Capitolo 4) Manuale dataloger - Specifiche dei principali trasduttori

Specifiche dei principali trasduttori
I geofoni:

1) trasduttori, nel caso di acquisizione vibrazioni il Geofono oppure l'accelerometro a seconda i casi.

Sono i trasduttori più usati per la misura delle vibrazioni, molti sono i modelli in commercio , si distinguono a seconda della frequenza propria che va da geofoni di 16 - 100 hz per sismica a riflessione, da 8 a 16 hz per sismica a riflessione e riflessione, da 2 - 4,5 hz per sismica a rifrazione profonda  , masw, remi, esac, hvsr, da 1 - 2,5 hz per sismologia.

caratteristiche di un geofono da 4,5 HZ

Prima di acquistare i geofoni occorre pretendere dal venditore le specifiche in modo da apportare prezzo - prestazioni  e che le caratteristiche elettriche siano adatti all'uso che se ne vuol fare.

Principale documento è visionare il grafico sopra riportato che è diverso per ogni modello: 

Nel caso specifico si vede che il tratto tra 20 hz e 100 hz si ha una linearità nella risposta in ampiezza del segnale.

Theremino AdcTester

Applicazione Theremino AdcTester

PROGRAMMA PER  COLLAUDARE , VERIFICARE   IL SISTEMA DI ACQUISIZIONE THEREMINO

scaricare il manuale

utile a tutti coloro che usano l'adc 24 bit THEREMINO

E' raro trovare online programmi per TEST di apparecchiature di acquisizione dati come questo che voglio presentare , fatto dal team THEREMINO per verificare l'acquisitore dati assemblato.

Il programma permette di conoscere oltre le specifiche hardware di verificare:

1) la qualità del dato acquisito senza alcun collegamento ai cavi per il collegamento ai trasduttori per verificare la qualità dell'adc rumore hardware dell'acquisitore

2) il rumore hardware prodotto dal cavo senza calza, con calza ma non messo a massa , con cavo con calza massa a mazza. 

A seguito di queste misure è possibile valutare se il cablaggio dei cavi e si tutto l'hardware è stato fatto bene.

3) valutare la qualità di ogni singolo canale per verificare se ogni canale lavora bene , se è guasto o se è assembato male e poter intervenire per eliminare il problemi

4 ) possibilità di verificare per ogni settaggio quale è quello che produce il minor rumore in base al tipo di filtro utilizzato, frequenza di campionamento o altri settaggi delle tante combinazioni che si possono scegliere con Hal.

5) fare periodicamente un controllo in maniera facile e veloce del sistema che usiamo personalmente ogni qual volta si voglia verificare la funzionalità strumentale

Si auspica che anche strumentazioni professionali si dotino di software analoghi per permettere al cliente di verificare controllare e ottimizzare l'acquisizione ogni qual volta si presenta la necessità, non ultimo la qualità del proprio hardware che fino ad oggi viene spesso lasciata all'immaginazione di chi usa lo strumento con scarse specifiche nella scheda del prodotto.

segnalare eventuali dati anomali riscontrabili nell'uso, il programma nonostante sia stato accuratamente verificato potrebbe avere ancora qualche problema.

NON TRALASCEREI ANCHE L'UTILITA' dal punto di vista sperimentale e conoscitiva di quali sono i parametri che occorre conoscere in fase di acquisto di un buon ACQUISITORE DATI strumentazione che poi a seconda dei trasduttori dati come accelero, geofoni, sensori di temperatura si trasformeranno in sismografi, tromografi termometri ecc. 

Nel sito di THEREMINO si legge:

La nuova applicazione Theremino_AdcTester ha permesso di migliorare il progetto dei tromografi.

La documentazione dell’AdcTester contiene pagine interessanti per i geologi:

http://www.theremino.com/hardware/adapters#adctester

Con l’AdcTester si possono controllare il guadagno, il rumore di fondo e la intermodulazione tra i canali, sia degli Adc a 8 e 16 bit, che di quelli a 24 bit.

L’AdcTester è stato scritto per controllare le prestazioni degli Ac24. I successivi test hanno dato valori conformi alle caratteristiche dei data-sheet e in alcuni casi anche migliori. Inoltre tutti gli esemplari di Adc24 e tutti i canali, hanno dato valori molto simili tra loro.

