Arduino Nano로 만드는 고감도 저가 지진계 - DIY 지진 감지기

부품 및 소모품

부품	수량
Arduino Nano R3	1
연산 증폭기 IC TL061	1
저항 10k옴	2
저항 1M옴	1
세라믹 디스크 커패시터, 39pF	1
소형 1-2W 트랜스포머 2차 코일	1

필요 도구 및 기계

• 납땜 인두 (일반)

앱 및 온라인 서비스

• Arduino IDE

프로젝트 소개

지진계는 지진을 감지하고 그 강도를 측정하는 장치입니다. 기본적으로 매우 정밀한 기기라 자작이 비교적 어렵습니다. 상용 센서는 매우 비싸고, 저가 전자 충격 감지 모듈은 이 목적에 충분한 감도가 없습니다.

아래 글과 영상에서는 저렴하고 비교적 쉽게 DIY할 수 있으면서도, 고가 상용 기기와 비교할 만한 성능을 가진 장치 제작 과정을 보여드립니다.

지진계는 두 부분으로 구성됩니다: 기계적 진동 감지부와 전자부. 전자부는 진동을 전기 신호로 변환, 증폭, 디지털화하여 PC 데이터 로깅 소프트웨어로 시각 모니터링합니다.

진동 → 전기 신호 변환

영구 자석을 가동부로, 많은 권선의 솔레노이드를 고정부로 사용하여 자석의 움직임을 전기 신호로 변환합니다. 이 프로젝트에서는 1.8W 소형 메인 트랜스포머의 1차 권선(저항 1.2k옴)을 사용했습니다. 이 코일에 알루미늄 판을 접착해 움직이는 자석의 진동을 감쇠시키는 "렌츠 효과"를 이용했습니다.

신호 증폭 및 디지털화

다음 모듈은 이 신호를 증폭하며, 저잡음 연산 증폭기(TL061, NE5534 등)나 계측용 연산 증폭기(OP07, OP27, LT1677 등)를 사용합니다. 외부 전원 공급 시 구형 741도 잘 작동합니다.

증폭된 아날로그 신호는 Arduino 마이크로컨트롤러의 A0 입력으로 들어갑니다. Arduino는 사실상 아날로그-디지털 변환기 역할을 합니다. 테스트용으로는 Arduino 예제 'AnalogInOutSerial'을 쓸 수 있지만, 최적은 'NERdaq' 코드입니다.

NERdaq은 New England Research에서 학교용 슬링키 기반 지진계 지원을 위해 개발한 데이터 수집 시스템입니다. Arduino 기반으로 16비트(오버샘플링) 값을 USB 포트로 스트리밍하며, 약 18.78샘플/초로 샘플링합니다. Arduino 코드는 무료로 사용 가능하며 여기서 다운로드 가능합니다.

이 코드에는 지진계 전용으로 개발된 여러 필터가 포함되어 있습니다. 처리된 신호는 시리얼 프로토콜을 통해 데이터 로깅 소프트웨어로 전송되어 저장 및 시각화됩니다.

데이터 로깅 소프트웨어

이 목적에 가장 좋은 무료 소프트웨어는 "Amaseis"와 최신 "JAmaseis" (Java Amaseis)입니다. 다운로드 링크:

• Amaseis
• JAmaseis

JAmaseis를 사용하면 실시간 데이터를 IRIS 서버에 업로드할 수 있습니다. 제 지진계의 실시간 데이터 예시: https://geoserver.iris.edu/content/mpohr

위 사진은 제 지진계와 우리 도시 공식 지진관측소의 기록 비교입니다. 매우 약한 진동인데 두 지진파형이 거의 차이가 없어, 이 자작 저가 지진계의 감도와 정밀도를 입증합니다.

다음 사진은 진앙에서 220km 떨어진 곳에서 제 지진계가 기록한 그리스 규모 5.2 리히터 지진입니다.

이 기기는 공기 흐름에 매우 민감하므로 적절히 보호해야 합니다.

마지막으로, 제가 직접 발명하고 특허낸 완전히 새로운 센서 설계로, 매우 민감하면서도 제작이 간단합니다. 이전 지진계 제작 경험을 바탕으로 설계했습니다. 제 영상 채널에서 다른 자작 지진계들도 보실 수 있습니다:

• DIY 단순 저가 압전 지진계
• 10달러 민감 지진계
• DIY 레만 지진계
• DIY 수평 진자 지진계
• DIY AS1 지진계
• TC1 수직 지진계

위: 2018년 8월 19일 피지 지역 지진, 수천 마일 떨어진 곳에서도 감지됨

코드

NERdaq 코드 사용 (다운로드만 가능, 미리보기 없음)

회로도