STAZIONE SISMICA CON GEOFONI - SISMOGRAFO A PENDOLO
SVANTAGGI - VANTAGGI
In questa pagina si è sperimentata la risposta in frequenza di una stazione sismica che utilizza geofoni con i risultati ottenuti con un sistema a pendolo verticale, due sistemi di acquisizione molto diversi e per diversi usi di utilizzo.
Esistono altri sistemi basati su sistemi con risultati diversi.
Esistono altri sistemi basati su sistemi con risultati diversi.
nel caso in oggetto si è utilizzato il sistema THEREMINO - DOLFRANG
Caratteristiche del Theremino Adc24
per utilizzo in differenziae
misure microtremori e Sidmologia
Il Theremino Adc24 è basato sul convertitore AD7124-8 di Analog Devices.
( si rimanda a questa pagina per avere le specifiche hardware complete)
Si tratta di un
( si rimanda a questa pagina per avere le specifiche hardware complete)
Si tratta di un
convertitore Sigma Delta ad altissime prestazioni, progettato nel 2015, al culmine di decenni di
esperienza di Analog Devices in questo campo. Oltre al basso rumore e alla grande flessibilità
questo Adc consuma pochissimo, circa 900 micro Ampere.
La velocità di campionamento è selezionabile in un campo molto vasto (da 10 fino a 19200
campioni al secondo) e sono disponibili 8 livelli di filtraggio, per scegliere il migliore compromesso
tra velocità di risposta e riduzione del rumore. Le varie configurazioni di ingresso (Differenziale,
Pseudo o Single Ended), permettono di collegare sensori di ogni tipo
Connettività e modularità - L'Adc24 è un modulo compatibile con il sistema Theremino, che è
intrinsecamente modulare e componibile. Questo permette di rivalutare le apparecchiature nel
tempo e modificarle a piacere, aggiungendo nuovi moduli e nuove funzioni. Software, firmware,
schemi e progetti sono completamente gratuiti e Open Source.
Applicazioni - Il Theremino Adc24 è finalizzato alla rilevazione e registrazione di segnali a bassa e
media frequenza. La sua flessibilità e il suo rapporto segnale/rumore sono superiori a ogni altro
strumento simile. Per cui è lo strumento ideale per la registrazione di microtremori (HVSR) e
terremoti, ma anche di segnali provenienti da altri trasduttori come: potenziometri lineari per la
rilevazione di spostamenti e fratture, celle di carico, bilance analitiche, misuratori di pressione,
sensori di flessione, fotodiodi per illuminazioni debolissime, magnetometri, microbarometri,
analizzatori di spettro a fenditura, termocoppie, misuratori di pH, datalogger, ecc...
Sincronizzazione - Se richiesta, la sincronizzazione con l'orario UTC si effettua con ricevitore GPS,
collegato via USB. Il software che legge l'Adc, legge anche il GPS e unisce i due dati.
specifiche tecniche
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 kVESD
Rating FICDM: Field-Induced Charged Device Model = 1250
VESD Rating MM: Machine Model = 400 V
Uscita 3.3 Volt: Fino a 300 mA, accuratezza (1%), stabilità (48 ppm/°C).
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).
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
GEOFONI da 4,5 HZ
( tre capsule geofoniche ) di cui 1 verticale e due orizzontali
| CARATTERISTICHE DEL GEOFONO | S S- 4, 5 N |
| Frequenza naturale (Hz) | 4,5 < ± 10,0% |
| Resistenza della bobina () | 350 - 400 < ± 10% |
| Aperto smorzamento del Circuito | 0,5 -0,7 < ± 10 % |
| Attenuazione con shunt | / |
| Circuito Aperto Sensibilità Tensione intrinseca (v / m / s) | 25 / 30 < ± 10 % |
Usare geofoni con frequenza propria di 4,5 hz
Non utilizzare geofoni con frequenza propria inferiore a 4,5 hz, più costosi, difficili da settare, molto fragili, possibili derive del segnale con il tempo, che obbligano frequenti ritaratura del sistema di acquisizione e con un tempo di smorzamento troppo lungo, sia per la strumentazione sperimentale che per quelle professionali
Spesso vengono consigliati per compensare la bassa sensibilità dello strumento se non è amplificato in quanto i geofoni aumentano il segnale di un fattore 6 - 10 unita in ampiezza.
