TEST 6 - HVSR E MICROTREMORI - Imperia Borgo Prino

Test 6: Acquisizione sperimentale HVSR:

Comune: Imperia
Località: Borgo Prino - Torre Bonazza - piazzale S. Lucia
Nota: Nella prova eseguita VICINANZA del Torrente Prino

PROTOTIPO 1 - VERSIONE OBSOLETA DEL TROMOGRAFO SPERIMENTALE, PICCOLO, LEGGERO. (senza cubo in legno con geofoni tenuti assieme da fascette )


N ° Canali attivati ​​3
Asse considerato XYZ
Frequenza di campionamento 500 hz

Durata Acquisizione 20 Minuti
Segnale Utile 2,30 Minuti circa (poco)

Frequenza Propria della geofono 4,5 hz

1) Avere visionato meteo: Presenza di vento (scala 1: 10) = 2

2) Traffico: a nord strada statale, a est e sud ad 1 ventina di metri strada secondaria e piazzale-parcheggio, transito pedomale.

3) Rumore Nelle vicinanze prodotto da una stazione di pompaggio acquedotto comunale con tubi di grosso diametro.

Il geofono E 3D posizionato su un suolo ciottoloso infisso nel terreno di solo 2 cm.

Attendibilità della prova: media

Filtraggio applicato hardware 0,50 - 100 Hz circa
Software di filtraggio 0,50 - 100 hz

Acquisitore utilizzato: Theremino

Stratigrafia tipo: Coltri rimaneggiate superficiali limoso sabbiose ghiaiose ciottolose superficiali, coltri Alluvioni ciottolose - ghiaiose, calcari marnosi e marne calcaree molto fratturate.

Figura 1) Grafico HVSR e relativa Tracce dei tre sismogrammi acquisiti

La Registrazione dei tre sismogrammi si presentazioni molto rumorosa per i fattori precedentemente descritti rendono che L'Elaborazione al di sotto dei 4 Hz particolarmente movimentata.
Da tener presente che l'elaborazione é stata fatta impostando da software un Filtro banda passante settato tra 0 - 10 Hz. 

Nel grafico si vede un sulo picco HVSR importante:

MANUALE Theremino - progetto dolfrang (HVSR - Metodo Nakamura)

http://www.theremino.com

Manuale acquisitore Theremino 
progetto dolfrang 
(HVSR - metodo Nakamura - microtremori)

software di acquisizione free - opensource
progetto hardware opensurce online free


la pagina deve essere aggiornata  alle nuove versioni del programma, alcuni menu sono mancanti altri non vengono più  utilizzati, attendere le  dovute  modigiche

L'hardware: 

adconverter + tre preamplificatori + tre trasduttori velocimetrici ( geofoni ), l'idea probabilmente è considerara banale ma spesso le cose semplici sono le meno costose e più funzionali ! 

Caratteristiche tecniche:

Canali 3 ( possibile collegarne da 1 a 24 e oltre )

Frequenza di campionamento 500 campioni secondo canale anche con 24 canali
Noise microvolt 0,17
Filtro passa banda da 0,25 hz 80 hz
Durata acquisizione limitata dalla ram del pc ( ore )
Gain 10000 x modificabile con resistenze aggiuntive

                step         max value       

----------------------------------------------------

con gain     1   200.000 uV    3300.000 mV   (1)

con gain    10    20.000 uV     330.000 mV   (2)

con gain   100     2.000 uV      33.000 mV   (3)

con gain  1000     0.200 uV       3.300 mV   (4)

con gain  2000     0.100 uV       1.650 mV   (5)

con gain  5000     0.040 uV       0.660 mV   (6)

con gain 10000     0.020 uV       0.330 mV   (7)

valori orientativi

(1) applicazioni senza amplificazione
(2) sismologia
(3) sismologia - monitoraggio monitoraggio fabbricati > 10 piani
(4) sismica a rifrazione, Masw, sismica a riflessione, monitoraggio fabbricati 5- 20 piani
(5) Remi, Esac, sismica a rifrazione, Masw, HVSR, monitoraggio fabbricati 2- 10 piani
(6) HVSR , monitoraggio fabbricati 1- 5 piani
(7) HVSR profonda in assenza di rumori ambientali

Visualizzazione del segnale in tempo reale

Time sampling settabile 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25,50,100 millisecondi e valori intermedi

Acquisizione singola a istanti e con frequenza da canale a canale

Possibilità di acquisire ogni canale con frequenza di campionamento diversa

Acquisizione praticamente contemporanea per tutti i canali

Visualizzazione del segnale in tempo reale

Possibilità di aggiungere ai canali 4, 5, 6 un accelerometro utile per misure in ambienti particolarmente rumorosi e su possibili nuove applicazioni nel campo della sismologia e dei microtremori con nuovi hardware.

