Interfaccia elettronica per la calibrazione remota dei sensori
Contents
1. e switch ON OFF compatibile con livelli di tensione TTL e CMOS e AV 8mVIV 15 La configurazione circuitale adottata per il suo funzionamento quella mostrata in Figura T 5V to 20V Adjustable Regulator Viy Cp 470n OFF 1A on orr Figura 7 regolatore di tensione variabile dove la tensione di uscita Vout dipende dal partitore di tensione formato dai due resistori denominati R ed R2 secondo la relazione R R Foor Vus 3 R con Vere 1 275V typ Sono stati scelti resistori metallici con tolleranze dell 1 con i seguenti valori Ri 1 2kQ Ro 9 1kQ quest ultima con in serie un trimmer resistivo da 2kQ per consentire una migliore regolazione fine della tensione di uscita ottenendo per essa un valore pari a circa 12 0V continui e stabilizzati Questa tensione viene utilizzata anche per alimentare un circuito oscillante utilizzato per fare lampeggiare il diodo led denominato CAL durante l operazione di calibrazione dei sensori Quest ultimo circuito stato realizzato utilizzando un chip di tipo CMOS siglato MC14106 della On Semiconductor ed alimentato a 12V 16 Si tratta di un circuito integrato contenente sei trigger di Schmitt In figura 8 sono mostrate alcune delle sue caratteristiche salienti MC14106B LOGIC DIAGRAM 1 gt 1 3 D 4 ss 9 _ gt 8 bw PDIP 14 13 D 12 pares c EQUIVALENT CIRCUIT SCHEMATIC 1 6 OF CIRCUIT SHOWN2. TRIG_MON Trigger Out 500 Tabella 6 descrizione dei connettori BNC Figura 22 connettori BNC dedicati al monitoraggio dei segnali d uscita della scheda Per l implementazione hardware pratica dei circuiti sin ora descritti si faccia riferimento allo schema elettrico allegato denominato RISSC23 2395 Verifiche funzionali Per meglio caratterizzare il prodotto finale e per verificare il corretto funzionamento della scheda di interfaccia sviluppata sono stati condotti una serie di test L analisi e le verifiche funzionali nonch lo studio della risposta del sistema e l analisi dei consumi sono stati eseguiti in laboratorio con l ausilio di sensori attivi e passivi e di un datalogger oltre che di diversi tool software per l estrazione e l analisi dei dati sismici registrati In particolare sono stati usati una terna di sensori velocimetrici passivi Geotech S13 J due componenti orizzontali E W N S ed una verticale Z ed un sensore accelerometrico attivo triassiale Guralp CMG 5T Il sistema di acquisizione dati utilizzato un Osiris Rev 17 Zin 24 7kQ della Agecodagis dotato di sei canali di acquisizione con 24 bit di risoluzione su una dinamica in ingresso di 10 Vpp Gain 1 128dB Le prove tecniche di collaudo sono state effettuate alimentando la scheda e l acquisitore con una tensione continua pari a 13 6V ed impostando il datalogger con un guadagno unitario ed una frequenza di campionamento di 125sps
3. AD8553 x3 sempre operativi 10 136 Led BAT MC14106 Led ON Stato ON e Stato CALIBRATION 3 41 Led CAL Stato CALIBRATION flash 3 41 LM2941 Stato ON e Stato CALIBRATION 3 41 LM317 sensori passivi x3 90 1224 tato CALIBRATION LM317 sensore attivo 3 comp pies 9 10 136 Transistors buffer e switch x 6 Stato ON e Stato CALIBRATION 30 410 Stand by 10 136 Totali Stato ON 50 680 Stato CALIBRATION flash 150 2 0W max Tabella 7 consumi energetici 42 a did Bibliografia Del Pezzo E e M Martini 1984 Sismometri a corto periodo e loro calibrazione Osservatorio Vesuviano Rapporto Tecnico 15 pp Chapman M C J A Snoke e G A Bollinger 1988 A procedure for calibrating short period telemetered seismograph systems Bull Seism Soc Am 78 6 2077 2088 Del Pezzo E 2000 Manuale tecnico per la calibrazione delle stazioni sismiche dotate di bobina di calibrazione Osservatorio Vesuviano Rapporto Interno 34 pp La Rocca M 2000 Circuito per la calibrazione dei sismometri Osservatorio Vesuviano Open File Report 8 2001 8 pp Wielandt E 2001 Seismic sensor and their calibration In P Borman and E Bergmann Eds New Manual of Seismological Observatory Practice Global Seismological Service http www seismo com Hacskov J e Alguacil G 2002 Instrumentation in earthquake seismology Capello M 2003 Calibrazione automatica di stazioni sismiche dotate di sensori a
4. di 2x2x2m Su un basamento di cemento armato del volume di 1m sono ancorati due sensori sismici un accelerometro ed un velocimetro a tre componenti per complessivi sei canali di acquisizione 25 stazioni sono equipaggiate con l accelerometro triassiale Guralp CMG 5T ed una terna di velocimetri a corto periodo To 1s S 134 della Geotech Instruments Le cinque stazioni rimanenti sono provviste dello stesso accelerometro ma con il velocimetro triassiale broad band Trillium 40 della Nanometrics banda 0 033 50Hz moderni standard di qualit sui dati acquisiti dalle Reti Sismiche Permanenti richiedono la verifica costante del corretto funzionamento della strumentazione si rimanda alla bibliografia elencata alla fine del presente documento Tali esigenze hanno richiesto la progettazione e la realizzazione di una scheda di interfaccia elettronica da integrarsi nelle stazioni sismiche in grado di eseguire calibrazioni remote rapide in modalit automatica e con una frequenza programmabile http www guralp com documents http www geoinstr com s 13j htm http www nanometrics ca 3 In breve il principio si basa sull invio ad una o pi bobine di calibrazione dei sensori di un impulso di corrente o di un qualsiasi altro tipo di segnale campione tale da produrre ai capi della e bobina e di raccolta del segnale trasdotto una tensione di ampiezza nota Il dispositivo descritto in questo rapporto include inoltr
5. Figura 8 package schema logico e funzionale un solo gate del MC14106 Per far lampeggiare il diodo led si sono sfruttati alcuni dei sei trigger di Schmitt reazionandoli con circuiti RC di valori opportuni come mostrato nella figura 9 ottenendo alla fine un circuito oscillatore a rilassamento basato su multivibratore monostabile con frequenza di oscillazione pari a circa 2 4 Hz la cui attivit segnala all utente che in atto un operazione di calibrazione dei sensori il wi z Da o gt E i 2 4 RCIN 5 vop VT to RCih __ 2 VoD VT 0 Vi Vi Von Ns RCIn VoD VT T gt Vy le f VoD VT VT Vin INPUT VOLTAGE Vdc 0 gt lpm teL Figura 9 caratteristica di trasferimento ed applicazione tipica del MC14106 17 Buffer per i segnali di comando Per bufferizzare i segnali di calibrazione e di comando in ingresso al modulo CALIB ed ENABLE prelevati dall acquisitore dati ed il segnale di uscita CAL_ENABLE opportunamente traslato a 5V da inviare al sensore attivo per consentire la calibrazione dello stesso stato usato un comune circuito integrato CMOS si tratta dell HEF4050 che contiene sei buffer non invertenti con livelli di tensione CMOS ed alimentato a 12V vedi Figura 10 Figura 10 schema funzionale e logico un solo gate per l HEF4050 Nella Tabella 1 sono contenute le informazioni riguardo ai tempi di transizione ed
