Home GeoForum Forums Geologia & Professione Chiedilo ai geologi Tromografo da 2 hz o da 4,5 hz?

Ad integrazione di quanto scritto in passato:

Ho riletto sommariamente molti post, con alcuni concordo, con altri un poco meno, in tutti i casi non mi pare di aver trovato un post che considera i seguenti fattori che possano rende utile il geofono da 2 hz o quello da 4,5 hz.

Quando si parla di tromografo si pensa che tutti gli strumenti siano concepiti nello stesso modo, ma se andiamo a osservare le specifiche tecniche (spesso troppo poco chiare nelle specifiche elencate dai produttori nei loro siti),ciò non è vero.

Esistono famiglie di strumentazioni di tipologia diversa che a parità di cablaggio, meccanica peso possono generare prestazioni diverse e richiedere geofoni da 2 hz o da 4,5 hz a seconda i casi.

1) strumenti a 10 - 12 bit muliplexati 8, 16, 32, 64, 128 volte per emulare con oversamplig il 16 -20 bit in pratica fare molte misure e fare la media per cercare di passare da una definizione di 10 12 bit a definizioni equivalenti al 24 bit facendo la media dei dati acquisiti ad alta velocità

2) sistemi come il punto 1) ma con l’aggiunta di un preamplificatore con gain 200 500 1000 2000 5000 1000 x ( con l’aumentare del gain si può ridurre l’oversampling ottenendo risultati ottimi sia in temini di affidabilità che di pulizia del segnale ottenuto; con un oversampling = 32 cicli di lettura e un gain di 200 si può facilmente arrivare a un dato equivalente ad un 18 20 bit per arrivare ad un dato equivalente al 24 bit oxxorre la presenza di un preamplificatore di 200- 500 x ( indicativamente, valore legato ad altri parametri hardware)oppure i geofoni da 2 Hz nscsssa per aumentare il rapporto segnale / rumore hardware ed avere ub segnale equivalente a quello di un 24 bit o poco meno, con gain superiori le prestazioni aumentano ulteriormente.

3) come punto 1) – 2) ma con dinamica 16 bit l’oversampling potrebbe non servire più, se si implementa un gain di almeno 256 unità per avere un segnale equivalente al 24 bit.

4) con adc 24 bit reale la dinamica raggiunge quella di un 24 bit reale, i tradizionali 4 db e rumore hardware presente da 20 - 24 bit

Nei punti 1 2 3 4 non si è considerato il fatto che gli ADC 10 12 16 24 bit hanno un rumore intrinseco proporzionale alla dinamica propria quasi nullo o molto piccolo per gli adc 10 12 bit , di 2 .3 bit con ADC 16 bit e di 3- 4 bit con i 24 bit, la dinamica dei 145 db
Quindi il nostro strumento in effetti ci darà un segnale di qualità inferiore ai 24 bit teorici in termini di dinamica che di risoluzione inferiore di 23 -4 bit -110 / -120 db delle quali al di sotto di tali valori di ha solo rumore. va solo a misurare del rumore.

5) come raggiungere la definizione del 24 bitteorica di 145 db ?

amplificando di 16 volte almeno il segnale ( per recuperare i 4 bit di rumore presente nel 24 bit ) se poi il gai lo si aumenta a 32 , 64. 128 volte ancora meglio, in questo modo si aumente il rapporto segnale / rumore hardware.

6) esistono anche sistemi di acquisizione a 32 bit, non avendo mai visto le specifiche non mi sento di dare un giudizio, quello che posso dire è che tale dinamica è enormemente più ellegata di quella che serve per un buon tromografo, e spesso i 32 bit vengono usati per i sistemi audio con risposte utili da 48000 hz fino a 7 10 hz.
Per questi sistemi occorre verificare la linearità del segnale fino a quale frequenza scende, e il noise prodotto e la linearità tra 0,1 hz principalmente e 100 hz.

Concludendo i geofoni da 2 hz servono per quei tromografi con tanto oversamplig magari senza amplificatore in quanto il 24 bit con bassa sensibilità per aumentare il segnale di 10 - 20 volte più elevato del geofono da 4,5 Hz ( grazie alla maggior sensibilità dei geofoni da 2 HZ rispetto al geofono da 4 hz) recuperando 4 bit equivalenti per un sistema tipo caso 1) – 2).
Con gain > 1000 x il sistema andrebbe in saturazione, per i sistemi;
nel caso 4) 5) i geofoni da 2 Hz possono generare al di sotto di 1 hz segnali molto instabile con fenomeni di deriva del segnale.

