[科普]用Raspberry Shake检测地震

基于树莓派的地震仪甚至能够检测到远处的地震。

我只感受过一次地震，那是1985年纽约北部发生的4级地震。看到新闻报道时，我才意识到凌晨6点将我摇醒的实际上是一次小地震。

从那之后，有许多次地震引起我脚下的地面震动。只是这些震动沿地球传播了很远，（很幸运地）太小了，以至于感觉不到。不过，如果有一个灵敏的地震仪，我就能够测量这些地震。

最近我决定尝试一下。在网上搜索后，我发现有不少自制地震仪的资料。基本上都是将磁体附着在一个重物上，并在附近布置拾波线圈。重物是悬挂的，当地面震动时，它能基本保持静止。地震动会使线圈振动，基于线圈在磁铁的磁场中的相对运动产生感应电压。问题是，我看到的自制地震仪设计都是又大又笨重的装置，因此我想是否可以用地震检波器制作一个小巧的地震仪。

这台以树莓派为基础的地震仪有一个防水外壳可免受恶劣天气的影响。

地震检波器通常用于石油和天然气行业的地震勘测，用人工生成的地震波来探测地下的情况。在陆地上，通常使用震源工程车来完成这项工作。它们产生的地震波从岩石层反射回来，用地震检波器来拾取这些地震波。

在eBay上，地震检波器的价格并不高。我很快意识到，问题是地震检波器并不是设计用于拾取远处地震的低频远震波的。这些远震波的频率范围大约为每秒一个周期（1赫兹）到几秒一个周期。大多数地震检波器都设计用于测量10赫兹以上的频率，最低频率的型号一般可达到4.5赫兹。

不过，进一步的调查发现，通过一些巧妙的电子信号调理，可以将地震检波器的测量范围扩展到较低频率。发现有人先我一步时，我准备开始实施这一策略。实际上，大多数业余地震学家群体都在使用一种名为Raspberry Shake的设备，该设备以树莓派为基础，是2016年位于地质构造活跃的巴拿马的一个团队开发的。Raspberry Shake的应用已经拓展到全球共享地震数据的用户，甚至一些专业的地震学家也会使用Raspberry Shake，因为作为地震仪，它们的价格低廉。

Raspberry Shake系列提供了多种配置。我花了大约175美元买了一个最基本的套装。该套装包括一个地震检波器和一个可连接树莓派的传感器板。我用的是树莓派Model 3B+。

所需的电子器件包括一个地震检波仪(左上)、一个信号调理和A/D版(中上)、一个Wi-Fi适配器(右上)和一个树莓派Model3B+(底部)。

我将该设备放在了一个防水外壳里，我在外壳上安装了穿板连接器，一个用于连接5伏电源，另一个作为USB连接器，这样我就可以插入一个与树莓派物理分离的Wi-Fi适配器。（使用Raspberry Shake时，建议不要使用3B+型号的内置Wi-Fi，因为它可能会产生数据毛刺。）

和大多数树莓派项目一样，设置Raspberry Shake时，我遇到了“Linux之神 ”的一些“魔咒”。在这里，实际上只有两个挑战。一是准备一个带有操作系统和Raspberry Shake软件的SD卡。我使用安装文档中描述的第一种方法，失败了，但它提供的另一种方法系统运行良好。

第二个挑战是安装Wi-Fi适配器。我购买的第一个适配器，据说适用于Linux，但失败了。好在我手头的一个旧适配器还可以使用。由于担心Wi-Fi问题，我第一次在客厅测试了Raspberry Shake，直接连接到了路由器。Raspberry Shake采用了所谓的无头配置，即不需要显示器，可以远程使用SSH或通过漂亮的Web界面与其连接。因此，我很快就看到了Raspberry Shake正在记录的数据。

它在记录人们在我家周围走动引起的震动时，奇怪地出现了数据丢失。检查后，我发现问题出在我使用的电源适配器上，它提供的电流不够大。更换了电源适配器后，数据中断问题就消失了。

此时，我将设备安装在了我家独立车库的水泥地上，我认为这个位置不会出现有人在房子周围走动的信号。然后，我让它采集数据，直到世界上某地报告一次大到可能被探测到的地震。

2023年8月29日，Raspberry Shake的发源地巴拿马发生了5.5级地震。我在一个网页中查阅了北卡罗来纳州我家附近的一个科学级地震站记录的数据。这表明，这次地震的微弱信号到达了我所在的地区。

但是，我查看了Raspberry Shake记录的数据，发现它没有显示匹配的信号。我很失望，但也并不意外，毕竟5.5级不是很强的震级，而且这次地震发生在近3000公里之外。

我调查了其他一些联网Raspberry Shake记录的这次地震数据。距离巴拿马最远且记录良好信号的地方是波多黎各。巴拿马地震的地震波显然太小，美国大陆的Raspberry Shake无法测量到。

那次以后，智利发生了更大的地震（6.2级）。地震震级采用的是对数，因此它的振幅是巴拿马5.5级地震的5倍。不过此次地震的距离要远得多（约7400公里）。我的Raspberry Shake也没有记录到这次地震的震动。

利用Raspberry Shake的Web界面查看记录的数据很方便，可呈现地震学家所说的可见记录格式。这部分数据包括2023年9月6日智利一次中等规模地震的远震波到达记录地点的数据，时间约为协调世界时时间23:59，如绿色轨迹(底部)中14分钟标记所示。不过在这一点，作者没有看到明显的地震信号。

因此我还在等一次较大的地震。很幸运的是，在我所在的东海岸，我只能看到车库地震仪上的信号，而不是街上的一堆瓦砾。

作者：David Schneider