Rilevatore di infrasuoni
Di seguito c'è la descrizione di un detector molto sensibile particolarmente indicato a rilevare le frequenze infrasoniche generate da movimenti sismici, tuoni, eruzioni, spostamenti di oggetti pesanti.
E' un progetto a basso-costo, realizzato con componenti di recupero.
Il trasduttore
I comuni buzzer piezoelettrici emettono suoni in conseguenza della deformazione generata dalla tensione applicata allo strato di cristallo (effetto Lippmann). Questi, però, sono dei componenti perfettamente simmetrici e, se vengono deformati, generano delle tensioni abbastanza elevate (effetto piezoelettrico diretto).
Se le deformazioni sono molto piccole, le tensioni sono ancora sufficienti ad essere utilizzate, previa amplificazione, per rilevare piccole vibrazioni.
Il sistema illustrato nella foto che segue, ha la funzione di rendere sensibile il sensore a frequenze molto basse.
Il sensore era in origine un buzzer di un telefono cordless, è facle trovarne in vecchi telefonini, giocattoli, gadget....
Il sensore è sospeso rigidamente su una base di robusto cartone pressato. Sulla corona esterna di questo è saldato il collegamento di massa.
Al centro, invece è saldato un rigido tondino d' acciaio che conformato in modo da sostenere alla sua estremità una piccola massa e al centro una paletta immersa in olio al silicone.
Il tondino d'acciaio chiude anche il circuito: un filo capillare è saldato tra questo ed il centrale del cavo schermato che raccoglie il segnale.
La massa sospesa ha la funzione di massa inerziale: se la base del sistema si muove, la massa inerziale tenderà a "star ferma" e solleciterà tramite il tondino il centro del sensore, provocando la deformazione e la conseguente creazione di una tensione sulle sue armature.
Questo è il prototipo del trasduttore completo.
Sopra è ben visibile il filo capillare che raccoglie il segnale del sensore piezoelettrico.
Il tappo in plastica è riempito olio al silicone (piuttosto denso). Ha la funzione di evitare che la massa sospesa continui a vibrare dopo la sollecitazione.
E' di fatto uno smorzatore. Va bene anche olio estivo per auto tipo 30W o 40W.
Un' altra vista del rilevatore.
Non ho fatto calcoli ma solo poca sperimentazione. Il sistema funziona in ogni configurazione.
Sicuramente è possibile fare delle ottimizzazioni giocando sui seguenti parametri:
Diametro del sensore
Lunghezza del tondino di sospensione
Massa sospesa
Densità dell' olio dello smorzatore
Dimensione e angolazione della paletta immersa nell' olio
Punto di applicazione della paletta sul tondino.
Se si ha tempo e pazienza c'è da lavorare parecchio.
Il circuito di amplificazione e allarme
Sino ad ora abbiamo visto il trasduttore.
Come già detto, per un' adeguata sensibilità, è necessario amplificare e condizionare il segnale.
Ho utilizzato 2 integrati LM358. Ognuno di essi contiene 2 amplificatori operazionali.
Il primo è impiegato come amplificatore non-invertente. Il suo guadagno è circa 20.
Il segnale amplificato, tramite un trimmer da 47kOhm che regola la sensibilità, va al rivelatore di picco (sencoda sezione del primo LM358) che integra i picchi in ingresso e fornisce una tensione positiva allo stadio seguente. Qui ho aggiunto un' uscita per permettere di osservare il segnale con un' oscilloscopio.
Il rivelatore a soglia compara il livello del segnale fornito dal rilevatore di picco, con una tensione ben definita e stabile ricavata dallo zener e dal trimmer da 22kOhm (controllo della soglia).
Tarando opportunamente sensibilità e soglia, vedremo accendersi il led collegato all' uscita 1 del secondo LM358 in corrispondenza delle sollecitazioni che riteniamo critiche.
Nella foto che segue, il rilevatore è sul tavolo e lo schermo dell' oscilloscopio mostra due passi nella stanza.
L' oscilloscopio in questione è un piccolo DSO cinese del costo di 15-25€.
Si presta molto bene a questa funzione.
Qui invece c'è la lussuosa versione "definitiva".
Il rilevatore è lo stesso, la realizzazione del circuito è passato dalla breadboard ad un piastrina millefori.
Ho incorporato anche un alimentatore a 10V (con un IC 7810) per permettere l'alimentazione da rete tramite un adattatore da muro (trasformatore-spina a 12VAC).
La base in sughero (coperchio di una scatola di un Cardenal Mendoza) da il giusto grip alla scatola di Ferrero Rocher che protegge il tutto. Se gli otto Ferrero Rocher si possono mangiare in circa 30 minuti, è sconsigliabile sbarazzarsi del Mendoza in così breve tempo.
Sopra la scatola è fissato un buzzer per l'allarme.
L'ultimo stadio del circuito, non precedentemente descritto, è un' integratore-temporizzatore, attiva il buzzer per tutto il tempo dell' evento più altri 20 secondi circa.
Attualmente, previa opportuna riduzione della sensibilità, il sistema è stabilmente sotto rete per segnalare eventuali scosse telluriche notturne e guadagnare qualche secondo sul risveglio per scuotimento.
In molti casi anche più di pochi secondi.