Il rumore degli Adc24 è risultato di 0.17 uV efficaci, solo leggermente superiore a quello dei GeoPreamp che era di 0.10 uV efficaci. Il guadagno identico entro lo 0.01 % (tra i canali) e entro l’1% (tra diversi dispositivi). La intermodulazione tra i canali è risultata così bassa da essere difficilmente misurabile.

Le prove con questa applicazione ci hanno permesso di individuare i punti critici dei primi prototipi di tromografo. I difetti maggiori stavano nei cavi di collegamento non schermati, nella mancanza del condensatore di filtro antialiasing e nella imprecisa regolazione dei parametri.

Per consigli su come costruire perfetti tromografi leggere la documentazione di questa applicazione (che si scarica nelle prossime righe) e la documentazione dell’Adc24 (che è nel capitolo precedente).

PER IL DOWNLOAD  DEL PROGRAMMA E NOTIZIE CLICCARE   QUI
scaricare anche il manuale.PDF, una miniera di informazioni utili scritta anche per persone che affrontano per la prima volta questi argomenti

Capitolo 11) manuale datalogger - procedura di taratura

PROCEDURA di TARATURA 

del sistema di acquisizione

Un vecchio software ormai superato

Figura 1

Si passa ora a descrivere le operazioni necessarie al primo utilizzo del sistema per operare la taratura sel sistema, questa operazione  va ripetuta anche quando si modificano i settaggi hardware e periodicamente per verificare l'affidabilità del sistema.

ATTENZIONE: prima di lanciare il programma se si ha intenzione di eseguire i test di taratura strumentale occorre collegare il cavo della strumetazione con il PC

La procedura è la seguente:

All'avvio il programma si presenta  come in figura 1 , in alto si ha il seguente menu

HVSR  gestisce l'acquisizione la taratura  e la visualizzazione del sondaggio HVSR

ACQUISIZIONE HVSR  permette di aprire la pagina di gestione dell'Aquisizione HVSR  e tra le svariate opzioni permette anche di attivare le operazioni di taratura del sistema di acquisizione

Capitolo 12) manuale datalogger - Menu di acquisizione

Menu di acquisizione

PROCEDURA di ACQUISIZIONE  HVSR

software superato dalla nuova versione per TEREMINO

La procedura è la seguente:

ATTENZIONE: prima di lanciare il programma se si ha intenzione di eseguire l'acquisizione dati occorre collegare il cavo della strumetazione con il PC

All'avvio il programma si presenta come in figura 1 , in alto si ha il seguente menu

HVSR gestisce l'acquisizione la taratura e la visualizzazione del sondaggio HVSR

ACQUISIZIONE HVSR permette di aprire la pagina di gestione dell'Aquisizione HVSR

- inserire il nome del sondaggio per salvare i dati nel file SAF che verrà salvato nella cartella del programma

- inserire il comune

- inserire la località

- inserire le note per caratterizzare meglio il sondaggio

- se non lo si è già fatto selezionare la porta com ,  cliccando sull'apposino menu fino a quando non si attiva il pulsante si acquisizione

- selezionare il tipo di trasduttore utilizzato; attualmente è selezionato il geogono, in futuro potranno essere selezionati anche gli accelerometri o altri trasduttori.

- selezionare la modalità di acquisizione:

1. acquisizione senza visualizzazione - modalità utile per acquisizioni veloci ad elevata frequenza di acquisizione oppure utilizzo di pc lenti e obsoleti, il non dover visualizzare il segnale permette di concentrare le prestazioni  del microprocessore solo sull'acquisizione dati. ( se necessario p possibile attivare l'opzione di visualizzazione del segnale per vedere in post acquisizione il segnale acquisito.
2. Visualizzazione del segnale acquisito  solo al termine dell'acquisizione , anche in questo caso stesse considerazioni fatte per il punto 1, con piccola attesa a fine sondaggio per visualizzare il sondaggio acquisito 
3. Visualizzazione  a cicli di acquisizione, la visualizzazione del segnale sarà resa disponibile alla fine di ogni ciclo di acquisizione.
4. ) modalità non amcora implementata per vedere il segnale acquisito in tempo realw.

- inserire il numero di campioni da acquisire, nelle prossime versioni sarà richiesto d'inserire la durata in minuti dell'acquisizione

Inserire il numero di cicli di acquisizione nel caso di Punto 4.

