Sismica passiva con tecniche a stazione singola e antenna

http://www.geologimarche.it

Sismica passiva con tecniche 

a stazione singola e antenna

Dario Albarello

Università degli Studi di Siena

dario albarello@unisi it dario.albarello@unis

un iteressante articolo sulmetodo HVSR e microtremori con esempi 

Project SEIZMO - A Matlab & Octave Toolbox for Earthquake Seismology

Project SEIZMO

http://epsc.wustl.edu

sito molto interessante di geofisica

Project SEIZMO is a Matlab and GNU Octave based toolbox encompassing a collection of over 650 functions that provide a framework for seismic data preparation, quality control, and analysis akin to that of Seismic Analysis Code with a focus on passive source seismology at regional and global scales (where earthquakes and ambient noise are the sources). There are numerous functions for reading/writing standard seismic data formats, displaying and editing metadata, plotting seismograms, creating animations, data processing, and interactive analysis. Data processing capabilities include correlation, convolution, deconvolution, detrending, differentiation, integration, interpolation, resampling, filtering, merging, response transferring, rotation, stacking, spectral analysis, tapering, and windowing. The toolbox contains collections of functions for arrival time determination and quality control with cross correlation and cluster analysis, Rayleigh wave two plane-wave analysis, seismic ambient noise processing, and frequency-wavenumber analysis. SEIZMO utilizes direct access to the TauP toolkit to administer predicted arrival times, raypaths, pierce points, and travel time curves for several widely recognized 1D seismic earth models. Mapping in SEIZMO draws on the M_Map toolbox. The seismology toolbox also incorporates several 3D mantle models, a catalog of moment tensors from the Global CMT project, and a database of instrument responses available through IRIS. There are functions to aid in rapid prototyping and customization for new functions and documentation for every function is accessible through the inline help system.

SAC
SEISAN
GISMO
RSEIS
CORAL
SPLITLAB
SYNTHSPLIT
TTBOX & LOCSMITH
M_MAP
MATTAUP
SHTOOLS
STK
SEISLAB
MATSEIS
SEISMON
SPICE Software
CIG Software
IRIS Software
PASSCAL Software
USC Software
TauP
MADAGASCAR
SEISMIC UN*X
SACLAB
MacSAC

http://www.trilobites.info/

A Guide to the Orders of Trilobites
A website devoted to understanding trilobites
created and maintained by Sam Gon III

http://www.trilobites.info/

Tutto sui Trilobiti

ottimo sito molto ricco di notizie e foto

L'EVOLUZIONE DEL TROMOGRAFO SPERIMENTALE THEREMINO

ALCUNI PROTOTIPI DI TROMOGRAFO SPERIMENTALE,
DAI PIU' ARCAICI AI PIU' AVVENIRISTICI....

La pagina raccoglie una serie di immagini di tromografi sperimentali, inizialmente prototipi di geofoni 3D USB primitivi che nonostante tutto avevano fornito dati interessanti fino ad arrivare agli ultimi prototipi, molti partecipanti al progetto hanno realizzato variazioni sui progetti base che hanno permesso di migliorare notevolmente dal punto di vista della meccanica.

Con l'evoluzione della strumentazione si sono affinati i componenti , le dimensioni, la forma cercando di aumentare la stabilità , la minima resistenza al vento al vento e le prestazioni , tale tendenza continua a migliorare con le continue modifiche che quasi giornalmente vengono apportate ai prototipi trovando online nuovi componenti atti a migliorare la funzionalità

SI RINGRAZIANO TUTTI GLI AMICI CHE HANNO CONTRIBUITO A MIGLIORARE IL PROGETTO.
In particolare l'amico Antonino Restuccia che si era preco incarico di realizzare l'hardware e di fare le prove  in sito comparando i dati con alcuni strumenti professionali, sia nel periodo "Arduino" che dopo al passaggio al Theremino che ha permesso di ottenere risultati migliori.

