Projekt:Geophon: Unterschied zwischen den Versionen
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|name = Geophon | |name = Geophon | ||
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|beschreibung = | |beschreibung = Bodenbewegungen messen | ||
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= Übersicht = | = Übersicht = | ||
Aschaffenburg | Aschaffenburg grenzt an die seismisch sehr aktiven Region Darmstadt, deren Erdbeben durch den seit ca. 45 Mio. Jahren keilförmig absinkende Oberrheingraben bedingt sind, und u.a. den Odenwald aufgefaltet hat. Da mich elektronische Messtechnik sehr und (verstaubt) Geologie auch ein wenig interessiert wollte ich beides miteinander verbinden. Für den Einstieg sollten es keine mechanisch allzu aufwendigen Sensoren werden, sondern günstig gebraucht erhältliche Geophone (Ca. 10,- € in der Bucht). Das sind Verwandte der dynamischen Mikrofone, zum abhorchen des Bodens, auch bei niedrigeren als den hörbaren Frequenzen. Wenn die laufen kann man sich an edlere Systeme begeben. :-) | ||
==Status== | ==Status== | ||
Läuft, aber an ungünstigem Platz mit vielen Signalen durch Zivilisation. | Läuft, aber an ungünstigem Platz mit vielen Signalen durch Zivilisation. Zu einem vom HLNUG als Erdbeben veröffentlichtem Ereignis wurde ein [[#Erster_eindeutiger_Treffer|korrespondierendes Signal]] gemessen, mit der Zeit auch weitere mehr oder weniger sichere Erdbeben. | ||
Auf dem Schaffenburg-Server ist schon ein Platz eingerichtet, https://schaffenburg.org/geo/ | |||
Im Unterverzeichnis /is/ werden bereits vom verwandten Infraschallsensor-Projekt tägliche Daten im CSV-Format abgelegt, nach diesem Schema werden auch die Geophondaten gespeichert. | |||
== Galerie == | == Galerie == | ||
=== | === Treffer und Verdachtsfälle === | ||
Sierentz, Frankreich [[:Datei:10 sept 22 Sierentz 4.7.png]] | |||
Hechingen, Zollernalb [[:Datei:9 juli 22 schwäbische alb 4.1.png]] | |||
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La Wanzenau [[:File:La Wantzenau ML 3.8 4.12.20 05.58.30 UTC.png]] | |||
Zollernalb [[:File:Zollernalb ML 4 30.11.2020 23.25.45.6 UTC.png]] | |||
Schweres Beben Magnitude 6,4, Albanien [[:File:Durres 26nov19 0254.pdf ]] | |||
Albnstadt [[:File:Albstadt 27jan20 2205z komplex.pdf]] | |||
Gernsheim? [[:File:Gernsheim 05jan20 0042z questionable.pdf]] | |||
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Straßbourg [[:File:Straßbourg 12nov19.pdf]] | |||
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[[https://wiki.schaffenburg.org/images/4/45/29.10.19_Ober-Ramstadt.svg SVG-Plot]] | Ober-Ramstadt [[File:29.10.19 Ober-Ramstadt.png|300px]] [[https://wiki.schaffenburg.org/images/4/45/29.10.19_Ober-Ramstadt.svg SVG-Plot]] [https://www.hlnug.de//fileadmin/messwerte/erdbebendienst/hlnug2019vfjyk.pdf Ober-Ramstadt, 29.10.19 (Link zum PDF des Hessischen Erdbebendienst)] | ||
[ | Überlagerung meiner Messung mit HLNUG-Seismometer Bieber, Quelle: Hessischer Erdbebendienst, Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie [[:File:Ober-Ramstadt.pdf]] | ||
==Autor & Ansprechpartner== | ==Autor & Ansprechpartner== | ||
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==Beschreibung== | ==Beschreibung== | ||
=== Messobjekt === | === Messobjekt === | ||
Das Geophon steckt im Lehmboden in einem Gewölbekeller innerorts, nur wenige m von der Straße entfernt, Die Lage ist im Maintalsediment nur wenige Meter über dem Mainpegel, die [https://v.bayern.de/trqnq geologische Karte des BayernAtlas] enthält wegen der Überbauung keine gescheiten Daten vom Standort, außerhalb des Orts in ähnlicher Lage wird der Boden aber als würmzeitliche Schotter mit Kies und Sand geführt. Das ist sicher kein so gutes Koppelungsmedium wie Felsuntergrund. | Das Messobjekt ist ein im All umherflitzender Körper namens Erde mit 12756,32 km Äquatordurchmesser, auf dessen Oberfläche mehrere Segmente (Kontinentalplatten) einer relativ harten Kruste auf einer zähflüssigen Phase im Innern herumrutscht. Zum Ausgleich der Bewegungen knirscht es in diesen Segmenten, insbesondere am Rand. Aber auch innerhalb der Kontinentalplatten gibt es Druck- und Zugwirkung, durch die zum Beispiel Gebirge aufgefaltet werden. In der Nähe des Meßortes gibt es das Phänomen des Oberrheingraben, bei welchem durch einen Grabenbruch ein Stück kontinentaler Platte keilförmig absinkt und seitlich davon Mittelgebirge aufgetürmt werden. | ||
