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manuale STAZIONE SISMICA DOLQUAKE DOLFRANG auto costruibile

MANUALE DOLQUAKE & LLINK

SISMOLOGIA - RETE SISMICA
STAZIONE SISMICA AUTO COSTRUITA

Parte 1°

Una serie di links utili per la realizzazione del progetto.

Links utili

dolfrang.net

La rete sismica dolfrang in costruzione

Le specifiche del sismografo

Come costruire il sismografo - tromografo progetto 9

Come costruire il sismografo - tromografo progetto 8

Due strumenti in uno, cambiano solo i software

Esempi di elaborazione con il tromografo

Manuale

CAPITOLO 1- MANUALE DI DOLQUAKE - RETE SISMICA

In questo manuale verranno descritte le principali funzioni del programma DOLQUAKE - progetto free che gestisce una reta amatoriale.

MANUALE DOLQUAKE INTRODUZIONE

Il progetto l'ho iniziato quando ho conosciuto Theremino.com un bellissimo progetto per chi vuole realizzare strumentazioni 24 bit 8-16 canali, anche fino ad un massimo di 200 se le frequenze di campionamento non sono troppo elevate.

In realtà all'inizio il progetto è stato finalizzato per la realizzazione di uno strumento per eseguire sondaggi HVSR tromografo che aveva bisogno delle massime prestazioni strumentali, elevatissima sensibilità (il Theremino è a 24 bit , ma è possibile pre amplificarlo di 1 2 4 8 16 32 64 128 x da software), una velocità di acquisizione da campione singolo fino a 500 hz/sec.

Terminato il progetto si è potuti passare alla realizzazione del sismografo sismico che a livello fi amplificazione deve essere 1000 volte meno sensibile del tromografo e la frequenza di acquisizione 500 hz. anche se dopo il filtraggio i dati vengono filtrati a 25 50 hz.

CAPITOLO 2 - COME COSTRUIRE UN SISMOGRAFO

L'immagine mostra la semplicita' di realizzazione del progetto

Si pensa che realizzare un sismografo o tromografo sia una cosa da esperti, in realtà nel caso del Theremino la cosa è semplicissima, la parte dell'elettronica è costituita da due schedine collegate da 5 cavetti di 10 cm e ogni geofono è collegato da 2 cavi di lunghezza 20 25 cm all'ADC 24 bit , il tutto collegato al pc con un cavo USB tipo cavo stampanti

Da cosa è costituito il sismografo -tromografo:

- N° tre geofoni 1 verticale , 2 orizzontali da 4,5 Hz 28,8 volt m/sec)

- scheda 24 bit ( L'ADC svolge tutte le funzioni di filtraggio , amplificazione e conversione da segnale analogico in digitale dei tre segnali acquisiti)

- master oppure scheda WIFI per trasferire i dati acquisiti al pc.

- cavo usb, di consiglia da 1.6 -2 m. di lunghezza.

1) il contenitore deve essere più più simmetrico possibile ( no a contenitori con rapporto > di 1 a 1,2 della lunghezza e larghezza), ideali sono le forme quadrate o rotonde.

L'involucro di plastica o di lamierino, se necessario, serve solo da " vestito " e non deve avere funzioni portanti e - o di trasmissione delle vibrazioni i geofoni devono essere collegati direttamente ad una piastra sottostante( se possibile) se mezzi nell'apposito contenitore di legno o di metallo.

Evitare fascetti per bloccare i geofoni che potrebbero danneggiare il sidmogrado.

2) Il peso deve essere superiore a 1,5 kg, fino ad un massimo di 5 Kg, pesi eccessivi portano ad avere inerzie della meccanica, aumentando il peso deve aumentare anche l'area di posa degli spyke.

3) I geofoni non devono essere fissati alla plastica o lamierino di pochi mm di spessore anche se bloccati ad essa con fascette, ciò può provocare in caso di rumori antropici e di vento inutili vibrazioni che sporcano il segnale e rende necessaria l'equalizzazione del segnale per rendere simile la risposta dei tre segnali.

4) I geofoni devono essere collegati al terreno in maniera diretta e tra di loro collegati da una struttura rigida. Per questo motivo si e' scelto il sistema con cubo in legno, in alternativa in alluminio più costoso e più pesante e meno elastico.

5) i punzoni non devono sporgere oltre a 1 - 3 cm dal fondo dello strumento

6) il rapporto tra la distanza media dei tre puntali ( che deve essere il più possibile uguale ) e l'altezza del baricentro da terre deve essere il minimo possibile per garantire stabilità in caso di rumori antropici e vento

7)la forma del contenitore deve essere limitato in altezza per ridurre l'azione del vento e di form il più possibile aerodinamica 

8) Meglio se il sistema è disponibile in kit completo da tutti i componenti pronto ad essere montato collegando i cavi e avvitando le viti e bulloni per limitare i costi di spedizione e i tempi di montaggio.

