare dei rumori elevati che si sommano al segnale ( figura di sinistra ).

Il picco principale e quelli di ordini superiori  sono chiaramente visibili nella FFT  a destra  con frequenza 5 Hz , tali disturbi provocano nel segnale un'onda  come si vede nella figura di sinistra  di ampiezza 500 mv.
Risolti i problemi il segnale non presenterà più i picchi  evidenti nella precedente immagina.

e) mancata messa a massa della scatola se è di alluminio
Usando scatole in alluminio o metalliche la mancanza della messa a massa del coperchio  e della scatola non permette di vere i benefici che si possono avere con una scatola metallica.
Per far ciò è sufficiente collegare con un cavo elettrico coperchio e scatola con il GRD  del Theremino master utilizzando uno dei tanti pin disponibili. 
Per chi ha una scatola di  materiale plastico si può rivestire l'interno con nastri adesivi ramati e saldando sul nastro un cavo di mesa a massa.

f) Mancanza del coperchio di metallo in fase di test. 
Per agevolare i test della strumentazione spesso si omette di chiudere il coperchio per poter controllare i collegamenti elettrici, in tal caso si possono avere rapporti hvsr  fi ampiezza superiore  anche di fattori  doppi o tripli specie se i test si fanno in ambenti con elevato rumore elettro-magnetico ( vicinanza di Pc, monitor, motori elettrici, trasformatori.
Per ovviare questi problemi meglio fare le prove di funzionamento con pc portatile alimentato a batteria in luoghi con assenza di rumori elettro magnetici.


g) cavo  collegamento tra connettore pannello - Theremino troppo lungo 
I collegamenti tra master e Pc possono essere fatti in diversi modi:
1) cavo da 5 - 10 -15 metri (scartare cavi corti perché in fase di acquisizione avvicinano troppo i geofoni all'operatore). Il cavo sarà collegato collegato con USB femmina tipo B al master e USB Maschio tipo A al pc.
2) tramite caso corto 30 50 cm  tipo B femmina da collegare al master - USB femmina per collegare esternamente alla scatola ad un altro cavo USB lungo almeno 4.5 metri
3) come caso precedente  ma con cavetto più corto possibile 15 25 cm da pannello . per cui il cavo da 4.5 metri o + potrà essere collegato all'esterno della scatola  ( esiste anche la possibilità di usare un cavo anfibio se la scatola è stagna. 
Nei casi 1 e 2) il cavo dovrà passare in un intaglio posto nella scatola bordo alto; questa soluzione è poco comoda in quanto non si può scollegare il cavo durante il trasporto della strumentazione ( caso 1).

IMPORTANTE , non tutti i cavi sono schermati , alcuni schermati con lamine di alluminio, meglio usare con calza , ne esistono alcuni in plastica trasparente che permette di vedere all'interno la calza metallica ( sulla confezione sesso vien indicata la certificazione di cavo schermato).

h) cavi compressi, piegati, schiacciati dal coperchio ( geofoni - 24 bit )
Se c'è poco spazio nella scatola  i cavi vengono spesso piegati, strozzati schiacciati, tali situazioni no permettono di avere  segnali puliti. Anche il posizionamento dei medesimi conta, nel caso di incroci tra cavi meglio mettere una spugna   come distanziatore.
E' importante disporre i cavi  distanti tra loro per garantire il massimo isolamento. 

i) diverso bloccaggio dei tre geofoni e quindi diverse risposte in frequenza
Il fissaggio dei geofoni deve essere fatto con grande cura e nella stessa maniera, nel caso contrario diverse risposte tra canale e canale

l) punzoni troppo lunghi
I punzoni troppo lunghi > di 2 -3 cm provocano  aumenti delle componenti orizzontali aumentando, in presenza di vento, le componenti orizzontali  e conseguente staratura dell'offset del grafico HVSR verso valori errati più alti del rapporto Hvsr

m) Geofoni strozzati da fascette o da buchi nel cubo troppo stretto
Il geofono è costituito da un cilindretto - capsula di lamierino sottile facilmente deformabile con le dita della mano, per cui occorre fare attenzione durante la fase di bloccaggio con fascette  che non venga deformato,.
meglio usare fascette regolabile  mettendone 2 alle estremità dove il cilindretto è più resistente e non al centro.
La deformazione del cilindro riduce la sezione dello stesso dove all'interno è collegato a due molle assiali la bobina  a pochi decimi di mm dalla capsula.
Una piccola deformazione può provocare un contatto meccanico tra bobina e cilindretto causando mal funzionamento del geofono che si evidenzia con un segnale iù piatto rispetto agli altri canali.