=== Standort === | |||
Das "Produktive" Geophon 2 steckt im Lehmboden in einem Gewölbekeller innerorts, nur wenige m von der Straße entfernt, Die Lage ist im Maintalsediment nur wenige Meter über dem Mainpegel, die [https://v.bayern.de/trqnq geologische Karte des BayernAtlas] enthält wegen der Überbauung keine gescheiten Daten vom Standort, außerhalb des Orts in ähnlicher Lage wird der Boden aber als würmzeitliche Schotter mit Kies und Sand geführt. Das ist sicher kein so gutes Koppelungsmedium wie Felsuntergrund. | |||
Potentielle Störquellen: Abgesehen von Straßenverkehr gibt es eine Bahnlinie und Wasserkraftwerk mit Schleuse in der Nähe. Deren Auswirkung muss jedoch erst mal genauer betrachtet werden. | |||
Wo es eine 2 gibt, gibt es auch eine 1, das ist das Versuchsexemplar. Und jetzt eine 3. | |||
=== | === Sensoren === | ||
Auf Ebay wurden günstig drei gebrauchte [https://www.sercel.com/products/Lists/ProductSpecification/Geophones_specifications_Sercel_EN.pdf Sercel JF-20DX] mitsamt Einsteck-Gehäuse beschafft, die für seismische Exploration gedacht sind. Diese haben Hochpasscharakteristik (natürliche Frequenz 10 Hz), Spurious resonance bei 200 Hz und eine Empfindlichkeit von 28V/m/s wenn unbelastet. | |||
=== Abtastung und Konditionierung === | |||
Beide Geophone sind mit Widerständen bedämpft und werden mit einem für Wheatstonebrücken gedachten ADC, dem HX711 von AVIA, mit 10 Samples pro Sekunde abgetastet. Das ist wenig, aber in der Betriebsart mit 80 Samples pro Sekunde werden die Störungen stärker. Ein Spannungsteiler, der die Brückenversorgungsspannung des Frontend-IC-halbiert, ist an eine Seite des Geophon angeschlossen damit es für den ADC auch wie eine Wheatstonebrücke aussieht. Die beiden Anschlüsse des Geophon sind mit dem differentiellen Eingang für den PGA mit *64 und *128 verbunden. | |||
==== Set 1 (Development) ==== | |||
<strike>Das Geophon ist wie im Datenblatt zur Unterdrückung des 10 Hz Peak angegeben mit 1 kΩ belastet. Vor dem Eingang zum ADC ist ein RC-Tiefpassfilter mit 320kΩ und 100 nF geschaltet, Grenzfrequenz ca. 5 Hz. Die Leitung und Elektronik sind nicht geschirmt, aber der ADC in Schaumstoff verpackt um Temperaturschwankungen etwas abzumildern. Geloggt wird mit einem Raspberry Pi Zero W, Versorgung ist über eine Powerbank möglich. Die Stromaufnahme des Pi 0 W wurde durch abschalten unnötiger Dinge reduziert, sie schwankt deutlich, zwischen 80 und 120 mA. Durch eine Powerbank kann man ihn kurzzeitig ganz gut mobil benutzen.</strike> | |||
Rest in pieces, kleiner Digitizer, auf den draufgetreten wurde! Teile deiner Innereien leben in Set 3 weiter. | |||
==== Set 2 (Produktiv) ==== | |||
Das Geophon ist wie im Datenblatt zur Unterdrückung des 10 Hz Peak angegeben mit 1 kΩ belastet, was die Empfindlichkeit auf 20V/m/s reduziert und direkt an den ADC-Eingang angeschlossen. Die Zuleitung ist geschirmt, der ADC und der Arduino in einer gemeinsamen Abschirmbox. Ein Raspberry 3 loggt. | |||
(Der unterschiedliche Situation bei der Schirmung ist lediglich bedingt durch die investierbare Zeit, das wird sicher mal harmonisiert!) | |||
==== Set 3 ==== | |||
<strike>Geophon belastet mit 1 kOhm (20 V/m/s), 20 m geschirmte Leitung. Tiefpass mit ca. 5,5 Hz Grenzfrequenz. HX711 ADC, aufgrund der fetten Temperaturdrift in Schaumstoff eingepackt. Nano und HX711-Breakoutboard auf einem Verbinderboard eingesteckt, das auch die Symmetrierwiderstände, Tiefpass, etc. trägt. Dort ist auch Differenzdrucksensor für [[Projekt:Infraschallmessung]] angeschlossen, denn diese Box soll beides können. Und sich nicht mehr zertreten lassen, daher gescheites Gehäuse immerhin.</strike> | |||
