Φαντάζομαι

Το project μας το εντάξαμε στην ερευνητική εργασία της τάξης μας η οποία είχε ώς θέμα "φυσικές και τεχνολογικές καταστροφές". Η ομάδα μας ασχολήθηκε με το φαινόμενο του σεισμού και την καταγραφή του. Συζητήσαμε και με καταιγισμό ιδεών μας δημιουργήθηκαν τα εξης ερευνητικά ερωτήματα:

• Τι συμβαίνει και γίνεται σεισμός
• Ποιά είναι η κλίμακα μέτρησης του σεισμού.
• Τι καταγράφει ένας σεισμογράφος
• Πως διαβάζουμε μια καταγραφή.

Σε συνεργασία με τον καθηγητή μας αναζητήσαμε απαντήσεις στα παραπάνω ερωτήματα.

Φόβοι

• Πως ο δικος μας σεισμογράφος θα καταγράψει τις δονήσεις που προέρχονται μόνο απο τη μετακίνηση των πλακών.
• Πως θα ξέρουμε αν είναι ακριβής μια μέτρηση.
• Δεν γνωρίζουμε ποια είναι τα S και ποιά τα P κύμματα.
• Τι θα γίνει αν κατα τη διάρκεια μιας σεισμικής δόνησης διακοπεί το ρεύμα.

Επισκεφθήκαμε το τμήμα σεισμολογίας στο ΑΠΘ και εκεί είδαμε απο κοντά σεισμογράφους μιλήσαμε και ακούσαμε απο σεισμολόγους όλα όσα θέλαμε να μάθουμε.

Τελικά αποφασίσαμε να κατασκευάσουμε ένα γεώφωνο με απλά υλικά και να εισάγουμε το ηλεκτρικό σήμα που παράγεται απο την κίνηση του πηνίου του στο μαγνητικό πεδίο που το περικλείει στην κάρτα ήχου του Η/Υ

Δημιουργώ

Η κατασκευή 

Φάση 1. 

Συγκέντρωση υλικών

1. Τρίποδας φωτογραφικής μηχανής
2. Μάζα 1Kg
3. Μεγάφωνο 10'' με αντίσταση 8Ω
4. Καλώδια σύνδεσης ήχου
5. Μεταλική βάση για στερέωση στο έδαφος

Φάση 2.

Συναρμολόγηση

Πώς λειτουργεί.

Το μεγάφωνο περιέχει ένα πηνίο το οποίο βρίσκεται σε ένα μαγνήτη στη βάση του. Η σεισμική δόνηση δημιουργεί ταλλάντωση στο ελατήριο και η μάζα στην άκρη του με τη σειρά της προκαλεί δονήσεις στο πηνίο καθώς έχουμε ένα σύστημα ελατηριο-μάζα-πηνίο.Λόγω του φαινομένου της επαγωγής στα άκρα του πηνίου δημιουργείται τάση. Η ηλεκτρική αυτή τάση, το ηλεκτρικό σήμα, πηγαίνει στην είσοδο της κάρτας ήχου του υπολογιστή (στο μικρόφωνο). Στον υπολογιστή έχουμε εγκαταστήσει το πρόγραμμα επεξεργασίας ήχου audacity (ελέυθερο λογισμικό).

Φάση 3. 

Σύνδεση και δοκιμή

Φάση 4.

Ανάλυση δεδομένων στον Η/Υ

Στο audacity ξεκινάμε μια νέα εγγραφή ήχου. Κάνουμε τις απαραίτητες ρυθμίσεις ώστε να

αφαιρεθεί η συνεισφορά κάθε συνεχούς ρεύματος στο σήμα. Από το
μενού Effect, και την επιλογήNormalize τσεκάρουμε την  επιλογή Remove any DC offset ενώ  η επιλογή
Normalize maximum amplitude to πρέπει να είναι αποεπιλεγμένη.
Αυτό το βήμα δεν είναι απαραίτητο, αλλά είναι γενικά καλό η κυματομορφή να είναι
τοποθετημένη στη μέση, έτσι αν δεν υπάρχουν σεισμοί (ή άλλες δονήσεις), το σήμα
να είναι στο μηδέν.
Επειδή η συχνότητες που παράγονται απο διάφορους θορύβους εκτός των σεισμικών δονήσεων δεν αποτελούν ζητούμενο καταγραφής

