Hallo!
In den vergangenen Tagen habe ich mich ein wenig mit dem Bau von
Seismometern/Seismographen auseinander gesetzt.
Mein erster Aufbau bestand aus einem Beschleunigungssensor ADXL335. Wenn
ich dessen Signal direkt dem Arduino übergeben habe, konnte ich mit der
Software AmaSeis die Verstärkung auf 50-fach stellen und ich erhielt
einen einigermaßen passenden (rauscharmen) Verlauf. Der Sensor reagierte
auch auf stärkeres Klopfen auf den Boden.
Da der ADXL335 aber selbst ohne Beschleunigungen Spannungen im Bereich
von 1.6V ausgibt, hatte ich folgende Vorgehensweise gewählt: Ich
subtrahiere zunächst eine geringfügig kleinere Spannung (z.B. 1.56V) und
verstärke dann dieses Signal (0.04V offset), damit ich Signale im
Bereich von 2.5V erhalte. Damit füttere ich den Analogeingang eines
Arduinos, der dann die Werte an AmaSeis
(http://bingweb.binghamton.edu/~ajones/AmaSeis.html) weiterleitet.
Das Problem hierbei war, dass ich zwar das Signal rund 60-fach
verstärkte, ich aber auch ein deutlich verrauschtes Signal erhalte.
Dadurch musste ich mit der Verstärkung in der Software AmaSeis wieder
auf 5x runter, was den Effekt der vorangegangenen Verstärkung zunichte
machte.
Deshalb habe ich mich nach einer anderen Methode umgesehen und bin auf
die Verwendung eines Piezosummers gestoßen. Der Sensor steckt in einer
Milchflasche. Die Gewindestange ist oben gegen den Metallverschluss
isoliert. Das Ganze reagiert sehr sensibel auf kleinste Erschütterungen.
So erhalte ich durch leichtes Klopfen am Boden bereits Amplituden von
fast 0.5V. Da werde ich nicht mehr viel verstärken müssen. Ich werde das
Signal aber auf +2.5V legen, damit ich mit dem ADC des Arduino schön
beide Auslenkungen erfassen kann.
Hey, das ist mal ein interssanter Link den man ausgehend von deinem
findet:
http://ds.iris.edu/seismon/swaves/index.phphttp://ds.iris.edu/seismon/swaves/help/moreInfo.html?mobile=0
Endlich hab ich verstanden wie das mit den S und P Wellen und deren
unterschiedlichen Reflektsionsverhalten an den verschiedenen
Grenzflächen geht.
Bei deinem Aufbau ist der Gewindestab durchgehend und der Piezo
am Aussenring daran angeklebt oder ist er dazwischen unterbrochen?
Intuitiv hätte ich den Piezo kreisförmig am Rand fixiert und den
Trägheitsstab in der Mitte senkrecht angeklebt.
>Das Ganze reagiert sehr sensibel auf kleinste Erschütterungen.
Stimmt, habs gerade mal ausprobiert.
Selbst mit einem 5-Minuten Hack konnte man schon Barfussschritte auf
einem Weichen Teppichboden in 2m Entfernung sehen.
>Auf Körperschall reagiert das schon irgendwie.>Aber damit seismische Wellen erfassen?
Wenns im Oberrheingraben mal wieder rumpelt oder sollte es in der Eifel
losgehen, allemal.
Alles nur eine Frage der Aufängung der Trägen Masse und deren Ankopplung
an den Piezo.
Diese Piezoscheiben scheinen wirklich sehr empfindlich zu sein.
Wobei der gezeigt Aufbau ein richtungsemfindlicher Resonator ist. Der
bevorzugt Vorgänge im eigenen Frequenzbereich, mit der Vorzugsrichtung.
Ich wuerd eher einen Sensor, resp Beschaltung wählen, die breitbandiger
ist. Nicht unbedingt schneller, aber nach unteren Frequenzen offener.
Standard fuer Vibrationen sind Tauchspulensensoren. Quasi Lautsprecher,
ohne die Schallempfindlichkeit der Membran.
https://www.google.com/search?q=seismic+sensor
>Tauchspulensensoren.
Frage ob die Spannung so schön hoch ist, wie beim Piezo.
Statt für 20€ Sensor zu beschaffen, wäre auch ein Experiment mit einer
alten 24V od. besser 40V-Relaisspule + mit Schaumgummi gelagertem Magnet
ein Versuch? Anderseits könnte eine Soundkarte zur Aufnahme statt des
Oszis auch schon behelfsmäßig eine Aufnahme liefern? Nun bastelt mal
schön.
So, der Seismograph ist soweit fertig. Der LF356 dient dazu, den offset
von 2.5V zu realisieren. Gain im Programm AmaSeis ist 50 und trotzdem
erhalte ich so gut wie kein Rauschen. Wenn ich einen kleinen
Schraubenzieher auf den Boden fallen lasse, mit der Faust auf den Boden
klopfe oder neben dem Sensor vorbei gehe erkennt man deutlich die
Ausschläge. Bin daher zufrieden mit dem Ergebnis...
Die -9 V Versorgung könnte man mit einem passenderen OP (z.B. TLC271
oder MCP6001 mit 3-5 V Versorgung) einsparen. Der ICL7660 verursacht
recht gerne Störungen.
Der Sensor dürfte eine Ausgeprägte Resonanz zeigen. Damit ist er fast
nur bei der einen relativ hohen Frequenz empfindlich. Eventuell könnte
es sich lohnen die Resonanz zu dämpfen, etwa mit etwas Öl im Glas und
ggf. einer Art Paddel am Ende. Dann könnte man den Empfänger auch mit
mehr Verstärkung ausrüsten.
