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.
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Auf Körperschall reagiert das schon irgendwie. Aber damit seismische Wellen erfassen?
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Hey, das ist mal ein interssanter Link den man ausgehend von deinem findet: http://ds.iris.edu/seismon/swaves/index.php http://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.
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Ups, falsches Format (.tiff)
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.
Die Gewindestange ist durch den Piezo unterbrochen. Der Piezo ist quasi vollständiges Bindeglied zwischen oberer/unterer Gewindestange...
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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?
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>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.
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Würde dies hier auch funktionieren?
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.
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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...
Kann man das Signal nicht einfach direkt (über einen Widerstand) auf den ADC geben und einfach auf die Auswertung der negativen Halbwellen verzichten?
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...
Ich hatte diesen neuen Artikel gefunden. Sieht interessant aus. https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/understanding-the-fundamentals-of-earthquake-signal-sensing-networks.html#
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...
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Bei den Erdbebendiensten kann man sich aktuelle Erdbeben ansehen, z.B als Referenzsignale für die eigenen Messungen. https://www.lgb-rlp.de/fachthemen-des-amtes/landeserdbebendienst-rheinland-pfalz/erdbebenereignisse-lokal.html https://erdbeben.led-bw.de/ https://www.lgrb-bw.de/erdbeben/led_pool/images/tagesplots.html
@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...
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@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.
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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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