Projekt:Geophon: Unterschied zwischen den Versionen

Zur Navigation springen Zur Suche springen

Projekt:Geophon (Quelltext anzeigen)

Version vom 2. November 2020, 20:37 Uhr

2.274 Bytes hinzugefügt ,  2. November 2020
→‎Set 1 (Development)
Keine Bearbeitungszusammenfassung
(13 dazwischenliegende Versionen von 2 Benutzern werden nicht angezeigt)
Zeile 10: Zeile 10:


= Übersicht =
= Übersicht =
Aschaffenburg ist zwar nicht Taiwan, aber wir grenzen an die seismisch sehr aktive Region Darmstadt und sind damit noch im Bereich, in dem der seit ca. 45 Mio. Jahren keilförmig absinkende Oberrheingraben 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 erhältliche Geophone. Das sind Verwandte der dynamischen Mikrofone, welche zum abhorchen des Bodens, auch bei niedrigeren als den hörbaren Frequenzen. Wenn die laufen kann man sich an edlere Systeme begeben. :-)
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. 1 eindeutiges Ereignis das zu Veröffentlichung des HLNUG passt.
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.
 


== Galerie ==
== Galerie ==


=== Erster eindeutiger Treffer ===
=== Geophon 1 (Development) ===
 
<gallery>
File:geophon1-sensor.jpg
File:geophon1-daqboard.jpg
</gallery>
 


Ein Erdbeben unter Ober-Ramstadt am 29.10.19 um 17:24:05.2 UTC mit der Magnitude von 1.9 und einer angegebenen Tiefe von 14 km liess sich deutlich in den Aufnahmen erkennen: Zuerst die P-Welle, kurz danach die S-Welle mit der typischen Hüllkurve einer gedämpften Schwingung.
=== Treffer und Verdachtsfälle ===


[[File:29.10.19 Ober-Ramstadt.png|600px]]
[[File:29.10.19 Ober-Ramstadt.png|300px]]


[[https://wiki.schaffenburg.org/images/4/45/29.10.19_Ober-Ramstadt.svg SVG-Plot]]
[[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)]
[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]]
[[:File:Albstadt 04nov19.pdf]]
[[:File:Straßbourg 12nov19.pdf]]
[[:File:Darmstadt 01jan20 0320z questionable.pdf]]
[[:File:Gernsheim 05jan20 0042z questionable.pdf]]
[[:File:Straßbourg 12nov19.pdf]]
[[:File:Albstadt 27jan20 2205z komplex.pdf]]
Schweres Beben Magnitude 6,4, Albanien
[[:File:Durres 26nov19 0254.pdf ]]
=== Outdoor unit Geophon 1 ===
<gallery>
File:g1-outdoor-unit.jpg
File:g1-outdoor-cover.jpg
</gallery>


==Autor & Ansprechpartner==
==Autor & Ansprechpartner==
Zeile 34: Zeile 69:


==Beschreibung==
==Beschreibung==
Die Messkette sieht ähnlich aus wie andere, aber mit der Erde als Messobjekt:
[[File:messkette.png|800px]]


=== 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.  


Störquellen: Abgesehen von Straßenverkehr gibt es eine Bahnlinie und Wasserkraftwerk mit Schleuse in der Nähe.
=== 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.  


=== Sensorik ===
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.
Für den Einstieg sollten es keine mechanisch allzu aufwendigen und teuren  Sensoren werden, sondern günstig erhältliche [https://de.wikipedia.org/wiki/Geophon Geophone] für die Lagerstättenerkundung mittels Vibroseismik. Ebay spuckte günstig drei [http://www.sercel.com/products/Pages/jf-20dx.aspx Sercel JF20DX mit 10 Hz Grenzfrequenz] aus. Das sind Verwandte der dynamischen Mikrofone, welche zum abhorchen des Bodens, auch bei niedrigeren als den hörbaren Frequenzen dienen. Diese haben einen Dorn der direkt in den Boden gesteckt wird. Damit werden wir wohl vor allem starke, lokale Ereignisse mitkriegen, für entfernte Beben muss dann doch ein besserer Sensor her.