Per maggiori informazioni e schemi elettrici andare sul sito OPENSOURCE del progettista 

http://www.theremino.com

NOTE SUL COLLEGAMENTO HARDWARE

Dopo aver saldato al polo + scelto per convenzione con un simbolo a forma rotonda sul geofono e il polo (-) il polo opposto, eseguire la stessa operazione sugli altri 2 geofoni

filo rosso polo +
filo marrone polo -

la terna di fili foto soprastante  lato sinistro di collegano  ai pin del Theremino 

CANALE 1 

cavo giallo       ---> SIG

cavo rosso        ---> +5Volt

cavo marrone   ---> GND

CANALE 2 

cavo giallo       ---> SIG

cavo rosso        ---> +5Volt

cavo marrone   ---> GND

CANALE 3 

cavo giallo       ---> SIG

cavo rosso        ---> +5Volt

cavo marrone   ---> GND

NOTE SUL SOFTWARE DI ACQUISIZIONE

Il programma di acquisizione è costituito da due software di acquisizione e di visualizzazione e registrazione dati :

1) HAL di acquisire i dati dal Theremino e renderli disponibili  al programma  di gestione- acquisizione , in questo caso per eseguire sondaggi HVSR.

2) Il programma THEREMINO - PROGETTO DOLFRANG  che ha il compito di prelevare i dati acquisiti a frequenza di campionamento prefissata, salvare i dati acquisiti, visualizzarli e creare alla fine il report in formato SAF compatibile con i programmi di elaborazione HVSR.
( opensource - free )

- Scaricare il programma  dal sito ufficiale di www.Thremino.it

- Nella cartella lanciare il file dolfrangTheremino.exe,
- Attendere che venga caricato automaticamente il programma Hal contenuto nella medesima cartella
- configurare Hal secondo le istruzioni sotto riportateParte 1)
- tornare al programma DolfrangTheremino pe acquisire i dati Parte 2)

Va lanciato DolfrangTheremino.exe  che a sua volta lancia Hal già configurato secondo le opzioni salvate .

La prima volta occorre  caricare dal programma Hal  cliccando sul menu di HAL.exe ( figura1 ) il punlsante Name, selezionare iL settaggio GEOPHUNO XYX)

DOWNLOAD 

Software di acquisizione

DOLFRANG - THEREMINO
free -opensource

PARTE 1°
THEREMINO HAL

figura 1)

Maggiori informazioni si trovano al seguente link compreso il file di installazione:

Manuale Hal e download free

Il programma funziona solamente se è collegato l'hardware e va configurato in base al tipo di periferica utilizzata.

La frequenza di campionamento è fissa a 500 campioni secondo e non dipende dal numero di canali attivati, oltre ad un certo numero di canali contano anche le prestazioni del Pc.

In queste righe ci soffermiamo ai passaggi necessari per attivare l'applicazione HVSR:

1) collegare al pc la strumentazione che inizia subito ad acquisire autonomamente;

2) lanciare il programma DolfrangTeremino.exe

3) oltre al programma dolfrang  verrà caricato automaticamente anche il file Hal.exe

4) cliccare sulla finestra in alto a destra "NAME" e caricare il settaggio GEOPHONES XYZ 

E' anche possibile settare altre configurazione particolare in modo  da non dover  rifare le operazioni  ogni qual volta  si vogliono modificare.

A questo punto si può procedere al settaggio manuale delle specifiche di acquisizione che si possono salvare in modo da poterle ricaricare quando si vogliono ricaricare ed evitare in campagna di perdere tempo con l'aggravante di scarsa visibilità del monitor e l'assenza di piani di lavoro comodi.

figura2)

1) nel caso non fosse rilevato l'acquisitore (perché collegato dopo l'avvio del programma), cliccare su Recognize;

2) nella griglia centrale apparirà il dispositivo con i relativi 6 pin mentre la finestra REP. FREQ.(fps) dovrebbe mostrare un valore compreso tra 500 e 900 in base alle prestazioni del pc. Tale valore indica la frequenza di campionamento massima utilizzabile tra quelle selezionabili in seguito dal programma THEREMINO progetto Dolfrang (in tutti i casi il valore letto dovrebbe essere > di 400 fps).