Per i sistemi caso 1) o caso 2) con gain inferiore a 250 / 500 usare geofoni da 2,0 Hz permette di avere un segnale 10 – 20 maggiore di quello da 4,5 Hz e quindi compensa una sordità progettuale dello strumento

Applicando gain superiori a 250 x 500 x geofono da 2 Hz manderebbe il segnale in saturazione.
A questo punto in questi casi mi chiedo non è meglio preamplificare di più il segnale e usare geofoni da 4,5 hz) che anplificare 10 – 20 volte di meno per poter usare geofoni fa 2 Hz costosi, difficili da gestire e fragili?

(faccio presente che non sono un elettronico sono mie considerazioni legate all’esperienza fatta, vanno anche considerate altri fattori quale le caratteristiche dei singoli adc utilizzati, al tipo di adc usato per eseguire l’amplificatore, dal tipo, forma e peso totale dello strumento e non ultimo il cablaggio di tutti i componenti.

Per una giusta informazione chiedo a chi ha più esperienza di indicare i punti che non condivide e spiegare il perché – grazie )

Concordo con le ottime prestazioni dei geofoni con frequenza propria molto bassa inferiore a 1 2 hz, è giusto che le università li utilizzino per lavori di ricerca in quanto le loro indagini le possono programmare in siti adatti privi di rumori, vento, asfalto, torrenti e mare delle vicinanze.

Il professionista non li usa a causa della bassissima velocità smorzamento del geofono a causa della massa del geofono che ha bisogno di tempi lunghi di attesa prima di iniziare l'acquisizione e se nel frattempo passano auto, o se sono presenti rumori antropici si ha una riduzione del numero di windows utili per l'analisi per cui occorre allungare i tempi di acquisizione a ore.

Il professionista spesso lavora in zone molto urbanizzate, nei casi peggiori può eseguire prove in ore notturne per ottenere risultati migliori
In tutti i casi frequenze proprie di 4,5 hz non impediscono di rilevare frequenze di picco HVSR di 0,2 - 0,5 hz con tempi di esecuzione della prova di 1 2 o 5 ore in continuo con una certa precisione.

L'utilizzo di geofoni da 0,1 hz possono essere utili per indagini finalizzate per la costruzione di grattacieli con periodo proprio superiore a 10 - 20 secondi eseguiti in ore notturne e nel caso in cui nella zona dell'intervento si hanno contatti stratigrafici ad alto contrasto a profondità maggiori di 150 - 250 metri di profondità, negli altri casi non avremo mai picchi importanti al di sotto di 1 - 0,5 hz per cui si possono utilizzare anche geofoni da 4,5 hz.

E'giusto e indispensabile usare geofoni da 1 hz per la sismologia se montati su stazioni sismiche lontanissime da rumori antropici, posizionati su basamento roccioso e trasmissione ViFi alla stazione sismica in automatico e non come spesso accade nella stessa stazione sismica che risente della frequenza propria del fabbricato, e dei rumori antropici e ambientali.

Dolfrang, le tue considerazioni esposte nel precedente post mi sembrano tutte ragionevoli.

In merito a questa interessantissima (anche se un po' datata) discussione, di seguito riporto alcune frasi contenute nel capitolo 3 del testo di Giancarlo Dal Moro intitolato "Acquisizione e analisi di dati sismici e vibrazionali per studi di caratterizzazione sismica e geotecnica":

omissis
Vogliamo scendere a 0,1 HZ? Oltre ad avere un sensore/geofono con delle curve di risposta appropriate (concetto che poco o nulla a che fare con la frequenza propria dei geofoni), dovremo fissare una finestra di analisi che consenta a una componente di 10 s (cioè 0,1 Hz) di avere 10 cicli.

...
C'è molta confusione (generata come sempre da scarse o nulle basi teoriche) riguardo ai geofoni necessari per determinare con la necessaria accuratezza la curva HVSR alle frequenze più basse. Per determinare in modo corretto il rapporto H/V a una certa frequenza è necessaria un'unica condizione: che le curve di risposta dei tre sensori siano identiche.

...
Consideriamo il caso in cui si abbia un triassiale con 3 geofoni con frequenza propria di 4,5 Hz in cui le tre curve di risposta sono perfettamente identiche su un amplissimo intervallo di frequena (0,2 - 100 Hz). In questo caso il rapporto spettrale H/V sarà corretto lungo tutto l'intervallo di frequenze. Non si deve confondere la frequenza propria del sensore con il fatto che i tre sensori abbiano (o meno) la stessa curva di risposta.

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Un committente/bando che richiedesse l'utilizzo di geofoni con frequenza propria di un certo tipo darebbe solo dimostrazione di non avere la benché minima idea di cosa sia un HVSR...

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Esistono pessimi geofoni da 2 Hz (con curve di risposta tra loro sballate) e ottimi geofoni da 4,5 Hz con curve di risposta assolutamente identiche che consentono di ottenere rapporti spettrali assolutamente puntuali.
omissis