Il progetto è nato per gli strumenti e per tutti gli appassionati gi sismologie e geofisica per capire meglio come funziona un sismografo , da cosa è composto, le tecniche di progettazione, realizzazione e non ultimo di utilizzazione.

SEGUONO ALCUNI PROTOTIPI DI TROMOGRAFO SPERIMENTALE, DAI PIU' ARCAICI AI PIU' AVVENIRISTICI....

La pagina raccoglie una serie di sondaggi eseguiti con il tromografo sperimentale, inizialmente con prototipi di geofoni 3D USB primitivi che pur avendo fornito dati interessanti, il segnale è fortemente condizionato dal rumore ambientale e meteo .

Con l'evoluzione della strumentazione si può notare a parità di condizioni ambientali una evoluzione positiva del segnale, tale tendenza continua ad esistere con i continui miglioramenti che quasi giornalmente vengono apportati alla strumentazione.

la famiglia cresce ......

( INVIATE LE FOTO DEI VOSTRI GEOFONI 3D USB )

AL CENTRO DI COLORE ROSSO L'ACCELEROMETRO

Uno dei primi prototipi di tromografo sperimentale collegato all'Arduino, a quel tempo si usavano tre geofoni separati infissi nel terreno al posto del geofono 3D usb che si usa ora.

Anche se l'hardware era un semplice assemblaggio su millefori i risultati non erano molto lontani da quelli ottenuti dagli strumenti professionali....

Gain 9000 - Hz 500, baud 105200, durata acquisizione  30 minuti, formato dati SAF 

Si ringrazia l'amico A. Restuccia per aver fornito le foto d'archivio

PRIMI DISCEGNI DELL'UNITA' GEOGONO 3D - USB

il progetto è stato abbandonato per difficoltà di settaggio della risposta dei tre geofoni vincolata dalle  modalità di fissaggio.

Altro problema la presenza di 4 punzoni posi a 8 cm di distanza  troppo vicini tra di loro e la leggerezza del sistema, inferiore a 800 gr.

Per migliorare il progetto si è pensato di aggiungere una piastra metallica per appesantire il sistema e posizionare  i tre punzoni a maggiore distanza  migliorandone leggermente le prestazioni in particolare in presenza di piccole brezze.

Il problema  dei tre geofoni scollegati tre loro rimaneva....

Primi studi del geofono 3D - usb

A seguito delle precedenti sperimentazioni si è incominciato a pensare un cubo in legno con tre fori ortogonali atti a contenere le capsule geofoniche, in questo modo le vibrazioni provenienti dal terreno grazie  ai punzoni vengono trasmesse al cubo solidale con i tre geofoni posizionati ortogonalmente.
Il cubo doveva essere inserito nella scatola geviss piccola 8 x 8 x7 circa

per aumentare il peso   la scatola  geofono 3D - usb è stata posizionata su una piastra metallica per aumentarne il peso e la distanza tra i  tre punzoni

Ultima evoluzione  del progetto precedente  con risultati ottimi anche in condizioni di piccola brezza

grazie al peso di 2,7 kg  raggiunti con l'aggiunta di una piastra di alluminio di 18 x 18 x 2 cm circa

Schema  di un cubo di alluminio , le misure sono  troppo ridotte
Consigliate misure da 20 x 20 x 5, più grande, più pesante = più stabile



Rivestimento del cubo di alluminio posizionato all'interno

Primo  prototipo cilindrico in alluminio.