6. adottando la stessa filosofia di montaggio per altrettante coppie di segnali differenziali di uscita per la sola terna di sensori passivi Da Indicatori di stato Sul pannello anteriore dell apparecchiatura sono alloggiati tre diodi led dello stesso tipo a basso consumo ed elevata efficienza luminosa di diametro pari a 5mm e di colori diversi tra loro indicanti lo stato di funzionamento del dispositivo Nella Tabella 2 sono mostrate le funzionalita degli stessi per i vari stati di funzionamento del modulo Name Colour Status On Off Flash Battery Battery SR i level OK Low ON green Power On Stand by CAL orange Calibration Tabella 2 indicatori di stato Figura 19 foto dei led e dei resistori di smorzamento Il diodo led di colore rosso denominato BAT acceso quando la batteria da collegare al dispositivo connessa ed il suo livello di carica sufficiente spento se la batteria non presente o se il suo livello di carica insufficiente Questo diodo led normalmente acceso anche durante la fase di stand by e le operazioni di calibrazione Il diodo led di alimentazione di colore verde denominato ON acceso quando il dispositivo nello stato di funzionamento normale o di stand by Questo diodo led normalmente acceso anche durante le operazioni di calibrazione Infine il diodo led di calibrazione di colore arancio denominato CAL lampeggia ad una freq
7. corto periodo Osservatorio Vesuviano Open File Report 1 2003 11 pp 44 Allegati Schemi elettrici 4 pagine formato A4 e A3 POWER distribution RISSC01 Rev C del 23 8 2006 Size A3 Constant Current Voltage Generator s RISSC04 Rev C del 23 8 2006 Size A4 MORSETTIERA RISSC03 Rev C del 23 8 2006 Size A3 Interfaccia INA2DIFF RISSC23 Rev C del 23 8 2006 Size A3 45
8. su tutti i canali impegnati Per effettuare la serie di collaudi sono stati utilizzati sempre gli stessi cavi e connettori per tutta la catena elettronica opportunamente adattati per essere alloggiati all interno della scheda di interfaccia Per procedere nei test bisogna lanciare la seguente shell Unix di comando da un terminale di un PC gt shell_OsirisCal sh che cos composta bin sh set x while 1 do prova_Osiris sh 60000 sleep 70 done dl Essa a sua volta lancia la shell denominata prova_Osiris sh con il parametro 60000 ms bin sh set x echo masscentering stop nc 10 37 0 33 2323 echo calibration stop nc 10 37 0 33 2323 echo masscentering start 1 1 periodic nc 10 37 0 33 2323 sleep 2 echo calibration start 100 5000 periodic nc 10 37 0 33 2323 dove 10 37 0 33 l indirizzo IP dell acquisitore dati utilizzato e 2323 il numero della porta TCP IP dedicata Il segnale di calibrazione di prova consiste in un segnale impulsivo periodico che stato programmato della durata di 5 secondi Le risposte dei sensori sia per quanto riguarda l acquisizione in continua che quella relativa alla calibrazione sono state osservate con l ausilio di un oscilloscopio digitale DC coupling atten x1 100mV DIV 250msec e con l aiuto del software di visualizzazione SeisGram e del software di analisi dati SAC Per visualizzare in tempo reale le tracce con SeisGram occorre digita
9. 4 526 4 A i i 500355 4 MAR 07 066 2007 29 14 37 14 526 z 2 i gt lt 0 ASE SA 2 0 10 20 30 40 50 60 Figura 31 curva di calibrazione in risposta dalla terna accelerometrica CMG 5T Guralp E E pine ES 2007 0307 1437 00532 SAC 2007 0307 14 3714500332540 4 4 cl 4 2 ui 2 4 ef J sd o i 5 3 do 30 80 a 10 I 16 Figura 32 sovrapposizione delle risposte Figura 33 dettaglio delle risposte A i a A AAA FX SS OS a ee E 2007 03 07 14 37 14 SQ035 0 SAC q E 2007 03 07 14 37 14 50033 1 54C 4 595 2007 03 07 14 37 14 50033 2 SAC 4 so 9 585 El se ge E I I A nl Co l ner rr 10 0 10 2 10 4 10 6 10 8 Figura 34 figura che mostra le differenti risposte in ampiezza per la terna accelerometrica 41 Analisi dei consumi Nella tTabella 7 sono mostrati i consumi espressi rispettivamente in mA e mW dei singoli blocchi funzionali costituenti il modulo di interfaccia a seconda della modalita operativa di funzionamento in cui lo stesso si trova ad operare alimentando la scheda con una tensione continua di 13 6V consumi dipendono fortemente dalla corrente assorbita da ogni bobina di calibrazione e dal particolare tipo di sensore attivo Quelli qui mostrati si riferiscono ad una terna di sensori passivi Geotech S13 J ed ad un sensore attivo Guralp CMG 5T collegati alla scheda Componente Condizione operativa Sanna P P mA mW HEF4050 LM7805 INA
10. 526 Tei 2 3 A gt lt 6 1 l l L L 1 1 1 1 I I L l L aa 5 8 10 12 14 Figura 28 risposta al segnale di calibrazione per una coppia di sensori passivi sE T T T T T T T T a T T T T T T T T T j 2007 03 08 13 30 14 50033 3 SAC 2007 03 08 13 30 14 50033 5 S4C 4e _ 2e J A A DI EA aX sf ae A gt re Yu pe NN dici f 4 ot 16 0 16 2 16 4 16 6 16 8 17 0 17 2 17 4 17 6 17 8 Figura 29 dettaglio della figura precedente 2007 05 08 13 30 14 50033 3 540 2007 03 08 13 30 14 50033 5 540 2 3 4 5361789 2 3 4 9 6789 2 10 10 10 Figura 30 FFT della coppia di segnali acquisiti da altrettanti sensori passivi dettaglio da 0 1 a 20Hz A Per completezza si riportano in seguito Figura 31Figura 32Figura 32 anche le curve di calibrazione del sensore attivo utilizzato in quest ultima fase di test Da esse possibile x vedere che la risposta della terna dell accelerometro simile come forma ma con significative variazioni di counts tra le differenti componenti in media 8 10 counts pari a circa 50mV 1LSB 10V 2 4 596nV correzione da introdurre quando poi si passa ad analizzare l effettivo movimento del suolo Figura 34 6 4 0033 H 4 MAR 07 066 2007 Y 14 37 14 526 gt t 0 6 4 0033 MAR 07 066 2007 22 14 57 1
