Bouw een Hooggevoelige, Goedkope Seismometer met Arduino Nano – Eenvoudige DIY Aardbevingendetector

Onderdelen en benodigdheden

Benodigde tools en machines

• Soldeerbout (standaard)

Apps en online diensten

• Arduino IDE

Over dit project

Een seismometer is een apparaat voor de detectie van aardbevingen en het meten van hun kracht. Basis zijn dit zeer nauwkeurige instrumenten en zijn ze relatief moeilijk om zelf te bouwen. Commercieel beschikbare sensoren zijn erg duur, en goedkope elektronische modules die gevoelig zijn voor schokken, zijn niet voldoende gevoelig voor dit doel.

In de tekst en video die volgen, zie je de creatie van een apparaat dat goedkoop en relatief eenvoudig voor DIY is, en toch vergelijkbaar met dure commerciële apparaten van dit type.

De seismometer bestaat eigenlijk uit twee delen: een mechanische trillingdetector, en een elektronisch deel dat deze trillingen omzet in elektrische signalen, deze versterkt en omzet in digitale signalen, die we dan visueel kunnen monitoren op de PC datalogging-software.

Om de trillingen om te zetten in elektrische signalen, wordt een permanente magneet gebruikt als beweegbaar deel en een spoel met veel windingen om de magneetbewegingen om te zetten in elektrische signalen. In dit specifieke geval heb ik de primaire winding van een kleine nettransformator gebruikt met een vermogen van 1,8 W en een weerstand van 1,2 kOhm. Aan deze spoel is een aluminiumplaat geklijst, die fungeert als demping van de trillingen van de bewegende magneet, de zogenoemde "Lenz-wet".

Het volgende module dient om dit signaal te versterken en bevat een laag-ruis operationele versterker (TL061, NE5534...) of instrumentatie operationele versterker (OP07, OP27, LT1677...), maar het werkt goed met de oude betrouwbare 741 met externe voeding. Nu wordt dit versterkte analoge signaal aan de A0-ingang van de Arduino-microcontroller genomen. Feitelijk vertegenwoordigt de Arduino een analoog-naar-digitaal converter. Voor testdoeleinden kunnen we het Arduino-voorbeeld voor een a/d-converter gebruiken genaamd "AnalogInOutSerial", maar natuurlijk is de beste code "NERdaq". NERdaq is een data-acquisitiesysteem ontwikkeld bij New England Research ter ondersteuning van slinky-gebaseerde seismometers in scholen. De daq is gebouwd rond een Arduino en streamt 16-bit (oversamplede) waarden naar een USB-poort; de data worden gesampled met ongeveer 18,78 samples/seconde. Arduino-codes zijn vrij beschikbaar voor onbeperkt gebruik, en ook beschikbaar op https://code.google.com/archive/p/nerdaq/.

De code bevat verschillende filters die specifiek voor dit doel zijn ontwikkeld. Dit verwerkte signaal wordt via het seriële protocol naar datalogging-software gestuurd voor opslag en visuele weergave.

De beste gratis software hiervoor is "Amaseis" en de nieuwste "JAmaseis" (Java Amaseis). Deze programma's kunnen gedownload worden via de volgende links:

• https://harvey.binghamton.edu/~ajones/AmaSeis.html
• https://www.iris.edu/hq/jamaseis/

Met JAmaseis kun je real-time data uploaden naar de IRIS-server. Bijvoorbeeld, je kunt real-time data van mijn seismometer zien op:

• https://geoserver.iris.edu/content/mpohr

In de onderstaande afbeeldingen kun je een vergelijking maken tussen mijn seismometer en die van het officiële seismologische observatorium van mijn stad. Het is een zwakke trilling en zoals je ziet is er bijna geen verschil tussen de twee seismogrammen, wat een bevestiging is van de gevoeligheid en nauwkeurigheid van deze zelfgemaakte goedkope seismometer.

De volgende afbeelding toont een aardbeving in Griekenland met een magnitude van 5,2 op de schaal van Richter, geregistreerd op mijn seismometer op een afstand van 220 kilometer van het epicentrum.

Het instrument is zeer gevoelig voor luchstromen, dus het moet goed beschermd worden.

En ten slotte, dit is een volledig nieuw sensorontwerp, uitgevonden en gepatenteerd door mij, dat zowel zeer gevoelig als eenvoudig te bouwen is. Ik heb het gebaseerd op eerdere ervaring met het bouwen van dergelijke apparaten. Op mijn videokanaal kun je mijn andere zelfgemaakte seismometers zien:

• DIY simpele en goedkope piezo seismometer
• 10$ gevoelige seismometer
• DIY Lehman seismometer
• DIY horizontale pendel seismometer
• DIY AS1 seismometer
• TC1 verticale seismometer

Boven: Aardbeving in Fiji-regio op 19.08.2018, duizenden kilometers ver

Code

• code

code Arduino

Geen preview (alleen downloaden).

Schema's