9) Il sistema deve essere stagno e predisposto per lavorare anche in situazioni ambientali avverse, neve, polvere e fango.

CAPITOLO 3 - DOLQUAKE FTP SETTING

MAGNETOMETRO GEOSTUDI ASTIER

http://www.geostudiastier.com

Geonics 

Dual

 vedere altre notizie interessanti nel sito

TROMOGRAFO SPERIMENTALE 24 BIT reali - PROTOTIPO 9 - Bis

  TROMOGRAFO SPERIMENTALE UFO
24 BIT reali 

PROTOTIPO 9 

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”,

software e schemi hardware online free

Questa soluzione è per chi vuole una scatola più pesante , ben rifinita, usata anche da altri strumenti professionali, in alluminio pressofuso, il progetto è simile alla versione 9 , differisce solo per la forma del cubo, che utilizza maggior spazio per il posizionamento dei geofoni

 Questa soluzione è relativamente più costosa di quella del prototipo 8 - 9  il peso della scatola da circa 16 x 80  H 8 cm circa ( a seconda della marca ) i 0,6 kg che aggiunto il cubo di legno , geofoni,  ferramento  porterà il peso totale dello strumento vicino ai  2 kg s

1) nel caso di sismografo per  sismologia non è necessaria la piastra  di ferro, è sufficiente  fissare con 4 tasselli   il sistema  ad un blocco di calcestruzzo in parte affogato nel terreno 

2) per la realizzazione del tromografo sperimentale meglio aggiungere la piastra per aumentare il peso a 4-5 kg  

manuale geopsy

Improtante novità
con una semplice  modifica hardware  è possibile eseguire sismica a rifrazionem nasw ecc 

CON UNA PICCOLA MODIFICA HARDWARE

1) Collegare al canale 4 un cavo da portare sul pannello dello strumento un connettore bipolare.

2)realizzare un cavo di lunghezza 50 -100 metri bipolare schermato con un connettore da collegare al pannello e l'altro ad una scatoala di piccole dimensioni anchessa con un connettore.

Il cavo va avvolto in un avvolgitore di piccole dimensioni tale da poter contenere il cavo bipolare.

3) inserire nell'avvolgitore un autoparlante con 2 diodi incrociati da 1,50 volt , che hanno la funzione di non mandare il saturazione il canale 4.

Con il tromografo o sistema a tre canali è possibile eseguire :

HVSR ( senza cavo starter )

MASW

sismica a rifrazione

sismica a riflessione

e altre tecniche di acquisizione

esempio di masw ( primi test)

eliminando il cavo starter e sostituendo il software il sistema si trasforma in tromografo

 

Quali sono i componenti 

del tromografo autocostruibile ?

1) Master Theremino
2) scheda ADC 24 BIT - 16 CANALI, un adconverte molto più sensibile dell'adc contenuto nel pic del Theremino Master ed ha la possibilità di amplificare ogni canale con un gain 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 x  per cui il segnale non necessita essere amplificato ulteriormente.

PC

+

THEREMINO master 

+

ADConverter a 24 BIT

+

GEOFONI

=

SISMOGRAFO \ TROMOGRAFO sperimentale 24 bit

                                                                               

GEOFONI da 4,5 HZ 

( tre capsule geofoniche ) di cui 1 verticale e due orizzontali

la polarità dei geofoni positiva è normalmente 
contrssegnata da un +  da  O

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.

la richiesta dovrà comprendere N° 3 geofoni ( 1 verticale - 2 orizzontali da 4,5 hz ) 

li potrete trovare contattando i seguenti indirizzi:

http://thereminostore.com

su richiesta vi verranno forniti di montati di cavo ( specificare   nel preventivo)

LA SCATOLA

Meglio usare scatole in metallo pressofuso  DI DIMENSIONE  14 X 16 X 8 CIRCA a seconda del produttore del costo di circa 16 - 20 euro

DIMENSIONI CONSIGLIATE

H SCATOLA OTTIMALE  A 80  mm

al di sotto  occorre  verificare  gli infombri dei componenti, in particolare  l'ingonbro dei connettori  dei cavi

al di soppra si può salire ad un massimo di H=10 di ingombro , non andare oltre  per non offrire troppa resistenza al vento

di seguito si  allegano le dimensioni  delle scatole utilizzabili

www.ilme.com

catalogo

www.scame.com

http://www.scame.com/doc/ZP00604-I-1.pdf

serie ALUBOX PAFINA 8 IN ALLUMINIO

http://palazzoli.it

http://catalogo.palazzoli.it/Home/Index/unibox-61

TUTTE LE SCATOLE  SONO FORNITE SE RICHIESTO DA PIASTRE DI FRTTO ZINCATO AL QUALE PUò ESSERE FISSATO IL CUBO CONTENETE I GEOFONI

piastra zincata inerna

in questo modo si facilita  il fissaggio della scatola  al cubo

nello spazio tra fondo della scatola   alla piastre zincata è possibile  posizionare  più fohli di piombo da 1,2 2 mm si pessore per zavorrare la scatola  di 600 -1200 grammi con la piastra zincata  interna

Il piombo è acquistabile presso qualsiari rivenditore di materiale edile al costo di 4 euro al kg.