<gallery> | |||
File:Geophonset3ohneSchaum.jpg | |||
File:Geoponset3mitSchaum.jpg | |||
File:Geophonset3inKiste.jpg | |||
</gallery> | |||
=== Verarbeitung === | === Verarbeitung === | ||
==== Frontend ==== | |||
Der ADC wird von einem Arduino Nano kontinuierlich abgefragt und der Messwert, von dem ein bei der Initialisierung ermittelter Offset abgezogen wird, im Klartext über die Seriell-over-USB Schnitsstelle übertragen. | |||
===Datenformat=== | |||
Die Datendateien sind CSV-Dateien mit folgendem Namensaufbau: | |||
''obernau-z-s10hz-g10hz-12-13-2020-00-00-00.csv'' | |||
{| class="wikitable" | |||
|- | |||
! Block !! Bedeutung !! Beispiel | |||
|- | |||
| Ort || Standort (Obernau etwa 49°56'11.2"N 9°07'47.9"E) || Obernau | |||
|- | |||
| Meßwert || Z-Auslenkung || z | |||
|- | |||
| Samplerate || 10 Hz || s10Hz | |||
|- | |||
| Geophontyp || untere Grenzfrequenz || 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 | |||
[] | |||
{| class="wikitable" | |||
|- | |||
! Timestamp !! Messwert | |||
|- | |||
| UNIX Timestamp || Messwert (dimensionslos) | |||
|} | |||
Der Messwert ist der ADC-Ausgangswert, für den es (noch) keine Kalibrierung gibt. | |||
=== Interessante Beobachtungen und Fallen === | === Interessante Beobachtungen und Fallen === | ||
==== Netzgerätelüfter stört ==== | ==== Netzgerätelüfter stört ==== | ||
Beim Abgleich wunderte ich mich über den hohen Rauschanteil, als Ursache war nach etwas Grübelei eine externe Beeinflussung erkannt: Der Lüfter des Labornetzgeräts. Und der koppelte mechanisch zum Geophon, erfreulicherweise nicht durch EMV. Das Oszillogramm zeigt vorne mit, hinten ohne Lüfter. Auch positionieren des Geophon auf weicher Unterlage verringerte die Störung. | Beim Abgleich wunderte ich mich über den hohen Rauschanteil, als Ursache war nach etwas Grübelei eine externe Beeinflussung erkannt: Der Lüfter des Labornetzgeräts. Und der koppelte mechanisch zum Geophon, erfreulicherweise nicht durch EMV. Das Oszillogramm zeigt vorne mit, hinten ohne Lüfter. Auch positionieren des Geophon auf weicher Unterlage verringerte die Störung. | ||
[[File:noise reduction.gif |upright=0.5| | [[File:noise reduction.gif |upright=0.5|300px]] | ||
| Zeile 74: | Zeile 161: | ||
Leider ist mit dem jetztigen Aufbau noch nicht viel zu erreichen, einfach zu viele Störgeräusche. So war noch nicht mal das Beben vom 5. Juni in Gernsheim sichtbar (Magnitude 2,1) Das kommt aber vermutlich nicht alles vom Verstärker und Sensor, möglicherweise spielt da auch der (niederfrequente) Lärm der Schleuse und der Stauwehre am Main eine Rolle, ca. 300 m vom Meßort entfernt. Gut erkennbar ist aber das menschliche Aktivitäten gemessen werden, es gibt einen deutlichen Anstieg ab ca. 7 Uhr. | Leider ist mit dem jetztigen Aufbau noch nicht viel zu erreichen, einfach zu viele Störgeräusche. So war noch nicht mal das Beben vom 5. Juni in Gernsheim sichtbar (Magnitude 2,1) Das kommt aber vermutlich nicht alles vom Verstärker und Sensor, möglicherweise spielt da auch der (niederfrequente) Lärm der Schleuse und der Stauwehre am Main eine Rolle, ca. 300 m vom Meßort entfernt. Gut erkennbar ist aber das menschliche Aktivitäten gemessen werden, es gibt einen deutlichen Anstieg ab ca. 7 Uhr. | ||
[[File:rauschen plus kultur.png| | [[File:rauschen plus kultur.png|300px]] | ||
===== Verkehr ===== | ===== Verkehr ===== | ||
Große Ausschläge bringen natürlich Fahrzeuge, die unmittelbar auf der Straße neben dem Haus vorbeifahren, weniger als 5m vom Sensor weg: | |||
[[File:laufen plus LKW.png| | [[File:laufen plus LKW.png|300px]] | ||