ενισχύουμε τις χαμηλές συχνότητε και απο το μενου Effect -Bass boost  στο πεδίο Frequency (Hz) (π.χ 100) και 36 για Boost (dB). Αυτό
σημαίνει ότι όλες οι συχνότητες κάτω από τα 100 Hz θα ενισχυθούν κατά 36 dB
(περίπου 64 φορές). Η ενίσχυση κατά 36 dB είναι η μέγιστη ενίσχυση που μπορεί να
επιτευχθεί κάθε φορά.

O θόρυβος του υποβάθρου (όπως ο θερμικός ή ο
ηλεκτρονικός θόρυβος) είναι κάτι που επίσης πρέπει να απομακρυνθεί. Μετά απο μια μικρή καταγραφή με το κουμπί Get Noise δείχνει πιο τμήμα αποτελεί θόρυβο..Επιλέγουμε όλη την καταγραφή για να απομακρύνουμε το θόρυβο από παντού.
Από το μενού Effect, και από την εντολή Noise Removal δίνουμε τις τιμές 6 για Noise reduction (dB), 1 για Frequency smoothing
(Hz) και 0.15 για Attack/decay time (secs).

Τελικά αυτό το οποίο θα καταγράψει μετά απο μερικές ημέρες λειτουργίας ο Η/Υ είναι απο πραγματική σεισμική δόνηση; Και αν

είναι ποιο είναι το μέγεθος της:

Για να απαντήσουμε στα παραπάνω ερωτήματα ας δούμε αρχικά τους μαθηματικούς τύπους που μας χρειάζονται για να μετρήσουμε την

ένταση της καταγραφής μας.

Απόσταση από το επίκεντρο (σε χιλιόμετρα) = p1 · (ts – tp)

Μέγεθος (σε Richter) = p2 · log10 (tc – tp) + p3 ·

Απόσταση από το επίκεντρο – p4
Όπου, p1, p2, p3, p4 είναι σταθερές που εξαρτώνται από τον τύπο των πετρωμάτων
που διέρχονται οι δονήσεις.
tp είναι ο χρόνος (σε seconds) που τα P κύματα του σεισμού φτάνουν στον
σεισμογράφο; ts είναι ο χρόνος (σε seconds) που τα S κύματα φτάνουν στο
σεισμογράφο; tc είναι ο χρόνος (σε seconds) που οι δονήσεις σταματούν.
Ο παραπάνω τύπος για το μέγεθος, βασίζεται στην κλίμακα διάρκειας (duration
magnitude scale) που έχει προσαρμοστεί ώστε να δίνει αποτελέσματα στην τοπικήκλίμακα (local magnitude scale or Richter).

http://en.wikipedia.org/wiki/Seismic_scale
http://en.wikipedia.org/wiki/Earthquake_duration_magnitude

Η καταγραφή μας λογικά θα έχει απόκλιση απο την πραγματικότητα. Για να κάνουμε την απαραίτητη διόρθωση χρείαζεται να την συγκρίνουμε με μια επίσημη καταγραφή-μέτρηση και στη συνέχεια να επολογίσουμε τον συντελεστή διόρθωσης

Συντελεστής διόρθωσης = 10[[Official magnitude + p4 – (p3 * Απόσταση από το επίκεντρο)] / p2] / (tc – tp)

Φάση 5. 

Εξέλιξη - βελτίωση

Η ιδέα.....

Σκεφτήκαμε πως ο σεισμογράφος θα ήταν πιο χρηστικός αν τη στιγμή που γινόταν μια σεισμική δόνηση να ειδοποιεί με email την ομάδα των "σεισμολόγων" του σχολείου.

Πως...

Με τη χρήση ενος Raspbery Pi ενος αισθητήρα κίνησης και ενός αρχείου σε γλώσσα Python

next step coming soon...

Μοιράζομαι

Πειραματική καταμέτρηση

Το Γεώφωνο 1

Το Γεώφωνο 2

spwaves.py

mail.py