PROGRAMMA UTILIZZATO: DOLQUAKR v 4.095
Spesso vengono consigliati per compensare la bassa sensibilità dello strumento se non è amplificato in quanto i geofoni aumentano il segnale di un fattore 6 - 10 unita in ampiezza.
PROGRAMMA UTILIZZATO: DOLQUAKR v 4.095
per la prova sono stati utilizzati due acquisitori posizionati nel medesimo punto e utilizzati i dati sismica acquisiti durante lo stesso evento sismico avvenuto in provincia di Campobasso con magnitudo 4,2 - I dati dono stati registrati a Montegiorgio stazione appartenente alla rete Theremino dolfrang (si ringrazia l'amico Valerio Vita che ha realizzato sia il sismografo che l'ottimo sismografo -pendolo posizionati a poca distanza tra di loro.)
1) acquisizione con terna di geofoni da 4,5 hz
Dall'esame del grafico FFT a tre componenti con geofoni a 4,5 hz è emerso che la componente in frequenza rilevata va da 1 a 7 hz circa con picchi oscillanti tra i 2 e 4 hz
In questo caso è emerso una distribuzione delle frequenze proprie distribuite tra 0,5 - 2,5 hz, il picco a 2,8 hz ( da verificare) potrebbe essere la frequenza di risonanza del pendolo utilizzato.
quasi nulle le frequenze oltre i 3 - 3,5 hzvantaggi - geofono
- massima veridicità del segnale se non viene trattato a livello hardware per cui il segnale acquisito e registrato NON DEVE ESSERE FILTRATO per poter utilizzare il segnale acquisito con possibilità di equalizzarlo e filtrarlo solo in post acquisizione.
- minore sensibilità a parità di gain applicato per cui meno adatto per registrare eventi lontani a meno che non si applichino sistemi di oversamplig - amplificatori , filtri e riduzione del filtraggio hardware sotto i 3 -5 hz che ne esaltano le frequenze basse ma impediscono di avere segnali totalmente diversi da quelli prodotti dal sisma e quindi rendere inutili.
- un segnale di ottima qualità e di elevata sensibilità se lo strumento oltre ad essere un 24 bit è anche amplificato
- minore sensibilità a parità di gain applicato per cui meno adatto per registrare eventi lontani a meno che non si applichino sistemi di oversamplig - amplificatori , filtri e riduzione del filtraggio hardware sotto i 3 -5 hz che ne esaltano le frequenze basse ma impediscono di avere segnali totalmente diversi da quelli prodotti dal sisma e quindi rendere inutili.
- un segnale di ottima qualità e di elevata sensibilità se lo strumento oltre ad essere un 24 bit è anche amplificato
- importante la velocità di risposta all'inizio , durante l'evento
- velocità di smorzamento elevata se si usano geofoni da 3,5 hz, l'uso dei geofoni da 2 ha hanno una maggiore inerzia di risposta primi arrivi e uno smorzamento mediamente lento , fattori questi ultimi con l'utilizzo di geofoni da 1 hz che hanno un maggiore ritardo nel superare il valore di soglia a causa della passa e un lungo periodo smorzamento terminato l'evento sismico per cui la registrazione del sisma è parte quella che genera il sisma medesimo ma in coda del medesimo è lo smorzamento del geofono e non movimenti prodotti dal sisma.
