日期： 103年11月29日(星期六) 地點：東吳大學第一教研大樓源流講堂 蕭先雄________________________

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1 日期： 103年11月29日(星期六) 地點：東吳大學第一教研大樓源流講堂 蕭先雄________________________
第三屆數位化科學實驗研討會 自然領域數位化科學實驗演示教學 地震的數位量測 捕震網創意動動腦 日期： 103年11月29日(星期六) 地點：東吳大學第一教研大樓源流講堂 蕭先雄________________________

2 捕震網 Quake-Catcher Network(QCN)
地震的數位量測 捕震網 Quake-Catcher Network(QCN) 捕震網(QCN, Quake Catcher Network)是一個「志工型」的地震觀測網，由美國的史丹佛大學(Stanford University)以及加州大學溪邊分校(U.C. Riverside)兩位年輕學者共同發起，希望藉由日漸普及的筆電內建加速度計和簡易且低價的 小型USB微機電(MEMS)強震儀，搭配連上網路的電腦，建立一個世界最大、造價卻很便宜的強震觀測網。除了研究和教育用途之外，也可用於即時警報和地震減災上。 Elisabeth S. Cochran Jesse F. Lawrence

3 「台灣地震科學雲端學習平台」 中央研究院物理所網格計算團隊及地球科學所參與美國的 QCN計劃, 在國內合作共同建置.
地震的數位量測 「台灣地震科學雲端學習平台」 中央研究院物理所網格計算團隊及地球科學所參與美國的 QCN計劃, 在國內合作共同建置. 規劃成立「校園捕震網」(Quake Catcher Network, QCN) 在校園安裝小型微機電地震儀作為研究用途， 可提供地震科學教育平台，可以即時親身體驗該校地表振動 的情形，啟發學生的探究的本能 利用捕震網結合志工及學校參與地震監測，透過課程設計與 雲端科技將防災教育生活化、平民化。

4 地震的數位量測 Palert即時地震震度 Wu et al., 2013 Liang et al., 2013

5 捕震網 Quake-Catcher Network
地震的數位量測 捕震網 Quake-Catcher Network 附加微機電加速度感測器的個人電腦 Sensor + driver 志工地震站 柏克萊開放式網路計算平台 BOINC 捕震網 雲端系統 ｢捕震網｣仰賴網路志工的協助，透過開放式網路計算平台的調配，將各地的地表振動訊息送達台灣｢捕震網｣雲端系統，這些資訊可與所有志工分享。

6 台灣捕震網線上波形互動系統 QcnLive
地震的數位量測 台灣捕震網線上波形互動系統 QcnLive P S PGA

7 捕震網創意動動腦 利用加速度計測得地震的強度 加速度計： 問題 1: 是什麼? 加速度是什麼? 加速度的單位是 長度除以時間的平方,
地震的數位量測 捕震網創意動動腦 利用加速度計測得地震的強度 加速度計： 問題 1: 是什麼? 加速度是什麼? 加速度的單位是 長度除以時間的平方, 例如: 公尺/秒/秒(m/s2)(m/s/s), 公分/秒/秒(cm/s2)(m/s/s), 或 g(=9.8m/s/s/) 問題 2: 與地震強度的關係

8 先回答問題2： 與地震強度的關係. 加速度, 強度,與震源相隔距離的關係 地震的數位量測
先回答問題2： 與地震強度的關係. 3-Axis Accelerometer(3D-BTA) accuracy m/s^2(0.05g) resolution : 12-bit 0.037m/s^2 加速度, 強度,與震源相隔距離的關係

9 問題1： 電容性微機電線性加速度計的結構(MEMS) http://www.doc88.com/p-671609173303.html
地震的數位量測 問題1： 電容性微機電線性加速度計的結構(MEMS)

10 結構與原理 I 類似彈簧的彈性結構(成指叉狀或梳子狀)
地震的數位量測

11 地震的數位量測 結構與原理 II a = x m ---- k

12 結構與原理 III 地震的數位量測 兩個電容,c1, cc,為一組, 共有三個 電極板, 分接+V0, -V0與基板.
基板輸出電壓, 也是彈簧與慣性體的合體, 會隨加速度而有位移 +V0, -V0 電極板為固定, 不會位移. ADXL05一共有46個電容組, 而d~1.3μm 全部電容分成兩大組(+V0, -V0)互相並聯, 圖中的x1 = d – x, x2 = d + x ; x是加速度所 造成的位移 .