Die letzten Sekunden dieser Datei zeigen das vorbeifahren eines LKW, möglicherweise ist ein Teil der Ausschläge davor durch mein herumlaufen im Erdgeschoss ausgelöst. | Die letzten Sekunden dieser Datei zeigen das vorbeifahren eines LKW, möglicherweise ist ein Teil der Ausschläge davor durch mein herumlaufen im Erdgeschoss ausgelöst. | ||
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Als Gegenprobe verbrachte ich den mobilen Sensoraufbau, der schon bei der Museumsnacht und dem Fest Brüderschaft der Völker im Einsatz war, bei einer Naturbeobachtungsrunde mit Kind 1 in den Obernauer Wald, ca. 100m von der nächstgelegenen Bebaung (DJK TTC Heim) und sicher 200m von intensiver Menschlicher Aktivität entfernt: | Als Gegenprobe verbrachte ich den mobilen Sensoraufbau, der schon bei der Museumsnacht und dem Fest Brüderschaft der Völker im Einsatz war, bei einer Naturbeobachtungsrunde mit Kind 1 in den Obernauer Wald, ca. 100m von der nächstgelegenen Bebaung (DJK TTC Heim) und sicher 200m von intensiver Menschlicher Aktivität entfernt: | ||
[[File:Obernauer Wald 28.7.19.png| | [[File:Obernauer Wald 28.7.19.png|300px]] | ||
Zoombares SVG: [[:File:Geophon HX711 im Obernauer Wald.svg]] | Zoombares SVG: [[:File:Geophon HX711 im Obernauer Wald.svg]] | ||
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==== Random ==== | ==== Random ==== | ||
* Ein umgestülpter Eimer als Regenschutz hilft nicht gegen Geprassel im Signal. | * Ein umgestülpter Eimer als Regenschutz hilft nicht gegen Geprassel im Signal. (Galt zumindest mit Soundkarte als ADC) | ||
* Trotz Lage nah an Straße ist mein Gewölbekeller ruhiger als der Garten weiter hinten. | * Trotz Lage nah an Straße ist mein Gewölbekeller ruhiger als der Garten weiter hinten. (Galt zumindest mit Soundkarte als ADC) | ||
* Soundkarte: Audiobandbreite ist einfach zu hoch für das was interessiert. | * Soundkarte: Audiobandbreite ist einfach zu hoch für das was interessiert. | ||
* Verkehr und Bewegung im Haus zeigen sich deutlich, möglichst entfernt von menschlicher Aktivität messen! | * Verkehr und Bewegung im Haus zeigen sich deutlich, möglichst entfernt von menschlicher Aktivität messen! | ||
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[[Benutzer:Nick|Nick]] für die Anregung was mit HX711 zu machen | [[Benutzer:Nick|Nick]] für die Anregung was mit HX711 zu machen | ||
[[Benutzer:SalomeArkane|Jasmin]] für die Geduld mit mir. :) | [[Benutzer:SalomeArkane|Jasmin]] für die Geduld mit mir. :) | ||
== Dinge == | |||
PC-Anwendung zum loggen der Daten, Produkivversion [[:File:geolog-3-hx711-s.zip]] | |||
PC-Anwendung zum loggen der Daten, dev-Version [[Datei:Geolog-4-hx711-s.zip]] | |||
Gnuplot-Script zum ausgeben der CSV als PDF [[:File:plot.zip]] | |||
Beispiel CSV-Datei mit dem Erdbeben vom 29.10.19 [[:File:seismometer_3-hx711-s_10_29_2019.zip]] | |||
Arduino Sketchbook zum Auslesen des HX711 und serielle Übertragung [[:File:geoadc.zip]] | |||
Export-Script für Waveform-Daten [[:File:WID2-export-python-programm.zip]] | |||
== Projekttagebuch == | == Projekttagebuch == | ||
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| 21.11.2019 || Kleinigkeiten an Pythonscript modifiziert, Tages-CSV werden mit tar komprimiert, Divisor für kompaktere Zahlen || [[Benutzer:Dg3hda|Hendi]] | | 21.11.2019 || Kleinigkeiten an Pythonscript modifiziert, Tages-CSV werden mit tar komprimiert, Divisor für kompaktere Zahlen || [[Benutzer:Dg3hda|Hendi]] | ||
|- | |||
| 28.12.2019 || Dev-Geophon 1 als Komplettsystem in Karton, Betrieb im Garten so weit die Powerbank reicht || [[Benutzer:Dg3hda|Hendi]] | |||
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| 06.01.2020 || Messdaten des hessischen Erdbebendienst zum Vergleich erhalten || [[Benutzer:Dg3hda|Hendi]] | |||
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| 26.08.2020 || Stromaufnahme optimiert, Einbau in lasercut Sperrholzgehäuse (EDIT: Taugt nix im Freien) || [[Benutzer:Dg3hda|Hendi]] | |||
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| 13.12.2020 || Messdaten online || [[Benutzer:Dg3hda|Hendi]] | |||
