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[项目] 【Arduino 动手做】DIY 极其灵敏且便宜的 Arduino 地震仪

DIY 极其灵敏且便宜的地震检波器传感器
如何利用任何车间都能找到的零件免费自行制作地震检波器传感器。

检波器是地球物理学中用于探测地表运动的装置。它专门用于测量地震波，地震波由各种震源产生，包括地震和**。检波器通常由悬挂在弹簧上的重物和磁场内的线圈组成。当地震活动引起地面震动时，重物会移动，从而导致线圈在磁场中移动。这种移动会在线圈中感应出电压。

该信号随后被放大和滤波，然后被传输到计算机，在那里通过专门设计的软件进行可视化和记录，以便日后分析。遗憾的是，由于价格昂贵，这些传感器大多无法自行组装。这次我将向您介绍如何利用任何车间都能找到的零件，免费自制一个这样的传感器。

然而，其灵敏度丝毫不逊于商用检波器。该传感器甚至可以对所有方向的冲击做出反应，这使得它非常实用。换句话说，它可以替代许多不同类型的检波器。

我们只需要几个组件就可以制作它。

一个塑料容器，用于隔离传感器免受外界影响，最好是透明的（我使用普通的塑料盒来储存糖或咖啡）
从旧电子设备中取出的功率为几瓦的小型电源变压器
钕磁铁（我使用从旧 PC 硬盘上取下的磁铁）
厚度约1mm的铝板或铜板

以及一些必要的螺母和螺栓
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这次我们只制作检波器，在接下来的视频中，我会向大家展示信号放大器、滤波器以及A/D转换器的制作方法。我会尽量用最简单的方式，以便更多有意愿制作的爱好者能够轻松上手。我还将介绍如何设置一个简单的全天候监控软件来配合这款传感器使用。

现在我们开始制作传感器。首先，我们需要拆开变压器，实际上是将绕组与金属部分分离。

我们需要初级绕组，它包含更多匝数，并且线材更细。如果绕组用绝缘胶带包裹，则用欧姆表测量电阻最大的绕组。当然，我们也可以用直径 0.1 毫米的细漆铜线绕制 500 到 1500 匝来制作初级线圈。

这个绕组需要粘在盒子底部。然后，我们将绕组的两根细线引出盒子外面的一个小接线端子。接下来，我们将铝板粘在线圈顶部，铝板的形状应与线圈相同。这块铝板的作用是防止磁铁在地震后长期振荡，这个过程称为阻尼。当磁场穿过导体时，这种运动会在导体中感应出涡流。导体中的电子流动会立即产生一个反向磁场，从而导致磁铁的阻尼。

现在我们需要在盖子的中间安装弹簧，弹簧应该相对较软，长度约为容器长度的一半。

在弹簧的延伸部分，我们安装了一个一定长度的空心塑料棒，并在其末端拧入一个铁螺栓，用于将磁铁精确地定位在线圈上。我们将钕磁铁放置在这个螺丝上。

应调整弹簧+杆+螺钉+磁铁组合的长度，以便当盖子关闭时，磁铁悬挂在铝板上方约 1-1.5 毫米处。

如您所见，该传感器对来自各个方向和轴向的冲击均敏感。在垂直冲击（通常发生在震中附近）中，弹簧会做出反应；在水平运动中，摆锤可以 360 度全方位摆动。这种在所有轴向上均能响应的传感器价格昂贵，仅用于专业用途。这种自制的检波器可以使用尖钉或其他装置安装在地面上，以确保与地表良好接触。在某些情况下，检波器的埋置深度会有所不同。

最后简短总结一下：该传感器是最终项目的一部分，最终项目将是一个独立的地震仪，并显示探测点的地震相对强度。确定震中方向、距离和震级需要至少三个地震仪的协同工作，但这个主题将在另一个项目中讨论。

【Arduino 动手做】DIY 极其灵敏且便宜的 Arduino 地震仪图1

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驴友花雕 中级技神
楼主|

发表于 6 小时前

【Arduino 动手做】DIY 极其灵敏且便宜的 Arduino 地震仪

地震仪是一种用于探测和记录地震波（例如地震、火山爆发或其他地面振动源产生的地震波）引起的地面运动的仪器。地震仪基本上由两部分组成：一部分是传感器，用于探测地震并将其转换为电信号；另一部分是电子部分，用于放大、处理和记录微弱信号以供进一步处理。

在上一个视频中，我介绍了一种非常简单且经济的方法来制作一个非常灵敏的地震检波器传感器，该传感器能够探测全球范围内的地震。这次我将继续介绍电子部件，它与传感器一起构成了一个完整的家用地震仪。在制作过程中，我将使用现成的模块和微控制器，因此无需具备丰富的电子领域知识和经验。

