Tuesday, March 21, 2017

conversione volt geofoni in spostamento m/sec - equalizzazione del segnale

conversione volt geofoni in spostamento m/sec

Quanto è scritto è ancora oggetto di verifica e si sperimentazione quindi occorre fare ancora  delle verifiche...

Il tromografo sperimentale  sia a 16 che 24 bit , solo se esattamente configurato di permette  ci registrare  le variazioni in volt generate dai geofoni, i dati possono essere salvati in microvolt o millivolt a seconda della scala utilizzata, meglio usare microvolt nel caso di analisi del terreno, millivolt per i fabbricati notoriamente più vibranti del terreni.

Prima di continuare, occorre aprire  una parentesi sul comportamento del geofono nel campo delle frequenze, ogni casa costruttrice dei geofoni  e per ogni serie di geofoni  tra le specifiche viene fornito un grafico che mostra il decadimento del segnale  con la frequenza.



Il grafico allegato mostra l'andamento di un geofono da 4.5Hz  e sensibilità 28,8 V/(m/s)

La frequenza propria , in questo caso 4.5Hz e la sensibilità del geofono  espressa in V/(m/s) sono le caratteristiche base  del geofono, in particolare la seconda, valore che è resta costante a partire da circa il doppio della frequenza propria del geofono fino a circa 100 -300 hz.

Per i valori al di sotto della frequenza propria del geofono (in questo caso 4.5Hz) la risposta manifesta un decadimento linerae nel piano log-log

22.266 V/(m/s) a 4.5 Hz ( circa)
13.753 V/(m/s) a 3.0 Hz ( circa)
 6.024 V/(m/s) a 2.0 Hz ( circa)
 1.445 V/(m/s) a 1.0 Hz ( circa)

Nell'intervallo 4.5Hz - 9.0Hz il diagramma nel piano log-log presenta un tratto di raccordo con la concavità verso il basso più o meno pronunciato al diminuire della del valore di smorzamento. Generalmente per un geofono tale valore è 0.6, il che consente o la linearizzazione di questo secondo tratto o l'utilizzo dei dati sperimentali del Produttore.

Considerando il valore di sensibilità pari a 28.8 V/(m/s), ossia per una velocità di spostamento di 1 metro al secondo il geofono produce 28.8 Volt, si ha
metri al secondo = volt / 28.8 
metri al secondo = (millivolt / 1000) / 28.8
metri al secondo = (microvolt / 1000000) / 28.8

( I valori  forniti nel programma tengono conto del gain usato  se  il valore massimo e minimo di Hal è impostato a +/- 3,3 V  
-------------------------------------------------------------------
 Per chi volesse registrare i valori  di hal dividere +3.3 –3.3 per 28.8 
per cui impostare hal   a +0.1146 –0.1146 in tal caso  è necessario a livello software occorre procedere a mofifiche software  per ottimizzare le scale di visualizzazione e modificare i parametri indicati nel file Saf


per cui è possibile correggere  i valori del grafico +/-200 , +/-100, 0   im m/sec, mm/sec,  micro mm/sec

Al di sotto di 4,5 ha le cose si coplicano 

28,8        V/msec a     4,5 Hz ( circa)    k di equalizzazione =   1,00  circa
28,8        V/msec a     4,5 Hz ( circa)    k di equalizzazione =   1,00  circa
22,366   V/msec a     4,0 Hz ( circa)    k di equalizzazione =   1,28  circa  
13,753   V/msec a     3,0 Hz ( circa)    k di equalizzazione =   2,09  circa
 6,024    V/msec a      2,0 Hz ( circa)    k di equalizzazione =  3,12  circa
 1,4447 V/msec a      1,0 Hz ( circa)    k di equalizzazione = 19,93  circa

Conoscendo il decadimento  in funzione della frequenza si può ottenere l'equalizzazione dei dati.


