PROGETTO SISMOGRAFO 12 CANALI 24 bit - gain 128

PROGETTO

SISMOGRAFO 12 CANALI  (espandibile)
24 bit - gain 1 2 4 8 16 32 64 128 x , pilotabile da software
per prove Masw, Remi, sismica a rifrazione, riflessione,  prove in foro - low - low cost

foto di Sette prototipo 16 bit

Dopo una pausa  di molti mesi è stata ripresa la progettazione e la realizzazione del software di acquisizione sel sismogrado 12 canali espandibile in futiro a 24 e più canali.

Il progetto ha subito delle modifiche in quanto si è abbandonato l'uso dell'adc 16 bit con amplificatori con gain  elevato fisso per passare al l'adc 24 bit, prossimamrnte ci saranno ancora modifiche sull'hardware di acquisizione.

Una delle prime acquisizioni del sismtema 12 canali 24 bit gain 1 x , stesa sismica 70 metri, battuta con mazza da 6 kg su affioramento granitico alterato 

Questa è solo una fase intermedia in quanto l'hardware in futuro subirà ancora dei miglioramenti e potenzialmenti.

esempio di  elaborazionr MASW

La possibilità di sfruttare l'Adc 24 bit permette di ottenere uno strumento con maggiore dinamica rispetto alla precedente versione a 16 bit, il gain aggiuntivo permetterà di aumentare ulteriormente  la sensibilità di 128 unità se ci riferiamo ad un normale adc con gain 1 x massio 2 4 8 x utilizzato dalla maggior parte degli strumenti in commercio, a parte qualcuno di recente realizzazione che ha seguito le orme di Theremino con gain leggermente inferiore a 64 x invexe dei 128 x usato dal nostro prototipo.

Si è pensato inizialmente di mettere a punto hardware e software  per eseguire  indagini MASW e/o similari in quanto  tutte le opzioni hardware sono già implementate nel progetto, tra queste il trigger che per il momento sfrutta il primo o l'utimo geofono come generatore di start ( oppure un geofono aggiuntivo),
Si sta sperimentando in questi gg (03 04 2019 ) il nuovo trigger piezzoelettrico molto più preciso e rapido nella risposta, in fututo una nuova versione di trigger ancora più performante..

Per il MASW il trigger  ha solo la funzione di avviare l'acquisizione, non ha finalità di determinare il tempo di percorrenza tra il punto di battuta e i rispettivi geofoni  come invece avviene nella sismica r arifrazione.

I geofoni  utilizzati sono a 24 bit 28,8 vol/m/sec , anche se si potrebbero usare geofoni più sensibili , non consigliati in quanto grazie al gain utilizzato il segnale potrebbe adare in saturazione con geofoni ad elevata sensibilità.  

In tal caso sarebbe necessario  diminuire di 8 volte la sensibilita strumentale da 128 a soli 8 - 16 x, per compnsare la maggior sensibilità srumentale,  soluzione inutile e costosa in quanto acquistare geofoni più sensibili, costosi, difficili da gestire fragili comporterebbe una riduzione della sensibilità strumentale.

Rispetto al precedente progetto sono anche cambiati i settaggi di hal e la modalità di acquisizione passando da un sistema "single" + 12 amplificato autocostruiti ad un sistema "pseudo differenziale", in futuro sarà preso in considerazione in alternativa anche il sistema "differenziale" con prestazioni leggermente  migliori, per sistemi a 12  - 16 - 24 canali. o più...

Il cavo per il differenziale che pseudo differenziale è costituito da un numero di poli doppio dei canali attivabili + una calza interna, se avanzano dei cavi, questi si possono usare come cavi di prolunga.

Nel caso di sistema a 12 - 16 canali consiglio realizzare due cavi da 6 - 8 canali in modo che la strumentazione sia posizionata al centro dei due cavi per dimezzare la distamza tra i geofoni più esterni all'adconverte, minore è tale distanza minore sono i rumori elettromagnetici che possono entrare del sistema, anche se si sono prese tutte le cautele del caso per schermare il sistema di acquisizione.

Man mano andranno avanti i lavori questa pagina web verrà aggiornata, per chi desidera partecipare al progetto è possibile dare la propria disponibilità che sarà riservata, al massimo, ad un massimo di 5 persone.