Particolare per il collegamento del cavo Usb tra pc e Theremino
Migliore la soluzione dell'immagine seguente

Sulla parete laterale a sinistra di vede un utile connettore    da pannello  collegabile al Teremino posto all'interno della scatola del costo di pochi euro - vedere ebay( Keiword : connettore usb da pannello")

Il primo prototipo dotato di commutatori per modificare il gain dello strumento sperimentale, utile per indagini in ambiente cittadino e in zone vulcaniche  dove il rumore di fondo è elevato non compatibile con l'elevata sensibilità strumentale, oltre 10000 di gain

Bell'esempio di tromografo sperimentale realizzato in alluminio con i geofoni , gli amplificatori, l'acquisitore dati inglobati nel cubo compresi i cavi di collegamento

Tromografo sperimentale con mini pc Windows; ottimo per chi vuole acquisire senza portarsi dietro pc portatili più costosi con autonomina di soli 1 - 2 ore, i tablet hanno autonomie di 8 -10 ore un'intera giornata di lavoro....

Anche le prestazioni sono elevate con il quadricore montato.

Assenti vibrazioni dovute ad HD in quanto vengono utilizzate memorie di massa allo stato solido

Tromografo sperimentale con tablet Windows; ottimo per chi vuole acquisire senza portarsi dietro pc portatili più costosi con autonomia di soli 1 - 2 ore , i tablet hanno autonomie di 8 -10 ore un'intera giornata di lavoro....

Anche le prestazioni sono elevate con il quadricore montato.

Assenti vibrazioni dovute ad HD in quanto di vengono utilizzate memorie di massa allo stato solido.

L'amico che ha realizzato l'acquisitore scrive;

Ho chiamato questo apparecchio “Hear Our Earth” (Ascolta la nostra Terra), perché penso che dobbiamo sforzarci di ascoltare la natura che ci circonda, in quanto abbiamo ancora molto da imparare.

“Hear Our Earth” (Ascolta la nostra Terra), la nuova versione  con tre commutatori per modificare il gain  dello strumento.

Il modello "Titty" per il colore del famoso canarino dei cartoni amimati  !!!!!

Anche questo modello momta un commutatore a 4 livelli di amplificazione 

Altro prototipo versione 5)

Il nuovo prototipo 7)  a sinistra più grande e pesante del prededente  prototipo 5) a destra.

Il modello "Mandarino"

prototipo  di sismografo per sismologia

foto Paleo Frank

un nuovo prototipo , il cubo 13 x 13 x 5 è fatto in legno di rovere ( prototipo 5 )

molto pulito e ordinato nella sua  realizzazione.

La nuova generazione TDEREMINO a 24 bit

“Hear Our Earth II” (Ascolta la nostra Terra 2),

Questo acquisitore è stato chiamato “Stay Tuned”, che vuole dire “resta sintonizzato”, cioè continua ad ascoltare la nostra Terra, ma anche “presta attenzione” in quanto il segnale acquisito necessita di una approfondita analisi.

Il sismografo particolarmente adatto per la sismologia, 24 bit con cubo di plexiglass trasparente e contenitore i alluminio pressofuso.

Altro esempio di meccanica adatta per sismologia in scatola pressofusa di alluminio

AVVENIRISTICO PROGETTO  
di tromografo realizzato in alluminio massiccio
 nella figura si vedono i particolati   del blocco porta geofoni 3D

Sismografo per sismologia

In giallo il precedente  modello ADC 16,

In rosso i gemelli 24 bit , 2 , 3 strumenti permettono di accelerare le operazioni di campagna e si possono  realizzare con brevi acquisizioni su durata 15 minuti  pseudo sezioni sismiche    posizionando  gli acquisitori a distanze costanti

In alluminio pressofuso con connettore impermeabile, completamente stagna.

Nuovo sismografo per sismologia  realizzato con molta cura dal punto di vista estetico ma che ha un grave problema , la lastra fi acciaio è troppo sottile e i 4 punzoni s0no messi troppo distanti dalla scatola generando un effetto   a molla  che amplificano il segnale e rende il sistema di acquisizione instabile.

Non è consigliabile usare 4 punti di appoggio, devon essere tre per garantire l'assenza di traballamenti al sistema di acquisizione

 la piastra di acciaio ha 2 funzioni_

1) appesantimento

2) allontanare i tre punti di posa per avere maggiore stabilità

si consiglia una piastra di acciaio di spessore maggiore  > 6 8 mm per garantire una maggiore stabilità del sistema.