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| 06.04.2022 || Ein Geophon verliehen, mal sehen was rauskommt! =) || [[Benutzer:Dg3hda|Hendi]] | |||
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| 04.08.2022 || Ergebnis des Geophonverleih: [https://blogs.uni-paderborn.de/sounding-environments/elements/ Elements] Ein Werk aus einem Musikwissenschaftsseminar der Uni Paderborn mit Audioaufnahmen vom Geophon|| [[Benutzer:Dg3hda|Hendi]] | |||
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| 20.10.2022 || Netzteil am Kellergeophon getauscht|| [[Benutzer:Dg3hda|Hendi]] | |||
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* FMES (Fluid mass electrolytic seismometer) Flüsssigkeitspegel in zwei verbundenen Gefäßen wird gemessen. Wird die Flüssigkeit beschleunigt, schwappt es. [https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=forums&srcid=MTEwNTY3NjcxMDQ3NjEzMjgwMDYBMTMxMjUwODI3MDY3MzY1NTcyMDEBUFdScUMtNnRFZ0FKATAuMgEBdjI&authuser=0] | * FMES (Fluid mass electrolytic seismometer) Flüsssigkeitspegel in zwei verbundenen Gefäßen wird gemessen. Wird die Flüssigkeit beschleunigt, schwappt es. [https://docs.google.com/viewer?a=v&pid=forums&srcid=MTEwNTY3NjcxMDQ3NjEzMjgwMDYBMTMxMjUwODI3MDY3MzY1NTcyMDEBUFdScUMtNnRFZ0FKATAuMgEBdjI&authuser=0] | ||
* Lehman-Seismometer Horizontalpendel nach Gartentür-Prinzip. (Habe Aluprofilschrott da, damit geht vielleicht was. Oder mal bei Rose&Krieger betteln. Oder bei [[Benutzer:Nick|Nick]] [http://www.vaxman.de/projects/lehman_seismometer/seismometer.html VAXMAN zu Lehman-Seismometer] | * Lehman-Seismometer Horizontalpendel nach Gartentür-Prinzip. (Habe Aluprofilschrott da, damit geht vielleicht was. Oder mal bei Rose&Krieger betteln. Oder bei [[Benutzer:Nick|Nick]] | ||
[http://www.vaxman.de/projects/lehman_seismometer/seismometer.html VAXMAN zu Lehman-Seismometer] | |||
* Shackleford-Gundersen Seismometer durch Elektromagnet gedämpftes kurzes Pendel. | * Shackleford-Gundersen Seismometer durch Elektromagnet gedämpftes kurzes Pendel. | ||
* Blattfederseismometer Vertikalseismometer, auch dämpfbar. | * Blattfederseismometer Vertikalseismometer, auch dämpfbar. | ||
* Wasserhammer-Seismometer Wasser in Rohr als seismische Masse, recht leicht aufzubauen. [http://www.techlib.com/area_50/waterhammer.htm Techlib Wasserhammer-Seismometer] | * Wasserhammer-Seismometer Wasser in Rohr als seismische Masse, recht leicht aufzubauen. [http://www.techlib.com/area_50/waterhammer.htm Techlib Wasserhammer-Seismometer] | ||
* Wie sieht es mit Infrasound aus? | |||
Aktuelle Version vom 21. Oktober 2022, 21:19 Uhr
 Geophon
Status: beta | |
|---|---|
| Beschreibung | Bodenbewegungen messen |
| Ansprechpartner | Hendi |
| Version | 0.0 |
Übersicht
Aschaffenburg grenzt an die seismisch sehr aktiven Region Darmstadt, deren Erdbeben durch den seit ca. 45 Mio. Jahren keilförmig absinkende Oberrheingraben bedingt sind, und u.a. den Odenwald aufgefaltet hat. Da mich elektronische Messtechnik sehr und (verstaubt) Geologie auch ein wenig interessiert wollte ich beides miteinander verbinden. Für den Einstieg sollten es keine mechanisch allzu aufwendigen Sensoren werden, sondern günstig gebraucht erhältliche Geophone (Ca. 10,- € in der Bucht). Das sind Verwandte der dynamischen Mikrofone, zum abhorchen des Bodens, auch bei niedrigeren als den hörbaren Frequenzen. Wenn die laufen kann man sich an edlere Systeme begeben. :-)
Status
Läuft, aber an ungünstigem Platz mit vielen Signalen durch Zivilisation. Zu einem vom HLNUG als Erdbeben veröffentlichtem Ereignis wurde ein korrespondierendes Signal gemessen, mit der Zeit auch weitere mehr oder weniger sichere Erdbeben.
Auf dem Schaffenburg-Server ist schon ein Platz eingerichtet, https://schaffenburg.org/geo/
Im Unterverzeichnis /is/ werden bereits vom verwandten Infraschallsensor-Projekt tägliche Daten im CSV-Format abgelegt, nach diesem Schema werden auch die Geophondaten gespeichert.