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Minime sono le differenze hardwarw tra la versione masw, remi, sismica a rifrazione, sismica a rifelssione prove in foro., ( le principali differenze  sono prevalentemente software di aceuisizione e gestione file , ppre la rifrazione e rigelssione sarà utile sostituire  il master con un nuovo hardware + veloce in fase di realizzazione.

PRE REALIZZARE IL SISMOGRAFO PROVE MASW :

frequenza di campionamento 500 hz

durata acauisizione 0,5 , 1 2 4 secondi

gain condigliato 1-32 a seconda lella lunghezza dello stendimento e della tipologia del suolo che si vuole indagare.

Numero di canali 12 espandinili in futuro  a 16-24 canali da 4,5 volt 28,8 v/m/s  di sensibilità - meglio du caci a 6 geofoni .

Trigger piezoelettrico o mevvanico
Pretrigger 1 -100 msec modificabile

Geofoni 12 .0
I geofoni devono essere completi di guscio protettivo con punzone per essere infisso nel terreno, devono essere  da 4,5 Hz con sensibilità 28,8 v/m/sec, non servono geofoni più sensibili in quanto possiamo dis gi gani   1 2 4 8 16 32 64 128 x mentre ui benefici di un geofono più sensibile potrebbe raggiungere solo un miglioramento in termini di ampiezza al massimo di 8x ( geodoni da 2 hz  molto delicati difficili da  equalizzare e costosi ).

Per chi ha una stampante 3d è possibile realizzare  ci guscio per contenere la gapsula geofonica,  

 agiungendo uno spikes acquistabile assieme  alle capsule geofoniche

E' anche possibile autoscostruire ccon pochi euro la capsula con gli accessori Gewis

 Cavo/i interasse 3 - 6 metri in funzione della lunghezza della stesa massima che si desidera ottenere ( relativamente semplice da realizzare , in futuro verrà eliminato)

cavo di battuta esterna

connettori da saldare sul cavo dove saranno  collegati i connettori del feofono acquistabili a pochi dollari da ch vende i geofoni

Avvolgitori medio piccoli,

Mazza da 6 - 8 -12 15 kg
a seconda delle esigenze

Piastra in ferro e il lega da alluminio  di diametro pari a 25 cm , spessore 3 cm circa.

in alternativa una flangia piatta  cieca del diametro di 25 cm , spessore 2-3 cm


Baule per il trasporto

NO batterie

come configurare Hal

dal manualr adc 24 bir THEREMINO - PDF

In questa prima fase del progetto di consigòia di collegare il cavo /cavi a 12 - 6 canali x2 in modalità " pseudo differenziale , si possono connettere fino a 15 geofoni ( consigliati 12) secondo lo schema sopra allegato, si consiglia di leggere il manuale online di theremino 24 bit., attenzione occorre anche posizionare il ponticloo secondo lo schema.

Il cavo si consiglia di realizzarlo in due spezzoni da 6 canali , nel centro verrà posizionato lo strumento.

I due cavi dovranno essere costituiti da 2 matasse a 12 pin più calza , di buoma qualità ( costo meno di 2 euro/metro, servono anche 12 connettori a valve per collegare le pinzette dei geofoni.

L'operazione di montaggio ache se subito potrà apparire conplessa una persona con una minima esperienza nel saldare potrà realizzarla velocemente.

Per ogni connettore occorre seconso un ordine crescente saldare il polo 1 e 2 alle due valve , i n° pari alla valva più larga del connettor, i numeri dispari a quella più stretta per il canale 1 A e 1B, ripetere le meesime operazioni per pi canale 2A 2B, 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 5B, 6A, 6B.

Ripetere le stesse operazioni per il cavo 2 , i que cavi dovranno essere uguali.

Alle estremità interne del cavo i singoli pin dei cavi dovranno essere salfati ad un connettore fipo LPT1 facili da trovare in commercio e facili da saldare.

Su un lato della scatola che conterrà l'Hardware dovranno essere fissate altri 2 connettori da pannello LPT1 , da collegare con cavetti tuistati dupoin al modulo 24 bit Teremino, la calza proveniente dai 2 cavi dovra essere collegata al pin 1 del filare adc 24 bit più esterno.