11. 7805 La configurazione circuitale adottata quella tipica con tensione d uscita fissa come visibile in Figura 5 Fixed Output Regulator INPUT OUTPUT c2 0 33uF 0 01uF Figura 5 regolatore di tensione fissa 14 dove C e C2 sono delle capacit al tantalio utilizzate per il filtraggio di eventuali ripple presenti sulle tensioni di ingresso e di uscita del circuito stabilizzatore Il regolatore LM7805 usato per alimentare i tre INA ed altri dispositivi a valle dei sensori passivi Un altro regolatore integrato lineare denominato LM2941C National Semiconductor nel package plastico metallico TO 220 ma con bassissimo valore di tensione di dropout con uscita regolabile e pin di shutdown viene utilizzato per alimentare tutta la parte restante della scheda Nella Figura 6 mostrata la curva caratteristica della tensione di dropout caduta di tensione tra ingresso ed uscita del dispositivo in funzione della corrente di uscita nel carico Dropout Voltage INPUT OUTPUT DIFFERENTIAL V 0 200 400 600 800 1000 OUTPUT CURRENT mA Figura 6 LM2941 caduta di tensione tra ingresso ed uscita Tra le funzionalita salienti del circuito integrato possiamo evidenziare le seguenti e tensione di uscita regolabile da 5V a 20V e tensione di dropout di circa 150mV lo 200m4 e protezione interna contro le inversioni di polarit e limitatore interno di corrente e corrente di riposo shutdown di 10mA
12. Mee E me Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia Sezione di Napoli Osservatorio Vesuviano Interfaccia elettronica per la calibrazione remota di sismometri S Guardato M Capello C Martino LN G V Osservatorio Vesuviano Napoli A M R A scarl Napoli Open File Report n 8 2007 www ov ingv it Author Sergio Guardato Telephone 39 081 242 03 36 Interfaccia elettronica per la calibrazione remota di sismometri Date 20 9 2007 Date 20 9 2007 242 03 ate Indice Indice delle houreetabelle tt tee a e cna hee anabel hee cies 4 SOMMA O AER EE AAA AA RAEE ARE PE AA EA AE E OS 5 Introduzione sro A iaa 6 Principio e A ld at 9 Desenzione funizional r ateniesi alati 10 Sezione alimentazio nisse dd ae 13 Butler per 1 seerialivdy Comando vias arie ie Meine Santis hal gee ae OS Saag Ea eae 18 Generatore di COMENTE COSTAE arie ei 19 Generatore di tensione costante ila el Lr ALAIN IALIA Ai 22 B ffer per la terna di sensor passivi zop 00 beetle e lane ae A nea 24 Indicatori dr Stato miei a a iride ii 28 SS O O 29 Descrizione delle morsettiere su PCB M 30 Venh ehe tunzionalit ntrri E A nale DA 34 Analisi der CONSI ti A AS AAA I 42 OI at ee BEN tre A A A EROI eate aeie ECR RISOTTO 44 SCO O aa ca Naa ee hace No pee ced et Ra eS A A A A 44 Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5 Figura 6 Figura 7 Figura 8 Figura 9 Figura 10 Figura 11 Figur
13. a 12 Figura 13 Figura 14 Figura 15 Figura 16 Figura 17 Indice delle figure e tabelle Posizione e architettura delle stazioni sismiche CRAC AMRA i 7 schema a blocchi del MOdulo i 10 Integrato LM 7805s rs eee NAST PRO AE ANA PETRI E 13 Caratteristiche tipiche del LM7805 pur lieto nda ae nane nate 14 regolatore di tensione sf1 sa r ale aaa ia 14 LM2941 caduta di tensione tra ingresso ed uscita corno nnnncnnnannnnnnnnns 15 regolatore di tensione variabile iranica an 16 package schema logico e funzionale un solo gate del MC14106 in 17 caratteristica di trasferimento ed applicazione tipica del MC14106 ii 17 schema funzionale e logico un solo gate per P HEF4050 18 LM3 17 Power Follower carie nic apatia loan 19 EMS3 L7 TO 220 aaa etnia 20 limitatore dicorrent aaa le ae ili aaa 21 caratteristiche tipiche del LM Tocata N EOE EN 21 LM317 linear voltage regulator ccesccccceccescescceseeseeseeseeeseeseesecseesseseesecsecseeseesecsesesensecsesnseeaeeseeneeeseeas 22 ADO ii E AE A a A ea 25 caratteristiche di rumore del AD8553 25 Figura 18 applicazione circuitale tipica per l AD8553 eeeeeeeeseesceeseeeseeseeeceeesecseaceeesesseeseeessessesaeeeserseees 26 Figura 19 caratteristiche tipiche dell AD8553 eeeeceeeseeeeseeeeseeseescsecseeseesceceeesecseeaesessessesaeeseesnesa
14. ai ritardi di propagazione dei segnali logici per tale dispositivo Von SYMBOL TYP MAX Propagation delays 5 35 70 ns In On 10 tPHL 20 35 ns HIGH to LOW 15 15 30 ns 5 55 110 ns LOW to HIGH 10 tpLH 25 55 ns 15 20 40 ns Output transition 5 25 50 ns times 10 tTHL 10 20 ns HIGH to LOW 15 1 7 _14 ns 5 60 120 ns LOW to HIGH 10 tTLH 30 60 ns Tabella 1 caratteristiche dinamiche del HEF4050 Per l implementazione hardware pratica dei circuiti sin ora descritti si faccia riferimento allo schema elettrico allegato denominato RISSC01 18 Generatore di corrente costante Il generatore di corrente costante presettabile per mezzo di un trimmer multigiro viene usato per la calibrazione delle bobine dei trasduttori elettromagnetici dei sensori passivi A tal proposito utile ricordare che l interfaccia in questione si occupa di realizzare internamente un circuito serie per le tre bobine di calibrazione di una terna di sensori Il generatore stato ottenuto progettando un opportuno circuito booster di corrente con l ausilio di un transistor di potenza fatto lavorare in commutazione pilotato da un BJT di impiego generale in congiunzione con un circuito che utilizza un classico regolatore lineare integrato a tre terminali Nella figura 11 viene mostrata la configurazione schematica di base adottata Power Follower 10V 40V INPUT Figura 11 LM317 Power Follower Il tra
15. ale di uscita del sensore attivo passante sul PCB con l aggiunta di una tensione di alimentazione ausiliaria ed il segnale d ingresso per la calibrazione prelevato dall acquisitore dati Infine il gruppo con i pin numerati da 37 a 46 rende disponibile in tre sottogruppi le coppie di segnali differenziali d uscita per la terna di sensori passivi Ad essi stato applicato uno smorzamento e poi un adattamento di impedenza E inoltre presente un pin prelevato dall acquisitore dati che agisce per fornire il trigger alla calibrazione ed un segnale di abilitazione attivo basso utile per quei sensori attivi che vengono abilitati alla calibrazione solo con un livello di tensione basso 31 Pin Name Description _____Notes Aa Not Connected al ne Not Connected 6 CAL COIL 1 Calibration Coil sensor 1 pO 8 DATA COIL 1 Data Coil sensor1 passive sensor output signal 1 INPUTS 9 CAL COIL 2 CalibrationCoilsensor2 internally connected topinl4___ ae CAL_COIL_3 Calibration Coil sensor 3 DATA COIL 3 Data Coil sensor 3 DIFFERENTIAL DATA COIL 3 Data Coil sensor 3 INPUTS N_1 Active sensor output 1 N_1 Active sensor output 1 Active sensor output 2 N_2 N _2 Active sensor output 2 N_3 Active sensor output 3 N_3 Active sensor output 3 12V am SLAdNI TVILNAYHAAIO 12V ND Power ground Active Sensor Power Ground CAL ENABLE Enable active sensor Calibrat
