Comunità di Geologia

5) Specifiche del sistema di amplificazione

Teoria

AMPLIFICATORI OPERAZIONALI.pdf

PAGINA DI VECCHIO MANUALE - questa pagina ha solo fini di illustrare come è fatto un amplificatore , con l'acquisitore THEREMINO .COM master e adc 24 bit non è più il caso di usarli.

L'amplificazione da applicare è in funzione di ciò che si vuole visualizzare e dell'Adc che si usa, certe applicazioni non hanno bisogno di essere amplificate ( esempio inclinometri, sensori di pressione, temperatura), altre hanno bisogno di un mimo di amplificazione ( sismografi sismici ) altre ancora di amplificazione sempre maggiori per passare da Masw a sismica a rifrazione , remi e prove hvsr ove occorrono amplificazioni anche notevoli per misurare valori dell'ordine di frazioni di microvolt.

Allego il contenuto di un post pubblicato sul forum GEOLOGI.IT

LO CHIEDO AI GEOLOGI

Geofoni da 2 hz o da 4,5 hz?

http://www.geoforum.it/ubbthreads.php…

( articolo dedicato a chi fa le normative che obbligano i geologi ad usare geofoni da 2 hz, prima di imporre certe regole occorre conoscere esattamente i problemi tecnici )

Un picco a 0,30 hz in una zona a basso contrasto sismico; acquisito con geofono da 4,5 hz

la risposta è GEOFONI da 4,5 Hz se lo strumento di acquisizione è sufficientemente amplificato

Considerazione 1)

Consultando i grafici di decadimento del segnale di un geofono da 2 Hz con quello da 4,5 della stessa ditta si può calcolare che il decadimento del segnale al di sotto dei 2 hz tende a un rapporto di 1:16, e man mano che ci avviciniamo a 4.5 e oltre tende a 1: 3

Ciò vuol dire che nel caso peggiore da 0,2 hz a 2 hz il geofono da 2 hz è 16 volte più prestante ( come se utilizzassimo un adc con 4 bit in più e/o 16 volte più sensibile)

Considerazione 2)

Nei post letti non mi pare che si chiarisca il fatto che nell'HVSR non serve il valore assoluto del dato letto ma il rapporto H/V pertanto se acquisiamo con un 2 Hz rispetto al 4,5 hz avremo si valori in microvolt di ampiezza 16 volte più piccoli ma il rapporto HVSR non cambia.

Considerazione 3)

Il 24 bit ad elevate frequenze di campionamento arriva ad avere valori bassissimi di noise , anche a - 140 db, ma al di sotto dei 100 hz e a maggior ragione a 0,5 / 2 hz si ha un aumento esponenziale del rumore anche al di sopra dei -100 db (in pratica una perdita di 4 / 5 bit utili, in quanto tra -100 e -145 db abbiamo solo rumore hardware.

In questo caso coloro che dicono che è meglio usare un geofoni da 2 Hz teoricamente hanno ragione in quanto compensano la perdita di dinamica con una maggiore sensibilità del geofono ( ma il problema è dello strumento utilizzato poco sensibile)

Considerazione 4)

Quasi tutti gli adc 24 bit hanno la possibilità di aumentare il gain di 2x 4x 8x alcuni anche 16, 32, 64, 128 x, per cui se aggiungiamo un gain di 16 x riportiamo la sensibilità strumentale a valori veri di un 24 bit pulito fino a -145 db, per cui non è più necessario utilizzare i geofoni a 2 Hz.

Applicare gain superiori a 32, 64, 128x si potrebbero ottenere risultati con un geofono da 4,5 hz anche superiori a quelli di un 2 Hz.

Considerazione 5)

Perché non usare i geofoni da 2 Hz 16 volte più sensibili ( punto 4 per i geofoni da 2 Hz) ?

Il motivo è semplice perché oltre ad essere più costosi, sono anche più delicati, troppo sensibili e difficili da equalizzare, variazioni di temperatura, di inclinazione, di taratura, minime diversità costruttive portano a gravi fenomeni di deriva del segnale al di sotto dell'Hz, spostando il rapporto Hv tendenzialmente da valorinormali di 1 - 1,5 hv a valori 4 - 10 hv specie se siamo in presenza di una minima brezza rendendo il degnale ottenuto al di sotto di 1 hz inutilizzabile , anche con certe procedure software che tendono a riportarlo a 1.

