martedì 5 gennaio 2016

AMPLIFICATORE PER GEOFONI E ACCELEROMETRI THEREMINO

Nuovo amplificatore a gain variabile
pilotabile da Pc

per geofoni e accelerometri lis344  e geofoni

progetto opensource free

IL PROGETTO è STATO ABBANDONATO PER I SEGUENTI MOTIVI nonostante che l'amplificatore funzioni bene, è consigliabile usare il nuivo 24 bit THEREMINO DOTATO DI AMPLIFICATORI A GAIN VARIABILE

1° - complessità per realizzare l'hardware
2° - risultati  scarIi in termini di risoluzione del segnale con l'accelerometro Lis
3° - non è stato ancora sperimentato con geofono 
4° - si consiglia di utilizzare l'ADConverter Theremino prototipo 8 più performante e meno costoso con 1 geofono verticale da 4,5 hz  oppure con tre geofoni   di cui uno verticale e 2 orizzontali da 4,5 hz  
vedere prototipo 8
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Il team del sistema Theremino si occupa solo di ricerca e non vende hardware. Il sistema è completamente “Freeware”, “Open Source”, “No Profit” e “DIY”,

Sperimentazioni in coso con amplificatore Theremino a gain pilotabile da software potrà gestire fino a 3 canali collegabili a geofoni e/o all'accelerometro multiplo in fase di realizzazione in fase di realizzazione e probabilmente disponibile presto.

Con questo sistema di amplificazione si copre una carenza progettuale per progetti di acquisizione di tipo sismologico dove il gain deve essere relativamente basso tra 1 -100 x in funzione del tipo di sensore utilizzato .

Per analisi sismica su fabbricati dove le accelerazioni o le velocità di trasmissioni delle onde vibrazionali sono di gran lunga superiori di quelle del terreno i valori di gain potrebbero oscillare da 100 a 500 x ( valori ancora da definire).

figura 1
 schema di collegamento tra il nuovo accelerometro multiplo con  il nuovo amplificatore  e il Theremino


Nel campo sismologia si potrà avere un sistema  accelerometrico - velocimetrico unificato utilizzando i 6 canali disponibili del THEREMINO, in questo modo si potranno fare contemporaneamente  misure di microsismicità e/o di terremoti lontani dal punto di registrazione , e di elevatissima sismicità , teoricamente fino a misure massime  con accelerazione di picco anche in caso di terremoti catastrofici senza andare in saturazione
NON ADATTO PER ESSERE USATO CON  GLI ACCELEROMETRI  LIS

VARIANTI per utilizzare i geofoni
Per usare i geofoni occorre fare le seguenti modifiche

  figura 2
piccole modifiche nel caso si vogliano utilizzare i geofoni  con lìaggiunta di tre  condensatori ceramici ( soluzione consigliata )

 figura 3
 come figura 2 ma con l'utilizzo di condensatori elettrolitici


per l'uso dell'accelerometro lis 344 queste sono le modifiche

figura 4a



figura 4b

Per uniformarsi allo standad dolfrang  consiglio  di collegare 
al canale 1       asse Verticale  
al canale 2       asse Nord       
al canale 3       asse Est 

probabilmente il cavo di massa dell'amplificatore è meglio collegarlo  alla massa del Teremino
appena possibile saranno fatte le modifiche.      

Queste sono le soluzioni tecniche per adattare  il vecchio e superato accelerometro LIS344 che molti hanno acquistato  con il kit di geologia. 

La soluzione 4b permette di linerare uno dei 6 pin  ( n°6)  per premettere  di lasciar liberi  altri tre pin  ad16 per essere utilizzati da tre geofoni.

Per chi  vuole  sperimentare  il nuovo amplificatore  con il vecchio accelerometro  gli verranno fornite indicazione in merito  sono modifiche relativamente semplici da fare, per chi non ha fretta consiglio di aspettare l'arrivo del nuovo hardware molto più performante, sensibile meno rumoroso e più facile da montare.

Il collegamento rosso segnato in figura 4 si riferisce ai +5Volt del piolo centrale dei PIN da 1 a 6. 
Nel caso si vogliono utilizzare  geofoni e accelerometri  si può collegare al pin di destra della presa a 5 poli in alto a destra dove si trova scritto “+5V” vicino al piolo.  


NOTE DI UTILIZZO SOFTWARE ED HARDWARE:

Per collegare gli accelerometri con i LIS344) si devono aggiungere  tre condensatori, ciascuno in serie a ogni filo di segnale.

Collegare tre geofoni al posto dei LIS344  all'amplificatore occorre aggiungere i tre condensatori.

Se non ci sono i condensatori allora sull’HAL non leggerà la metà tensione (500 circa) e quindi il sistema risulterà meno sensibile.

Se si usano tre condensatori da 100 nano Farad allora la banda passante in basso andrà fino a 0.1 Hz
Se invece si usano tre condensatori da 1 micro Farad allora la banda passante in basso andrà fino a 1 Hz 

Meglio usare condensatori ceramici così non ci si deve preoccupare del + e del -

Se si usano condensatori elettrolitici al posto che ceramici allora:
il + va verso l’amplificatore
il – va verso i geofoni o accelerometri


COME GESTIRLO DA SOFTWARE

necessita Theremino 3 o 4 oppure aggiornare il pic con l'ultima versione di firmware dal sito

In attesa di un programma che possa gestire da menu  o in maniera automatica il gain dell'amplificatore si può settare il gain da impostare da  software il valore desiderato.

Occorre scaricare l'ultima cersione dj HAL > 5.3 dal sito THEREMINO.COM e settare Hal  PIN di tipo PwmFast 

Perché funzioni bene si deve usare una uscita  “PWM FAST” regolata a 100 KHz e con DutyCycle da 10 a 990.

Se non si usa un PWM FAST a 100 KHz nella uscita si possono vedere dei residui di commutazione.

Se non si sta tra 10 e 990 quando il segnale è alto e il guadagno basso il segnale viene deformato
come nella parte sinistra della immagine sottostante

figura 5

Il guadagno impostato  è in base ai valori di shunt preimpostati, non conviene esagerare in ampiezza con gli accelerometri, qualcosa di più se si vogliono usare i geofoni.

Se il gain  massimo di gain è 50   per avere un gain si 20  occorre impostare  1000/50*20 = 400

TALE SISTEMA DI AMPLIFICAZIONE NONOSTANTE ABBIA DATO OTTIMI RISULTATI  CON I GEOFONI VIENE ABBANDONATO SFRUTTANDO LE NUOVE PRESTAZIONI DEL THEREMINO.

E' STATA UNA BELLA ED INTERESSANTE  SPERIMENTAZIONE  CHE IN TUTTI I CASI POTRA' ESSERE APPLICATA PER LE VERSIONI THEREMINO 3 - 4
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