16. alita dei circuiti che lo caratterizzano attraverso tutti i componenti costituenti la scheda di interfaccia traendo riferimento dagli schemi elettrici allegati alla fine di questo documento presente un elenco degli allegati Y O EV BATT Voc WAC POWER Fuse 4 reverse polarity protection Data coil s Calibration coil s a Q MON 1 MON 2 Q MON_3 ENABLE DATALOGGER Figura 2 schema a blocchi del modulo Nella progettazione e realizzazione del modulo sono stati usati componenti elettronici con vasto range di funzionamento in temperatura 40 85 C ed a basso consumo energetico Prelevando tutte le alimentazioni necessarie da una batteria esterna installata presso ogni sito delle stazioni sismiche il modulo prevede un primo stadio composto da un filtro 10 antidisturbo e di disaccoppiamento per la tensione della batteria ed un fusibile di protezione autoripristinante per eventuali sovraccarichi di corrente con l aggiunta di una protezione contro accidentali inversioni di polarit dell alimentazione Da questo blocco prelevata una tensione di alimentazione che viene stabilizzata da un regolatore integrato usato per alimentare i tre INA ed altri dispositivi a valle dei sensori passivi ed un altra tensione che alimenta opportuni buffer di comando posti in attesa del segnale di abilitazione denominato ENABLE prelevato dall acquisitore dati Durante questa f
17. ase il modulo nello stato di stand by indicato dall accensione del solo diodo led di segnalazione denominato BAT presente sul pannello frontale del box plastico contenente la scheda elettronica Il consumo di corrente corrispondente di circa 10mA 13 6V 136mW In queste condizioni possibile acquisire i segnali sismici in modalit differenziale provenienti dal sensore attivo e dalla terna di sensori passivi Solo questi ultimi tre segnali prima di essere inviati al datalogger vengono fatti transitare per altrettanti blocchi indipendenti per la regolazione della resistenza di smorzamento critico dei trasduttori cosa che avviene agendo su altrettanti trimmer resistivi multigiro del valore di 10kQ posti sul pannello frontale della scatola contenente la scheda di interfaccia E anche possibile osservare la risposta in tempo reale della terna corrispondente ai soli sensori passivi prelevando questi segnali da altrettanti appositi connettori BNC presenti sul pannello posteriore del box contenente la scheda Contemporaneamente le tre coppie differenziali di segnale vengono inviate agli INA e poi allacquisitore dati per il processamento degli stessi Un livello di tensione in logica di tipo TTL o CMOS con durata variabile in uscita dal datalogger deve poter essere inviato al pin denominato ENABLE della morsettiera montata sulla scheda descritta pi avanti Questo se a livello alto abilita un buffer CMOS per l uscita a bassa impede
18. cccccccssscsssssesescetssseessesseesssesssccescessonacsseessesesstecasesssuceacstscssoneseaesassasoneseasensess 41 Figura 36 figura che mostra le differenti risposte in ampiezza per la terna accelerometrica 41 Figura 37 la scheda alloggiata nell apposito contenitore ii 43 X k k OK k Tabella 1 caratteristiche dinamiche del HEF4050 18 Tabella 2 indicatori di Stato aa e aaea a aE aaan aa n enn nana aaea anaetoa 28 Tabella 3 trimmer per regolazioni resistenza di smorzamento Critico 29 Tabella 4 trimmer per regolazioni corrente di calibrazione sensori iii 29 Tabella 5 descrizione della morsettiera i 32 Tabella 6 descrizione dei connettori BNC canon on nonann cnn on non seias ein 33 Tabella 7 consumi energetici e EE eaa A n E a a E 42 Sommario In questo rapporto tecnico viene descritto un sistema elettronico che rende possibile la calibrazione remota di sensori sismici passivi muniti di apposita bobina di calibrazione ed attivi collegati ad un qualunque acquisitore dati digitale dotato di una porta d uscita a stati logici programmabile e di due linee digitali di controllo La calibrazione diventa attiva attraverso un comando inviato da remoto utilizzando la connessione via rete Ethernet dell acquisitore e l operatore pu decidere sia quando ini
19. che per ogni bobina di calibrazione della terna di sensori passivi Geotech S13 J sono necessari circa 30mA di corrente durante la fase di calibrazione delle stesse Pertanto 100mA tranquillamente erogabili dal regolatore Precision Current Limiter LM117 Y 0 8N lt R1 lt 1202 Figura 12 limitatore di corrente in calibrazione dovranno essere necessari circa Tra le caratteristiche salienti di questo regolatore di corrente usato per tarare le bobine di calibrazione dei sensori sismici si evidenziano le seguenti e corrente di uscita massima di 1 5A e limitazione di corrente contro le sovratemperature e protezione contro i corto circuiti di uscita Altre caratteristiche tipiche vengono mostrate nelle figure seguenti Current Limit INPUT OUTPUT DIFFERENTIAL V OUTPUT IMPEDANCE N AU Output Impedance REFERENCE VOLTAGE V it NI ID INI FREQUENCY Hz Figura 13 caratteristiche tipiche del LM317 21 Temperature Stability 1 260 1 250 1 240 1 230 1 220 75 50 25 0 25 50 75 100 125 150 TEMPERATURE C Generatore di tensione costante Il generatore di tensione costante presettabile per mezzo di un trimmer multigiro viene usato per la calibrazione delle tre componenti di un qualunque sensore attivo predisposto a questo tipo di operazione Esso stato ottenuto progettando un opportuno circuito con l ausilio di un transis
20. circuito integrato che per sua costruzione presenta un meccanismo hardware di correzione automatica degli errori di offset inclusi quelli indotti dalle variazioni dei segnali d ingresso e quelli dovuti alle eventuali variazioni della tensione di alimentazione Il circuito integrato usato un AD8553 prodotto dalla Analog Devices nel package 10 lead MSOP che presenta tra le caratteristiche salienti e basso offset e bassa deriva in tensione e correnti di polarizzazione e di offset d ingresso bassissime 24 max 2nA 40 C lt T lt 85 C e elevata impedenza d ingresso differenziale 50MQ typ e di modo comune 10GO typ e CMR superiore ai 1000B typ Gain 1 bassa deriva del guadagno con la temperatura max 50ppm C Gain 1 40 C lt T lt 85 C e corrente massima assorbita di solo 1 5mA e guadagno impostabile attraverso solo due resistori esterni PIN CONFIGURATION Figura 15 AD8553 Esso presenta inoltre una tensione di rumore picco picco di soli 0 7uV su di una banda passante compresa tra 0 01 e 10Hz addirittura inferiore al rumore termico introdotto da un qualunque resistore nella stessa banda di frequenze e nello stesso range di temperature di esercizio NOISE nV VHz 200nV DIV FREQUENCY Hz 10SEC DIV Figura 16 caratteristiche di rumore del AD8553 25 In Figura 17 viene mostrata la configurazione circuitale a