Galerie
Treffer und Verdachtsfälle
Sierentz, Frankreich Datei:10 sept 22 Sierentz 4.7.png
Hechingen, Zollernalb Datei:9 juli 22 schwäbische alb 4.1.png
Datei:Bosnien-herzegowina mw4.8 24apr22 042754.png
Datei:Breitenbach-Haut-Rhin02oct21 ml 2.9.png
Kroatien Datei:Croatia 6.4 2020-12-29 11-19-54.6 UTC.pdf
La Wanzenau File:La Wantzenau ML 3.8 4.12.20 05.58.30 UTC.png
Zollernalb File:Zollernalb ML 4 30.11.2020 23.25.45.6 UTC.png
Schweres Beben Magnitude 6,4, Albanien File:Durres 26nov19 0254.pdf
Albnstadt File:Albstadt 27jan20 2205z komplex.pdf
Gernsheim? File:Gernsheim 05jan20 0042z questionable.pdf
Darmstadt? File:Darmstadt 01jan20 0320z questionable.pdf
Straßbourg File:Straßbourg 12nov19.pdf
Albstadt File:Albstadt 04nov19.pdf
Ober-Ramstadt 
[SVG-Plot] Ober-Ramstadt, 29.10.19 (Link zum PDF des Hessischen Erdbebendienst)
Überlagerung meiner Messung mit HLNUG-Seismometer Bieber, Quelle: Hessischer Erdbebendienst, Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie File:Ober-Ramstadt.pdf
Autor & Ansprechpartner
Beschreibung
Messobjekt
Das Messobjekt ist ein im All umherflitzender Körper namens Erde mit 12756,32 km Äquatordurchmesser, auf dessen Oberfläche mehrere Segmente (Kontinentalplatten) einer relativ harten Kruste auf einer zähflüssigen Phase im Innern herumrutscht. Zum Ausgleich der Bewegungen knirscht es in diesen Segmenten, insbesondere am Rand. Aber auch innerhalb der Kontinentalplatten gibt es Druck- und Zugwirkung, durch die zum Beispiel Gebirge aufgefaltet werden. In der Nähe des Meßortes gibt es das Phänomen des Oberrheingraben, bei welchem durch einen Grabenbruch ein Stück kontinentaler Platte keilförmig absinkt und seitlich davon Mittelgebirge aufgetürmt werden.
Standort
Das "Produktive" Geophon 2 steckt im Lehmboden in einem Gewölbekeller innerorts, nur wenige m von der Straße entfernt, Die Lage ist im Maintalsediment nur wenige Meter über dem Mainpegel, die geologische Karte des BayernAtlas enthält wegen der Überbauung keine gescheiten Daten vom Standort, außerhalb des Orts in ähnlicher Lage wird der Boden aber als würmzeitliche Schotter mit Kies und Sand geführt. Das ist sicher kein so gutes Koppelungsmedium wie Felsuntergrund.
Potentielle Störquellen: Abgesehen von Straßenverkehr gibt es eine Bahnlinie und Wasserkraftwerk mit Schleuse in der Nähe. Deren Auswirkung muss jedoch erst mal genauer betrachtet werden.
Wo es eine 2 gibt, gibt es auch eine 1, das ist das Versuchsexemplar. Und jetzt eine 3.
Sensoren
Auf Ebay wurden günstig drei gebrauchte Sercel JF-20DX mitsamt Einsteck-Gehäuse beschafft, die für seismische Exploration gedacht sind. Diese haben Hochpasscharakteristik (natürliche Frequenz 10 Hz), Spurious resonance bei 200 Hz und eine Empfindlichkeit von 28V/m/s wenn unbelastet.
Abtastung und Konditionierung
Beide Geophone sind mit Widerständen bedämpft und werden mit einem für Wheatstonebrücken gedachten ADC, dem HX711 von AVIA, mit 10 Samples pro Sekunde abgetastet. Das ist wenig, aber in der Betriebsart mit 80 Samples pro Sekunde werden die Störungen stärker. Ein Spannungsteiler, der die Brückenversorgungsspannung des Frontend-IC-halbiert, ist an eine Seite des Geophon angeschlossen damit es für den ADC auch wie eine Wheatstonebrücke aussieht. Die beiden Anschlüsse des Geophon sind mit dem differentiellen Eingang für den PGA mit *64 und *128 verbunden.
Set 1 (Development)
Das Geophon ist wie im Datenblatt zur Unterdrückung des 10 Hz Peak angegeben mit 1 kΩ belastet. Vor dem Eingang zum ADC ist ein RC-Tiefpassfilter mit 320kΩ und 100 nF geschaltet, Grenzfrequenz ca. 5 Hz. Die Leitung und Elektronik sind nicht geschirmt, aber der ADC in Schaumstoff verpackt um Temperaturschwankungen etwas abzumildern. Geloggt wird mit einem Raspberry Pi Zero W, Versorgung ist über eine Powerbank möglich. Die Stromaufnahme des Pi 0 W wurde durch abschalten unnötiger Dinge reduziert, sie schwankt deutlich, zwischen 80 und 120 mA. Durch eine Powerbank kann man ihn kurzzeitig ganz gut mobil benutzen.
Rest in pieces, kleiner Digitizer, auf den draufgetreten wurde! Teile deiner Innereien leben in Set 3 weiter.
