Home GeoForum Forums Riepilogo Mi piace della Discussione - Tromografo da 2 hz o da 4,5 hz?

Buongiorno,
qualcuno sa dirmi la differenza tra un tromografo con sensore da 2 Hz oppure con sensore da 4,5 hz?

E' solo una questione di risoluzione del segnale registrato oppure hanno due utilizzi differenti?

Silvano

considerazione 1)
Consultando i grafici di decadimento del segnale di un geofono da 2 Hz con quello da 4,5 della stessa ditta si può calcolare che il decadimento del segnale al di sotto dei 2 hz tende a un rapporto di 1:16, e man mano che ci avviciniamo a 4.5 e oltre tende a 1: 3
ciò vuol dire che nel caso peggiore da 0,2 hz a 2 hz il geofono da 2 hz è 16 volte più prestante ( come se utilizzassimo un adc con 4 bit in più e/o 16 volte più sensibile)

Considerazione 2)
Nei post letti non mi pare che si chiarisca il fatto che nell'HVSR non serve il valore assoluto del dato letto ma il rapporto H/V pertanto se acquisiamo con un 2 Hz rispetto al 4,5 hz avremo si valori in microvolt di ampiezza 16 volte più piccoli ma il rapporto HVSR non cambia.

Considerazione 3)
Il 24 bit ad elevate frequenze di campionamento arriva ad avere valori bassissimi di noise , anche a - 140 db, ma al di sotto dei 100 hz e a maggior ragione a 0,5 2hz si ha un aumento esponenziale del rumore anche al di sopra dei -100 db (in pratica una perdita di 4-5 bit utili, in quanto tra -100 e -145 db abbiamo solo rumore hardware.
In questo caso coloro che dicono che è meglio usare un geofono teoricamente hanno ragione in quanto compensano la perdita di dinamica con una maggiore sensibilità del geofono ( ma il problema è dello strumento utilizzato poco sensibile)

Considerazione 4)
Quasi tutti gli adc 24 bit hanno la possibilità di aumentare il gain di 2x 4x 8x alcuni anche 16,32,64,128x, per cui se aggiungiamo un gain di 16 x riportiamo la sensibilità strumentale a valori veri di un 24 bit pulito fino a -145 db, per cui non è più necessario utilizzare i geofoni a 2 Hz.
Applicare gain superiori a 32, 64, 128x i risultati ottenibili con un 4,5 hz sono anche superiori a quelli di un 2 Hz

Considerazione 5)
Perché non usare i geofoni da 2 Hz 16 volte più sensibili ( punto 4) ?
Il motivo è semplice perché oltre ad essere più costosi, sono anche più delicati, troppo sensibili e difficili da equalizzare, variazioni di temperatura , di inclinazione, di staratura, di minime diversità costruttive portano a gravi fenomeni de deriva al di sotto dell'Hz, portando il rapporto Hv tendenzialmente da valori 1- 1,5 a valori 4 - 10 specie se siamo im presenza di una minima brezza rendendo il degnale ottenuto al di sotto di 1 hz inutilizzabile , anche con certe procedure software che tendono a riportarlo a 1 il segnale.

Considerazione 6)
I geofoni da 2 hz e a maggior ragione quelli da 1 hz hanno tempi di smorzamento molto lungi ( quelli da 1 Hz hanno tempi di 20 minuti per stabilizzarsi e quindi prima di iniziare l'acquisizione occorre attender ), quelli da 2 hz di una decina di secondi in più di quelli da 4,5 hz, in caso di passaggio di auto la durata temporale del disturbo dovuto al transito dell'automobile si allunga e nel caso di passaggio di numerose macchine al minuto sarà statisticamente meno probabile avere windows di almeno 20 secondi necessari per poter elaborare sondaggi al di sotto di 1 Hz.

Considerazione 7) Nel caso in cui si voglia arrivare con una certa sicurezza a profondità superiori ai 100 metri consiglio di acquisire almeno per 30 minuti, meglio a 45 - 60 minuti ( specie se c'è una piccola brezza o rumore di auto lontane - con vento o con traffico occorre rimandare il sondaggio in giorni e/o orari diversi.
Si consiglia di acquisire q 330 - 500 hz se il vostro strumento ve lo permette

Considerazione 8)
In un post ho letto ho letto che ben difficilmente con un 4,5 hz non si scende molto al di sotto della frequenza propria del geofono, la causa va ricercata nei seguenti punti.

1 ) strumentazione con un hardware molto sporco per ridurre il rapporto segnale rumore e quindi non permette di analizzare segnali provenienti dal profondo

2 ) presenza di vento anche minimo che porta lo strumento in deriva specie al di sotto di 1 Hz.

3 ) posizionamento dello strumento su battuto di cemento, asfalto, prato erboso su radici, vicinanza di alberi , fabbricati, torrenti, mare, strade rumorose che tendono anche in questo caso con i geofoni da 4,5 hz ad appiattire il segnale ( la dove ci si aspettava Hvsr = 2, avremo 1,3 ecc, o se usiamo geofoni da 2 hz fenomeni di deriva strumentale.



Pertanto concludo consigliando di acquistare geofoni da 4,5 hz , sicuramente più affidabili e meno costosi.

Qualcuno mi dirà che la risposta dei 4,5 hz è lineare sola da 4.5 hz fino a 100, io rispondo che anche quella dei 2 hz non è lineare tra 0,1 e 2 hz, ma esistono altre tecniche affidabili per poterla rendere lineare da a 0,1 - 0,2Hz a 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 )