Si consiglia di acquistarle al banco  di un qualsiasi rivenditore ufficiale , online si possono trovare ma a prezzi anche tripli, 
VEDERE I RIVENDITORI DELLA VOSTRA PROVINCIA A KM ZERO

Nel catalogo si trovano altre scatole di plastica

ALTRE SCATOLE DI ALLUMINIO PRESSOFUSO

COME SI ASSEMBLA

importante che l'asse dei 2 geofoni orizzontali intercettino l'asse verticale

PARTE PRIMA IL CUBO DI LEGNO O ALTRO MATERIALE CONTENITORE DEI GEOFONI.

Per semplificare la realizzazione del tromografo sperimentale si è cercato di realizzare un nuovo prototipo 9B in modo che chiunque voglia realizzarlo non trovi grosse difficoltà.

Il lato si larghezza 9 cm è stato realizzato per offrire più spazio ai cavi che generalmente rimangono concentrati , nei progetti precedenti tra le vaschette laterali, lato lungo della scatola.

Il FORO DA 26 mm dovrà essere carteggiato per contenere il geofono verticale senza opporre attriti laterali, pena la deformazione del cilindro del geofono che provoca cattivo funzionamento

La foto mostra il posizionamento rei tre fori che dovranno contenere i tre geofoni, l'asse sei due fori orizzontali dovrà convergere al centro dell'asse del foro che conterrà il geofono verticale.

Anche in questo caso i due fori orizzontali dovranno essere carteggiati in modo che i geofoni possano entrare senza attriti laterali

Profondità dei fori 4,5 -5 cm , diametro 26 mm

Importante che i buchi vengano fatti con trapano a colonna per essere perfettamente ortogonali-

sui lati opposti del cubo foto precedente sono visibili i fori di diametro 8 mm circa prosecuzione dei 2 orizzontali da 26 mm, inserendo un legno da 6 mm nel buco si ho la possibilità di estrarre il geofono dal sua alloggiamento, anche il geofono verticale nel lato basale del cubo ha il foro verticale , in questo caso lungo meno di 1 - 2 cm

L'altezza del cubo dovra essere alto 0,6-1 cm in meno dello spazio interno della scatola, meglio usare travetti di legno di 12 cm si lati , spessore 6,5 7 cm a seconda della scatola utilizzata. acquistata in precedenza per determinare esattamente lo spazio interno utile

H massima della scatola 7 - 9 cm

altre dimensioni esterne , misura indicativa t 16 x 18 in alluminio pressofuso acquistabile dai negozi di materiale elettrico per l'edilizia

Fase 2° MONTAGGIO DEI COMPONENTI ELETTRONICI

Come da figura fissare il Master Theremino con 4 viti da legno, autofilettanti diametro 2 mm lunghezza 1,5 cm, tra stampato e legno inserire della vite uno spezzone di 5 mm di cavo elettrico ( solo l'involucro esterno come distanziatore per evitare che le saldature sotto il circuito tocchino .

Come nella precedente immagine fissare la schedina ADC24 bit con le viti e distanziatore come nella foto precedente

Con il taglio del cubo si ricaca un maggior spazio per i cavi di collegamenti dei tre geofoni, e i cavi possono avere lunghezza inferiore.

FASE 3 - COLLEGAMENTO MASTER - ADC 24 BIT

collegamento con cavi da 20 cm del Mater Theremino con l'Adc 24 bit .

su ambedue i circuiti stampati troverete 5 numeri corrispondenti ai 5 cavi, occorre collegare i singoli cavi pin to pin, l'operazione non richiede nessuna conoscenza di elettronica

in fase di acquisto del materiale si consiglia di acquistare cavi colorati femmina / femmina da 20 cm

FASE 4 - PREPARAZIONE E POSIZIONAMENTO DEI GEOFONI

per chi non è capace a saldare di possono richiedere i cavi già saldati al geofono , per convenzione sulla parte nera del geofono è presente un pallino, , collegare il cavetto rosso al pin del geofono più vicino, quello bianco posto sul lato opposto

Il cavo di massa della calza va saldato sullo stagno presente sul bordo del cilindro del geofono.

sul lato opposto il geofono viene fornito di condensatori già saldato, operazione impossibile da fare per chi non ha esperienza nel saldare e solo con saldatori professionali.

inserire i geofoni nei tre buchi fi 26 mm carteggiati e lisciati in modo che i geofoni possano entrare senza attriti,

sopra i geofoni aggiungere guarnizioni da 1 pollice fino a quando si riempie il buco,

bloccare il tutto con ferma geofoni avvitando le viti autofilettanti di 2 mm 1,5 cm fino a quando i compensati 4 x 4 x 0,5 cm pressano tramite le guarnizioni sul fondo del buco.

