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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



Sommario della presentazione

• Indicazioni generali del sistema di monitoraggio• Descrizione delle stazioni di misura microsismiche• Descrizione del sismometro• Descrizione della strumentazione supplementare• Conclusioni



I siti delle stazioni microsismicheBonassola

Lerici

Villa Pezzino

StazioneMicrosismica 1

Collegamentoad Internet






Server di elaborazionee stoccaggio dei dati

Collegamento ethernet




Boa Ondametrica


Collegamento wireless

Installazione temporanea per l'intercalibrazione



Schema delle Stazioni Microsismiche• Hardware per le stazioni sismiche:

– Sismometro AGI– Data-logger– Antenna GPS (esterna)– Stazione meteo (esterna)– UPS



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



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



Sismometro AGI



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



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



Correlazione tra dati sismometrici ed ondametrici



Comparazione dati sismometrici ed ondametrici 14 Marzo – 12 Aprile 2013



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




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



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



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



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.

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