Come costruire la propria stazione sismica di Mauro Mariotti

Pagina aggiornata il 25 Agosto 2002

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Introduzione e finalità

Schema generale

Componenti necessari

Una stazione remota

Una stazione mobile

La stazione dell'associazione di protezione civile di Foligno (PG)

Per quanto riguarda la costruzione delle schede o dei sensori di Nuova Elettronica non posso che rimandare il lettore alla rivista stessa.

Parlando dei sistemi di Nuova Elettronica si può dire che sono sicuramente dei sistemi ben fatti, autonomi, non vincolati ad alcun sistema operativo o standard e pertanto alla portata di un sismofilo di qualsiasi livello, purchè appassionato. Hanno però dei grossi limiti in fatto di analisi delle tracce. Scrivendo su carta praticamente l'unica valutazione che si può fare è quella della distanza. E nemmeno si può parlare di determinazione ma solo di valutazione perchè la distanza potrà essere valutata e poi determinata con precisione solo dopo una attenta analisi del segnale sismico.  Spesso le condizioni ambientali influiscono sulle tracce al punto da renderle illeggibili se non dopo un opportuno filtraggio.

Un passo in avanti è stato compiuto da Nuova Elettronica con il kit LX1500 anche se presenta ancora dei grossi limiti, il kit LX1500 rimarrà, con qualsiasi tipo di software abbinato un sistema esclusivamente didattico.

Per fare un salto di qualità è necessario soddisfare alcune condizioni.

1. Il segnale sismico deve essere disponibile in digitale.
2. La dinamica del convertitore deve consentire di registrare bene sia eventi lievi che importanti senza saturare
3. Ogni evento deve essere memorizzato in un file interpretabile da qualche programma di analisi
4. Occorre avere una fonte di sincronizzazione del tempo ragionevolmente affidabile
5. Il tutto deve avere dei costi ragionevolmente contenuti e rimanere aperto a possibili sviluppi futuri.

Schema generale
Un tipico sistema di acquisizione può essere riassunto dal seguente diagramma:

Il primo blocco in alto a sinistra identifica i sensori.
Segue lo stadio di preamplificazione e quindi lo stadio dei filtri.
A questo punto ha luogo la conversione analogico / digitale.
La conversione dev'essere eseguita in sincronia con il riferimento orario standard GMT (Greenwich Main Time)
La sincronizzazione dell'orologio con l'ora solare di Greenwich può avvenire attraverso uno dei tre sistemi indicati, DCF77, GPS o anche attraverso un server Internet con protocollo NTP.
I dati campionati dallo stadio A/D arrivano dunque ad una unità di processo dati che li memorizza e permette l'interrogazione remota del sistema e la successiva analisi e report dei sismogrammi.

Cosa è necessario
I sistemi commerciali dispongono, oltre che di ottimi sensori, dei classici sistemi di amplificazione e filtro nonchè di digitalizzatori ad elevata dinamica (24 bits) e processori dedicati con memorie a stato solido (non dischi magnetici ma memorie RAM e FLASH ad alta capacità e basso consumo). Tutto questo si traduce in alti costi di acquisto sia dei sistemi elettronici ma sopratutto dei sensori. Spesso inoltre i sistemi attualmente commercializzati sono "da campo" cioè allestiti in modo da poter sopportare temperature e condizioni ambientali estreme e questo fa lievitare ulteriormente i costi. Non bisogna trascurare anche altri due fattori: uno è che mentre queste stazioni commerciali registrano non si vede un gran che, al massimo c'è qualche spia che lampeggia, e questo non è molto didattico, inoltre se si decide di non proseguire l'attività di registrazione dei terremoti non si recupera nulla del denaro speso perchè sono sistemi dedicati esclusivamente alle registrazioni sismiche.

Un sistema semplificato, didattico ma con caratteristiche professionali e molto diverso come costi può essere dunque implementato in questo modo usando per ogni stadio i componenti indicati:
 
 

ELEMENTO	Realizzato con:
Sensori (da uno a tre assi)	Sensori acquistati / Kit di Nuova Elettronica / Autocostruiti secondo le indicazioni presenti su molti siti web
Amplificatore	Acquistato o autocostruito secondo le indicazioni riportate in queste pagine
Filtro passa basso (anti-alias)	Integrato nell'amplificatore descritto in queste pagine
Orologio sincronizzato	Integrato nella scheda di conversione descritta in queste pagine
Ricevitore segnale orario GPS	Acquistato in negozi specializzati o attraverso queste pagine
Ricevitore segnale orario DCF	Acquistato o autocostruito secondo le indicazioni presenti in queste pagine
Ricevitore segnale Internet in protcollo NTP	Scaricando software gratuiti per la sincronizzazione dell'orologio (è necessario un collegamento ad internet)
Unità di processo dati	Un personal computer di classe Pentium o AMD K6 dotato di un programma di gestione del convertitore didattico SEISMOWIN o del professionale SEISLOG.
Unità di memorizzazione dati	Il personal computer sarà dotato di almento 1 Gbyte di memoria
Protocollo di controllo remoto	PC-Anywhere, Carbon Copy o per Windows XP RemoteDesktop
Programma di analisi e report dei dati	BinaWin o Winquake (entrambi shareware, costo abbordabile)