Set 2 (Produktiv)
Das Geophon ist wie im Datenblatt zur Unterdrückung des 10 Hz Peak angegeben mit 1 kΩ belastet, was die Empfindlichkeit auf 20V/m/s reduziert und direkt an den ADC-Eingang angeschlossen. Die Zuleitung ist geschirmt, der ADC und der Arduino in einer gemeinsamen Abschirmbox. Ein Raspberry 3 loggt.
(Der unterschiedliche Situation bei der Schirmung ist lediglich bedingt durch die investierbare Zeit, das wird sicher mal harmonisiert!)
Set 3
Geophon belastet mit 1 kOhm (20 V/m/s), 20 m geschirmte Leitung. Tiefpass mit ca. 5,5 Hz Grenzfrequenz. HX711 ADC, aufgrund der fetten Temperaturdrift in Schaumstoff eingepackt. Nano und HX711-Breakoutboard auf einem Verbinderboard eingesteckt, das auch die Symmetrierwiderstände, Tiefpass, etc. trägt. Dort ist auch Differenzdrucksensor für Projekt:Infraschallmessung angeschlossen, denn diese Box soll beides können. Und sich nicht mehr zertreten lassen, daher gescheites Gehäuse immerhin.
Verarbeitung
Frontend
Der ADC wird von einem Arduino Nano kontinuierlich abgefragt und der Messwert, von dem ein bei der Initialisierung ermittelter Offset abgezogen wird, im Klartext über die Seriell-over-USB Schnitsstelle übertragen.
Datenformat
Die Datendateien sind CSV-Dateien mit folgendem Namensaufbau:
obernau-z-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 | Z-Auslenkung | z |
| Samplerate | 10 Hz | s10Hz |
| Geophontyp | untere Grenzfrequenz | 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 | Messwert (dimensionslos) |
Der Messwert ist der ADC-Ausgangswert, für den es (noch) keine Kalibrierung gibt.
Interessante Beobachtungen und Fallen
Netzgerätelüfter stört
Beim Abgleich wunderte ich mich über den hohen Rauschanteil, als Ursache war nach etwas Grübelei eine externe Beeinflussung erkannt: Der Lüfter des Labornetzgeräts. Und der koppelte mechanisch zum Geophon, erfreulicherweise nicht durch EMV. Das Oszillogramm zeigt vorne mit, hinten ohne Lüfter. Auch positionieren des Geophon auf weicher Unterlage verringerte die Störung.
Rauschen und menschengemachte Geräusche
Leider ist mit dem jetztigen Aufbau noch nicht viel zu erreichen, einfach zu viele Störgeräusche. So war noch nicht mal das Beben vom 5. Juni in Gernsheim sichtbar (Magnitude 2,1) Das kommt aber vermutlich nicht alles vom Verstärker und Sensor, möglicherweise spielt da auch der (niederfrequente) Lärm der Schleuse und der Stauwehre am Main eine Rolle, ca. 300 m vom Meßort entfernt. Gut erkennbar ist aber das menschliche Aktivitäten gemessen werden, es gibt einen deutlichen Anstieg ab ca. 7 Uhr.
Verkehr
Große Ausschläge bringen natürlich Fahrzeuge, die unmittelbar auf der Straße neben dem Haus vorbeifahren, weniger als 5m vom Sensor weg:
Die letzten Sekunden dieser Datei zeigen das vorbeifahren eines LKW, möglicherweise ist ein Teil der Ausschläge davor durch mein herumlaufen im Erdgeschoss ausgelöst.
Waldboden
Als Gegenprobe verbrachte ich den mobilen Sensoraufbau, der schon bei der Museumsnacht und dem Fest Brüderschaft der Völker im Einsatz war, bei einer Naturbeobachtungsrunde mit Kind 1 in den Obernauer Wald, ca. 100m von der nächstgelegenen Bebaung (DJK TTC Heim) und sicher 200m von intensiver Menschlicher Aktivität entfernt:
Zoombares SVG: File:Geophon HX711 im Obernauer Wald.svg
Effekt eines USB-Isolators
Die galvanische Entkopplung des USB Bus half ebenfalls Störungen zu reduzieren, wie dieser davor-danach-Vergleich zeigt:
Schirmgehäuse
Austausch des ungeschirmt aufgebauten Sercel-HX711-Geophon gegen HX711-Arduino-Kombi in Blechgehäuse mit abgeschirmter Leitung zum Sercel-Geophon am 24.08.2019: Davor (ungeschirmt, nachts):
Danach (geschirmt. tagsüber):
Random
- Ein umgestülpter Eimer als Regenschutz hilft nicht gegen Geprassel im Signal. (Galt zumindest mit Soundkarte als ADC)
- Trotz Lage nah an Straße ist mein Gewölbekeller ruhiger als der Garten weiter hinten. (Galt zumindest mit Soundkarte als ADC)
- Soundkarte: Audiobandbreite ist einfach zu hoch für das was interessiert.
