Projekt:Infraschallmessung

Aus Schaffenburg
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Infraschallmessung

Status: beta

Sensor und arduino nano.jpg
Beschreibung Niederfrequente Schallwellen bewundern
Ansprechpartner Hendi
Version 0.0


Übersicht

Ein Drucksensor mit einer Auflösung im mPa-Bereich misst langsame Druckschwankungen in der Atmosphäre. Die können durch natürliche oder technische Quellen verursacht werden. In Frage kommen beispielsweise Lüftungen, Windkraftanlagen, meteorologische Effekte wie Mikrobarome, Meteore, Überschallknall von Flugzeugen, Sprengungen und andere Explosionen. Die "Preparatory Commission for the Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization" betreibt ein Infraschall-Monitoring-Netzwerk, in Deutschland betreut vom BGR, welches Infraschallsignaturen von Explosionen monitort. Unser Sensor wird mit einer Abtastrate von ca. 10 Hz betrieben.

Status

Läuft. Auf dem Schaffenburg-Server ist schon ein Platz eingerichtet, https://schaffenburg.org/geo/is Telegrammgruppe Token: +Txc7E5ur14M1ZWFi

Autor & Ansprechpartner

Hendi


Interessante Ereignisse

Schockwelle des Ausbruchs von Hunga Tonga, 15. Januar 2022

Die Schockwelle des Hunga Tonga Ausbruch am 15.1.2022 erreichte auch die beiden Sensoren in Obernau und am Space. Zu erkennen ist das an- und abschwellende Signal ganz rechts, der Druck war noch nicht ganz zurück auf Normallevel bei der Aufnahme.

Wenige Stunden später war auch die Ankunft des Wellenpakets, das über den "langen Weg" über die südliche Erdhalbkugel hierher lief.

Überschallknall zweier Abfangjäger, 22. Oktober 2021

Am Nachmittag des 22. Oktober gab es einen Knall der von zwei Eurofightern im Überschallflug erzeugt wurde. Die waren unterwegs um einen Piloten an die Kontaktaufnahme mit der Flugsicherung zu erinnern. Ich persönlich hörte den großen Knall, bemerkte aber die Schockwelle kurz davor nicht. In den Diagrammen sieht man schön das die Schockwelle zuerst über Obernau, dann über Damm lief. Die Meßstelle Damm liegt Luftlinie ca. 5,37 km nördlich von der in Obernau. Bei 20° braucht Schall für die Strecke "normalerweise" 16,7s. Die Schockwelle des lauten Knalls brauchte, korrekte NTP-Synchronisation vorausgesetzt, 12,2 s. Sie flutschte also mit Mach 1,36 über uns hinweg.

Mikrobarome

Unter Mikrobaromen versteht man ein Infraschallsignal, das durch die Interaktion von Meereswellen mit der Atmosphäre entsteht und noch in weiter Ferne nachgewiesen werden können. Sofern es nicht ein anderer Effekt ist dürfte das periodische Auf und Ab auf dem folgenden Diagramm durch Mikrobarome begründet sein.

Beschreibung

Bilder

Pics or didn't happen:

Sensirion Differenzdrucksensor, Nano

Sensirion SDP610-025Pa Differenzdrucksensor und Arduino. Der Arduino fragt den SDP mit 10 Hz ab und leitet das Messergebnis über USB-UART an den loggenden Pi.

Referenzgefäß, ca. 430 ml

Sensor neben dem Referenz-Druckgefäß, ein alter doppelwandiger Isolierbecher mit ca. 430 ml Volumen. Dieser wird durch die Meßöffnung des Sensors befüllt und entleert, wenn sich der Außendrucḱ ändert, wodurch der thermisch gemessene Luftstrom entsteht.

Einführung der Schlauchleitung zur Garage

Der 6/4mm Schlauch wird aus der Garage ausgefädelt....

Sternpunkt

und endet in einem Sternpunkt, wo er auf drei Gartenschläuche verteilt wird....

Inlet aus Rohrisolierung, Ende mit Tubenspachtel geschlossen

welche jeweils mit Schaumstoff-Inlets abgeschlossen sind.