n) collegamento non diretto tra geofono e punzone
Più è diretto il collegamento tra terreno e geofoni minore è la perdita di segnale.
dono diversi i punti a rischio:
per il prototipo 9
1)contatto terreno punzone
2) collegamento punzone a piastra
3) collegamento tra piastra e scatola
4) collegamento tra scatola e cubo contenente i geofoni
5) collegamento tra  cubo e geofono

nel caso della scatola gewis prototipo 8 abbiamo
1 collegamento terreno punzoni
2)punzoni cubo
3) cubo geofoni
soluzione questa migliore  di quella precedenti in quanto minori sono  i punti di perdita di segnale a parità di altri fattori

 conta anche il tipo di materiale
a metallo con metallo ben fissato la perdita di segnale è bassissima
 tra metallo e un buon legno è ancora buona
tra metallo - sottili spessori du plastica o lastre sottili di plexiglass la perdita di segnale è notevole notevole. 

o) punzoni  non avvitati rigidamente al cubo o alla piastra contenente i geofoni

Se i punzoni o altre parti meccaniche del contenitore se non sono rigidamente fissate tramite i bulloni producono vibrazioni al sistema che ne deteriorano il segnale
p) leggerezza del sistema di acquisizione > 1,5 kg ( con brezza ) anche 3 - 5 e + kg
Il peso dello strumento ha un importante effetto sulla qualità del segnale specie in presenza di vibrazioni antropiche  che di brezza anche leggera
Un maggior peso lega maggiormente lo strumento al terreno e l'effetto prezza è notevolmente attenuato

q) scelte tecniche diverse da quelli proposte

Spesso seguire scelte diverse  da quelle proposte possono portare ad inconvenienti non previsti difficili da sanare come ad esempio poco spazio dei collegamenti con cavo, impossibilità di chiusura del coperchio, cover modificare la tipologia di blocco dei geofoni ecc,  tali variazioni possono portare a comportamento meccanico diverso tra i tre assi ottenendo cosi risultati non simmetrici tra i tre assi e quindi derive di comportamento dei dati acquisiti

r) prove fatte senza coperchio della scatola se di metallo

Con le scatole di alluminio pressofuso spesso è capitato di avere comportamento asimmetrico dei segnali orizzontali con quelli del geofono verticale, il motivo è stato che per sveltire le procedure di test non veniva messo il coperchio. Quindi quando si fanno i test occorre  montare completamente la meccanica.

s) collegamento sbagliato dei geofoni- assi z x y Se si sbaglia la sequenza del collegamento dei cavi  si hanno risultati errati;
al pin 1 /  2  va collegato il geofono 1 - verticale,
al pin 3 / 4  va collegato il geofono 2 -  Nord Sud
al pin 4 / 5 va collegato il geofono  3 -  Est / Ovest

t) distacco di qualche connettore dai pin di collegamento
Può succedere se la scatola è piccola rispetto al cubo che i nuovi cavi con massa  siano un  poco compressi, con curve strette e con qualche sobbalzo i connettori di collegamento si distacchino dal pin o facciano poco contatto.
Tale situazione può generare fenomeni di deriva .
Per eliminare il problema
1) con un  cacciavite piccolo premere in un buchino poso sul connettore  la lamina d0rata quanto basta per aumentare l'aderenza
2) tagliare  il il cavo ad un cm dal connettore  e saldare un nuovo pin  con un cavo di stessa lunghezza con tubo  termorestringente,
3) tagliar dal cavo tuti i connettori e saldare i connettori  ad un pettine: quelli della massa  al  1 3 5 del primo pettine
pin 1 2 - 3 4 - 5 6  al pettine  3
il terzo connettore a pettine di mette in messo agli altri sue
Collegando i tre connettori a pettine ai tre filari dei pin del 24 bit si ottengono connessioni molto resistenti in quanto i cavi non sono soggetti a staccarsi più dai pin.
Avere l'avvertenza di coprire ogni saldatura con un pezetto di tubo termorestringente per evitare  falsi contatti. 

u) altro   ( comunicare il problema a dolfrang @ libero . it )