=== Preamp und Analog-digital-Wandlung ===
Ein weiteres Exemplar, Nr. 1, ist mobil und dient auch zu Entwicklungszwecken.
==== Vorverstärker mit NIC ====
Einen Vorverstärker auf Basis von [http://www.vaxman.de/publications/teach_gp.pdf VAXMANs NIC] wurde aufgebaut und ausprobiert. Digitalisiert wurde mit einem Digitalmultimeter (muss dringend durch ADC und Arduino ersetzt werden :-)). Der negative Impedanzkonverter soll das Geophon überdämpfen und dadurch die untere Grenzfrequenz nach unten verschieben, während eine Tiefpasstufe hochfrequente Signale unterdrückt. 50 Hz werden schon sehr effektiv gefiltert, aber langsame Bewegungen mit Periodendauer um die Sekunde scheinen darstellbar:


[[File:lf.gif |upright=0.5]200px]
=== Sensoren ===


Auf Ebay wurden günstig drei gebrauchte [https://www.sercel.com/products/Lists/ProductSpecification/Geophones_specifications_Sercel_EN.pdf] 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.


==== HX711 ====
=== Abtastung und Konditionierung ===
Auf indirekte Anregung von Nick probierte ich aus das Geophon von einem sehr preisgünstigen chinesischen ADC abtasten zu lassen. Auf einer Seite des Geophons sorgt ein Spannungsteiler dafür das Geophon mitten im Gleichtaktbereich des Eingangs zu halten. Ohne Überdämpfung, aber mordsbillich wie man es gerne hat. Spoiler alert: Ja, es geht damit.


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.


==== Soundkarte ====
Mordsbandbreite und taub unter ca. 20 Hz, aber da sie vorhanden war wurde sie mal ausprobiert.


==== 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. Eingebaut in ein gelasertes Holzgehäuse. Die Stromaufnahme des Pi 0 W wurde durch abschalten unnötiger Dinge reduziert, sie schwankt deutlich, zwischen 80 und 120 mA.
==== 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!)


=== Verarbeitung ===
=== Verarbeitung ===
Bei Variante 1 wird der serielle Ausgang des Multimeter geloggt, bei Variante 2 wird der HX711 von einem Arduino ausgelesen und über die serielle Schnittstelle von diesem zum loggenden Rechner übertragen. Dort läuft ein Logger, der Messwert und UNIX Timestamp loggt.


==== 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.


=== 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|200px]]
[[File:noise reduction.gif |upright=0.5|300px]]




Zeile 74: Zeile 113:
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|200px]]
[[File:rauschen plus kultur.png|300px]]


===== Verkehr =====
===== Verkehr =====
Die größten Ausschläge bringen natürlich Fahrzeuge, die unmittelbar auf der Straße neben dem Haus vorbeifahren, weniger als 5m vom Sensor weg:
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|200px]]
[[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.
Zeile 86: Zeile 125:
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|200px]]
[[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]]
Zeile 108: Zeile 147:


==== 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. ohne Hochpass und mit rauscharmer Referenzspannung, hallo AD7124-4?)
* 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!


Zeile 119: Zeile 158:


== Dinge ==
== Dinge ==
PC-Anwendung zum loggen der Daten, Produkivversion [[:File:geolog-3-hx711-s.zip]]


[[Datei:Geolog-4-hx711-s.zip|Python-Logprogramm Dev-Version (Linux)]]
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 ==
Zeile 160: Zeile 207:
|-
|-
| 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]]
|-
| 06.01.2020 || Messdaten des hessischen Erdbebendienst zum Vergleich erhalten || [[Benutzer:Dg3hda|Hendi]]
|-
| 26.08.2020 || Stromaufnahme optimiert, Einbau in lasercut Sperrholzgehäuse || [[Benutzer:Dg3hda|Hendi]]
|}
|}


Zeile 168: Zeile 221:
* 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.
Dg3hda
mitglieder, vorstand
1.617

Bearbeitungen

Abgerufen von „https://wiki.schaffenburg.org/Spezial:Mobiler_Unterschied/9223...10261“

Navigationsmenü