FASE 5 PREDISPOSIZIONE E MONTAGGIO DELLA PIASTRA DI FERRO 20 X 20 CIRCA SPESSORE 0,5- 1 Cm ( si consiglia 1 cm)
la piastra ha la principale funzione di zavorramento del sistema

avvicinare a terra il baricentro strumentale

allontanare al massimo i tre punti di appoggio per garantire la massima stabilità del sistema

Si consiglia di verniciare la piastra con antiruggine grigia o con altro colore, al posto dei bulloni si possono usare bulloni a testa incavata (https://s3-eu-west-1.amazonaws.com/wi-ebay-pictures/EBAY/59/42/62/262495350733_00_s_MzAwWDMwMA_z_4doAAOSwd4tTtpYv__1.jpeg

sporgenza massima sotto la piastra 3-4 cm

FASE 6 FISSARE LA SCATOLA IN ALLUMINIO PRESSOFUSA 

l'operazione viene fatta utilizzando 4 brugole da 6 mm; sia la brugola che i tre bulloni ( da 8 mm tra la piastra metallica e il dato dovranno essere fissati con rondella autobloccante.)

Nella parte alta del bordo della scatola è visibile un piccolo intaglio per far uscire il cavo USB all'esterno

FASE 7 COMPLETAMENTO DEL MONTAGGIO

Inserire il cubi con i lati paralleli alla scatola. il geofono verticale può anche non essere bloccato con il ferma geofono e 4 viti un quanto sulle guarnizioni agirà la spugna con pressione sufficiente quando si avviteranno le viti del coperchio

Posizionare i caci e collegare il cavo USB di 30 cm tipo B B maschio - femmina o da pannello, sfruttando il piccolo intarsio fatto sulla scatola vedere foto precedente.

Dalla foto si può vedere che lo spazio dedicato ai cavi non è più limitato come succedeva precedentemente con i cubi 12 x 12,, in questo modo i connettori non sono più soggetti a forti pressioni e garantiscono un ottimo contatto,

ATTENZIONE i cavi non devono essere posizionati tra cubi di legno e scatola ma solo lateralmente o sopra.

La spugna incollata sotto al coperchio se di spessore giusto presserra il cubo sul gondo della scatola quanto basta per bloccarlo - meglio spalmare un sottile velo di cera molto plastica dopo averla riscaldata per aumentare la forza di coesione.

NON USARE COLLANTI !!! specie tra il cubo e il fondo della scatola, al massimo qualche punto di colla a caldo lateralmente agli spigoli del cubo

COME SI PRESENTA AL TERMINE DEL MONTAGGIO

dimensioni 20 x 20 H da terra 11 cm

lunghezza punzoni 3 - 4 cm

peso 4,5 kg circa con piastra da 1 cm di spessore

Non occorrono conoscenze di elettronica, avvalersi di un falegname o fabbro se non si è attrezzati, oppure rivolgersi ad un amico capace che abbia un trapano a colonna anche non professionale.

TROMOGRAFO SPERIMENTALE UFO
24 BIT reali

PROGETTO 10

Per chi desidera avere lo strumento montato, provato, con aspetto innovativo con elevata stabilità e basso grado di impatto con il vento è possibile richiederlo a http://www.thereminoshop.com/contact/- To contact the European warehouse: Warehouse European

Il DISK UFO THEREMINO. in più ha anche un gradevole aspetto e sicuramente più performante in caso di presenza di rumori ambientali e di brezza.

Con il mio UFO 24 bit mi trovo benissimo. Sono ultra soddisfatto. 

Ho modificato solo i piedini. Quelli originali erano troppo sottili e la rilevazione delle altre frequenze era molto irregolare. 

Sostituiti con piedini di appoggio più larghi.

Tarato benissimo sul contrasto tra le Vs della coltre di ricoprimento ed il bedrock carbonatico. Faccio decine di hvsr all'anno ed è diventato uno strumento insostituibile. 

Ti sarò sempre riconoscente. 

Grazie

Condivido questo post con lo staff Theremino che ha permesso la realizzazione dell'Hardware.
Il messaggio di Francesco B. mi fa tanto piacere e ripaga del grosso lavoro che sta dietro al progetto.

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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 Sidmologia

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

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

Tutto il processo di amplificazione, filtraggio e digitalizzazione avvine nell'adconverter dell'ANALOG DEVICE
per cui le specifiche del sistema  di acuisizione 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) 

visitare il geofluid