Programa cofinanziato con il Fondo Europeodi Sviluppo Regionale
Programme cofinancé par le il Fonds Européende Devéloppement Régional
Progetto Vento, Porti e Mare Stazioni microsismiche per la misura
dei parametri ondametrici Seconda parte
Valerio Iafolla
Bastia, 14-11-2013
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Sommario della presentazione
• Indicazioni generali del sistema di monitoraggio• Descrizione delle stazioni di misura microsismiche• Descrizione del sismometro• Descrizione della strumentazione supplementare• Conclusioni
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I siti delle stazioni microsismicheBonassola
Lerici
Villa Pezzino
StazioneMicrosismica 1
Collegamentoad Internet
StazioneMicrosismica 2
Collegamentoad Internet
StazioneMicrosismica 3
Collegamentoad Internet
Collegamentoad Internet
Server di elaborazionee stoccaggio dei dati
Collegamento ethernet
Collegamento ethernet
Collegamento ethernet
Collegamento ethernet
Boa Ondametrica
Collegamentoad Internet
Collegamento wireless
Installazione temporanea per l'intercalibrazione
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Schema delle Stazioni Microsismiche• Hardware per le stazioni sismiche:
– Sismometro AGI– Data-logger– Antenna GPS (esterna)– Stazione meteo (esterna)– UPS
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10-3
10-2
10-1
100
10110
-9
10-8
10-7
10-6
Pow
er S
pect
rum
Mag
nitu
de [
g/
Hz]
Frequency [Hz]
Componente XComponente YComponente Z
• Sin dall’inizio del secolo scorso è noto che il moto ondoso del mare genera un segnale microsismico che può essere misurato anche a molti chilometri dalla costa.
• Si distinguono due segnali microsismici:– Primario
• Tsismico=Tmare ~ da 5 a 20s (f ~0.05-0.2Hz)• Riguarda diversi fenomeni che avvengono in prossimità
della costa• Il segnale microsismico ha minore energia
– Secondario • Tsismico=1/2Tmare ~ da 2 a 10 s (f ~0.1-0.5Hz)• È descritto analiticamente dalla formula di Longuet-
Higgins (1950)• Riguarda fenomeni che avvengono in acque profonde
lontano dalla costa• Il segnale microsismico ha maggiore energia
Il fenomeno che produce le onde microsismiche secondarie è basato sulla variazione della pressione esercitata dall’acqua sul fondo del mare.
Il microsisma secondario è prodotto dalle onde del mare e dalle loro riflesse sulla costa: questo spiega la frequenza doppia delle onde microsismiche.
Picco del segnale microsismico secondario
Picco del segnale microsismico primario
Registrazione microsismica eseguita a villa Pezzino
Sismometro: Banda di Frequenza e Sensibilità: 1Banda di Frequenza del segnale microrsismico connesso al Moto ondoso
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10-2
10-1
100
101
10-14
10-12
10-10
10-8
10-6
10-4
Frequency [Hz]
Pow
er S
pect
rum
Mag
nitu
de [
g/ H
z]
Componente Z FiltrataComponente Z
50 100 150 200 250 300 350 400 450
-2
0
2
4
6
8
10x 10
-7A
ccel
eraz
ione
Z [
g]
tempo [s]
0 5 10 15 20 25-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5x 10-6
Acc
eler
azio
ne Z
[g]
tempo [h]
Segnale sismico registrato a Villa Pezzino il 17 Marzo 2013Filtrando il segnale nella banda 0.1-1 Hz
rimane solo il contributo dovuto alle onde del mare
Altezza onda significativa 0.5-2mPeriodo: 5-6 s
Sismometro: Banda di Frequenza e Sensibilità: 2Banda di Frequenza del segnale microrsismico connesso al Moto ondoso
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Sismometro AGI
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Sismometro AGICaratteristica Valore
Banda di frequenze 10-3 Hz – 10 Hz
Rumore di fondo strumentale
2·10-8 g/√Hz
Assi sensibili x, y, z
Dinamica 120 dB
Linearità > 80 dB
Peso 2.5 Kg
Dimensioni 155x125x125 mm
Alimentazione 5V esterna o con USB
Potenza assorbita <75 mW
Batteria Incorporata, 3.6-5.4 A/h
Termometro PT10000
Sistema GPS con sistema di sincronizzazione PPS
Memoria 2 Gb
Interfaccia di comunicazione
USB,RS232
Protocollo di comunicazione
NMEA
Processore embedded per pre-elaborazione, controllo e acquisizione
Caratteristiche dell’accelerometro AGI-BA. 10
-210
-110
010
110
-11
10-10
10-9
10-8
10-7
Frequenza [Hz]
PSD
norm
[g/ H
z]
Spettro del rumore elettronico
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10-3
10-2
10-1
100
101
10-9
10-8
10-7
10-6
Pow
er S
pect
rum
Mag
nitu
de [
g/ H
z]
Frequency [Hz]
Componente XComponente YComponente Z
Installazione dei sismometri
10-5
10-4
10-3
10-210
-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
Pow
er S
pect
rum
Mag
nitu
de [
g/ H
z]
Frequency [Hz]
Temperatura [g]Componente Z0 5 10 15 20 25
-2
0
2 x 10-5
Acc
eler
azio
ne [
g]
Componente XComponente Y
0 5 10 15 20 25-1
0
1 x 10-3
Acc
eler
azio
ne Z
[g]
0 5 10 15 20 2521
21.5
22
Tem
pera
tura
[°C
]
tempo [h]
Segnale sismico registrato a Villa Pezzino (secondo piano) il 17 Marzo 2013
Le oscillazioni della struttura hanno frequenze maggiori di 1 Hz.
