Progetto Vento, Porti e Mare
Stazioni microsismiche per la misura
dei parametri ondametrici
Seconda parte
Valerio Iafolla
Bastia, 14-11-2013
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
di Sviluppo Regionale
Programme cofinancé par le il Fonds Européen
de Devéloppement Régional
Sommario della presentazione
•
•
•
•
•
Indicazioni generali del sistema di monitoraggio
Descrizione delle stazioni di misura microsismiche
Descrizione del sismometro
Descrizione della strumentazione supplementare
Conclusioni
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
di Sviluppo Regionale
Programme cofinancé par le il Fonds Européen
de Devéloppement Régional
I siti delle stazioni microsismiche
Bonassola
Lerici
Villa Pezzino
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
di Sviluppo Regionale
Programme cofinancé par le il Fonds Européen
de Devéloppement Régional
Schema delle Stazioni Microsismiche
•
Hardware per le stazioni sismiche:
– Sismometro AGI
– Data-logger
– Antenna GPS (esterna)
– Stazione meteo (esterna)
– UPS
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
di Sviluppo Regionale
Programme cofinancé par le il Fonds Européen
de Devéloppement Régional
Sismometro: Banda di Frequenza e Sensibilità: 1
Banda di Frequenza del segnale microrsismico connesso al Moto ondoso
•
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=1/2Tmare ~ 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
•
Power Spectrum Magnitude [g/ Hz]
10
10
10
Il fenomeno che produce le onde microsismiche
secondarie è basato sulla variazione della
pressione esercitata dall’acqua sul fondo del
mare.
-6
-7
Picco del segnale
microsismico
secondario
Registrazione
microsismica eseguita a
villa Pezzino
Picco del segnale
microsismico
primario
-8
Componente X
Componente Y
Componente Z
Il microsisma secondario è prodotto dalle onde del
mare e dalle loro riflesse sulla costa: questo
spiega la frequenza doppia delle onde
microsismiche.
-9
10 -3
10
10
-2
10
-1
10
0
Frequency [Hz]
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
di Sviluppo Regionale
Programme cofinancé par le il Fonds Européen
de Devéloppement Régional
10
1
Sismometro: Banda di Frequenza e Sensibilità: 2
Banda di Frequenza del segnale microrsismico connesso al Moto ondoso
Segnale sismico registrato a Villa Pezzino il 17 Marzo 2013
Filtrando il segnale nella banda 0.1-1 Hz rimane solo
il contributo dovuto alle onde del mare
1.5
x 10
-6
Accelerazione Z [g]
1
Altezza onda significativa 0.5-2m
Periodo: 5-6 s
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
5
10
15
20
25
tempo [h]
x 10
-7
10
-4
8
10
10
10
10
-6
Accelerazione Z [g]
Power Spectrum Magnitude [g/Hz]
10
-8
-10
-12
Componente Z Filtrata
Componente Z
6
4
2
0
-14
10
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
di Sviluppo Regionale
-2
10
Programme cofinancé par le il Fonds Européen
de Devéloppement
Régional
-1
0
10
10
Frequency [Hz]
-2
10
1
50
100
150
200
250
tempo [s]
300
350
400
450
Sismometro AGI
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
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Sismometro AGI
Caratteristica
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
10
PT10000
Sistema GPS con sistema di sincronizzazione PPS
2 Gb
Interfaccia di
comunicazione
USB,RS232
Protocollo di comunicazione
NMEA
PSDnorm [g/Hz]
Memoria
10
10
10
-7
-8
-9
-10
Processore embedded per pre-elaborazione, controllo e
acquisizione
Caratteristiche dell’accelerometro AGI-BA.
