Hosted by OSOS , contributed by f64thanassis on 15 March 2019
Κατασκευή σεισμογράφου με διακριτά μέρη. Περιλαμβάνει μηχανικό ταλαντωτή οριζόντιου βραχίονα κάθετης κίνησης, Ενισχυτικό σήματος με τη χρήση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, μονάδα μετατροπής του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό (arduino), πρόγραμμα καταγραφής σε Η/Υ, διαμοιρασμό δεδομένων σεισμογράφου και ζωντανή αναπαραγωγή τους στο Control Room του Δήμου Τρικκαίων, Internet of Things.
Αισθάνομαι
Ο φλοιός της Γης και το ανώτερο τμήμα του μανδύα λέγετε λιθόσφαιρα. Η λιθόσφαιρα αποτελείτε από μεγάλες και μικρότερες πλάκες που ονομάζονται λιθοσφαιρικές πλάκες. Αυτές επιπλέουν πάνω στον μανδύα με αποτέλεσμα να συγκλίνουν ή να αποκλίνουν μεταξύ τους. Οι σεισμοί προκαλούνται από την ξαφνική κίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών της Γης. Τα σημεία σύγκλισης και απόκλισης των λιθοσφαιρικών πλακών έχουν χαρτογραφηθεί και εκεί βρίσκονται τα σημεία υψηλής σεισμικότητας.
Το σημείο όπου συμβαίνει ο σεισμός ονομάζεται εστία. Η προβολή της εστίας στην επιφάνεια ονομάζεται επίκεντρο. Η μονάδα μέτρησης των σεισμών είναι το Richter. Οι σεισμοί διακρίνονται ανάλογα με το βάθος τους σε επιφανειακούς (ως 30 km), ενδιάμεσους (30 – 70 km), μεγάλου βάθους (μεγαλύτερο από 70km).
Η ενέργεια που παράγεται κατά τη διάρκεια ενός σεισμού ταξιδεύει με σεισμικά κύματα. Αυτά που ταξιδεύουν γρηγορότερα, άρα που αντιλαμβανόμαστε πρώτα είναι διαμήκη και ονομάζονται P κύματα (primary). Μετά ακολουθούν εγκάρσια κύματα που ονομάζονται S κύματα (Secondary).
Τέλος φτάνουν επιφανειακά κύματα Rayleigh ή Love. Για να καταλάβουμε καλύτερα την διάδοση των σεισμών αναπαραστήσαμε με τα χέρια μας τα P και S κύματα.
Πηγές στους παρακάτω υπερσυνδέσμους:
Φαντάζομαι
Αφού ολοκληρώσαμε το θεωρητικό υπόβαθρο, κατασκευάσαμε ένα απλό σεισμογράφο με ένα κουτί παπουτσιών και πολλά λάστιχα. Ενώσαμε τα λάστιχα μεταξύ τους και τυλίξαμε το κουτί. Στο σημείο που ενώνονται τα λάστιχα στερεώσαμε ένα στυλό, ο οποίος πια μπορεί να καταγράψει δονήσεις σε ένα χαρτί ρολό.
Στη συνέχεια αρχίζουμε τη σχεδίαση του σεισμογράφου μας. Καταλήξαμε σε ένα σχηματικό διάγραμμα της κατασκευής μας και αναλύσαμε τη λειτουργία και χρησιμότητα κάθε μέρους. Με βάση τη βιβλιογραφία μας καταλήξαμε στην κατασκευή του ταλαντωτή. Δημιουργήσαμε σχηματικά του μηχανικού μέρους ώστε να προχωρήσουμε στη κατασκευή του.
Ο σεισμογράφος μας βασίζεται στην ταλάντωση ενός οριζόντιου βραχίονα που ισορροπεί με τη χρήση ενός ελατηρίου και αντίστοιχου βαριδίου. Στην άκρη του βραχίονα αναρτάται ένας μαγνήτης που ισορροπεί πάνω από ένα πηνίο που βρίσκεται στη βάση. Όταν ο μαγνήτης ταλαντώνεται πάνω από το πηνίο μεταβάλλει το μαγνητικό πεδίο μέσα στο πηνίο και στα άκρα του δημιουργείται διαφορά δυναμικού (Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή).
