Seismograph mit Arduino / Raspberry auslesen

[Martin S. (solarmusic)]

Hallo!

Ich bin Physiklehrer und habe bei uns an der Schule einen Seismographen 
wiederentdeckt, den wir vor 25 Jahren von einem geologischen Institut 
bekommen haben. Mit dem Oszilloskop kann man das Ding sehr gut auslesen. 
Selbst wenn das Gerät im Keller steht und man in der 2. Etage der Schule 
hüpft, bekommt man eine schöne Kurve raus.
Das Gerät hat 2 Buchsen, an denen eine Spannung abgegriffen werden kann. 
Werte bis zu 300 mV habe ich bei ordentlich Hüpfen rausbekommen. Die 
Spannung wird vermutlich durch Induktion im Gerät erzeugt, es hat gibt 
also keine externe Spannungsversorgung.
Bislang vor ein paar Jahren wurde das Signal über einen 
Gleichstrom-Messverstärker verstärkt (Firma Knick, Berlin). Das ergibt 
Spannungen von bis zu 10 V.
Dann gab es noch ein Interface, das das Siganl über die 
RS232-Schnittstelle an einen 286er leitete. Die Ausgabe erfolgte über 
einen Monochrombildschirm, Programm und DOS4.01 gibt es auch noch auf 5 
1/4 Floppy.

Naja, scheint mir nicht mehr zeitgemäß. Daher hatte ich die Idee, den 
Seismographen zu reaktivieren, die Daten mit einem Arduino (oder 
Raspberry?) auszulesen und per Ethernet in einer (externen) Datenbank zu 
speichern.
Anzeige per Browser / App, mal sehen.

Mit Programmierung und den Grundlagen des Arduino kenne ich mich wohl 
aus, aber was die Elektronik an geht nur minimal.

Vielleich hat ja jemend eine Idee dazu.

1) Gibt es einen Sensor  Operationsverstärker  ... mit dem ich das 
Siganl des Seismographen direkt verstärkt am Arduino auslesen kann? -> 
Überspannungsschutz (keine Idee wie hoch die Spannung bei einem 
Erdbeeben ist :), linear, Ausgabe analog oder besser gleich digital?

2) Den Arduino kann man über eine Ethernetshield an das Netzwerk 
anschließen. Hat jemand eine Empfehlung dazu?
Die Idee ist es, z.B. 50 Messwerte pro Sekunde aufzunehmen, zu sammeln 
und jede Minute (logarithmisch skaliert?) an eine Datenbank auf einem 
externen Server zu senden. Was passiert wenn der Server streikt, die 
Verbindung hakt? Stockt die Messwerterfassung oder läuft die Verbindung 
als eigener Prozess?

3) Brauch ich noch ein Zeitmodul? Oder kann ich die Uhrzeit 1 mal 
täglich per ntp neu beziehen und davon ausgehen, dass der Arduino so 
genau tickt, dass ich ihn selbst als Uhr verwenden kann?

LG

[chris (Gast)]

Du könntest ein ESP8266 nehmen und versuchsweise den ADC direkt 
anschließen.
Mit dem ESP-Basic wäre es dann auch relativ einfach, die Daten via Wifi 
graphisch darzustellen.

Beitrag "Re: ESP über Webinterface programmieren?"

Der ESP wird auch gerne für den Feinstaubsensor verwendet:
http://luftdaten.info/feinstaubsensor-bauen/

[Sebastian S. (amateur)]

Wenn die Peripherie noch vollständig ist und auch funktioniert, ist das 
Problem recht einfach lösbar:
Du besorgst Dir einfach einen RS232->USB Konverter und erfasst dann die 
Daten direkt in/aus einem Excel-Formular.

Das Wie ist an vielen Stellen im Internet beschrieben.

[chris (Gast)]

Zuerst sollte man genau feststellen, welche Signale man genau messen 
will.

Ich kopiere mal aus der Wikipedia:

https://de.wikipedia.org/wiki/Seismograph
"Breitbandseismometer decken einen weiten Frequenzbereich ab (etwa 15 
Oktaven gegenüber den 10 Oktaven des menschlichen Hörbereichs). Die 
höchsten Frequenzen liegen im unteren Hörbereich bei etwa 50 Hz und die 
tiefsten bei etwa einer Schwingung pro Stunde. Auch die Gezeiten der 
festen Erde mit Perioden von 12 und 24 Stunden werden noch erfasst, wenn 
auch nicht so genau wie mit einem Gravimeter. Die kleinste erfassbare 
periodische Beschleunigung des Erdbodens liegt bei einigen Billionsteln 
(10−12) der normalen Schwerkraft. Gleichzeitig vermögen diese 
Instrumente regionale Erdbeben bis zur Magnitude 7 unverzerrt 
aufzuzeichnen."

Wenn der Seismograph wiklich 50Hz kann, wäre es vermutlich gut mit 
mindestens 200Hz abzutasten, falls man das ganze Signal sehen will.
Außerdem muss man sich wahrscheinlich Gedanken über eine Art 
Datenreduktion machen und auf Ereignisse triggern, anstatt alles zu 
speichern.

Der ESP hat den Vorteil, dass die Schüler mit ihrem Handy darauf 
zugreifen könnten. Oder man macht ein wenig "IOT" und leitet die Daten 
auf irgendeinen der IOT-Dienste.

Es gibt auch einige Open-Source-Projekte, wenn man sucht:
https://www.raspberrypi.org/blog/raspberry-shake-personal-seismograph/

[Harald W. (wilhelms)]

Martin S. schrieb:

> Ich habe einen Seismographen wiederentdeckt,
> Das Gerät hat 2 Buchsen, an denen eine Spannung abgegriffen werden kann.
> Bislang vor ein paar Jahren wurde das Signal über einen
> Gleichstrom-Messverstärker verstärkt

Das Problem ist, das Signale von Seismographen Pegeländerungen
über mehrere Dekaden haben können. Deshalb braucht man spezielle
Verstärker, die einen hohen Dynamikbereich haben, also z.B. 1 zu
1 Million.

[chris (Gast)]

Hmmm .. ein Geophon gibt's für 60$ :
https://www.sparkfun.com/products/11744

[chris (Gast)]

Ja, die Verstärkerplatine sieht ein wenig aufwändig aus.
Das gesamte Kit kostet so um die 400$:
https://shop.raspberryshake.org/

[chris (Gast)]

Hier der Verstärker. Wahrscheinlich steckt einiges an Arbeit drinn.

[chris (Gast)]

Autor: Sebastian S. (amateur)
Datum: 20.12.2017 14:42

>Du besorgst Dir einfach einen RS232->USB Konverter und erfasst dann die
>Daten direkt in/aus einem Excel-Formular.

Du hast völlig Recht, wenn alles schon da ist, ist das die Beste Lösung.
Nur das mit dem Excel-Sheet würde ich anders machen: Ich nehme an, das 
die RS232 Konverter auch am Rapi funktionieren.
Da anschließen und einen kleine Python Webserver kopieren bzw. 
schreiben.