I dupoint secondo l'ordine prestabilito saranno collegati ai pin del filare centrale ed interno dell'adc come in fihura precedentemente allegata . stessa cosa per i dupoint ptovenienti sal secondo cavo proveniente dal cavo N° 2.

Da una tesi progetto sismografo theremino, in questo caso esiste solo un connettore in quanto si è utilizzato il cavo di uno strmento professionale a 12 canali- notare  la semplicità dell'assemblaggio e la limitatezza di circuiti stampati, meno componenti elettronici si usano e migliori saranno i risultati in termini di segnale e di costi.

La scatola che contiene l'ardware deve essere sufficientemente grande per contenere i cavi, nella foto si vede che xhe 24 bit è collegato il master che ha la funzione di trasmettere i dati acquisiti al PC o tablet windows.

Notare la semplicità e facilità di assemblaggio del sistema e il cavo usb che collega il master con il pc.

Il sistema viene alimentato dal PC - consumo estremamente basso, per cui basta pesanti batterie da 12 /25 vol da auto per alimentare la strumentazione !!!!!.

12-10-2015

CONSIGLI SULL'USO DEI TRIGGER STARTER

dalle prove fatte scarterei i geofoni perché hanno una elevata inerzia per superare il valore di soglia impostato, è possibile a livello di software è possibile ricostruire il tempo To della mazzata ma in condizioni di rumore ambientale o per segnali con ampiezza simile ai rumori ambientali è possibile ottenere risultati errati.

STARTER GEOFONICO

SI SCONDIGLIA DI NON UTILIZZARE  I GEOFONI COME STARTER ANCHE CON STRUMENTAZIONI PROFESSIONALI, provate con un geofono e poi con uno starter meccanico e controntate i tempi di arrivo con un geofono medio- lontano......

STARTER MECCANICO

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Un eventuale starter meccanico va collegato tra SIGNAL e GND e SENZA collegare il +5V

Poi si deve impostare il PIN come DigIn-PU (il PU vuol dire PULL-UP e ci pensa il Theremino a dare la tensione che serve all’interruttore)

  

STARTER PIEZOELETTRICO

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Consiglio questa versione perché costa poco e da un segnale forte e pulito.

In questo caso il segnale partirebbe da numeri bassi (da 5 a 20) e sicuramente sotto al 500.

E salirebbe a 800 o 900 in tempo brevissimo ad ogni mazzata.

Adattatori per i sensori piezoelettrici
da theremino.com

Gli adattatori che proponiamo sono semplici da costruire e funzionano meglio dei molti schemi che si trovano su internet.

Attenzione: Il principio di funzionamento dei nostri sensori non è lo stesso di quelli delle batterie commerciali. I segnali non sono intercambiabili. 

Per ottenere le massime prestazioni, i nostri sensori non trasmettono un segnale audio, ma un valore proporzionale alla pressione esercitata. 

Questo ci ha permessi di ottenere un controllo del suono e una dinamica, superiori a quelli delle batterie elettroniche commerciali, con i classici Pad non alimentati.

continua nel sito

per ulteriori informazioni si rimanda alla seguente interessantissima pagina
http://www.theremino.com/hardware/inputs/piezoelectric-sensors#adapters

Attenzione a girare il dischetto piezo fisicamente nel senso giusto in modo che dia il segnale al fronte di salita del colpo e non al fronte di discesa, che arriverebbe qualche millisecondo dopo.

Testato lo stater piezzoelettrico, primi risultati ottimi e ripetitivi, da introdurre degli automatismi nel software per rendere i settaggi automatici

UNA  DELLE PRIME ACQUISIZIONI FATTE IN CASA AL SECONDO  PIANO 

sismica riflessione- rifrazione

Per sismica a rifrazione e riflessione ,   

MASW, REMI, ESAC e tomografia sismica

progetto superato
prime sperimentazioni

Parte 1° generalità

l'idea iniziale di un sismografo a 12 canali low cost
questo progetto ora è superato

Nelle seguenti pagine, come in un diario , verranno indicati gli sviluppi della progettazione e realizzazione di un sismografo per indagini sismiche attive e e passive utilizzando come acquisitore il Theremino del costo di soli 10 euro....