Usando la soluzione proposta in questo sito sarete in condizione di operare con una vasta rete già esistente a livello mondiale e a livello nazionale. Una rete nata dagli sforzi di appassionati con qualifiche professionali, per il conseguimento di questi obiettivi si stanno usando le competenze di esperti geologi, geofisici, ingegneri, ricercatori, tecnici, programmatori, nonchè di sismologi. Una rete che ha già uno standard di interscambio dati "il PUBLIC SEISMIC NETWORK format" disponibile sia in BINARIO che in ASCII per un facile interscambio di dati sia per il mondo PC che per il mondo Machintos.

Una stazione remota
La stazione che si vede nelle figure seguente è della rete italiana IESN.
E' situata presso il monte Vettore (Norcia) a 1500 metri di altezza.
Sono visibili, oltre a varie bottiglie e cianfrusaglie del locale in disuso, il personal computer, il modem 56K, il gruppo di continuità (nero), il digitalizzatore (scatola bianca dietro al gruppo di continuità).
E' controllata in remoto attraverso una linea telefonica, modem e il programma di controllo PC Anywhere.
La sincronizzazione del tempo è eseguita da un ricevitore radio DCF77.

Qui si vedono i sensori Mark L4 fissati su una piastra metallica ed opportunamente orientati.

Non visibile in figura l'impianto è dotato di quadro elettrico da cantiere in conformità alle norme per la sicurezza elettrica.
Il costo totale della stazione (esclusi i sensori) non arriva a mille euro.
La stazione lavora ininterrottamente e fornisce in continuazione dati affidabili sulla sismicità locale e regionale, nonchè (grazie alla eccezionale risposta geodinamica del sito) dati suli grandi terremoti a grande distanza.
 

Una stazione mobile
Un'equipaggiamento mobile ha il vantaggio di essere sempre disponibile e molto compatto.
Lo si può usare dunque sia a casa, che per esempio, in vacanza.
Si possono alloggiare le due schede (di amplificazione e conversione a/d) in una valigetta ad uso ferramenta o per fotografia.

In questa valigia sono stati praticati dei fori con una fresa da 16mm e in questi fori alloggiati dei connettori di tipo microfonico con flangia a vite. I connettori a 4 poli consentono di collegare le prese di alimentazione, le prese dai sensori sismici, il sincronizzatore dcf77 e il pc portatile.
 
 

La figura illustra una porzione dell'interno, dove si nota la scheda più grande con i 3 file di amplificatori operazionali per il filtraggio e la scheda a/d più piccola con il convertitore ADS7825 (in verticale) e il controller AT90S2313 in orizzontale. A destra in alto si intravedono i connettori dei sensori e, in basso, sempre a destra i due connettori per il sincronismo del ricevitore DCF77 e la connessione RS232 per il PC.

Dall'esterno la stazione si presenta grosso modo così, corredata con il sensore verticale autocostruito.
 
 

A sinistra si vede la piccola scatola stagna con il trasformatore di sicurezza, tenuto esterno. Sotto la valigia con l'elettronica. In basso la scatolina nera è il ricevitore DCF77, a destra in alto il "barattolo" del sensore verticale. Cavi vari di collegamento sparsi intorno e sopra ovviamente il PC portatile P133  Extensa con istallato il software di registrazione SEISMOWIN.

Nella valigetta si trova spazio anche per le batterie in grado di far funzionare la stazione anche durante brevi interruzioni di elettricità.

La stessa soluzione è utilizzabile in postazione fissa, presso casa vostra dove probabilmente verrà usato un più economico personal computer da tavolo.

In questo esempio è stato usato solo un sensore (di tipo verticale) ma ogni stazione che si rispetti deve registrare il movimento sismico almeno sui tre assi  X, Y e Z  (nord-sud, est-ovest e alto-basso).

La stazione dell'associazione di Protezione Civile di Foligno (PG)
Il Gruppo Volontari di Protezione Civile di Foligno ha istallato presso la loro sala operativa un sistema sismografico basato su SEISMOWIN e le schede descritte in questo sito.
Alcune fotografie illustrano la loro istallazione.