Capitolo 7) Manuale datalogger - Programma di taratura

Programma di taratura
vecchio listato , oggi superato

per tromografi sperimentali dotati di trimmer di taratura per ogni canale. serve per migliorare la centratura per ogni canale

vedere istruzioni inserite nel listato

// --------------------------------------
// di Dolmetta Angelo
// TARATURA V 26 marzo 2011
// --------------------------------------
//il programma permette di tarare l'amplificatore agendo sui trimmers
// definizione variabili array primo canale *(1)
double ch0;
double ch1;
double ch2;
long tot0;
long tot1;
long tot2;
long max0;
long max1;
long max2;
long min0;
long min1;
long min2;

int samples;
int i;
// setta la velocità di trasmissione della porta seriale
// da non confondere con la frequenza di campionamento

void setup() {
Serial.begin(9600);

// Se non vengono inserite nessuna delle sottostanti istruziioni (BLU) l'Arduino
// acquisisce con tensione di riferimento 5 volt , se si usa il ponte con tensioni di +/- 2,5 // volt

// le seguenti istruzioni vanno utilizzate se anche nel programma di acquisizione si usano,

// altrimenti la taratura non è perfettamente funzionante

// NON USARE ALCUNA ISTRUZIONE se si vuole usare come fondo scala 5volt e/o +/- 2,5 volt.
// analogReference(EXTERNAL); //PER VELOCIMETRO
// analogReference(INTERNAL); //PER ACCELEROMETRO

//Serial.println("il programma visualizza il valore di zero");
//Serial.println("fa la media del dati acquisiti");
//Serial.println("ruotare i 3 trimmers fino a leggere 512");

}

PROTOTIPO (6) - GEOFONO 3D CON ACQUISITORE DATI

TROMOGRAFO SPERIMENTALE

AUTOCOSTRUIBILE

COMPONENTI:

E' il sistema più facile da realizzare in quando di dimensione maggiore e che offre buone prestazioni, sufficientemente pesante, tutto racchiuso nella scatola Gewiss e all'occorrenza si può rendere stagno  con una colata di silicone in corrispondenza dei tre buchi  delle puntazze.

Occorre solo l'uso di un trapano a colonna per fare i tre buchi da 26 mm con fresa da 3 euro legno con trapano a colonna per garantire la verticalità.

Possibile rivolgersi ad un amico o a un falegname per fare i tre buchi in meno di 15 minuti

Verificare gli ingombri , la funzionalità e la disposizione interna dei componenti, il buon funzionamento , sarà possibile pensare ad far realizzare in alluminio tenendo conto che il sistema non superi i 3 kg di peso ( peso specifico alluminio 2,7 kg /cm3 )

( prima di passare alla realizzazione in alluminio meglio inviarmi foto e dimensioni per vedere se è fattibile e per adottare particolari cautele )

1) CUBO DI LEGNO DURO- faggio frassino, rovere ecc. meglio se di alluminio, delle dimensioni di 5 cm circa di spessore circa , 13 x 13 - recupero scarti di falegnameria.
La misura 13 x 13 è fissata per la scatola Gewiss indicata, ma si può arrivare a 20 x 20 x 6 , importante prima trovare la scatola adatta ed in funzione dello spazio libero interno determinare le dimensioni interne , lasciare un cm di franco, considerare lo spazio occupato da theremino che è di 6 x 4 x 2,5 e del cavo usb di collegamento una decina di euro

2) SCATOLA GEVISS 200 x 140 x 70 circa da 9 Euro - Grossista materiale elettrico vicino casa

3) n° 3 bulloni da 10 mm con rondelle e dadi - ferramenta 1,5 euro , lunghezza adeguata devono sporgere almeno 3 cm sotto alla scatola diametro 8 - 10 mm. - 2 euro