La finalità è quella di mettere a disposizione a chi vorrà partecipare al progetto indicazioni, modalità di esecuzione delle prime acquisizioni, tipologie di stendimenti possibili e piccoli manuali per descrivere le principali funzioni di acquisizione  e destinate con l'avanzamento del progetto a subire variazioni

Solo al termine della sperimentazione se si otterranno risultati validi si potrà redigere un manuale completo sia per l'assemblaggio dell' hardware che per l'utilizzo del software.

Molte sono le problematiche da superare, molte le cose da sfatare e da sperimentare, molti i cambiamenti hardware, software e modalità d'uso rispetto ai sismografi tradizionali, un sistema economico, auto assemblabile, facile da montare e di piccole dimensioni con schemi elettrici e software messi a disposizione gratuitamente a tutti come è nello spirito di WWW.Theremino.com .

Chi è interessato partecipare alla sperimentazione può contattare dolfrang@libero,it - ( è possibile che per imprevisti incontrati per strada la cosa non sia fattibile , in tal caso sarà sufficiente a ripiegare su altri acquisitori più performanti e costosi maggiormente adatti alla sismica a rifrazione, per quanto riguarda Masr e sismica passiva è meglio il theremino in quanto permette di acquisire anche a 24 canali per ore a 500 hz.

AVVERTENZE:  
le annotazioni son sono inserite secondo un ordine logico e le stesse con il proseguo del lavoto potrebbero essere modificate, in tal caso  le informazioni precedenti non sono più da considerare valide.
Si fa inoltre presente che le versioni beta fornita a chi le richiederà sono copie di laforo non finalizzate ad un uso definitivo ma possono contenere parti ancora in faese di realizzazione, perti non funzionanti, hanno solo lo scopo di permettere a chi vuole partecipare al proetto di fare le prime prove, poco per volta il programma miglioreà...

18 9 2015
è da tempo che vengono fatte sperimentazioni  per testare la fattibilità del progetto con l'acquisitore Theremino
nelle figure seguenti  si vedono alcune tracce acquisite a 500 hz , (i segnali sono piatti perchè non sono collegati i geofoni) :

 6 canali, 1 Theremino

12 canali, 2 Theremino

18 canali - 3 Theremino

24 canali - 4 Theremino

Le acquisizioni sono state fatte con il programma di acquisizione in dotazione al tromografo sperimentale

La soluzione ottimale è quella a 12 canali  fino ad arrivare ad un numero massimo di 16 - 18 canali, 24 mi sembrano eccessivo ,  i costi aumentano proporzionalmente al numero di canali, i tempi di realizzazione diventano più lunghi, un tempo maggiore per eseguire il sondaggio.

Cross Correlation AutoCorrelation 2D Pattern Identification

Cross Correlation

AutoCorrelation 

2D Pattern Identification

metodi sviluppati nel trattamento dei dati dei microtremori ....

Dal sito si legge:

Correlazione incrociata è un metodo standard per stimare il grado in cui sono correlati due serie. Consideriamo due serie x (i) e y (i) dove i = 0,1,2 ... N-1. La cross correlazione r al ritardo d è definito come

Dove mx e il mio sono i mezzi della serie corrispondente. Se quanto sopra è calcolato per tutti i ritardi d = 0,1,2, ... N-1 poi si traduce in una serie di correlazione incrociata pari al doppio della lunghezza della serie originale.

Curve di livello con SketchUp

http://ctrl-z.it

nel sito si legge:

lavorare con le curve di livello è una delle cose che più detesto in assoluto.

Personalmente, ricavare da un file CAD inviato da terze parti delle curve di livello perlomeno utilizzabili, o ancora meglio trovarle già sistemate e pronte all’uso, per me è diventato un miraggio.

Layer multipli, altezze completamente messe a caso e chi più ne ha, più ne metta! Pensa che Clara, una delle lettrici del blog, mi parlava su Facebook di un file CAD che aveva ricevuto in cui le curve di livello erano addirittura state tagliate in alcuni punti per far posto all’edificato. Ah, i livelli, questi sconoscuti!