 esempio si equalizzazione del segnale;
 ( correggetemi se trovate qualcosa di errato - sono cose che faccio nelle ore notturen quando sono tranquillo ed è possibile che qualcosa si errato o da completare , grazie per la collagorazione) 

grafico in alto segnale acquisito con geofono da 4,5 hz
grafico in basso lo stesso segnale equalizzato
si vede che nel tratto 4,5 hz a 100 non è cambiato nulla mentre  da 4,5 hz a 1 hz è stato corretto  il segnale  equalizzandolo,le frecce mostrano il cambiamento in ampiezza di alcune frequenze, la dove i segnali apparivano piatti,  dono state evidenziati picchi di ampiezza elevata.

In questo modo si ottiene una linearizzazione del segnale che ci permette di valutare  i parametri   in un campo molto più ampio di prima.

questo argomento sarò ripreso  dopo aver fatto altre sperimentazioni e verificato quanto scritto

Il grafico allegato mostra l'andamento di un geofono da 4.5Hz  e sensibilità 28,8 V/(m/s)



La frequenza propria , in questo caso 4.5Hz e la sensibilità del geofono  espressa in V/(m/s) sono le caratteristiche base  del geofono, in particolare la seconda, valore che è resta costante a partire da circa il doppio della frequenza propria del geofono fino a circa 100 -300 hz.



Per i valori al di sotto della frequenza propria del geofono (in questo caso 4.5Hz) la risposta manifesta un decadimento linerae nel piano log-log

22.266 V/(m/s) a 4.5 Hz ( circa)
13.753 V/(m/s) a 3.0 Hz ( circa)
 6.024 V/(m/s) a 2.0 Hz ( circa)
 1.445 V/(m/s) a 1.0 Hz ( circa)



Nell'intervallo 4.5Hz - 9.0Hz il diagramma nel piano log-log presenta un tratto di raccordo con la concavità verso il basso più o meno pronunciato al diminuire della del valore di smorzamento. Generalmente per un geofono tale valore è 0.6, il che consente o la linearizzazione di questo secondo tratto o l'utilizzo dei dati sperimentali del Produttore.



Considerando il valore di sensibilità pari a 28.8 V/(m/s), ossia per una velocità di spostamento di 1 metro al secondo il geofono produce 28.8 Volt, si ha

metri al secondo = volt / 28.8 
metri al secondo = (millivolt / 1000) / 28.8
metri al secondo = (microvolt / 1000000) / 28.8


PARTE SECONDA
La tecnica dell'equalizzazione  viene  utilizzata in geofizica per   linearizzare  il segnale del geofono,  in quanto sotto la frequenza propria   non ha più una risposta  lineare.
Con questa tecnica  si può quindi avere una risposta  equalizzata del geofono da  da 0,1 a 500 hz  e non più dalla frequenza profpia fel geofono  che può essere 1, 2, 4, 5 , 8 hz    a 500 hz se non si  equalizzasse .

queste tecniche vengono anche utilizzate nei moterni strumenti ti trattamento segnale audio e in altre tecnologie simili


In questo modo  nel tratto 0,1 hz - frequenza propria di un geofono   possiamo avere valori corretti in ampiezza accelerazione, velocità e spostamento cosa che prima non era verificata.


Ne conseguono numerosi vantaggi  nelle prove ai acquisizione  2 e 3 D attive e passive , nell'hvsr non ci sono vantaggi di sorta per quanto riguarda il rapporto  in quanto sia con i dati equalizzati la frequenza di picco   e l'ampiezza del rapporto HVSER  NON CAMBIA,mente i falori di fft ottenibili  in accelerazione  , velocità e spostamento  la tecnica dell'equalizzazione di permette di avere valori corremabili secondo le unità di misura delle tre unità di misuraa partire da meno di o,1Hhz  fino ai 500 he ed oltre.