CAPITOLO 3) errato settaggio del programma Hal    

Il perfetto  settaggio di Hal permette di migliorare il segnale acquisito 

a) non riuscire ad installare l'Adc 24 bit

b) altro



CAPITOLO 4) a) errato settaggio programma  del tromografo

Solo con un buon settaggio si può avere un buon sondaggi a parità di altri fattori un buon setta 

a) non aver settato il gain usato  nella finestra del programm 

b) altro



CAPITOLO 5) errori in fase si acquisizione

Da una buona acquisizione  deriva una buona acquisizione, se non si seguono i doviti accorgimenti in questa fase  il sondaggio acquisito perde in attendibilità.

a) rumori antropici generati direttamente dall'operatore  che gestisce l'acquisizione.

b)  rumori antropici nella fase di taratura

c) non messa in bolla dello strumento

d) non aver regolato  le scale di visualizzazione  del segnale

e) aver cambiato il posizionamento  degli assi dei tre canali da menu  Z X Y

f) non perfetta preparazione della piazzola ove posizionare la strumentazione

g) altro



segue una serie di cattivo funzionamento del sistema di acquisizione non dovuto all'Hardware o al software ma a situazioni ambientali , antropiche o morfologiche del sito tali  da generare risultati scadenti, poco precisi che possono portare a risultati non affidabili.  

CAPITOLO 6) problematiche   dovuti a situazioni morfologici del sito

spesso vengono interpretati come errori  hardware o software  le anomalie  dovute a  motivi morfologici,  tali anomalie occorre  a prevederle ed imparare ad elaborarle, ci possono fornire utili indicazioni sul comportamento sismico di tali aree 

a) Sondaggi  eseguiti  sul fondovalle 

b) Sondaggi eseguiti  su versanti

c) sondaggi eseguiti  in cima a vette  o linee di cresta

d) presenza di scarpate  rocciose inclinate

e) siti alla sommità di scarpate , terrazzi fluviali ecc

f) altro



CAPITOLO 7) problematiche dovute a azioni antropiche

Spesso vengono interpretati come errori  hardware o software  le anomalie antropiche,  tali anomalie occorre impararle a riconoscere, ed eliminarle in fase di elaborazione

a) Presenza di pedoni o animali nelle vicinanze del punto di sondaggio

b) in vicinanza di strade 

c) in vicinanza di edifici pubblici, fabbriche, centri cittadini, 

d) in vicinanza di stazioni ferroviarie, tram, metropolitana

e) in vicinanza di linee elettriche e messa a terra di impianti elettrici

f) a monte o a valle di muri di sostegno

g) nelle vicinanze di edifici multipiano

h) posizionamento del sistema di acquisizione su luoghi non adatti.

i) non posizionare l'auto vicino allo strumento

l) controllare il cavo  che unisce  il geofono 3D usb

m) altro



CAPITOLO 8)  fenomeni  dovuti a motivi ambientali

spesso vengono interpretati come errori  hardware o software  le anomalie  dovute a  motivi ambientali,  tali anomalie occorre  a prevederle ed imparare ad elaborarle, ci possono fornire utili indicazioni sulla stratigrafia se i conoscono

a) presenza di brezza - ( con vento evitare di eseguire sondaggio

b) presenza ghiaccio superficiale   e nei primi decimetri o metri di stratificazione

c) vicinanza a mare e a corsi d'acqua

d) in presenza di cespugli, alberi isolati, boschi in presenza di brezza e vento          

e) in presenza di siti ubicati in zone vulcaniche

f ) sopra a cavità , doline , vuoti sotterranei

g) altro



CAPITOLO 9) Errori di interpretazione  ed elaborazione del dato acquisito

Questa è la fase più a rischio di errori se anche con strumentazione settata  e perfettamente realizzata, è inutile spender  grosse cifre in strumentazioni costose  ma occorre  fare esperienza e imparare la teoria del metodo e le tecniche di elaborazione. 

a) mancanza di conoscenza della teoria del metodo

b) mancanza si conoscenza  del programma  di elaborazione

c) mancanza di  dati stratigrafici litologici e sismici gel sito

d) mancanza di altri dati , indagini geologiche e geofisiche in sito

e) mancanza di dati punto 4)  nelle aree vicine

f) mancanza di esperienza nell'elaborazione

g) utilizzo software automatizza che impediscono all'utente di dare il proprio contributo

 h) altro

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