4) viti per fissare il Theremino master 20 cent

9) un acquisitore Themino Master -  10   euro

http://thereminostore.com

 http://www.ebay.it/sch/maxtheremino/m.html

10) n° 3 preamplificatori Theremino -  sostituibili dal nuovo adc 24 bit Theremino , più performante e meno costodo - vedere prototipo 8 e 9 e seguenti 30 euro

http://thereminostore.com

 http://www.ebay.it/sch/maxtheremino/m.html

11 ) cavo USB con collegamento tipo stampante da 1,5 metri , meglio se da 5 metri - 4 euro

http://thereminostore.com

 http://www.ebay.it/sch/maxtheremino/m.html

12) n°3 geofoni 1 verticale , 2 orizzontali da 4,5

  2,5 euro

Peso del sitema  1,1 kg , può essere zavorrato con 1- 2 fogli di pionbo ( acquistabili dai rivenditori di materiale edile della dimansione di 13 x 13

per raggiungere 1,5 - 2 kc che devono essere bloccati al cubo di legno dalle tre puntazze ex eventualmente con altri bulloni .

Figura 1) l'immagine visualizza l'elettronica del sistema.

i geofoni ( 2 sono nascosti )  e non visibili, i 3 amplificatori l'adconverter Theremino, e a sinistra anche l'accelerometro per il momento non ancora collegato.  

 Figura 2) - stessa immagine della precedente nella quale si vede anche uno dei 2 geofoni orizzontali , si può vedere la semplicità realizzativa del sitema 

Audacity: Free Audio Editor and Recorder

http://audacity.sourceforge.net/

Un programma gratuito per l'acquisizione dati tramite scheda sonora.

Permette di visualizzare e registrare il segnale acquisito, eseguire l'analisi di spettro, filtrare, modificare ed esportare i file acquisiti in diversi formati: mp3, wav ecc.

Collegando 1 / 2 geofoni alla scheda sonora ( al posto del normale microfono ) è possibile trasformare il vistro pc in un sismografo per monitorare vibrazioni indotte e/o naturale del terreno, di strutture e/o edifici, brillamento di cariche in cave per la visualizzazione del segnale acquisito e la restituzione del relativo spettro.

Capitolo 3) Manuale datalogger - Specifiche dell'ardware di acquisizione

VECCHIE SPERIMENTAZIONI
( vecchio manuale  - superato)

3) Specifiche dell'ardware di acquisizione

Le seguenti note vogliono riassumere le principali problematiche e i metodi da usare per un buon hardware che alla luce delle prime sperimentazioni non ha ancora portato a buoni risultati  per le misure sul terreno (anche se ora s'incominciano a vedere migliorie con le modifiche eseguite) mentre i risultati  per la misura della frequenza di risonanza dei fabbricati sembrano migliori  in quanto  le vibrazioni sono più elevate di quelle del terreno.

( in rosso gli aspetti negativi, in blu quelli positivi )

1) scelta dell'acquisitore:

Arduino uno e similari a 10 bit

Problemi dell'Arduino uno: 

essendo un 10 bit ha bisogno di un gain superiore rispetto all'Arduino due di almeno 4 volte 

più lento in fase di acquisizione ma sufficiente a permettere a frequenze tra 100 e 500 hz a seconda del computer utilizzato e del programma di acquisizione usato

utilizza un microcontrollore fissato con basetta , facile da sostituire in caso di guasti 

possibilità di essere alimentato normalmente a 5 volt e qundi con una risoluzione minore rispetto all'alimentazione a 3,2 volt, possibilità di lavorare con tensioni di riferimento inferiori ( 3,2 - 1,0 volt)

Legge tensioni da 0 a 5 volt , pertanto complica l'ardware in quanto necessita di un partitore che permetta di eseguire letture negative da + 2,5 a - 2,5 volt, ciò può sporcare il segnale acquisito inquanto occorre sommare al segnale del geofono una tensione di 2,5 volt che potrebbe sporcare irrimediabilmente il segnale quando si lavora a basse tensioni.