Considerazione 6)

I geofoni da 2 hz e a maggior ragione quelli da 1 hz hanno tempi di smorzamento molto lungi ( quelli da 1 Hz hanno tempi di 20 minuti per stabilizzarsi e quindi prima di iniziare l'acquisizione occorre attender ), quelli da 2 hz di una decina di secondi in più di quelli da 4,5 hz, in caso di passaggio di auto la durata temporale del disturbo dovuto al transito si allunga e nel caso di passaggio di più macchine al minuto sarà statisticamente meno probabile avere windows di almeno 20 secondi necessari per poter elaborare sondaggi al di sotto di 1 Hz.

Considerazione 7) Nel caso in cui si voglia arrivare con una certa sicurezza a profondità superiori ai 100 metri consiglio di acquisire almeno per 30 minuti, per avere picchi validi al di sotto di 0,3 Hz meglio a 45 - 60 minuti, anche 5 ore se necessario ( specie se c'è una piccola brezza o rumore di auto lontane .

Con vento o con traffico occorre rimandare il sondaggio in giorni e/o orari diversi.

Si consiglia di acquisire a 330 - 500 hz se il vostro strumento ve lo permette

Considerazione 8)

In un post ho letto che ben difficilmente con un geofono da 4,5 hz non si scende molto al di sotto della frequenza propria del geofono, la causa va ricercata nei seguenti punti.

1 ) strumentazione con un hardware molto sporco poco amplificato con ridotto rapporto segnale rumore e quindi non permette di analizzare segnali provenienti dal profondo al di sotto di 1Hz, in tal caso è necessario montare geofoni da 2 hz molto più costosi ( normalmente non necessari ) e a rischio di "deriva del segnale" sotto ad 1 Hz.

2 ) presenza di vento anche minimo che porta lo strumento in deriva specie al di sotto di 1 Hz ciò sposta in toto e in modo particolare le frequenze al di sotto di 1 Hhz ad un incremento del valore HVSR rispetto a quello aspettato con la deriva del segnale anche pari a 2, 3 hvsr .
Quando tale aumento non è spiegabile con la stratigrafia attesa oltre al fatto che HVSR con valoer 3 anche 10 a 0,2 Hz sono difficilmente spiegabili scientificamente.( girando su internet si trovano molti casi con questo problema.

3 ) Evitare il posizionamento dello strumento su battuto di cemento, asfalto, prato erboso su radici, vicinanza di alberi , fabbricati, torrenti, mare, strade rumorose che tendono anche in questo caso con i geofoni da 4,5 hz ad appiattire il segnale ( la dove ci si aspettava Hvsr = 2, avremo 1,3 ecc, o se usiamo geofoni da 2 hz anche fenomeni eccessivi di deriva strumentale.

( Se sempre non si riesce a scendere con i geofoni da 4.5 Hz al di sotto di 0,5 - 1 Hz La causa è dovuta al punto 1, se invece si verifica talune volte il motivo va ricercato nei punto 2 - 3 a seconda i casi, oppure siamo in una situazione stratigrafica sia con mutamenti stratigrafici ma costituiti da materiali con contrasto simico simile )

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Pertanto consiglio di acquistare geofoni da 4,5 hz , sicuramente più affidabili e meno costosi anche per rilevare picchi al di sotto dei 0,2 - 0,3 hz in purchè vengano rispettati i punti 1) 2) 3) sopra elencati.

Qualcuno mi dirà che la " risposta " dei geofoni 4,5 hz è lineare solo da 4.5 hz fino a 100,

- rispondo che anche quelli da 2 hz non la risposta non è lineare tra 0,1 e 2 hz.

In tal caso esistono altre tecniche affidabili per poterla rendere lineare da a 0,1 - 0,2 Hz a 4,5 hz
MA CHE IN TUTTI I CASI LA NON LINEARITA' NON INFICIA I RISULTATI DELL' HVSR

_________________________
Angelo

( la versione ripubblicata è leggermente modificata rispetto a quella originaria in quanto ho voluto specificare alcuni aspetti poco chiari e correggere molte cose dovute alla mia scarsa vista che mi rende difficile fare le dovute correzioni in fase di prima pubblicazione, oltre all'ora tarda che dedico a tale attività.... )

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