Damit ich die vom Piezo kommenden, negativen Spannungen auch erfasse
benötige ich doch auch eine negative Spannung? Wie soll dies mit
single-supply funktionieren?
>Wie soll dies mit single-supply funktionieren?
Na ja, viele Wege führen nach Rom...
einer wäre der im Anhang.
Den Koppelkondenstator wählst du je nach gewünschter unteren
Grenzfrequenz.
Danke für die Schaltung.
Dazu hätte ich aber eine Frage: Angenommen es wird kein Signal über den
Kondensator eingekoppelt. Dann liegen doch 2.5V am nichtinvertierenden
Eingang des OPV an. Demnach müsste die Ausgangsspannung 2.5 * R2/R1 =
2.5 * 50 = 125V sein (rein theoretisch natürlich) und nicht 2.5V wie
gewünscht?
Verstehe ich nicht ganz...
Edit: Habe gerade gesehen, dass der Spannungsteiler nicht 1:1 ist
sondern 1:100.
Okay, dann funktioniert es.
Die Schaltung mit invertierender Verstärkung geht auch, zumindest für
nicht so niedrige Frequenzen.
Der Piezo ist übrigens schon ein Kondensator, d.h. den Koppelkondensator
braucht man also nicht.
Um die hohen Frequenzen etwas zu unterdrücken könnte man ggf. noch einen
Kondensator parallel zum FB Widerstand einplanen.
Platine ist jetzt fertig und kann nun auch über die Spannungsbuchse
betrieben werden. Habe den Seismographen über Nacht laufen lassen.
Leider ist um 5 Uhr in der Früh die Batterie leer geworden. Wie man
sieht, wandle ich nachts nicht im Schlaf. Die Erschütterungen davor
stammen von mir zum Testen der Anordnung...
Hm, wenn ich ein 08/15-Mikrofon auf den Boden lege, kommt nach
einem tauglichen Mikrofonvorverstärker etwa dasselbe raus:
Körperschall, wie er vom Fußboden kommt.
Genau das, was bei Tonaufnahmen manchmal stört, weil dieser
Körperschall auch vom Mikrofonstativ nicht komplett gedämpft
wird...
Aber, was hat das mit der Erfassung seismischer Vorgänge zu tun?
Ungefähr genau NICHTS...
Was mich interessieren würde:
Liegen mit dem Aufbau mittlerweile Erfahrungen vor, ob man damit
überhaupt die niederfrequenten und schwachen Signale von Erdbeben
detektieren kann?
Ich betreibe seit ein paar Jahren ein Lehmann-Seismometer, das
funktioniert recht gut…
Und jetzt frage ich mich, ob der parallele Einsatz dieser Methode
weitere brauchbare Daten liefern würde.
Danke für Feedback
Hallo Jonny!
Von meiner Seite liegen leider keine weiteren Erfahrungen mit dem
Piezo-Seismograph vor, da ich diesen wieder verstaut habe. Aber
vielleicht nutzt ihn ja ein anderer...
@Stoppi:
Was muss man denn in JAMASEIS (=Nachfolger von AMASEIS) als Input Source
einstellen, damit mann die Werte (vom Arduino über die USB
Schnittstelle) angezeigt bekommt?
Habe alle vorgesehenen Quellen (AS-1, SEP, EQ-1,...) ausprobiert, hat
aber alles nicht funktioniert.
Danke für Rückinfo...
mfg
Jonny
Hallo Jonny!
Hast du meine Nachricht nicht erhalten?
Hier der arduino-Code und andere Informationen:
https://stoppi-homemade-physics.de/seismograph/
Wichtig ist die richtige baudrate mittels serial.begin(2400) und dann im
Programm auch den richtigen com-Port und gain auswählen...
@Stoppi:
sorry, war im Spam Ordner :-(
Irgendwie hat es mit meinem NANO nicht geklappt, jetzt habe ich es mit
einem UNO probiert und damit geht es jetzt einwandfrei.
Bei dem NANO kamen beim Upload jede Menge Fehlermeldungen mit denen ich
nichts anfangen konnte.
Funktioniert echt super, noch mal danke für die rasche Hilfe.
So macht basteln Spass!
Grüsse aus dem Bastelkeller
Jonny
Hallo Jonny!
Freut mich zu hören...
Bei Verwendung eines arduino Nanos (ich verwende eigentlich
ausschließlich diese) musst du manchmal unter arduino und Prozessor den
old bootloader auswählen. Klappt bei meinen auch nicht immer auf Anhieb.
Christoph E. schrieb:> Das Problem hierbei war, dass ich zwar das Signal rund 60-fach> verstärkte, ich aber auch ein deutlich verrauschtes Signal erhalte.
Du könntest die Bandbreite von deinem Signal reduzieren, um das Rauschen
zu verringern.
@Stoppi: Zwischenbericht:
Danke für den Tipp mit dem Bootloader - das war tatsächlich der Grund
warum es mit den NANO nicht funktioniert hat.
Geht jetzt auch 👍🏼
Betreibe jetzt mal versuchsweise beide parallel, den Uno mit meinem
alten Lehmann und den Nano mit dem Piezo, allerdings noch ohne
Verstärker. Habe den Piezo einfach mal so angeschlossen, scheint schon
zu funktionieren…
Lese die beiden in Jamaseis parallel ein, geht auch gut…
Mit freundlichen Grüßen
Jonny
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