Projekt:Infraschallmessung

Infraschallmessung Status: beta
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.

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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.

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  Übersicht Infraschallintensität im Tagesverlauf.

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  Der große Knall, Sensor war übersteuert.

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  Kleiner Knall vor dem großen Knall.

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.

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  Mikrobarome

Beschreibung

Bilder

Pics or didn't happen:

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.

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.

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

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

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. 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.

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

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