21. dell acquisitore dati Osiris Si noti che il passaggio per l interfaccia di questa terna differenziale trasparente e serve solo ai fini pratici per consentire un collegamento dell intero cavo del sensore attivo ad un connettore di alloggiamento infatti per il sensore attivo non previsto l inserimento di nessun smorzamento tantomeno di un adattamento dei segnali d uscita Sugli altri tre canali dell acquisitore C3 C4 e C5 sono state collegate le altrettante coppie differenziali opportunamente bufferate dei segnali provenienti dalla terna di velocimetri S13 J A1 B1 A2 B2 e A3 B3 assieme a tutti i restanti collegamenti alla scheda di interfaccia necessari al controllo dei sensori rispettando le connessioni indicate nella Tabella 5 secondo lo schema di Figura 27 12V CMG 5T MassCentering Calibration _ linee di calibrazione segnale Figura 29 test setup 2 Sono state condotte diverse misure sia in acquisizione continua di rumore ambientale che durante la fase di calibrazione dei sensori Dai dati acquisiti possibile rivelare quanto visibile nelle figure Figura 28 31 dove viene mostrata anche la FFT dei segnali acquisiti per una coppia di sensori passivi Figura 30 39 6 4 90033 Z 4 MAR 08 067 2007 J Je 13 30 14 526 1 wo 7 24 4 28 f T T T T T T T T T T T T T T T T T A 4 S0033 Z E 2 MAR 08 067 2007 7 0 13 30 14
22. dottata per tale amplificatore Vs R3 AND C3 VALUES ARE RECOMMENDED TO DRIVE AN A D CONVERTER Figura 17 applicazione circuitale tipica per l AD8553 In particolare l impostazione pratica del guadagno avviene per mezzo dei due resistori esterni R ed Re secondo la formula R Gain 2 R 1 Per essi sono stati impiegati tre resistori a film metallico con tolleranza dell 1 di valore pari a Ri 100 100 kQ R 100kQ in maniera tale da ottenere un guadagno unitario Questi due resistori come i due resistori del partitore di tensione a 5V devono essere di tipo SMD e vanno montati sulla scheda del modulo il piu vicino possibile tra loro in modo tale che le eventuali variazioni termiche che si creano su una di esse si ripercuotano parimenti sull altra In particolare necessario montare il resistore R con tracce di rame verso i pin 1 e 10 dell INA quanto pi corte possibile e tra loro simmetriche al fine di evitare piccole cadute di tensione con conseguente variazione del guadagno su possibili 296 resistenze parassite che si dovessero creare con tracce di rame di differenti lunghezze e geometrie Altre caratteristiche tipiche dell integrato AD8553 vengono mostrate nelle figure seguenti GAIN dB CMR dB 500us DIV Figura 18 caratteristiche tipiche dell AD8553 Si noti che per la scheda di interfaccia sono stati utilizzati tre circuiti INA
23. e un sistema che consente di modificare la resistenza di smorzamento critico dei sismometri senza intervenire con alcuna manovra invasiva sugli stessi Infine possibile calibrare in tensione anche una terna di componenti di un qualunque sensore attivo Principio di funzionamento Il sistema elettronico automatico di calibrazione per le bobine di taratura dei trasduttori sismici passivi e per gli ingressi corrispondenti per quelli attivi e di smorzamento per le sole bobine di segnale dei sensori passivi si presta ad essere d impiego generale in attivita di ricerca di interesse sismico Per smorzare opportunamente il segnale d uscita del sismometro passivo collegato ad un ingresso dell acquisitore che presenta un impedenza d ingresso di valore finito senza ripercussioni sulla dinamica di uscita del sensore interveniamo inserendo in parallelo all uscita del sensore stesso un resistore di valore opportuno Quest ultimo per dipende fortemente dall impedenza di ingresso dell acquisitore in quanto quest altra resistenza viene vista in parallelo ad esso E comunque possibile isolare il problema inserendo tra l uscita del sismometro passivo a valle del resistore esterno di smorzamento critico e Pacquisitore un INA INstrumentation Amplifier montato come buffer adattatore di impedenza con guadagno unitario caratterizzato dallavere un bassissimo rumore ed una banda passante adeguata agli scopi Ed ci che stato spec
24. eeasrenees 27 Figura 20 foto dei led e dei resistori di smorzamento cnn on non cancnnonnonnos 28 Figura 21 vista dei trimmer accessibili sul lato del box della scheda i 29 Figura 22 vista globale della scheda di interfaccia iii 30 Figura 23 connettori BNC dedicati al monitoraggio dei segnali d uscita della scheda 33 Figura 24 est Setup Gls detec nre T alla 36 Figura 25 confronto visivo tra le risposte di due sensori passivi acquisiti in 37 Figura 26 dettaglio della figura precedente analizzando parte dei segnali i 37 Figura 27 come in figura 21 con lo stesso tipo di acquisitore ma con impedenza di ingresso pari a 25kQ 38 Figura 28 analisi della figura precedente 38 Figura 29 test Setup Di E E E a E ER 39 Figura 30 risposta al segnale di calibrazione per una coppia di sensori paSSiVi n 40 Figura 31 dettaglio della figura precedente 40 Figura 32 FFT della coppia di segnali acquisiti da altrettanti sensori passivi dettaglio da 0 1 a 20H2 40 Figura 33 curva di calibrazione in risposta dalla terna accelerometrica CMG 5T Guralp 41 Figura 34 sovrapposizione delle risposte cnn onnon conca cnn on conan cnn on non nancnncnnonnos 41 Figura 35 dettaglio delle risposte
25. ificamente progettato avendo scelto un opportuno INA con banda passante compresa tra 0 01 e 100HZz e densit spettrale di rumore in tensione molto bassa pari a circa 1 5uV VHz Gain 1 su tutta la banda di frequenze d interesse Il progetto del modulo elettronico oggetto del presente rapporto si presenta con due funzionalit operative da un lato esso esegue la taratura sul campo della resistenza di smorzamento critico per una terna di sensori passivi e dall altro genera in maniera automatica completamente gestibile in modalit remota attraverso un qualunque acquisitore dati dotato di interfaccia Ethernet i segnali di calibrazione sia per i sensori passivi che per un sensore attivo triassiale La scheda di interfaccia pu essere alimentata con una tensione continua compresa tra 12 e 18Vdc La calibrazione dei sensori si effettua mediante l ausilio di un qualunque datalogger in grado di inviare un segnale a gradino o ad onda quadra o sinusoidale alla scheda elettronica al pin denominato CALIB presente sulla morsettiera che sar descritta pi avanti in questo documento avendo inoltre cura di mantenere contemporaneamente ad un livello di tensione alto gt 0 8V rispetto a massa il pin ENABLE della morsettiera per tutta la durata dell operazione di calibrazione Descrizione funzionale Segue una descrizione particolareggiata del modulo prima con una schematizzazione a blocchi facendo riferimento alla Figura 2 e poi spiegando le funzion
