ラズパイ震度計

特徴

  • 部品は秋月やマルツ等で買えるものだけ。
  • ハンダ付け不要、配線するだけ。
  • 震度1から測定可能。
  • スクリプトはオープンソースで公開。

材料と制作方法

注意点

  • 自己責任でお願いします。
  • 電気工学の知識が乏しいため、動作してはいますが不適当かもしれません。
  • 各部品の特徴や、電子部品の説明書は必ず確認してください。
  • とくに電解コンデンサは向きに注意してください(破裂等の恐れがあります)。

制作方法

材料

名前 個数 リンク 価格 用途
Raspberry Pi 3 Model B 1個 旧モデル可。ACアダプタ、microSD別途
ブレッドボード 1枚 BB-801(例) \200
加速度センサ KXR94-2050 1個 KXR94-2050 \850
A/Dコンバータ MCP3204-BI/P 1個 MCP3204-BI/P \380
ジャンパーワイヤ オス-メス 6本 秋月 C-08933(例) \220 (10本) RasPiとボード間の配線に使用
ジャンパーワイヤ 適量 秋月 P-00288(例) \400 (140本) ボード上の配線に使用
定電圧レギュレータ 3.3V 1個 LP2950L-3.3V(例) \20 電圧安定化
ショットキーダイオード 1個 1S4(例) \20 レギュレータ逆電圧保護
コンデンサ(0.1μF) 4個 秋月 P-04064(例) \100 (10個)
コンデンサ(1μF) 1個 秋月 P-08150(例) \20 電解コンデンサ可
コンデンサ(3.3μF以上) 1個 秋月 P-10590(例) \10 セラミックコンデンサ可

配線例

(写真注:ショットキーダイオード未配線、電解コンデンサの位置にセラミックコンデンサを置いています)

  1. 定電圧レギュレータ前後のコンデンサ
    • 発振防止と電圧安定化のために使用します。
    • データシートでは3.3μFの時にノイズレベル最小のようです。10μFや470μFなどでも精度は確保できます。
  2. A/Dコンバータ直前のコンデンサ
    • ノイズ除去のために使用します。データシートで1μFが推奨されています。
  3. センサ出力のコンデンサ
    • ローパスフィルタに使用します。

震度の算出

震度の算出方法

  1. 3軸の合成加速度(ガル)を算出
    1. 3軸サンプリング
    2. フィルタ(後述)適用
    3. 加速度[gal]に変換
    4. 3軸の合成加速度[gal]を算出
  2. 震度を算出
    1. 5秒間のうち0.3秒間継続した合成加速度[gal]を算出 (※5秒分の合成加速度を降順ソートしたときの0.3秒目の値)
    2. 2 * log10(gal) + 0.94 で震度を算出(galは0.3秒間継続した合成加速度[gal])

フィルタ特性

  • 計算方法
    • 指数平滑値 = 前回の指数平滑値 * 0.94 + 今回のサンプル値 * 0.06
    • フィルタ後のサンプル値 = 指数平滑値 – 直近200サンプル(1秒)の平均値
  • フィルタ特性: 下図(JMA filterは気象庁の震度計算のためのフィルタ特性)

フィルタ特性による震度誤差