Schaltung: DIY-Seismograph

Erdbeben und andere seismische Ereignisse – von Naturkatastrophen bis hin zu menschlichen Aktivitäten – direkt von Ihrer Werkbank aus erfassen? Dieses DIY-Seismograph-Projekt aus dem Jahr 2007 nutzt einen empfindlichen Vibrationssensor zur Überwachung von Erschütterungen, einschließlich solcher, die für den Menschen zu subtil sind, um sie zu spüren.

Naturereignisse wie Erdbeben, Erdrutsche und Meteoriteneinschläge erzeugen seismische Wellen, die sich über die Erdoberfläche ausbreiten. Im Fall starker Erdbeben können diese Vibrationen die Erde mehrfach umrunden, bevor sie vollständig abklingen. Seismische Aktivitäten können jedoch auch durch menschliche Einflüsse entstehen, etwa durch Erdgasförderung oder Nukleartests. Obwohl diese menschengemachten Erschütterungen in der Regel zu schwach sind, um aus der Ferne gespürt oder gehört zu werden, lassen sie sich mit einem hochsensiblen Vibrationssensor dennoch nachweisen – genau wie mit dem Sensor, den Gert Baars in seinem DIY-Seismograph-Projekt verwendet.

Wesentliche Schaltungskomponenten

Traditionelle Seismographensensoren verwenden ein Masse-Feder-System zur Erfassung von Vibrationen, doch diese sind komplex, teuer und erfordern eine Dämpfung, um langanhaltende Schwingungen zu verhindern. Als einfachere Alternative wurde in diesem Projekt ein kleiner 0,5-W-/8-Ω-Lautsprecher (8–12 cm Durchmesser) zweckentfremdet und als Vibrationssensor verwendet. Durch das Auflegen eines Gewichts auf die Membran bewegt sich der Lautsprecher bei Bodenerschütterungen, während die Masse durch ihre Trägheit den Bewegungen widersteht – so entsteht in der Spule eine Spannung. Dadurch funktioniert der Lautsprecher als kostengünstiger und empfindlicher Seismikdetektor.

„Das Signal vom Lautsprecher wird zunächst verstärkt und durch einen Filter geleitet, um Brummspannungen zu eliminieren und das Rauschen zu verringern“, erklärte Baars. „Anschließend wird das Signal dem ADC-Eingang eines ATtiny-Microcontrollers zugeführt. Nach der Wandlung überträgt der Mikrocontroller das Signal über eine serielle Verbindung an den Computer. Ein auf dem PC oder Laptop laufendes Programm stellt die Daten grafisch dar, sodass der Benutzer Zeit und Stärke der seismischen Aktivität ablesen kann. In zwei kleineren Fenstern werden in Echtzeit die Amplitude und das Frequenzspektrum des Signals angezeigt.“

Die in Assembler geschriebene Software im Mikrocontroller hatte die einfache Aufgabe, auf Anfrage das ADC-Ergebnis zu übertragen. Da der verwendete Controller über keine UART verfügte, wurde dies durch zusätzliche Software realisiert. Die PC-Anwendung wurde in der Programmiersprache Delphi entwickelt.

Technische Daten:

• Bandbreite: 0,5 bis 25 Hz (50 Abtastungen/Sekunde)
• Empfindlichkeit: ab wenigen Mikrometern (μm)
• Sensorelektronik wird über den PC mit Strom versorgt
• Serielle Schnittstelle: 2400 Baud, 8 Bit Datenübertragung

Das Seismograph-Projekt

Der Artikel „Seismograph: Loudpseaker as Vibration Sensor,“ erschien in Elektor, Ausgabe Mai 2007. Sie können den Artikel zwei Wochen lang kostenlos lesen, beginnend mit der Veröffentlichung dieser Nachricht. Wenn Sie ein eigenes Projekt starten, teilen Sie Ihre Fortschritte gerne auf der Elektor Labs-Plattform!