- Verkehr und Bewegung im Haus zeigen sich deutlich, möglichst entfernt von menschlicher Aktivität messen!
Danke an
Nick für die Anregung was mit HX711 zu machen
Jasmin für die Geduld mit mir. :)
Dinge
PC-Anwendung zum loggen der Daten, Produkivversion File:geolog-3-hx711-s.zip
PC-Anwendung zum loggen der Daten, dev-Version Datei:Geolog-4-hx711-s.zip
Gnuplot-Script zum ausgeben der CSV als PDF File:plot.zip
Beispiel CSV-Datei mit dem Erdbeben vom 29.10.19 File:seismometer_3-hx711-s_10_29_2019.zip
Arduino Sketchbook zum Auslesen des HX711 und serielle Übertragung File:geoadc.zip
Export-Script für Waveform-Daten File:WID2-export-python-programm.zip
Projekttagebuch
| Datum | Aktion | Teilnehmer |
|---|---|---|
| 8.01.2019 | Geophone auf Schreibtisch getestet | Hendi |
| 11.01.2019 | Geophone abends im Außenbereich ausprobiert | Hendi |
| 17.01.2019 | Erfolgreiche Aufnahme von etwas, das auch an Seismometer Darmstadt ankam? | Hendi |
| 25.01.2019 | Geophone wurden für einen Vortrag im Juli 2019 angefragt | Hendi |
| 22.03.2019 | Geophone-Vorverstärker aufgebaut | Hendi |
| 28.03.2019 | Besuch bei mineralogischem Stammtisch des Nat.-Wiss. Verein AB wegen Seismometer. | Hendi |
| 13.04.2019 | Geophon Vorverstärker funktioniert, nun muss digitalisiert werden. | Hendi |
| 06.07.2019 | Billige Kombi aus Arduino Nano und HX711 sind vielversprechend! Danke für die Anregung, Benutzer:Nick! | Hendi |
| 08.07.2019 | Geophon mit Arduino und HX711 verheiratet, Darstellung auf XP-Notebook: Einsatzbereit für Museumsnacht am 13.7.! | Hendi |
| 13.07.2019 | Livevorführung in der langen Museumsnacht im Naturkundlichen Museum Schönborner Hof | Hendi |
| 19-21.07.2019 | Livevorführung beim Fest Brüderschaft der Völker | Hendi |
| 28.07.2019 | HX711 und NIC-DMM-Variante laufen parallel im Keller. USB-Isolatoren sind nützlich! | Hendi |
| 13.08.2019 | Besuch von Neumitglied Werner mit Eigenbau-Geophon nach Museumsnacht-Inspiration: Lautsprecherbasis, Opamp-Vorverstärker und integrierte Batterieversorgung | Hendi |
| 24.08.2019 | Umstellung auf Geophon mit HX711 und Schirmung | Hendi |
| 29.10.2019 | Nahbeben in Ober-Ramstadt aufgezeichnet | Hendi |
| 21.11.2019 | Kleinigkeiten an Pythonscript modifiziert, Tages-CSV werden mit tar komprimiert, Divisor für kompaktere Zahlen | Hendi |
| 28.12.2019 | Dev-Geophon 1 als Komplettsystem in Karton, Betrieb im Garten so weit die Powerbank reicht | Hendi |
| 06.01.2020 | Messdaten des hessischen Erdbebendienst zum Vergleich erhalten | Hendi |
| 26.08.2020 | Stromaufnahme optimiert, Einbau in lasercut Sperrholzgehäuse (EDIT: Taugt nix im Freien) | Hendi |
| 13.12.2020 | Messdaten online | Hendi |
| 06.04.2022 | Ein Geophon verliehen, mal sehen was rauskommt! =) | Hendi |
| 04.08.2022 | Ergebnis des Geophonverleih: Elements Ein Werk aus einem Musikwissenschaftsseminar der Uni Paderborn mit Audioaufnahmen vom Geophon | Hendi |
| 20.10.2022 | Netzteil am Kellergeophon getauscht | Hendi |
Notizen
Andere Sensoren - für später?
- FMES (Fluid mass electrolytic seismometer) Flüsssigkeitspegel in zwei verbundenen Gefäßen wird gemessen. Wird die Flüssigkeit beschleunigt, schwappt es. [1]
- Lehman-Seismometer Horizontalpendel nach Gartentür-Prinzip. (Habe Aluprofilschrott da, damit geht vielleicht was. Oder mal bei Rose&Krieger betteln. Oder bei Nick
- Shackleford-Gundersen Seismometer durch Elektromagnet gedämpftes kurzes Pendel.
- Blattfederseismometer Vertikalseismometer, auch dämpfbar.
- Wasserhammer-Seismometer Wasser in Rohr als seismische Masse, recht leicht aufzubauen. Techlib Wasserhammer-Seismometer
- Wie sieht es mit Infrasound aus?