Spesso e volentieri, la soluzione migliore è proprio quella di armarsi di santa pazienza e disegnare le curve di livello da zero.

Per fortuna, Google ci viene in soccorso ancora una volta: lo sapevi che Google Earth integra anche i dati topografici del terreno? Beh, ovvio che lo sapevi!

continua sul sito http://ctrl-z.it

tromografo - sismografo per sismologia

ultimi prototipi realizzati

tromografo sperimentale 

sismografo per sismologia

di Roberto Genovese

( stazione sismica di Barcellona Pozzo di Gotto ME)

Ottimo lavoro rispecchia i risultati della sperimentazione fatta fino ad Oggi dal nostro progetto:

1) baricentro basso frazie alla piastra basale pesante ( per aimentare la stabilità

2) spike's distanti tra loro per aumentare la stabilità del sistema

3) relativamente piccolo e basso per avere il minimo impatto con il vento

4) rapporto larGhezza / altezza elevato per faranrire la massima stabilita

5) messa in bolla semplice e veloce con lle tre manopole

6) assenza di cavi di comunicazione che escono verticalmente del coperchio per tornare in sul terreno causa di vivrazioni random che alterano i dati acquisiti

7) bello e semplice da vedere

8) Aspetto dolido e rigido costituito da materiale pressofuso di spessore

9) anche se non è visibile internamente , il cablaggio è sicuramente curato ( conoscendo la precisione certosina di chi lo ha realizzato

10) la scatola offre una ottima protezione all'inquinamento elettro magnetico

le caratteristiche sono tali da poter essere utilizzato come tromografo - sismografo per sismologia.

Necessita come per tutti i progetti nuovi di una serie di test per verificare la risposta strumentale anche in sito come strumento trompgrafo sperimentale, in quanto deve superare standar superiori rispetto a quelli

richiesti da un normale sismografo per sismologia in quanto il calpo di acquisizione per i microtremori è 1000 1000.000 di volte ipiù sensibile a quello usato da una stazione sismica tradizionale per misurare l'ampiezza dei terremoti.

Per ridurre il rumore ambientale è stato aumentato il valore de condensatori da 4uF a 10 uF

in quanto i 4 uF vanno bene se si acquisisce a 500 hz, per il tromografo, visto che le frequenze del tronografo che interessano vanno da 0 a 100 hz il condensatore può arrivare a 10 Uf

Nel caso della sismologia le frequenze che interessano sono di 50 hz ( anzi banda passante 0,1 10 hz si possono aumentare i condensatori anche a 20, 30 40 50 uF e + ( servono condensatori ceramici non polarizzati da 10 uf

VISUALIZZARE IL VIDEO DEMO DEL TROMOGRAFO - sondaggi HVR metodo Nakamura _ frequenza di risonanza del terreno, frequenza di risonanza del fabbricato , zonazione sismica.

https://www.youtube.com/embed/9sWdkwG8kn8

Caratteristiche del Theremino Adc24

per utilizzo in differenziae

misure microtremori e Sismologia

Per chi vuoe realizzare l'hardware è possibile scaricare gratuitamente i progetti hardware il firware per programmare il Pic, i listati dei software di acquisizione comprese le sorgenti

Il progett0 è open source e open hardware scaricabile gratuitamente dal sito di Theremino,com

dal sito di www,theremino.com  si legge:

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 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

Il parametro per poter valutare lo strumento non è il prezzo ma le specifiche che solo pochissime ditte pubblicano sui loro cataloghi

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

test fornito dal progettista


TROMOGRAFO DISK UFO

Manuale theremino adc 24 bit

Test theremino adc 24 bit

Tutto il processo di amplificazione, filtraggio e digitalizzazione avvine nell'adconverter dell'ANALOG DEVICE
per cui le specifiche del sistema  di acquisizione sono indicate nei datascit

dell'adc AD71128-8 della Analog Devices.

Il theremino ha solo lo scopo d'inviare i dati digitali al PC e non influisce in alcun modo sulla qualità del segnale acquisito

( si rimanda a questa pagina per avere le specifiche hardware complete) 

ALTRI PROGETTI AUTOCOSTRUIBILI 
DI TROMOGRAFI