I disturbi sono dovuti principalmente agli effetti di temperatura e alle oscillazioni della struttura che ospita il sismometro. Essi sono caratterizzati da frequenze diverse da quella relative alle onde del mare (0.1-1 Hz)
Per frequenze minori di 10-4 Hz lo spettro gravimetrico e quello dovuto alla temperatura sono uguali
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Correlazione tra dati sismometrici ed ondametrici
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Comparazione dati sismometrici ed ondametrici 14 Marzo – 12 Aprile 2013
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5 10 15 20 25
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
x 10-6
time(days)
CH
1 X
accele
ratio
n(g
)
CH1 14/03/2013;11/04/2013
0 5 10 15 20 25 300
0.5
1
1.5
2
2.5x 10
-6
time(days)
CH
2 Y
ac
ce
le
ra
tio
n(g
)
CH2 14/03/2013;11/04/2013
0 5 10 15 20 25
0
2
4
6
8
10
x 10-7
time(days)
CH
3 Z
ac
ce
le
ra
tio
n(g
)
CH3 14/03/2013;11/04/2013
Comparazione dati sismometrici ed ondametrici 14 Marzo – 12 Aprile 2013
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Comparazione dati sismometrici ed ondametrici 14 Marzo – 12 Aprile 2013
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5 10 15 20 25 30 35-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
time(days)
Pre
ss
ure
(mb
ar)
Ac
ce
lera
tio
n(g
)
CH5+CH3+CH2 30/10/2012;05/12/2012
PressureYacc*1e4Zacc*1e4
Comparazione dati sismometrici ed ondametrici 30 Ottobre– 05 Dicembre 2012
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Strumentazione ausiliaria 1/2Marca/Modello Davis Vantage Pro2
(cablata)
Sensori •Anemometro (direzione e velocità)•Temperatura•Igrometro•Barometro•Pluviometro
Dimensioni 279x238x355mm
Peso 2.6 Kg
Interfaccia dati Tramite consolle interna – RS232
Alimentazione 5 V – da cavo
Cablaggio 1 cavo tipo “4 conduttori, 26 AWG” (da sensori esterni a consolle) con connettori RJ-11
Caratteristiche della stazione meteo Davis.
Davis
Data-logger
Marca/Modello Advantech/ARK-6310-3M04ECaratteristiche • Alta affidabilità anche per lunghi periodi
di funzionamento• Accessibilità e possibilità di
aggiornamento da remoto.• Capacità di elaborazione e stoccaggio dei
dati provenienti dai sensori (stazione sismometrica, stazione meteo, modulo GPS, unita UPS)
Interfacce • USB • RS232 (RS422)• Ethernet Gigabit
Caratteristiche del data-logger
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Strumentazione ausiliaria 2/2
GPS
UPS
Marca/Modello Evermore SA-320Tipo installazione Per esternoInterfacce RS422 Dimensioni Cilindro con diametro base 83.3 mm e
altezza 60 mm + ingombro cavoCaratteristiche del ricevitore GPS
Marca/Modello APC/da rack. Interfacce RS232 (per il controllo di stato
della rete elettrica)Numero prese 4Caratteristiche dell’unità UPS
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Conclusioni
• Le Stazioni microsismiche per la misura dei parametri ondametrici sembrano essere idonee al monitoraggio delle condizioni meteo marine.
• L’installazione a terra garantisce una loro più semplice gestione ed una più grande affidabilità e durata nel tempo.
• Il sismometro AGI ha la necessaria precisione nella misura del segnale microsismico dovuto al moto ondoso, in tutta la gamma di frequenze di interesse.
• La funzionalità del sismometro in una larga banda, oltre quella di interesse specifico, fa si che le stazioni stesse siano utilizzabili anche per monitoraggi sismici a larga banda, di grande utilità per la geofisica e la protezione civile.