26. ion Enable Active High 5 V Q CAL SIGNAL Calibration signal active sensor n c Signal ground SIGNAL GND cri 12V Power Supply input from DataLogger 12V CALIB Main Calibration Signal DIFFERENTIAL Channel 3 signal output OUTPUTS Channel 2 signal output DIFFERENTIAL Channel 2 signal output OUTPUTS Channel 1 signal output DIFFERENTIAL OUT _1 Channel 1 signal output outputs to DataLogger OUTPUTS Channel 4 signal output DIFFERENTIAL Channel 4 signal output OUTPUTS Channel 5 signal output DIFFERENTIAL Channel 5 signal output OUTPUTS Channel 6 signal output DIFFERENTIAL os output from DataLogger Calibration Enable Active Low OV 21 da ap Y Go G2 G2 G2 Go nn WIN OS SINHA a amp Ge Tabella 5 descrizione della morsettiera 532 La Tabella 6 presenta la descrizione sintetica dei connettori BNC montati posteriormente alla scatola contenente il modulo visibili in Figura 22 ed utilizzabili per monitorare con l ausilio di un oscilloscopio o di una scheda di acquisizione il segnale di uscita della terna di sensori passivi prima di essere inviati agli INA con resistore di smorzamento incluso in congiunzione con l uscita del trigger a bassa impedenza indicante che in atto una calibrazione dei sensori Part Name Desciption MON 1 sensor Data Coil Monitor Out MON 2 sensor 2 Data Coil Monitor Out MON 3 sensor 3 Data Coil Monitor Out
27. mento soltanto per una terna di sensori passivi Tenendo conto del fatto che la resistenza di smorzamento critico dei sensori dipende fortemente dall impedenza di ingresso dell acquisitore dati in quanto montata in parallelo ad essa con conseguente variazione della stessa si deciso di isolare l uscita del sismometro a valle del resistore esterno di smorzamento critico dall ingresso dell acquisitore con l utilizzo di un INA INstrumentation Amplifier di precisione Come noto questo circuito possiede un impedenza d ingresso differenziale molto elevata che non va a sovraccaricare in alcun modo il segnale di uscita del sensore ed un impedenza d uscita pressoch nulla in modo da potersi interfacciare con qualsiasi tipo di acquisitore senza ripercussioni alcune sulla dinamica di uscita del sensore stesso Anche se il suo guadagno pu essere facilmente settato sino a x10 000 con estrema precisione esso stato impostato ad uno ovvero l INA viene ad essere usato esclusivamente come un buffer adattatore di impedenza caratterizzato anche dall avere un bassissimo rumore su una banda passante adeguata agli scopi e con un CMR Common Mode Rejection CMR 20 log CMRR elevato dove il CMRR rappresenta il rapporto di reiezione di modo comune pari al rapporto tra il guadagno differenziale e quello di modo comune dell amplificatore Quest ultima caratteristica peculiare dovuta alla particolare architettura interna del
28. n primo stadio di filtraggio dell alimentazione ed un fusibile autoripristinante con l aggiunta di una protezione contro accidentali inversioni di polarit della batteria Da questo blocco viene prelevata una tensione di alimentazione stabilizzata mediante l utilizzo di un regolatore lineare integrato siglato LM7805 della National Semiconductor nel package TO 92 visibile in figura TO 92 Plastic Package Z OUTPUT INPUT DS007744 3 Bottom View Figura 3 integrato LM7805 Si tratta di un classico regolatore integrato a tre terminali che alimentato con una tensione minima di 7V in ingresso capace di fornire in uscita un livello di tensione continua e stabilizzata pari a 5 0V con una corrente massima erogabile di 100mA Tra le altre propriet dell integrato figurano e protezione interna contro le sovratemperature e protezione interna contro i cortocircuiti e tolleranza della tensione di uscita di 5 AVo 7mV Ip 5mA Altre caratteristiche tipiche vengono mostrate nelle figure seguenti 13 Peak Output Current Dropout Voltage ehh see EINE te BSI SES OUTPUT CURRENT mA DROPOUT CONDITIONS a Vour 2 of Vour INPUT OUTPUT DIFFERENTIAL V 0 25 50 75 100 125 INPUT OUTPUT DIFFERENTIAL V JUNCTION TEMPERATURE C Ripple Rejection ut Vin 10V Vour 5V four 40mA T II Ta 25 C RIPPLE REJECTION dB FREQUENCY Hz Figura 4 caratteristiche tipiche del LM
29. nsistor utilizzato un Darlington di potenza di tipo PNP BD234 nel package metallico TO 126 in grado di erogare da solo una corrente massima di 2A Con un opportuno segnale periodico di comando proveniente dall acquisitore dati dopo un opportuna fase di bufferizzazione esso lavora comportandosi come un interruttore analogico fornendo tensione all ingresso della coppia di regolatori integrati dello stesso tipo 19 Quest ultimo un comune regolatore integrato denominato LM317T della National Semiconductor nel package plastico metallico TO 220 montato in configurazione di generatore di corrente costante di precisione come visibile in figura 12 TO 220 Plastic Package Front View Figura 11 LM317 TO 220 Il regolatore caratterizzato dall avere un impedenza d uscita pressoch nulla pertanto la corrente d uscita nel carico indipendentemente dalla sua impedenza costante Questa viene a dipendere solo dal resistore montato nella catena di reazione del regolatore secondo la formula dove Vie 1 25V typ la tensione costante presente tra i pin Vour ed ADJ dell integrato Scegliendo quindi per R un trimmer resistivo multigiro 20 turns da 1000 1W con in serie un resistore di potenza da 10 1W si pu ottenere in uscita una corrente costante e limitata che pu essere regolata finemente in un range che va da 12mA ad 1 2A 20 OUTPUT CURRENT A Sperimentalmente stato notato
30. nza del segnale di trigger opportunamente traslato a 5V che pu essere prelevato da un connettore BNC anch esso presente sul pannello posteriore del box plastico contenente la scheda di interfaccia denominato Trigger_Mon La sua transizione da livello logico basso 0 2V circa a livello logico alto rappresenta l avvio della calibrazione dei sensori e pu essere osservata con l ausilio di un oscilloscopio o di una scheda di acquisizione collegabile ad un comune PC In questa fase e fino a che il segnale inviato al pin ENABLE rimane invariato l uscita Trigger_Mon resta anch essa a livello logico alto 5V La transizione inversa di questo livello logico rappresenta l arresto della calibrazione 11 Lo stesso livello di segnale bufferizzato viene usato sia per abilitare alla calibrazione il sensore attivo attraverso il livello di tensione di circa 5V uscente dalla scheda denominato CAL_ENABLE il segnale resta attivo alto per tutta la durata dellloperazione di calibrazione sia per fare commutare uno switch elettronico che porta un regolatore LDO Low DropOut regulator fuori dalla condizione di shutdown alimentando di conseguenza tutta la parte restante dell elettronica del modulo In tale fase anche il diodo led denominato ON acceso segnalando lo stato di funzionamento attivo dell interfaccia Si noti che per ragioni pratiche sulla morsettiera disponibile in uscita anche il livello di tensione denominato CAL_ ENABLE attiv
