Sismo - il Progetto

Sismologia sperimentale ..

Nel 1988, la rivista Nuova Elettronica propose un kit per realizzare un sismografo completo composto da un corpulento sensore a bilanciere ed una unità di controllo remoto via cavo che memorizzava e stampava le scosse oltre una certa soglia. In sede al RadioClub erano esposte infatti le stampe dei principali eventi sismici rilevati dal sismografo realizzato da Sandro, esposto poi anche alla mostra radio a fini didattici per le scuole e i visitatori. Dopo tanti anni, con le dovute ottimizzazioni e gli errata corrige, quel vecchio progetto, pur con qualche sistemazione, è ancora in grado di dire la sua.

Siamo tornati a quelle sperimentazioni, ripristinando il progetto di allora, ma soprattutto allargando la voglia di sperimentazione con le possibilità di oggi rappresentate dal Progetto Dolfrang, un avanguardia non solo tecnica e tecnologica a cura di Angelo Dolmetta che elabora i dati in modo completamente diverso, ma che viene attivametne supportata da una comunità di esperti e appassionati che condividono i dati dei loro sismografi direttamente onLine quasi in real-time.

Qui accanto i Geofoni usati oggi messi accanto per evidenziarne la differente mole.

Questo progetto è basato sull'impiego di 3 piccoli Geofoni ed un paio di schedine di interfaccia. Ma andiamo con ordine in parole lemplici.. cosa sono i geofoni?! Diciamo che sono una sorta di capsule con all'interno un magnete in sospensione tra molle che, se sollecitato da vibrazioni esterne, permette di misurarne l'entità attraverso il movimento inerziale del nucleo. Ben fissati al suolo in modo stabile ed orientati uno in verticale e gli altri orizzontali rispettivamente a nord-sud e est-ovest, permettono di rilevare ogni tipo di onda li raggiunga. La spiegazione è sommaria, ma basta per rendere l'idea, uno sguardo in rete per approfondire.

Per misurare tutto questo serve una piccola elettronica ed un software che la Angelo Dolmenta migliora continuamente, release dopo release.

Vediamo in dettaglio con cosa striamo "giocando":