- velocità di smorzamento elevata se si usano geofoni da 3,5 hz, l'uso dei geofoni da 2 ha hanno una maggiore inerzia di risposta primi arrivi e uno smorzamento mediamente lento , fattori questi ultimi con l'utilizzo di geofoni da 1 hz che hanno un maggiore ritardo nel superare il valore di soglia a causa della passa e un lungo periodo smorzamento terminato l'evento sismico per cui la registrazione del sisma è parte quella che genera il sisma medesimo ma in coda del medesimo è lo smorzamento del geofono e non movimenti prodotti dal sisma.
svantaggi - geofono
il problema più grosso del geofono è il fatto che al di sotto dalla frequenza propria (16 nz 4,5 hz. 2 hz 1 hz ) la risposta in ampiezza del segnale tende a diminuire e quindi sottodimensionare la risposta in frequenza al di sotto della frequenza propria fino alla frequenza 0,01.Tale problema è spesso dimenticato , nel caso dall'analisi hvsr non esiste in quanto si opera non su valori assoluti di velocità - accelerazione ma con il rapporto azioni orizzontali / azioni verticali.
Per risolvere il problema + sufficiente equalizzare il segnale per passare da un segnale equalizzato da frequenza propria del geofono fio a 100 e + hz a frequenze di 0,1 hz a 100 + hz sa dui con la derivazione del segnale ottenuto si possono ottenere sismogrammi accelerometri migliori di quelli ottenibili con accelerometri anche molto costosi.
vantaggi stazione a pendolo verticale
- Il segnale che si acquisisce in termini di frequenza non è quello reale ma ricalca molto spesso la curva risonanza del sistema di acquisizione generalmente intrinseca del pendolo che dipende da;
1) dalle caratteristiche della molla tensionale utilizzata
2) dalla viscosità del liquido usato per lo smorzamento
3) dalla lunghezza del pendolo
4) inclinazione sull'orizzontale della molla
5) del momento prodotto dal sistema pendolo con eventuali pesi di taratura.
5) del momento prodotto dal sistema pendolo con eventuali pesi di taratura.
regolando tali parametri si potrà avere una fft molto più vicina a quella reale ma MAI precisa come quella ottenibile con il geofono.
svantaggi stazione a pendolo verticale
Non è possibile ottenere ottenere alcun parametro utile dell'evento sismico
- instante di arrivo del sismo a causa un elevata inerzia che può portare a seconda dell'intensita dell'evento sismico a ritardi anche elevati
- non è possibile eseguire il calcolo della magmitudo in quanto il sistema non lavora secondo certe modalita richieste e normati dalla sismologia ufficiale e non si conosce la curva di risposta sismiva Hz - ampiezza. a meno che non venga fata dal costruttore che però potrebbe essere manomessa al cmbiamento dell'elixticita dell amolla dal liquido dalla posizione dei pesi di regolazione ecc.
- PER LA FREQUENZA PROPRIA FEL SISTEMA CHE VARIA DA 0,001 A 3-4 HZ max per cui i la componente sismica in ampiezza viene in parte alterata o azzerata e filtrata
- instante di arrivo del sismo a causa un elevata inerzia che può portare a seconda dell'intensita dell'evento sismico a ritardi anche elevati
- non è possibile eseguire il calcolo della magmitudo in quanto il sistema non lavora secondo certe modalita richieste e normati dalla sismologia ufficiale e non si conosce la curva di risposta sismiva Hz - ampiezza. a meno che non venga fata dal costruttore che però potrebbe essere manomessa al cmbiamento dell'elixticita dell amolla dal liquido dalla posizione dei pesi di regolazione ecc.
- PER LA FREQUENZA PROPRIA FEL SISTEMA CHE VARIA DA 0,001 A 3-4 HZ max per cui i la componente sismica in ampiezza viene in parte alterata o azzerata e filtrata
- altre pblematiche secondarie
Trascorro altri sistemi ibridi che sommano gli svantaggi del sistema geofoni e pendolo verticale per cui non è il caso di parlarne .....!!!!
Quanto scritto potrà essere confermato o meno, per cui invito coloro che hanno espsrienza in tal campo di dare un giudizio e parere tramite il forum al fondo si queste pagine pagine , via email indicando il link di questa pagina o su facebook
https://www.facebook.com/groups/geologiageofisica/
QUESTO ARGOMENTO VERRA' APPROFONDITO CON APPOSITI TEST.
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