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
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de Devéloppement Régional
10
-11
10
-2
Spettro del 10rumore elettronico
10
-1
0
Frequenza [Hz]
10
1
Installazione dei sismometri
Segnale sismico registrato a Villa Pezzino (secondo piano) il 17 Marzo 2013
Accelerazione [g]
2
-5
10
Componente X
Componente Y
0
1
x 10
5
10
15
20
25
-3
0
-1
0
5
10
15
20
25
22
21.5
Power Spectrum Magnitude [g/Hz]
10
-2
0
Accelerazione Z [g]
10
10
10
21
0
5
10
15
20
Per frequenze minori di 10-4 Hz lo spettro
gravimetrico e quello dovuto alla temperatura
sono uguali
Temperatura [g]
-2
-3
Componente Z
10
-4
-5
-6
-7
25
tempo [h]
-8
10 -5
10
10
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)
Power Spectrum Magnitude [g/ Hz]
Temperatura [°C]
x 10
10
10
-4
Frequency [Hz]
10
-3
10
-6
-7
Le oscillazioni della struttura
hanno frequenze 10
maggiori
di 1 Hz.
-8
Componente X
Componente Y
Componente Z
-9
10 -3
10
10
-2
10
-1
Frequency [Hz]
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
di Sviluppo Regionale
Programme cofinancé par le il Fonds Européen
de Devéloppement Régional
10
0
10
1
-2
Correlazione tra dati sismometrici ed ondametrici
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
di Sviluppo Regionale
Programme cofinancé par le il Fonds Européen
de Devéloppement Régional
Comparazione dati sismometrici ed ondametrici 14 Marzo – 12 Aprile
2013
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
di Sviluppo Regionale
Programme cofinancé par le il Fonds Européen
de Devéloppement Régional
Comparazione dati sismometrici ed ondametrici 14 Marzo – 12 Aprile
2013
x
10
-6
CH1
14/03/2013; 11/04/2013
3.5
CH1 Xacceleration(g)
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
5
x
2.5
10
-6
10
CH2
15
tim e (day s)
20
25
14/03/2013; 11/04/2013
CH2 Yacceleration(g)
2
1.5
1
0.5
0
0
x
5
10
-7
10
CH3
15
tim e (day s)
20
25
14/03/2013; 11/04/2013
CH3 Zacceleration(g)
10
8
6
4
2
0
0
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
di Sviluppo Regionale
5
10
Programme cofinancé par le il Fonds Européen
de Devéloppement Régional
15
tim e (day s)
20
25
30
Comparazione dati sismometrici ed ondametrici 14 Marzo – 12 Aprile
2013
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
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Programme cofinancé par le il Fonds Européen
de Devéloppement Régional
Comparazione dati sismometrici ed ondametrici 30 Ottobre– 05 Dicembre
2012
CH5+CH3+CH2 30/10/2012;05/12/2012
Pressure(mbar) Acceleration(g)
0.1
Pressure
Yacc*1e4
Zacc*1e4
0.05
0
-0.05
-0.1
-0.15
5
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
di Sviluppo Regionale
10
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de Devéloppement Régional
15
20
time(days)
25
30
35
Strumentazione ausiliaria 1/2
Marca/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
Data-logger
Davis
Caratteristiche della stazione meteo
Davis.
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Marca/Modello Advantech/ARK-6310-3M04E
Caratteristiche
• 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
Strumentazione ausiliaria 2/2
Marca/Modello
Tipo installazione
Interfacce
Dimensioni
Evermore SA-320
Per esterno
RS422
Cilindro con diametro base 83.3 mm e
altezza 60 mm + ingombro cavo
Caratteristiche del ricevitore GPS
GPS
UPS
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
di Sviluppo Regionale
Programme cofinancé par le il Fonds Européen
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Marca/Modello APC/da rack.
Interfacce
RS232 (per il controllo di stato
della rete elettrica)
Numero prese 4
Caratteristiche dell’unità UPS
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.
Programa cofinanziato con il Fondo Europeo
di Sviluppo Regionale
Programme cofinancé par le il Fonds Européen
de Devéloppement Régional