	Sensori
	[foto 1 - I geofoni utilizzati, 3 piccoli barilotti in metallo da circa 26mm di diametro]
Geofoni	La sezione Sensori è composta da 3 Geofoni. Il geofono vediamolo come una sorta di "microfono" incapsulato con all'interno una bobina sospesa da sensibili molle. Se viene posizionato in modo stabile e solidale con il terreno, ogni vibrazione della terra verrà trasmessa al suo interno, le variazioni si tradurranno in variazioni di campo magnetico sulla bobina che potranno essere lette e misurate con precisione. Data la complessità delle onde sismiche, per recepire ogni tipo di vibrazione, sono necessari almeno 3 Geofoni: - uno posizionato perfettamente in verticale (asse Z) - uno posizionato in orizzontale in un senso (asse Nord-Sud) - uno posizionato in orizzontale nell'altro senso (asse Est-Ovest) Queste le caratteristiche tecniche: - Frequenza naturale (Hz) 4,5 <± 10,0% - Resistenza della bobina 350-400 <± 10% - Aperto smorzamento del Circuito 0,5 -0 , 7 <± 10% - Attenuazione con shunt - Circuito Aperto Sensibilità Tensione intrinseca (v / m / s) 25/30 <± 10% Non vanno utilizzati Geofoni con frequenza propria inferiore a 4,5 Hz, perchè più costosi, difficili da settare, molto fragili, con possibile derivare del segnale nel tempo che obbligano quindi a frequenti ri-tarature del sistema.
	Sistema di Acquisizione
Converter A/D	Convertitore A/D 24bit. La scheda converte il segnale dei geofoni da analogico a digitale ed è basata sul convertitore ad alte prestazioni AD7124-8 di Analog Devices. (Scheda tecnica)
Theremino Master	Theremino Master DIL-V4. La scheda I/O basata sul microcontroller PIC24 che unitamente al software Theremino_HAL, consente la comunicazione tra Convertitore A/D e PC via USB.
Adapter WiFi	ESP32 -PICO-KIT-V4.1. In alternativa al theremino si dovrebbe poter mettere una ESP32 WiFi per svincolare il collegamento via cavo. La scheda I/O alternativa che unitamente al software Theremino_IotHAL, consente la comunicazione tra convertitore A/D e PC via WI-FI. Il collegamento via rete consente di collocare il sismografo lontano dal PC di acquisizione. Nel frattempo provo a mettere un Extender USB che utilizza cavo di rete. Un accorgimento che consente di allungare il cavo fino a 50mt.
	Supporto
	Per mantenere ben posizionati e saldi i sensori sugli assi indicati sopra, serve una struttura che li mantenga fermi e strutturalmente solidali alla base della scatola. Alcuni hanno realizzato supporti in plastica realizzate con una stampante 3D (non ho una stampante 3D sotto mano e servirebbe una valutazione sulle plastiche che meno si deteriorano nel tempo), altri hanno optato per fissarli ad una base pesante attraverso delle fascette metalliche (possibilità di schiacciamento e deformazione se fissate troppo), altri ancora hanno optato per blocchi in legno. [foto 2 - Prime prove di assemblaggio sul blocco in legno] Ci siamo lasciati ispirare da quest'ultima opzione, optando per un blocco di legno su cui sono state fatte le fresature circolari molto precise che consentano ai sensori di essere inseriti con una moderata pressione. Il risultato è che i sensori risultano decisamente ancorati tanto che non necessitano di ulteriore bloccaggio. Di contro, per qualsiasi manutenzione o sostituzione, sarà necessario tagliare il legno perché non riuscerei più a riestrarli senza danneggiarli. [foto 3 - Assemblaggio ribassato per rientrare nelle dimensioni della scatola]
	Contenitore
Contenitore	Il contenitore è molto importante e se non valutato attentamente può rendere inutile ogni immagine del sismografo. Questi alcuni dei principali aspetti da tenere in considerazione: Massima solidità e stabilità tra i Geofoni e l'appoggio a terra nonché nei confronti degli altri componenti e la scatola che li racchiude. Il peso è importante perché determina maggiore stabilità. Questa caratteristica, assieme alla precedente, caratterizzano il layout di quasi tutte le realizzazioni già fatte dagli altri contributori al progetto. I Geofono sono spesso racchiusi in un blocco pesante e stabile oppure la stabilità del fissaggio dei 3 sensori si avvale di una piastra spessa che stabilizza l'insieme (vedasi le varie interpretazioni del progetto, ai link sottostanti). Appoggio a terra estremamente stabile. Se si opta per un posizionamento permanente, si vedono scatole fissate con viti direttamente a blocchi di cemento parzialmente interrati. Per soluzioni removibili, imperativo l'uso di soli 3 piedini che garantiscano massima stabilità e possibilmente a punta, in modo da concentrare la tensione del peso favorendone la stabilità favorita chiaramente soprattutto dal peso, dal baricentro e quindi dalla proporzione delle distanze tra i tre punti di appoggio. Chi ha adottato scatole pressofuse che garantiscono rigidità e peso già in partenza ha trovato sicuramente un buon vantaggio, ma anche scatole in plastica per impiego elettrico possono sopperire all'esigenza (vedi esempi e link) [foto 4 - Prove di assetto nella scatola per prendere misura dei sistemi di fissaggio del blocco stesso alla scatola]
Alcora Geofoni	Si sta per affiancare ai 3 piccoli geofoni da 4,5 Hz un Geofono verticale molto più corpulento da 1Hz che pesa da solo 1Kg circa. Eccoli affiancati per rendere meglio le proprizioni tra i due:
	Cambio Location
	L'attuale Location del Geofoni mirava ad avere un adeguata sensibilità per averli poggiati direttamente sulla platea di fondazione della casa, senza alcuna intermediazione di massetto, pavimenti o altro. Tuttavia l'accesso alla base di fondazione è anche l'angolo dell'abitazione più vicino alla strada con tutti i rumori antropici annessi e connessi. Questo obbliga all'utilizzo di filtri che via via ANgelo ha perfezionato a livelli fantastici. NNonostante questo si vuole comunque migliorare la qualità di ascolto a monte. Ecco quindi le varianti possibili: Da un lato sto sperimentando e testando dei prolungamenti di cavo su RJ45 per spostare i sensori furi casa sul lato opposto. Se non si evidenziano problemi di comunicazione dati, l'unità dei Geofoni andrà a poggiare i tre puntali di sostegno su un blocco cementizio per poi var ripartire i test e le nuova ritarature. Dall'altro si sta cercando di remotizzare via WiFi il collegamento tra Geofoni e Computer per portarli su una location più appropriata per farli poggiare direttamente sulla roccia di origine vulcanica dei Colli Euganei. Questo renderebbe il sistema estremamente più sensibile non risentendo più delle attenuazioni tipiche della pianura alluvionale per quanto non sia molto profonda neppure nella location attuale dato che ci troviamo in una pianura tra gli ultimi colli verso oriente che plausbilmente potrebbero essere collegati nel sottosuolo così da assotigliare lo spessodre dei sedimenti alluvionali.