DIY
DIY一个更好的地震仪
作者通过自己动手搭建了一个水平摆动式地震仪来探测远处的地震，克服了传统小型地震仪检测能力不足的问题，并成功记录下了远距离地震信息。
为了探测遥远地区的震动，长周期地震仪是最佳选择
这个地下室地震仪相对紧凑，但仍然足够灵敏，可以检测到来自遥远地震的低频振动。
我住在地质学上相对稳定的美国东海岸，所以我能期待到的唯一地震就是发生在遥远地方的地震。不幸的是，来自远处地震的信号具有相对较低的振动频率，而树莓摇晃中的紧凑型地觉传感器则针对更高的频率设计。
我最初考虑过其他类型的 DIY 地震仪，但它们体型庞大笨重，这让我感到失望。但是我对 Raspberry Shake 的失望促使我构建了一个折衷方案的地震仪：它的尺寸不大(约 60 厘米)，并且其共振频率(约 0.2 赫兹)足够低，使其能够更好地检测远处地震。
我的新设计是一种水平摆动式地震仪，它包含一个水平摆动(或几乎如此，因为它是略微倾斜的)。想想一扇门，它的两个铰链不完全垂直对齐。它在中间有一个稳定的位置，但当被推 nudge 时，恢复力很弱，因此门会缓慢地来回振荡。
我的地震仪的核心是一个 60 厘米长的铝挤压件。或者也许我应该称之为龙骨，因为这个地震仪也有一个类似于桅杆的部件，也就是另一段约 25 厘米长的铝挤压件，连接到龙骨的一端并直立向上。在桅杆下方并附着在龙骨底部的是一块铝横梁，它防止地震仪倾倒。
摆锤(让我们称之为 Boom，以保持我的航海类比)是一根从 0.375 英寸方铝材中切割的 60 厘米长的条形棒。 在一端，我用塑料电缆扎带将一块 2 磅重的铅重物 (用于潜水带) 附着在上面。
为了使 boom 能自由摆动而不产生过多的摩擦，我在未加重的末端钻了一个孔，并将打磨工具的硬质钢尖插入其中。那个锋利的尖端依靠着一个固定在桅杆上的小钢板上的浅凹陷。为了支撑 Boom，我使用了一些来自自行车的换档索，通过将它环绕在几个经过战略性钻孔的孔中并用金属套筒锁定末端来固定东西。
建立地震仪对振动的响应是端部重量[左上]和阻尼磁铁[右上]的作用。磁体也与霍尔效应传感器[右中]一起使用，该传感器由微控制器[左中]读取。数据存储在带有实时时钟的记录板上[底部]。
我还制作了一些其他小的物理部件，包括平衡脚和一个 U 形支架，以防止 boom 偏离平衡状态。但是主要的挑战是如何感应地震引起的 boom 运动以及如何防止它无限期地振荡。
大多数 DIY 地震仪使用磁铁和线圈来感应运动，因为移动的磁铁在固定线圈中感应电流。这对于长周期地震仪来说是一个棘手的问题，因为它相对运动非常缓慢，因此只会产生微弱的电信号。我网上看到的更复杂的模型之一要求一个 LVDT(线性可变差动变压器)，但是这样的设备似乎很不容易找到。相反，我采用了我在任何其他自制地震仪中都没有见过的策略：使用霍尔效应磁力计来感应位置。我只需要将一块小钕磁铁固定在 boom 上，并且将一块廉价的霍尔效应传感器板放置在其下方即可实现工作。它非常有效。
最后，挑战是减振。如果没有它，摆锤一旦被激发就会持续振荡太久。我的初步解决方案是用一个浸入粘性液体(即油)中的铝叶片来附着在 boom 上。这确实起作用了，但我能预见油污会很快出现。
所以我在另一个方向上进行了调整，并构建了一个磁性阻尼器，它通过让铝叶片穿过强磁场来工作。 这会在叶片中感应反向运动的涡电流。从视觉上看，金属就像被困在一个粘稠液体中一样。 这里的挑战是制造一个很好的强磁场。为此，我收集了我手头的所有钕磁铁，将它们拼接在一起成一个 U 形钢架，并将磁铁固定在框架上，模仿蹄形磁铁。这工作得很好，尽管我的地震仪仍然有点欠阻尼。
与复杂的机械装置相比，电子部分的构建非常容易。我使用了 9 美元的测绘数据板，它设计用于接受 Arduino Nano，并且包括实时时钟芯片和 SD 卡插槽。 这使我可以每 0.1 秒记录霍尔 传感器数字输出并将其存储到 microSD 卡上。
我的自制地震仪记录了大约1,500公里外发生的地震的痕迹，大约从17：27开始，到17：37结束。
第一次良好测试是在2024 年 11 月 10 日，当时 6.8 级地震袭击了古巴海岸附近。 通过查阅共享 Raspberry Shake 数据的全球库，我可以看到佛罗里达和南卡罗来纳州的装置很容易捕捉到这场地震。 但位于北部(包括我在北卡罗来纳州附近的)的设备却没有。
然而，我的水平摆动式地震仪毫不费力地记录了 6.8 级地震。 事实上，当我第一次查看我的数据时，我认为巨大的幅度一定反映了一些严重的故障！ 但是与附近研究级地震仪的迹象进行比较后，我发现这些波在我的车库中到达的时间完全相同。 我甚至还能分辨出大地震前大约一个小时发生的 5.9 级前震。
我的新地震仪既不像许多长周期仪器那样庞大笨重，也不像体型太小(这样会降低其对远方地震信号的敏感度)。 在我看来，这个设计刚刚好。
本文译自 IEEE Spectrum，由 BALI 编辑发布。