Altro prototipo della serie 9, pulito nelle sue linee

Altro prototipo della serie 9,  con contenitore pressofuso in lega di alluminio

prototipo di sismografi stazione sismica - dolquake

attenzione  usate  ferma tubi regolabili , i geofoni sono molto delicati se bloccati lungo la circonferena

Il lamierino del cilindro si può deformare e  strisciare sulla sottostante bobina  e bloccarla per attrito.

ottimo lavoro

Altra soluzione  molto pulita e semplice di stazione sismica, notare la semplicità dell'hardware

per l'utilizzo come tromografo meglio aggiungere  una piastra in alluminio quadrata si 20 x 20 x 3 o 4 cm per zavorrare lo strumento.

prototipo interamente in alluminio molto elaborato con un accelerometro che sostituisce la bolla tradizionale, ottina idea di Alex

un prototipo in fase di realizzazione , l'elettronica è realizzata co su schede Teremino a tecnologia a 24 bit

altro prototipo  su piastra in alluminio 

prototipo interessante  a forma cilindrica per ridurre l'impatto della brezza, avrei ridotto al minimo l'altezza del cilinfro per ridurre ulteriormente l'attrito

basamento in alluminio con tre punte e relative malopole di messa in boòòa

 buon cablaggio deò sistema  , i cavi elettrici meglio  fissarli a parti rigide per evitare che traballino

prototipo max in contenitore gewis 18 x24 circa alto 10 per garantire la massima stabilita avendo la possibilita di allontanare di circa 16. 18 cm i punzoni per dare la massima stabilità al sistema, più spazio per il posizionamento dei cavi e relativi connettori , peso maggiore , per cui non è il caso di non dover zavorrare il sistena,
in questo caso servono cavi da 20 cm per unire il 24 bit ai geofoni

 esempio di asseblaggio professionare  del cubo da 16 cm circa in metallo con lato diafonale per permetere un miliore alloggiamento ai cavi - connettori

il  precedente tromografo .sismografo è abbinato a questo mini pc assemblato appositamente per il progetto a basso consumo ed elevate prestazioni con hd   allo stato solido e nessuna ventola per non produrre vibrazioni

realizzazione di uno di 3  tromografi gemelli di  dimensione media , progetto 8

( si attendono le foto degli strumenti completati

lo strumento completato

La verniciatura è stata fatta con spay è quello che si usa per verniciare le parti in platica delle auto e che garantiscono una migliore copertura e resistenza del colore nel tempo.
Per le scatole di metallo si consiglia  apposite vernici , specie per l'alluminio.

prototipo di sismografo a 12 canali  particolarmente studiato per  MASW e REMI, in quest'ultimo caso è possibile acquisire  per 10 20 30 60 minuti in continuo  visualizzando l'anteprima del segnale e registrare i dati acquisiti con una frequenza di acquisizione di  120 200 250  350 400 500 hz.
notare  le dimensioni esdtremamente piccole del sistema  e l'assenza di batterie di alimentazione fornite dal pc

presto il sistema diventerò wifi senza cavo e destira da 12 a 48 canali, facilmente assemblabie  con prestazioni superiori adatte anche alla sismica a rifrazione.

gain 128 per aumentarne la sensibilita, frequenza di campionamento /camale da  10 a 19000 hz

esempio di masw su granito alterato

hz 500 a 12 canali 23 BIT gain 1 stesa 70 m circa

esempio di REMI su granito alterato

hz 500 a 12 canali 24 BIT gain 128 X stesa 70 m circa

ACQUISIZIONE E VISUALIZZAZIONE DEL SEGNALE IN TEMPO CONTINUO

senza interruzioni per durate anche superiori a 1 - 2 ore se necessario

elaborazione Masw con il 12 canali Theremino

altro sondaggio Masw

Attendo altre foto  per pubblicarle in questo spazio

da coloro che non le hanno ancora inviate

Molto c'è ancora da migliorare dal punto di vista meccanico, piccole cose che possono singolarmente apportare ulteriori miglioramenti alla meccanica del progetto.