Per cui  il vantaggio  ottenibile  non  inpone più di uare geofoni da 1 2 hz per  ma bastano quelli da 4,5 Hz più stabili meno frafili più facilmente da tarare e meno costosi, per il masw direi che si possono usare anche i geofoni da 8 , 16 hz se vogliamo  arrivare ad una frequenza  equalizzata di 2 hz .



ALTRI UTILIZZI DI QUESTA TECNICA


Questa tecnica  è gia stata speimentata dal progetto DOLQUAKE Theremino da anni versione > 5.00  dove l'equalizzazione avviene sia in tempo reale durante l'acuisizione dei dati che  in post processing con un metodo più accurato.


QUALI SONO I VANTAGGI



Visto che i terremoti lontani generalmente perdono le frequenze  > di 3 5 Hz  con l'equalizzazione si potranno aumentare ad un fattore 100 % il segnale  ottenuto dal geofono per cui abbiamo la possibilità di ottenere le frequenze  inferiori alla frequenza propria del geofono equalizzate   di ampiezza correntta anche per fattori 100 volte superiori come se avessimo usati geofoni da 01- 1 hz.

In questo modo otteniamo segnali  con basse frequenze sempre più alti in ampiezza ce permettofo di evidenziare mehlio i terremoti lontani



Il secondo vantafggio è quello di poter misusurare  per le frequenze al di sotto della fatidica frequenza propria del geofono   corretta dalla perdita di segnale in apiezza  avuta per motivi dovuti alla meccanica del geofono.



QUALE è LA TECNICA  UTILIZZATA.

La tecnica utilizzata è relativamente semplice per chi ha a disposizione  gli stumenti di calcolo 



0ccorre avere     l'algoritmo  per  il calcolo  della  FFT  sviluppata  nel 1700 - 1800 da fourier , Lagrange vedere la bibliografia



Un algoritmo idi interpolazione polinomiale almeno di 10 20 punti interpolatori per ottenere i coefficienti del polinomio che interpola i dati di decadimento del segnale .



in questo modo gli arrai ottenuti dei numeri reali ed immaginari  tramine la fft possono essere  incrementati del valore per ogni singolo step di frequenza del decadimento sel segnale a quella determinata frequenza.



 ottenuti i 2 arrai  corrennti si può applicare la IFFT  ed otteniamo il segnale  correntto nel tratto al ri sotto  della frequenza propria del geofono come in figura. 




sopra il segnale grezzo no equalizzato si vede il segnale a sinistra dei 4,5 hz riga rossa  depauperato  in apiezza dal fenomeno di decadimento del segnale


Per le ampiezze al di sotto  dei 4,5 hz otteniamo il vero  FFT le ampiezze perfettamente equalizzate come se fosse un accelerometro dove è notorio che i dati acquisiti sono  lineati da pochssimi ha dino ai 300 e più hz


Per chi è interessato queste tecniche posso fornire tutto l'aiuto possibile 

CONCLUSIONI;

Ho voluto puntualizzare queste cose pe far capire che la tecnica di equalizzasione  è una tecnica conosciuta  e applicata in molti campi scientifici e nell'analisi vocale, molti sono gli articoli che parlano di questi metodi a partire dagli anni 60  ( è stata una delle prime cose che ho imparato all'universita), no grazie agli insegnalenti del corso di geofisica ma leggendo libri di geofisica applicati all'acquisizione dati che a quel tempo veniva ancora datta con metodi analogici.

A quel temo pensavo a sistemi di acquisizione dei dati digitale e gli hardware presenti sul mervato  erano acora analogici e molto costosi.

I primi tentativi li avevo fatti in basic  anche grazie ad un libro del grande prof Colosimo che mi aveva dato la possibilita di fare le prime TTF negli anni 1988 90



Non vorrei che qualcuno dopo aver " scoperto l'accua a bagno " facesse sue tali tecniche che sono patrimonio  del conosere,  lucrando su qunato i grandi fisici e matematici del passato e di quelli che li hanno seguiti su ciò che ci hanno insegnato.

  

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