Messobjekt

Atmosphäre über dem schönen Aschaffenburg

Standort

Obernau

Sensoren

Zum Einsatz kommt ein Differenzdrucksensor SDP610-025Pa von Sensirion. Dieser misst nicht die Auslenkung einer Membran sondern als Massenflußsensor durch einen Kanal. Dabei entsteht eine Luftströmung, die die Wärme einer mittigen Heizung zu temperaturempfindlichen Messflächen entweder in die eine oder andere Richtung transportiert. Ein Port ist zur Atmosphäre offen und mit Schaumstoff gegen Eindringen von Partikeln gesichert. Der andere Port führt in ein Referenzvolumen, in dem gewissermaßen der vorher "eingeströmte Druck" für eine gewisse Zeit erhalten bleibt. Das Volumen und die Geschwindigkeit des Druckausgleichs bestimmen deutlich die Bandbreite der Meßeinrichtung.

Abtastung und Konditionierung

Der Drucksensor wird passend zu den Geophonen mit 10 Samples pro Sekunde abgetastet. Der Sensor enthält den AD-Wandler und liefert das Ergebnis per I2C.


Set 1

Der Lufteinlass ist ein kleiner Raumfilter, bei dem 3 poröse "Einzeleinlässe" aus PU-Schaum mit ca. 4m Abstand zum Mittelpunkt zusammengeführt werden. Diese Anordnung soll lokale Störungen (Windgeräusche) unterdrücken, da diese nicht an allen drei Ports gleich sind, sie aber im Vergleich zur Wellenlänge der Infraschallsignale nah beieinander liegen. Der Schaumstoff verhindert das eindringen von Partikeln in das Schlauchsystem. Die Verteilung ist asymmetrisch um ein paar Hindernise herum (Baum, Zaun, Garage im Filterdurchmesser), die als Windbrecher dienen können. Die Garage dient als Shelter für den Sensor, Referenzbehälter und den loggenden Computer (Raspberry Pi W)

Das Referenzvolumen ist ein mit Kitt abgedichteter Thermobecher. Der Sensor wird von einem Arduino Nano abgefragt, der sich seriell bei einem Pi Zero W in einer Kunststofftüte meldet.

Das PDF zeigt das Aufbauschema.

Set 2

Ein zweiter Aufbau, technisch vergleichbar, aber nur mit ~15 cm porösem PU-Schlauch als Einlassfilter, ist im Space installiert. Is-space-einlass.jpeg Eventuell gibts mal Ereignisse, die bei beiden Sensoren ankommen. Da sieht man dann hoffentlich aus welcher Richtung es kommt, weil es einen der Sensoren zuerst erreicht usw.

Verarbeitung

Datenformat

Die Datendateien sind CSV-Dateien mit folgendem Namensaufbau:

obernau-p-s10hz-g10hz-12-13-2020-00-00-00.csv

Block Bedeutung Beispiel
Ort Standort (Obernau etwa 49°56'11.2"N 9°07'47.9"E) Obernau
Meßwert Druck p
Samplerate 10 Hz s10Hz
Geophontyp hier gehört was anderes hin g10hz
Monat Monat 12 (Dezember)
Tag Tag des Monat 13
Jahr Jahr 2020
Stunde Stunde 00
Minute Minute 00
Sekunde Sekunde 00
Suffix CSV .csv

Zeilenaufbau

Timestamp Messwert
UNIX Timestamp Druck in Pa


Interessante Beobachtungen und Fallen

Danke an

Jasmin für die Geduld mit mir. :)

Dinge

Datei:Infraschall 2021 Präsentation.odp

Projekttagebuch

Datum Aktion Teilnehmer
13.12.2020 Messdaten online Hendi
11.02.2021 Nach Abstürzen von NTP auf Chrony umgestellt. Betrieb erstmal nur in Wohnung. Hendi
~16.02.2021 Umzug zurück in Garten/Garage. Hendi
22.02.2021 Sternpunkt geklebt, da auseinandergefallen. Hendi
02.03.2021 Doku überarbeitet Hendi
07.09.2021 Bruder im Space installiert Hendi

Notizen

Inspiration, Hinweis auf SDP610: BayCEER Uni Bayreuth