13 地震的數位量測 結構與原理 IV

14 方向垂直的三個加速度計組合成最後的測震儀: ax , ay , az
地震的數位量測 方向垂直的三個加速度計組合成最後的測震儀: ax , ay , az

15 萬有引力, 與加速度無關. 屬於自然界的4種基本作 用力之一
地震的數位量測 力產生加速度計x, y, z方向的位移 但是此力有兩種: 重力(重量)： 在地球表面是垂直地面(z)的方向. 萬有引力, 與加速度無關. 屬於自然界的4種基本作 用力之一 慣性力： 與加速度有關. 由結構來看, 實際上微機電測震儀或”加速度計”測到的是以上兩種力的 和. 地震造成測量儀器的運動狀態改變, 位置 速度 加速度(測) 因此要扣掉重力對加速度計的影響, 才是我們要的結果.

16 在地球上,重力(重量)與質量成正比: 重量= 質量x重力加 速度值, w = mg, 在地球表面g是一定值 9.8m/s/s.
地震的數位量測 如何扣掉重力(重量)? 在地球上,重力(重量)與質量成正比: 重量= 質量x重力加 速度值, w = mg, 在地球表面g是一定值 9.8m/s/s. 因此將加速度計得到的結果扣掉此值就是來自地震的效 應, 由對應表就能得地震強度.

17 NASA U.S.A. 微重力計劃 地震的數位量測 C-98拋物線飛行軌跡

18 地震的數位量測 每次進行拋體飛行可以提供的重力環境與時間: 負g(-0.1地表g): 15秒 零g: 25秒 月球g(1/6 地表g): 40秒 火星g(1/3 地表g) : 30 秒

19 地震的數位量測

20 地震的數位量測 捕震網創意動動腦 開始

21 動動腦第一項 超小電腦--- Raspberry Pi
地震的數位量測 Raspberry Pi是一款700MHz/512MB ，功能完整、大小如 信用卡的電腦。 相合的作業系統是 Debian/Linux，5V/1A電源輸入、兩個 USB埠、HDMI/Video/顯示輸出、一個音源輸出、一個SD 卡插口、一個網路埠、26pin的GPIO，價格35美金。 時代週刊選取2012年每種十大， Raspberry Pi獲選為其 一。 Raspberry Pi的發明人Eben Upton，獲得MIT 的TR35獎。 蕭先雄 /1/14

22 8台Raspberry Pi架成8個台灣捕震網的監測站
地震的數位量測 8台Raspberry Pi架成8個台灣捕震網的監測站 候風地動儀(1912)

23 小電腦--- 便宜 功能完整 QCN raspberrypi的狀態監控，用了ganglia這個軟體來監控並 統計資料。
小電腦--- 便宜 功能完整 地震的數位量測 QCN raspberrypi的狀態監控，用了ganglia這個軟體來監控並 統計資料。 它還可用web server看即時的狀態，可以連到這網頁： 當跳板的raspberrypi IP是 2001 再連線到另外七台在實驗室的機器，此處2001為編號一號機 器，另外六台依序為2002到2007。

24 再動動腦 兩個實做項目 利用qcn-感測器+QcnLive或小電腦量測擺動的鐵尺 上某一點的加速度(ax, ay, az )：
地震的數位量測 利用qcn-感測器+QcnLive或小電腦量測擺動的鐵尺 上某一點的加速度(ax, ay, az )： 遙控車= 2台Raspberry Pi + qcn感測器 + webcam+2個電動馬達 + 2個NPN3極體+4 雙向電子 開關 ay 電腦模擬(請在網站觀看: ax

25 實作 地震的數位量測

26 地震的數位量測 請在網站觀看:

27 raspberry pi 的應用 請在網站觀看:
地震的數位量測 相簿: 遙控車