Il numero di canali è sufficienti per fare prove HVSR,  massimo numero di canali gestibili  N° 6

Essendo un 10 bit ha una dinamica limitata a 1024 step in tutti i casi se  si usa una giusta calibrazione del fattore di amplificazione e magari un commutatore a 2/ 3 livelli di sensibilità non ci sono problemi

Arduino due a 12 bit

Problemi dell'Arduino due: 

PROTOTIPO 4 - tromografo sperimentale per HVSR

TROMOGRAFO SPERIMENTALE
AUTOCOSTRUIBILE
SOLUZIONE SUPERATA DAL PROTOTIPO 5 E 7 ANCHE SE ANCORA VALIDA
OTTIMA SOLUZIONE IN CASO DI BREZZA GRAZIE AL PESO E LA FORMA COMPATTA

COMPONENTI:

1)  PIASTRA IN ALLUMINIO oppure di legno / plexiglas appesantita da piastra in ferro ( peso totale  1,0 -3 kg )   -    di alluminio di recupero  3 - 4 euro kg 

2)  SCATOLA GEVISS  100 X 100 X 19   5,00 -7  Euro  - Grossista materiale elettrico

3)  n° 3 bulloni da 10 mm lunghi 5 cm  con rondelle a molla e dadi - ferramenta 1,5 euro

4)  n° 1 bullone con 2 dati e 2 rondelle da 5,5 cm + spessore piastra ( circa )  0,5 euro     

5)  n° 4 brugole 2 + spessore piastra con dadi   2 euro

6)  n°° 1 cubo di legno 8 x 8 x 4 di legno stagionato frassino o simile con tre buchi da 26 cm  profondi 3,5 + 1  buco asse centrale da 7 mm        10 - 15 euro a seconda del falegname)  

6)  ritaglio di compensato a L per posizionamento Theremino come da foto allegata , 1 euro 

8)  n° 2 bulloni di piccolo diametro da 10-15 mm per fissare Theremino al compensato 0,5 euro

9)  un acquisitore Themino - 10 euro

http://thereminostore.com

 http://www.ebay.it/sch/maxtheremino/m.html

10)  n° 3 preamplificatori Theremino

-http://thereminostore.com

 http://www.ebay.it/sch/maxtheremino/m.html  

11 ) cavo USB con collegamento tipo stampante da 1,5 metri , meglio se con prolunga - dal vostro fornitore di pc 2,5 euro

12)  n°3 geofoni  1 verticale , 2 orizzontali  da 4,5 hz   -

http://thereminostore.com 

http://www.ebay.it/sch/maxtheremino/m.html

La scatola Geviss fissata con 4 brugole  alla piastra, 

tra la piastra e la Gevis una rondella come spessore per una migliore aderenza alla piastra

(le brugole potrebbero essere omesse se si usa plexiglass o alluminio) 

cubo di 8 x 8 x 4 di legno stagionato (No abete - pino troppo fragili nel bucare a meno che il cubo non abbia dimensioni maggiori) 

Nel cubo di vedono delle spugne che hanno lo scopo di riparare gli amplificatori messi in una tasca all'interno.

I tre buchi dei geofoni devono essere prolungati fino sul lato opposto del cubo di legno con fori da 8-10 mm per permettere l'estrazione del geofono infilando nel buco un tondino di legno per spingere fuori il geofono 

SENSORE TEMPERATURA E UMIDITA'

http://www.mauroalfieri.it

Un interessante Link sul monitoraggio della temperatura e dell'umidità.

Il sensore di temperatura ed umidità del suolo SHT10 Soil Temperature Moisture Sensor é ideale nei progetti in cui vuoi monitorare la temperatura del suolo con una sonda digitale.

La differenza tra una sonda analogica ed una digitale è data dall’affidabilità del dato anche su lunghe distanze in quanto il segnale non è influenzato dalla lunghezza dei cavi in quanto il dato non è misurato come differenza di potenziale tra i poli ed il cavo dati.

Continua nel sito........

Manuale HVSR - Nakamura -

informazioni utili per l'acquisizione

 HVSR - Nakamura

La parte seconda del manuale è dedicata ai lettori che hanno iniziato ad usare il sistema di acquisizione nel caso contrario la lettura è inutile perché troppo specifica per chi vuole informazioni di massima del sistema sia dal punto di vita hardware che software.

  

1) cosa si deve sapere sul programma Hal

Il programma Hal è la parte vitale del sistema di acquisizione, esegue l'acquisizione dei dati  per convertirli in numeri facilmente gestibili dal Pc come file di testo o per la loro visualizzazione su schermo come grafici in tempo reale.

CONTROLLARE - che il download fatto contenga l'ultima versione di Hal pubblicata (normalmente si tratta della versione più performante), il pacchetto DOWNLOAD THEREMINO DOLFRANG non è detto che ci sia l'ultima ma in tutti i casi  è quella che non dovrebbe dare problematiche perché più testata.