- cliccare sul pulsante di acquisizione e attendere la fine dell'acquisizione ( per il momento si ha solo la visualizzazione del grafico finale.

menu delle principali opzioni di acquisizione

Capitolo 10) Manuale datalogger - Programma di acquisizione da caricare sul PC.

Programma di acquisizione da caricare sul PC.

si tratta del vecchio manuale per eseguire sondaggi hvsd con l'ARDUINO , progetto abbandonato  per passare all'utilizzo del THEREMINO più adatto allo scopo


Figura 1

Il programma acquisizione visualizzazione e gestione dei dati permette d'interfacciare  l'Arduino che ha il compito di acquisire autonomamente al Pc tramite la porta USB.

La trasmissione dei dati può avvenire sia dal Pc all'aArduino per trasmettere  i parametri di acquisizione , sia tra Arduino e il Pc per inviare gli array numerici  acquisiti, nel tragitto tra arduino e Pc non si ha perdita di segnale in quanto il dato acquisito è già stato trasformato da analogico in digitale e quindi è vincolato solamente dalla lunghezza del cavo che in tutti i casi potrà essere lungo svariati metri fino a qualche decina.

Il programma di acquisizione è  costituito da più form ognuna delle quali ha una determinata funzione ancora in fase di completamento ( le videate che saranno inserite in questo manuale potranno essere modificate in parte in base alle nuove opzioni e/o ad altra disposizione  delle opzioni di gestione e visualizzazione.

Il programma sarà articolato su più tipologie di acquisizione nel campo della geofisica ed acquisizione , in questa fase prendiamo in esame la sezione dedicata all'HVSR ( metodo di NaKamura )

( nota: il programma è in fase di realizzazione pertanto la versione finale potrà essere differente nell'aspetto grafico)

Per la sezione HVSR la procedura di acquisizione - elaborazione sarà organizzata nel seguente modo:

MENU DI ACQUISIZIONE HVSR

MENU DI VISUALIZZAZIONE HVSR

MENU DI GESTIONE FILES HVSR precedentemente acquisiti

ATTENZIONE: prima di lanciare il iprogramma se si ha intenzione di eseguire i test strumentali e/o l'acquisizione dati occorre collegare il cavo della strumetazione con il PC


All'avvio il programma si presenta  come in figura 1 , in alto si ha il seguente menu

GESTIONE FILE  permette di richiamare acquisizioni recedentemente registrate su HD  in formato *.SAF

HVSR  gestisce l'acquisizione e la visualizzazione del sondaggio HVSR

ESCI - chiude l'esecuzione del programma

Il menu HVSR si presenta con due sottomenu:

ACQUISIZIONE HVSR  permette di aprire la pagina di gestione dell'Aquisizione HVSR 

VISUALIZZAZIONE HVSR permette di visualizzare il segnale acquisito  e/o caricato dal menu GESTIONE FILE

Capitolo 3) Manuale datalogger - Specifiche dell'ardware di acquisizione

VECCHIE SPERIMENTAZIONI
( vecchio manuale  - superato)

3) Specifiche dell'ardware di acquisizione

Le seguenti note vogliono riassumere le principali problematiche e i metodi da usare per un buon hardware che alla luce delle prime sperimentazioni non ha ancora portato a buoni risultati  per le misure sul terreno (anche se ora s'incominciano a vedere migliorie con le modifiche eseguite) mentre i risultati  per la misura della frequenza di risonanza dei fabbricati sembrano migliori  in quanto  le vibrazioni sono più elevate di quelle del terreno.

( in rosso gli aspetti negativi, in blu quelli positivi )

1) scelta dell'acquisitore:

Arduino uno e similari a 10 bit

Problemi dell'Arduino uno: 

essendo un 10 bit ha bisogno di un gain superiore rispetto all'Arduino due di almeno 4 volte 

più lento in fase di acquisizione ma sufficiente a permettere a frequenze tra 100 e 500 hz a seconda del computer utilizzato e del programma di acquisizione usato

utilizza un microcontrollore fissato con basetta , facile da sostituire in caso di guasti 

possibilità di essere alimentato normalmente a 5 volt e qundi con una risoluzione minore rispetto all'alimentazione a 3,2 volt, possibilità di lavorare con tensioni di riferimento inferiori ( 3,2 - 1,0 volt)

Legge tensioni da 0 a 5 volt , pertanto complica l'ardware in quanto necessita di un partitore che permetta di eseguire letture negative da + 2,5 a - 2,5 volt, ciò può sporcare il segnale acquisito inquanto occorre sommare al segnale del geofono una tensione di 2,5 volt che potrebbe sporcare irrimediabilmente il segnale quando si lavora a basse tensioni.