首先，我们来谈谈放大器。传感器线圈中感应的信号非常微弱，因此需要放大。为此，我使用了一个带有 LM358 IC 的小模块，它能够将微弱信号放大高达 10000 倍。我们可以使用这两个电位器来调节增益。

这样的模块价格很低，不到1美元，所以我没有制作这个部件。不过，如果您愿意，可以用一个简单的运算放大器IC和几个电阻来制作。模块的两个电位器位于中间位置，安装过程中我完全没有移动它们，而且我在Amaseis软件中精确定义了整个系统的放大倍数，稍后我会详细介绍。我们通过轻轻按压垫片来测试这个放大器的功能，此时一个小的红色LED应该会短暂亮起。

接下来我们来关注Arduino微控制器的部分。也就是说，需要对信号进行处理，去除滤波器产生的噪声和不必要的成分，然后将其转换为PC软件可识别的形式（从模拟信号转换为数字信号）。为此，我们将“nerdaqII”代码上传到Arduino。

NERdaq 是新英格兰研究中心开发的数据采集系统，用于支持学校中基于弹簧式弹簧的地震仪。该数据采集系统基于 Arduino 开发板构建，将 16 位（过采样）数据流传输到 USB 端口；数据采样率约为 18.78 次/秒。Arduino 代码可供无限使用。在 Arduino 上安装代码遵循标准流程。在 Arduino IDE 的工具菜单中，选择 Arduino Nano 和相应的 COM 端口。然后，打开并找到包含 nerd 软件的文件夹，并选择 nerdaqII.ino 文件。现在，我们按下上传按钮，上传完成后，Arduino 部分就完成了。整个组件的功耗非常低，因此无需外部电源，而是通过计算机的 USB 端口供电。来自 Arduino 微控制器的信号通过 USB 转串口传输到 Amaseis PC 软件。该软件实际上执行信号可视化及其记录以供进一步处理。

现在我们需要安装Amaseis软件。然后我们启动它并进入设置-此站-输入该地点的名称、经纬度。

- 接下来，在设置 - COM 端口 - 我们输入 Arduino 连接到的 COM 端口，在我们的例子中是 COM4。

- 然后，在设置 - 设备 - 我们选择 SETUPK1，

在 SET Zero Level 中我们输入 32768。

我们需要设置过滤器、图表一行的持续时间和增益。
为此，我们进入设置和螺旋仪——水平时间限制表示图表每条线的持续时间。如果我们保留1小时，则整个图表包含过去24小时的数据。
我们根据信号的幅度调整增益值，在我的情况下是 25。
接下来我们设置低通和高通滤波器，现在就这样，我们重新启动软件并开始记录。
- 在软件运行过程中，我们可以不断更改这些设置。我们还可以放大图表，分析特定时间段的图表。

除了基本功能外，您还可以通过分析菜单找到更多有用的功能。

在这里，我们可以回到某个日期和某个之前的时间来分析某个事件
前一时期的数据位于文件夹中，一年内文件大小不超过 1GB。
我们还可以选择并放大特定时期，例如地震发生时
我应该提到，您还可以从 IRIS 研究所下载该应用程序的最新 JAVA 版本Jamaseis ，它也可以在线运行，但这次我使用了 Amaseis，因为这是一个独立的本地地震仪。

如您所见，包括传感器在内的所有组件都安装在坚固的底座上，可以使用三个螺母将其调平，然后放置在坚固的表面上。

过去 6 年来，我一直在我的旧电脑上积极使用这个地震仪，从来没有出现过软件阻塞或类似的问题

最后，简短总结一下。到目前为止，我已经搭建了多种类型的地震仪，至少是那些适合自行搭建的，因此我对它们的灵敏度和实际使用有着相对丰富的经验。我可以自信地保证，这是你能在网上找到说明书的最灵敏、最便宜、最容易搭建的地震仪。当然，它并非专业仪器，其用途是相对显示当地地震的强度。此外，它还是一款非常棒的设备，可以成功地用于教育培训。正如我之前提到的，我已经连续使用它超过6年了，每次发生大地震，我都会在我的Facebook主页（Mirko Pavleski）上发布一份地震报告。一段时间后，我积累了经验，现在一看到地震图，就能粗略地判断它是本地地震还是远震，以及它的相对强度和其他特征。值得一提的是，该地震仪可以探测到全球任何地区发生的里氏7级以上、深度超过50公里的地震。

【Arduino 动手做】DIY 极其灵敏且便宜的 Arduino 地震仪图1