Σχεδιάσαμε επίσης με τη βοήθεια ειδικού επί των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων το κύκλωμα ενίσχυσης του σήματος, με βάση 2 ολοκληρωμένα LM158N της Texas Instruments. Το καθένα από αυτά περιέχει δυο τελεστικούς ενισχυτές. Στο πρώτο ενισχύουμε το σήμα του πηνίου και στο δεύτερο οδηγούμε ένα led και ένα buzzer ειδοποίησης.
Περισότερες πληροφορίες και βιντεο στο blog, σταν παρακάτω υπερσύνδεσμο.
Δημιουργώ
Η ομάδα μας ονομάστηκε EarthQuake Busters και δημιουργήθηκε το λογότυπο της.
Κατασκευάσαμε τον ταλαντωτή μας, επιλέγοντας ως υλικό το ξύλο, ως βολικότερο στην κατεργασία. Αρχίσαμε να πειραματιζόμαστε με ελατήρια και βαρίδια ώστε να καταλήξουμε στον ιδανικό συνδυασμό.
Μελετώντας τη βιβλιογραφία καταλήξαμε ότι χρειαζόμαστε ένα σύστημα απόσβεσης ώστε να μετράμε τις κινήσεις του εδάφους και όχι τις ταλαντώσεις του ελατηρίου. Μεταξύ της μηχανικής απόσβεσης με υγρό και ηλεκτρομαγνητικής απόσβεσης καταλήξαμε στη δεύτερη λύση. Χρησιμοποιήσαμε ένα φύλλο χαλκού με το οποίο φτιάξαμε έναν κύλινδρο όπου, μέσα του κινείται ένας μαγνήτης. Αυτός καθώς κινείται δημιουργεί ένα ηλεκτρικό ρεύμα στην επιφάνεια του χαλκού (μη μαγνητικό υλικό), το οποίο με τη σειρά του δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο αντίθετο απ αυτό του μαγνήτη εμποδίζοντας την κίνηση του (Νόμος του Lenz)
Επίσης προσαρμόσαμε στον άξονα του βραχίονα ρουλεμάν για την καλύτερη κίνηση του.
Κατασκευάσαμε σε breadboard το ηλεκτρονικό κύκλωμα ενίσχυσης.
Στη συνέχεια προγραμματίσαμε την πλακέτα του arduino, όπου μετατρέπουμε το αναλογικό σήμα του ενισχυτή σε ψηφιακό. Ο προγραμματισμός του arduino έγινε στο Maker Lab της βιβλιοθήκης Καλαμπάκας με το οποίο συνεργαστήκαμε.
Τέλος εγκαταστήσαμε το λογισμικό καταγραφής των σεισμών και το συνδέσαμε με την πλακέτα του arduino. Το λογισμικό που χρησιμοποιήσαμε είναι το Amaseis.
Περισσότερες πληροφορίες στον παρακάτω υπερσύνδεσμο και blog.
Μοιράζομαι
Σε όλη τη διάρκεια του project συνεργαστήκαμε με ιδιώτες ή φορείς ώστε να εξελίξουμε την κατασκευή μας προσπαθώντας να εφαρμόσουμε τις αρχές του προγράμματος Open Schools for Open Societies. Παρ αυτά τα αποτελέσματα χρήσης του σεισμογράφου μας παρέμεναν στο σχολείο. Έτσι αποφασίσαμε να συνεργαστούμε με τον Δήμο Τρικκαίων
Συγκεκριμένα με τον Δήμαρχο και τους υπευθύνους του Control Room του Smart Trikala ώστε να μεταδώσουμε ζωντανά τα δεδομένα του σεισμογράφου μας στον Δήμο και να μπορούν να έχουν πρόσβαση σε αυτά η πολιτική προστασία αλλά και οι δημότες της πόλης μας.
Έτσι επισκεφτήκαμε τον Δήμο, παρουσιάσαμε το project και αποφασίστηκε η διασύνδεση του με το Smart Trikala.
Η φιλοσοφία της διασύνδεσης θα είναι μέσω Internet Of Things και θα πραγματοποιηθεί απ ευθείας απ την πλακέτα του arduino μέσω esp8266 και μέσω διαδικτύου στο Control Room. Έτσι η όλη κατασκευή μας αποκτά χρησιμότητα και σκοπό, επωφελή για το κοινωνικό σύνολο.
Τέλος δημιουργήσαμε το blog μας, ως ιστότοπο καταγραφής της δράσης μας, οπου ο επισκέπτης μπορεί να δει όλες τις λεπτομέρειες του project.