Il numero di canali è sufficienti per fare prove HVSR,  massimo numero di canali gestibili  N° 6

Essendo un 10 bit ha una dinamica limitata a 1024 step in tutti i casi se  si usa una giusta calibrazione del fattore di amplificazione e magari un commutatore a 2/ 3 livelli di sensibilità non ci sono problemi

Arduino due a 12 bit

Problemi dell'Arduino due: 

Capitolo 13) - analisi di spettro del segnale

analisi di spettro del segnale - post processing

Il programma è dotato di un menu di trattamento, filtraggio del segnale al fine di levare automaticamente frequenze indesiderate  ( filtro banda passante ), eseguito il filtraggio sarà quindi possibile ricostruire con procedure IFFT il nuovo segnale depurato dalle frequenze che non si sono volute considerare ( esempio al di sotto dei 0,5 hz  o superiori ai 40 hz).

Figura 1

La seguente serie di immagini rappresentano alcune combinazioni di rappresentazione delle tre tracce acquisite con il tromografo sperimentale costituito dall'ADConverter Arduino Uno, amplificatore 9000 x di gain, geofoni da 4,5 hz, frequenza di campionamento 300 hz, 180000 campioni acquisiti.

ch1 asse Z Verticale, ch2 asse x -Nord, ch3 asse t - Est .

Il segnale visualizzato è comprensivo di microtremori e rumore antropico, in questo caso principalmente da rumori del traffico veicolare, il segnale non è filtrato

 Figura 2

Siamo tornati al segnale acquisito non filtrato, in questo caso di sono evidenziati i microtremori (racce rosse) dal rumore antropico ( tracce grigie ) , attivando questa funzione l'analisi di spettro se attivata verrà fatta solo sui microtremori mentre il segnale grigio non verrà considerato, in analogia di quanto fa Geopsy.

 Figura 3

L'immagine permette di visualizzare ingrandita la traccia sismica acquisita e con appositi comandi la si può far scorrere.

In questo caso si è scelto di visualizzare solo il segnale comprensivo di microtremori e rumori antropici e non quello filtrato

 Figura 4
Funzione per meglio discriminare dal segnale il microtremore ( rosso) in questo modo si potranno scartare per l'elaborazione i rumori antropici e quelli generati dalle auto in particolare ( segnali grigi).

 Figura 5

Disattivando il segnale grigio è possibile far scorrere su monitor cliccando su appositi pulsanti tutto il segnale dovuto al microtremore con il massimo dettaglio, in questa fase non ancora filtrato, sarà possibile selezionare quei segnali più corti di una determinata durata e altre opzioni che verranno esaminate in seguito quando saranno implementate....

 Figura 6

una visione da 0 a 150 hz dello spettro del segnale filtrato

Capitolo 6) Manuale datalogger - componenti sistema di amplificazione

6) componenti sistema di amplificazione

Diagramma a blocchi schematico di un amplificatore generico
(con qualche imprecisione)

( i componenti inseriti sono puramente indicativi e la loro disposizione varia a seconda della soluzione scelta)

Procedendo da sinistra verso destra troviamo:

1) il partitore le R1 e R2 possono andare bene da 100 - 200 ohm 1%, meglio non utilizzare il trimmer ( da 100 ohm)

Capitolo 1) Manuale datalogger - Introduzione

1) INTRODUZIONE

Questa e altre pagine che seguono sono ormai obsolete ma in qualche modo utili per chi vuole conoscere le principali problematiche che occorre affrontare per acquisizioni dati a scopo geologico, geofisico e sismologico.

Ultimamente il progetto è stato riconvertito con l'utilizzo di un altro microcontrollore / adconverter più performante per questi usi.

4) Sismografo sperimentali - GENERALITA'

Per sismica a rifrazione e riflessione ,   

MASW, REMI, ESAC e tomografia sismica

progetto superato

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.