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用電子學破解地震預測儀器?

反光鏡
·Jan 3
先前有幾則新聞提到某位在台灣預測地震的「專家」被中央氣象局開罰,該專家還在節目上振振有詞的說「是因為預測準所以被開罰」。基於好奇心,我就去研究了一下這位「地震預測專家」究竟是何方神聖,然後用甚麼方法來預測地震。
若不是為了闢謠,說真的,我連他的謠言網站都懶得放:
https://quakeforecast.blogspot.com/
首先,我先強調我只是電機小渣渣,不是地科專業的。那為啥我可以很篤定這位專家在說謊?因為他聲稱他「研發」的預測地震機器,裡面的材料剛好「我熟」。
那個材料的特性跟預測地震一點屁關係都沒有
唯一值得鼓勵的是(?),他很好心的把地震預測儀器製作的材料放在網站上。我不知道他這樣是要別人打臉他還是怎樣。反正我們來看看究竟他用了甚麼材料。我來一個一個解釋:
1.Arduino Uno with USB cable (不到1000元)
就只是個Arduino板+USB線而已,除了作為嵌入式系統之外,主要是作為ADC(類比數位轉換)使用。基本上量測任何訊號都會有個ADC搭配。
科普:ADC(analog-digital converter),日常生活中的訊號都是類比(analog),也就是數值是連續的。但要給人類方便觀察,需要儲存在機器裡面,而機器儲存的數值是有限的,這時就需要轉換為數位(digital)訊號,也就是離散訊號。只要以螢幕顯示數值的儀器,都須經過ADC(除了類比示波器的那個是電子槍打出來的就不算)。
2.Uno Proto Shield with a Mini Breadboard
這東西也沒啥,就是Arduino那塊板子放元件的空間不夠所以多加一塊麵包板,等於是擴充板而已。
3.TL081 DIP-8(一顆不到5塊)
聽起來好像是甚麼很高級的材料,其實沒有。TL081全名叫做 運算放大器(OPA),作用是 放大電壓訊號 ,DIP-8代表這個元件上面有8根針腳。
4.Breadboard Jump Wires
白話過來就是:一堆電線。
然後這樣整組他賣3000元 (好好賺
不過他還貼淘寶的價格,意思是說他沒有哄抬價格, 因為要給他裝當然要收手續費
我們來看看上面的電路是怎麼接的,或許會有甚麼驚人之處。奇怪,怎麼怪眼熟的。

電機人表示: 阿這不就是Buffer嗎

原來電壓隨耦器可以預測地震(?
我們先來看TL081的針腳定義。可以看到TL081是8根針腳。針腳3是輸入正極、針腳2是輸入負極、針腳6是輸出、針腳4跟7是直流電源供應。這個電路完美符合Buffer定義。

學會看datasheet是電機系的必備技能

Buffer電路是可以用數學式來表示。為了方便說明,我們假設針腳3為Va,針腳2為Vb,針腳6為Vout,而Vout就是所謂他量出來的「震波訊號」。OPA的公式如下:
A*(Va-Vb)=Vout
因為圖上寫Vb=Vout,所以把VbVout替代可以得到電壓轉換關係。
Vout/Va=A/(1+A)
因為OPA的定義是電壓增益A=無限大,那個分母的1會被忽略掉,所以Vout/Va會非常接近1。等同於以下的關係式:
Vout=Va=Vb
如果還是不太好懂,那上面這行的效果等同於: 你直接拿三用電表的測試棒,一端放地上、一端去量空氣 ,然後說這是預測地震的訊號。
先不論用 空氣電壓 可以預測地震這奇葩理論,空氣中本來就有電子在流動,就算量到會影響電子分布密度的干擾因素也很多、跟預測地震的關係小到一個不行,你隨便在測試棒前面揮幾下造成的風、空氣的濕度、溫度,都有可能造成電壓數值改變了。
不是我想吐槽,至少某些假儀器還會給個放大訊號的效果。這個連放大效果都沒有。
然後他下面放一堆Arduino程式碼就不說了,有個比喻很貼切: 把垃圾丟進去處理出來還是垃圾 ,前面的訊號都錯了後面當然也是錯的。
Arduino就是接在Vout後面,然後把0~5V的電壓用取樣頻率(他寫是1024)轉成離散數值而已。 量到的就是空氣電壓,而隨便用放大器量到的空氣電壓跟地震波一點毛關係都沒有。
最後再用LabView把Arduino讀到的數值畫成圖。然後怎麼判讀?沒個統一的標準。電壓隨便一個波動就說要有地震了。數值檢定呢?統計分析呢?沒有一個標準。
我只能說: Texas Instruments(TL081製造商)、Arduino、LabView 被黑的好慘
雖然我不想吐槽別人的學歷,但是看到他聲稱進了研究所後想研究地震被教授打槍、認為教授想竊取他的成果,憤而自己出來創業。
恩,我只能說,研究所真的害人不淺。
Originally published at http://smilemirror.wordpress.com on January 3, 2021.
分類:學習

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