31. o basso complementare a CAL_ENABLE utile per quei sensori attivi che vengono abilitati alla calibrazione solo con un livello di tensione basso anzich alto Per effettuare l operazione di calibrazione dei sensori necessario poter inviare un segnale ad opera dell acquisitore dati al pin della morsettiera denominato CALIB esso deve essere un segnale di tipo logico TTL o CMOS con durata variabile e programmabile via software Questo segnale a sua volta bufferizzato attiva un blocco utilizzato per segnalare attraverso il flash del diodo led denominato CAL che il modulo si trova ad effettuare una calibrazione dei sensori Lo stesso segnale bufferizzato fa commutare uno switch elettronico che attiva sia un generatore di corrente costante che un generatore di tensione costante presettabili per mezzo di due trimmer resistivi multigiro indipendenti denominati lout e Vout di cui quest ultimo viene usato per calibrare le componenti del sensore attivo e l altro per le bobine di calibrazione collegate in serie tra loro dei trasduttori elettromagnetici dei sensori passivi Nelle pagine successive segue una descrizione dettagliata di ogni singolo blocco funzionale del modulo con l analisi dei componenti dei circuiti integrati e delle tecniche di progetto adottate 12 Sezione alimentazioni La tensione di alimentazione del modulo 12 18Vdc pu essere prelevata da una batteria esterna La scheda di interfaccia prevede u
32. o dello stesso valore circa e collegato direttamente in modalit differenziale ad un canale dell acquisitore senza passare cosi per la scheda di interfaccia Si noti che per consentire la calibrazione di questo sensore stata collegata alla scheda di interfaccia per la calibrazione solo la coppia relativa alla bobina di calibrazione del sensore stesso Lo schema di collegamento adottato per la misura riportato in Figura 23 Osiris linee di calibrazione segnale Figura 23 test setup 1 Nelle figure successive vengono mostrate le schermate relative alle acquisizioni elaborate di questa prima fase di test Da esse non emerge alcun effetto indesiderato introdotto dall interfaccia sia in termini di modifiche sulllampiezza del segnale acquisito che nella totale assenza di offset di tensione Figura 24 e 27 Inoltre facendo delle opportune analisi sui segnali acquisiti non si evince nessuno spostamento di fase del segnale n sono visibili componenti di frequenze anomale Figura 25 e 28 Anche il livello del rumore introdotto dalla catena elettronica inferiore al rumore interno dell acquisitore 3 2 bits 36 File View Utilities Presets Help di da pil 44 4 D gt DD Overlap 2 Pick Filter Freq Time domain RemoyeMean Integrate Differentiate Oribe promo porra oe i a Figura 24 confronto visivo tra le risposte di due sensori passivi acquisiti in modalita di calibrazi
33. one in alto sensore chiuso su un resistore di smorzamento in basso stesso tipo di sensore chiuso anch esso su un resistore di smorzamento e poi bufferizzato con l INA Impedenza di ingresso dell acquisitore pari a 8kQ a rama pi pen s lets T I l N RA ar dl E ll j 25 0 25 2 254 25 6 25 8 26 0 26 2 26 4 26 6 26 8 X 1045 Figura 25 dettaglio della figura precedente analizzando parte dei segnali Assenza di offset e distorsioni di fase E stata anche presa in considerazione una procedura di test che mostrasse come il cambiamento dell impedenza di ingresso dell acquisitore si riflettesse sulla risposta del sistema Anche qui non possibile vedere differenze significative in merito a File View Utilities Presets Help mm 44 4 D gt DD Pick Fitter Freq Figura 26 come in Figura 24 con lo stesso tipo di acquisitore ma con impedenza di ingresso pari a 25kQ SE T T T T T T T T T T T T T T T n 4l 90033 Z 4 ob MAR 08 067 2007 J eae AS 13 30 14 526 1 o 2 4 sal 2 Br T T T T T T T T T T T T T T am 4 50033 7 S LL MAR 08 067 2007 7 JE RRA 13 30 14 926 a a J 4 7 seb e T n a 4 o e so e SO so p el pe 6 8 10 12 14 Figura 27 analisi della figura precedente 38 Successivamente le tre coppie differenziali dell accelerometro Lacc_N S Lacc_E W e Lacc_Z sono state collegate ai canali CO C1 e C2 rispettivamente
34. provvisto di morsettiere ad innesto costituite da pi connettori con passo 5mm che sono montate sul circuito e poste su tre delle sue quattro facce le due pi lunghe ed una corta con un solo connettore a quattro vie utilizzato per l alimentazione prelevata dalla batteria Si accede alle morsettiere aprendo la scatola contenente la scheda di interfaccia ed avvitando sugli innesti i fili appositi x Nella Figura 21 possibile vedere la disposizione dei connettori su PCB con la numerazione e la denominazione dei pins descritte nella Tabella 5 YY uv VU Y 29 30 31 32 33 34 35 36 9 40 4142 43 44 45 46 AAA AAA Figura 21 vista globale della scheda di interfaccia lia Le morsettiere sono suddivise per gruppi Il gruppo con i pin numerati da 1 a 4 riservato alla tensione di alimentazione della scheda proveniente da una qualunque batteria a 12V Il gruppo con i pin numerati da 5 a 16 ospita in tre sottogruppi le tre coppie di segnali differenziali di uscita e le altrettante relative alle bobine di calibrazione dei sensori passivi AI gruppo con i pin numerati da 17 a 28 va collegato tutto quanto necessario per controllare e gestire un qualunque sensore attivo ovvero la terna di segnali differenziali in ingresso la tensione di alimentazione con il segnale di abilitazione e quello necessario ad effettuare la calibrazione del sensore Il gruppo con i pin numerati da 29 a 36 composto dalla terna differenzi