continuate a visitare queste pagine 

per vedere le prossime  

novità - grazie

Questo potrebbe essere il futuro

L' U F O

La sua forma è dettata da motivi progettuali:

stabilità 

peso 

baricentro ribassato

larga base di appoggio

 massima  trasmissibilità del segnale ai sensori

aerodinamicità al vento

essenzialità e semplicità nelle sue forme
.......

per ultimo ma non meno importante

l'aspetto gradevole  ed innovativo.

L' U F O 
e diventato realtà 
agosto 2017
 con cupola ribassata rispetto al progetto originario 
per avere meno impatto al vento 
e tasche laterali per zavorra e garantire la massima stabilità

Ottima soluzione per trasportare la strumentazione.

Mancano ancora molti UFO all'appello
inviare le vostre foto - grazie

MANUALE DATATOGGER  24 BIT THEREMINO

Caratteristiche del Theremino Adc24

per utilizzo in differenziae

misure microtremori e Sidmologia

Alimentazione: 5 Vdc

Consumo di energia: < 5 millesimi di Watt (900 uA a 5 Volt)

Numero di canali: Da 1 a 16 canali a 24 bit (Σ-Δ) (8 differenziali, 15 pseudo o 16 single ended)

Range dinamico: 127 dB @ 100 SPS (con tre canali contemporanei e guadagno 1)

Campionamento: Configurabile da 1 a 16 canali “Differenziali”, “Pseudo” o “Single Ended” 

Sampling rate: Da 10 a 19200 campionamenti al secondo

Fondo scala: +/- 3.3 Vpp (Differenziale) oppure da 0 a 3.3 Volt (Pseudo e Single)

Adc step (x 1): 0.4 uV (Differenziale) - 0.2 uV (Pseudo e Single)

Adc step (x 128): 3.2 nV (Differenziale) - 1.6 nV (Pseudo e Single)

Impedenza di input: Praticamente infinita (> 100 mega ohm)

Corrente di input: Inferiore a +/- 4 nA

Corrente di input: Variazione con la temperatura +/-25 pA/°C

Tensione Massima: Da -0.3 Volt a +3.6 Volt (tensione massima applicabile agli ingressi)

Corrente Massima: +/-10 mA (corrente massima applicabile agli ingressi)

ESD Rating HBM: Human Body Model = 4 kV

ESD Rating FICDM: Field-Induced Charged Device Model = 1250 V

ESD Rating MM: Machine Model = 400 V

Uscita 3.3 Volt: Fino a 300 mA, accuratezza (1%), stabilità (48 ppm/°C).  Consigliato per HVSR

Uscita 2.5 Volt: Fino a 10 mA, accuratezza (0.2%), stabilità (2 ppm/°C tipica).

Uscita 1.6 Volt: Solo per polarizzare i sensori (accuratezza e stabilità pari al 3.3 Volt / 2).

Gain  1 x,  2 x,  4 x,  8x,  16 x,  32 x,  64 x, 128 x, consigliato 128 per HVSR

Filtri   Max speed ( consigliato per HVSR ),  Fast, Medim Slov

Interfaccia dati: SPI a tre fili, QSPI™, MICROWIRE™ e DSP

Formato dati: Protocollo di Analog Devices (vedere data-sheet dello AD7124-8)

Velocità linea seriale: Da 30 baud a 5 mega baud

Precisione di tempo: Circa 500 uS o inferiore 

Temperatura: Da −40°C a +105°C (funzionale)

Temperatura: Da −65°C a +150°C (in magazzino) Dimensioni: 60 x 34 x 12 mm

Conformità: Nessuna certificazione, è un componente quindi non certificabile

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