Hochempfindlicher, kostengünstiger Seismometer mit Arduino Nano – Einfacher DIY-Erdbebendetektor

Komponenten und Zubehör

Komponente	Menge
Arduino Nano R3	1
Operationsverstärker IC TL061	1
Widerstand 10 kΩ	2
Widerstand 1 MΩ	1
Keramik-Scheibenkondensator 39 pF	1
Sekundärspule aus kleinem 1–2 W Transformator	1

Benötigte Werkzeuge und Maschinen

• Lötkolben (generisch)

Apps und Online-Dienste

• Arduino IDE

Über das Projekt

Ein Seismometer ist ein Gerät zur Erkennung von Erdbeben und Messung ihrer Stärke. Grundsätzlich sind dies sehr präzise Instrumente, die im Selbstbau relativ schwierig sind. Kommerzielle Sensoren sind sehr teuer, und günstige elektronische Schockmodule sind für diesen Zweck nicht empfindlich genug.

Im folgenden Text und Video sehen Sie den Bau eines Geräts, das günstig und relativ einfach im DIY-Verfahren nachzubauen ist, und dennoch mit teuren kommerziellen Geräten dieser Art vergleichbar ist.

Der Seismometer besteht aus zwei Teilen: einem mechanischen Erschütterungsdetektor und einem elektronischen Teil, der diese Erschütterungen in elektrische Signale umwandelt, verstärkt und in digitale Signale konvertiert, die wir dann per PC-Datenlogging-Software visuell überwachen können.

Zur Umwandlung der Erschütterungen in elektrische Signale wird ein Permanentmagnet als beweglicher Teil und eine Spule mit vielen Windungen verwendet, die die Magnetbewegungen in elektrische Signale verwandelt. In diesem Fall habe ich die Primärwicklung eines kleinen Netztransformators mit 1,8 W Leistung und 1,2 kΩ Widerstand verwendet. An dieser Spule ist eine Aluminiumplatte befestigt, die die Funktion hat, die Schwingungen des beweglichen Magneten zu dämpfen – den sogenannten „Lenz-Effekt“.

Das nächste Modul verstärkt dieses Signal und enthält einen rauscharmen Operationsverstärker (TL061, NE5534…) oder einen Instrumentenverstärker (OP07, OP27, LT1677…), funktioniert aber auch gut mit dem guten alten 741 bei externer Stromversorgung. Dieses verstärkte analoge Signal wird am A0-Eingang des Arduino-Mikrocontrollers eingelesen. Der Arduino fungiert dabei im Wesentlichen als Analog-Digital-Wandler. Zu Testzwecken kann das Arduino-Beispiel „AnalogInOutSerial“ verwendet werden, optimal ist jedoch der Code „NERdaq“. NERdaq ist ein Datenerfassungssystem, das am New England Research entwickelt wurde, um Slinky-basierte Seismometer in Schulen zu unterstützen. Der DAQ basiert auf einem Arduino und streamt 16-Bit-Werte (überabtastet) an einen USB-Port; die Daten werden mit ca. 18,78 Samples/Sekunde abgetastet. Arduino-Codes sind zur freien Nutzung freigegeben und unter https://code.google.com/archive/p/nerdaq/ verfügbar.

Der Code enthält mehrere Filter, die speziell für diesen Zweck entwickelt wurden. Dieses verarbeitete Signal wird über das Serial-Protokoll an die Datenlogging-Software zur Speicherung und visuellen Darstellung übertragen.

Die beste kostenlose Software hierfür ist „Amaseis“ und das neuere „JAmaseis“ (Java Amaseis). Download-Links:

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

Mit JAmaseis können Sie Echtzeitdaten auf den IRIS-Server hochladen. Beispiel: Echtzeitdaten meines Seismometers unter https://geoserver.iris.edu/content/mpohr

In den Bildern unten sehen Sie einen Vergleich zwischen meinem Seismometer und dem der offiziellen seismologischen Warte meiner Stadt. Es handelt sich um ein sehr schwaches Beben, und wie Sie sehen, gibt es fast keinen Unterschied zwischen den beiden Seismogrammen – eine Bestätigung der Empfindlichkeit und Präzision dieses günstigen DIY-Seismometers.

Das folgende Bild zeigt ein Erdbeben in Griechenland der Stärke 5,2 Richter, registriert auf meinem Seismometer in 220 km Entfernung zum Epizentrum.

Das Instrument ist sehr empfindlich gegen Luftströme und muss daher entsprechend geschützt werden.

Und schließlich: Dies ist ein völlig neues Sensordesign, das von mir erfunden und patentiert wurde – es ist sowohl sehr empfindlich als auch einfach zu bauen. Ich habe es auf Basis früherer Erfahrungen mit solchen Geräten entwickelt. Auf meinem Videokanal sehen Sie meine anderen selbstgebauten Seismometer:

• DIY einfacher und günstiger Piezo-Seismometer
• 10 $ empfindlicher Seismometer
• DIY Lehman-Seismometer
• DIY Horizontalpendel-Seismometer
• DIY AS1-Seismometer
• TC1 vertikaler Seismometer

Oben: Erdbeben in der FIJI-Region am 19.08.2018, tausende Kilometer entfernt

Code

• code

code Arduino

Keine Vorschau (nur Download).

Schaltpläne