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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

manuale STAZIONE SISMICA DOLQUAKE DOLFRANG auto costruibile

MANUALE DOLQUAKE & LINK

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

UN TOOLBOX PYTHON PER SISMOLOGIA - OSSERVATORI SISMOLOGICI.

http://docs.obspy.org

Benvenuti nella documentazione ObsPy! (0.8.3)

Un Toolbox Python per sismologia / osservatori sismologici.

ObsPy è un progetto open-source dedicato a fornire un quadro di riferimento di Python per l'elaborazione di dati sismologici. Esso fornisce un parser per i formati di file più comuni e sismologici routine di elaborazione del segnale che permettono la manipolazione di serie temporali sismologico (vedi Beyreuther et al. 2010, Megies et al. 2011)

L'obiettivo del progetto ObsPy è facilitare lo sviluppo rapido di applicazioni per la sismologia.

seguono alcuni degli argomenti trattati...

Cross Correlation Pick Correction

Continuous Wavelet Transform

Plot the Time Frequency Misfits