35. re il seguente comando Unix da una finestra di terminale di un PC gt java jar usr local bin SeisGram2K50 jar seedlink 10 37 0 33 18000 AG_S0033 C00 C01 C02 C03 C04 C05 15 dove 10 37 0 33 come di consueto l indirizzo IP dell acquisitore dati 18000 il numero della porta TCP IP dedicata AG il nome della Network con il protocollo SeedLink S0033 il nome della stazione COx il numero del canale d ingresso dell acquisitore e 15 la durata in secondi della finestra grafica delle tracce da visualizzare In prima analisi stato studiato l effetto introdotto dall interfaccia di calibrazione in termini di eventuali modifiche sullampiezza del segnale acquisito numero di counts e nell introduzione di indesiderati offset di tensione nonch per la modifica in frequenza e fase del segnale e di anomali sorgenti spurie di rumore A tal fine si osservata dapprima la risposta dell intera catena di acquisizione composta da un sensore passivo un S13 J componente verticale collegato in modalit differenziale alla scheda di interfaccia per la calibrazione dalla scheda stessa comprensiva di resistore di smorzamento e da un canale del datalogger 35 Tale risposta stata contemporaneamente confrontata a meno delle piccole ed inevitabili differenze costruttive del sensore che possono variare anche con un altro sensore dello stesso tipo con la risposta del solo sensore chiuso su un resistore di smorzament
36. tor di potenza in commutazione pilotato da un BJT di impiego generale in congiunzione con un circuito che utilizza un classico regolatore lineare integrato a tre terminali lo stesso visto in precedenza Nella Figura 14 mostrata la configurazione schematica di base adottata LM117 Figura 14 LM317 linear voltage regulator Il regolatore di tensione fornisce in uscita una tensione che viene a dipendere solo dai due resistori montati nella catena di reazione del regolatore secondo la formula R Via Vrer f 4 dove Vere 1 25V typ la tensione costante presente tra i pin Vour ed ADJ dell integrato soos Scegliendo quindi per R2 un trimmer resistivo multigiro 20 turns da 10kQ e per il resistore Ri il valore di 3 3kO si pu ottenere in uscita una tensione che pu essere regolata finemente in un range che va da 1 25V a 5 1V Sperimentalmente stato notato che per il sensore attivo CMG 5T della Guralp la corrente necessaria di soli 20mA Pertanto durante la fase di calibrazione dovranno essere necessari in totale circa 120mA tranquillamente erogabili dal regolatore Per l implementazione hardware pratica dei circuiti qu descritti si faccia riferimento allo schema elettrico allegato denominato RISSC04 994 Buffer per la terna di sensori passivi Particolare cura ed attenzione stata rivolta alla scelta di questo componente elettronico che stato montato a valle dei resistori di smorza
37. uenza di 2 4Hz quando in corso un operazione di calibrazione dei sensori Per l implementazione hardware pratica dei circuiti sin qu descritti si faccia riferimento agli schemi elettrici allegati denominati RISSC01 e RISSC03 28 Regolazioni Sono previsti tre trimmer resistivi multigiro 20 turns montati sul pannello frontale della scatola contenente la scheda di interfaccia per la regolazione indipendente della resistenza di smorzamento critico di ogni sismometro passivo ad essa collegato Tabella 3 Part Value Value 2 Rdc_1 10k Rdc_2 10k Rdc_3 10k Tabella 3 trimmer per regolazioni resistenza di smorzamento critico Un altro trimmer resistivo multigiro 20 turns 1W denominato lout consente la regolazione della corrente degli impulsi circolante nella serie delle bobine di calibrazione dei trasduttori elettromagnetici dei sensori passivi Un ultimo trimmer resistivo multigiro 20 turns denominato Vout permette di regolare l ampiezza in tensione dell impulso per la calibrazione del sensore attivo Tabella 4 Questi ultimi due trimmer sono alloggiati sul pannello laterale destro dell apparecchiatura Part Ref Value 2 Tout 100 Vout 10k Tabella 4 trimmer per la regolazione della corrente di calibrazione dei sensori Figura 20 vista dei trimmer accessibili sul lato del box della scheda 29 Descrizione delle morsettiere su PCB Il modulo
38. utta la catena strumentale che caratterizza una stazione sismica rende utile avere un dispositivo il quale in modo automatico inserisca un opportuno segnale campione nel sensore per poterne rilevare eventuali variazioni di funzionamento Questo strumento deve rispondere ad alcuni requisiti per rendere l operazione di calibrazione efficace deve essere gestibile da remoto attivabile attraverso un segnale di trigger deve prevedere una durata dell impulso variabile e l ampiezza del segnale deve essere regolabile in funzione della tipologia del sensore sismico sotto esame Nel presente rapporto descritto un sistema elettronico realizzato per la determinazione della curva di risposta della strumentazione sismica in via di installazione nell Appennino Campano Lucano da parte del Centro Regionale di Competenza Analisi e Monitoraggio del Rischio Ambientale CRdC AMRA attualmente AMRA scarl Tale rete sismica copre un area di circa 100x70 km ed composta da 28 stazioni e 6 centri di controllo locale Local Control Center di interconnessione strutturati in una architettura a cluster Figura 1 Due LCC della rete sono essi stessi delle stazioni sismiche Benevento Avellino Napoli Salerno k Control Center Potenza mic Station Figura 1 Posizione e architettura delle stazioni sismiche CRdC AMRA Ogni stazione sismica alloggiata in una area di 6x4 metri recintata all interno della quale posto un prefabbricato shelter
39. ziare la calibrazione che il numero di impulsi di calibrazione da trasmettere controllando oltre allo smorzamento ed alla polarita del segnale anche la curva di risposta di tutta la catena di acquisizione La gran parte degli acquisitori moderni in grado di eseguire la calibrazione in maniera automatica ma la corrente erogata al sensore raramente in grado di calibrare pi componenti o pi sensori contemporaneamente Il sistema descritto in questo rapporto oltre a consentire la calibrazione di tre o pi componenti contemporaneamente consente anche una facile determinazione e regolazione del valore della resistenza di smorzamento critico per i sismometri di tipo passivo Introduzione La calibrazione di un sensore sismico una procedura estremamente delicata ed importante da effettuarsi sia in laboratorio prima dell installazione che direttamente sul sito e consente di verificare la corrispondenza dei parametri misurati sperimentalmente con quelli forniti dalla casa costruttrice oltre ad accertarne il corretto funzionamento nonch di verificarne la stabilit nel tempo dei parametri che lo caratterizzano La calibrazione pu essere eseguita sia per il solo sismometro che per l intera catena strumentale Quest ultimo caso indispensabile per conoscere la relazione che lega l ampiezza misurata in counts dei segnali acquisiti al reale movimento del suolo Il controllo frequente della funzione di trasferimento curva di risposta di t
Download Pdf Manuals
Related Search