El ingeniero

Jesse Santos, ingeniero de aplicaciones de productos, Angelo Nikko Catapang, ingeniero de aplicaciones de productos y Erbe D. Reyta, ingeniero de aplicaciones de hardware, todos con Analog Devices

Los terremotos representan una gran amenaza para las áreas comerciales y residenciales condensadas y para todo tipo de estructuras. A medida que estas áreas crecen y se construyen más edificios, el monitoreo sísmico requiere la implementación de una red de sensores generalizada. Los instrumentos tradicionales no son viables debido a su alto costo y complejidad. El uso de acelerómetros de sistemas microelectromecánicos (MEMS) y geófonos resistentes de tamaño pequeño permiten el desarrollo de una solución de Internet de las cosas (IoT) de bajo costo. La tecnología actual en componentes activos y convertidores permite que estos sensores alcancen los estándares de instrumentos modernos. AnalogDevices proporciona una solución de diseño de instrumentos simple pero confiable para aplicaciones de redes de sensores sísmicos.

A medida que el mundo se vuelve más interconectado e interdependiente, los terremotos moderados y grandes tienen el potencial de causar importantes perturbaciones y pérdidas económicas. Un terremoto importante en cualquier centro urbano vulnerable tendrá un efecto dominó en la economía nacional de ese centro y en la capacidad de sus empresas para brindar servicios y participar globalmente.(1) Reconociendo que el riesgo de terremotos es un problema global, mejorar el monitoreo sísmico para mitigarlo El riesgo es una responsabilidad crucial.

Un factor clave para mejorar el monitoreo sísmico es la implementación de una red de sensores sísmicos, que requiere el despliegue e interconexión generalizados de instrumentos sísmicos.(2) Sin embargo, el costo y la complejidad de instalar numerosos instrumentos sísmicos tradicionales son altos.(3) La integración de la tecnología IoT proporciona una solución de bajo costo y al mismo tiempo mantiene la calidad estándar de los datos sísmicos.(4) Este artículo analiza la física de los terremotos y los sensores de movimiento del suelo, los estándares de instrumentos modernos que se siguen y las características que extraen. Además, se desarrolla un diseño de sistema utilizando soluciones de Analog Devices para diferentes aplicaciones de redes de sensores sísmicos.

Un terremoto es un evento causado por los movimientos y colisiones de placas tectónicas. La energía generada por las colisiones se propaga a través y alrededor de la superficie de la Tierra en forma de ondas sísmicas. Estas ondas vienen en múltiples direcciones y se clasifican en ondas corporales y ondas superficiales.

Figura 1. Tipos de ondas sísmicas: (a) ondas primarias; (b) ondas secundarias; (c) Ondas de amor; (d) Ondas de Rayleigh.(5)

Hay dos tipos de ondas corporales: ondas primarias (ondas P) y ondas secundarias (ondas S). Las ondas P viajan en la dirección de propagación como una serie de compresiones y rarefacciones. Debido a su naturaleza de propagación, siguen una divergencia esférica. Aunque tienen la mayor caída de energía de las olas entre otros tipos de olas, son las más rápidas, con velocidades en el rango de 5 km/s a 8 km/s. La rápida decadencia de energía también las convierte en el tipo de onda menos destructiva. Las ondas P pueden viajar no sólo a través de la superficie, sino también a través del agua o fluidos.

Las ondas S, también llamadas ondas de corte, siguen inmediatamente después de la llegada de las ondas P. Viajan a lo largo de la superficie de la Tierra a una velocidad de aproximadamente el 60% al 70% de las ondas P. Este tipo de onda viaja ortogonalmente tanto a la dirección de propagación como a la superficie terrestre. Las ondas S son más destructivas que las ondas P debido a su menor desintegración de energía. Las ondas P y S se conocen colectivamente como ondas corporales.

Las ondas superficiales son un 10% más lentas que las ondas corporales, pero son las más destructivas. Vale la pena señalar que la velocidad de propagación de las ondas sísmicas varía ampliamente según el tipo de suelo por el que viajan.(6) Las ondas superficiales están compuestas por ondas de Rayleigh y Love. Las ondas de Rayleigh son un tipo de onda superficial que se propaga cerca de la superficie de la Tierra en forma de ondas y provocan una rotación que puede ser prograda (a lo largo de la dirección de propagación) o retrógrada (contra la dirección de propagación). También se les llama rodar por el suelo debido a la naturaleza de su movimiento. Las ondas del amor, por otro lado, viajan ortogonalmente con la dirección de propagación pero paralelas a la superficie de la Tierra. La Figura 1 muestra los diferentes tipos de ondas y su efecto sobre el cuerpo terrestre.

La magnitud y la intensidad de un terremoto comúnmente se confunden entre sí. Pueden estar relacionados, pero son mediciones de dos parámetros sísmicos diferentes.

La intensidad del terremoto, o simplemente la intensidad, depende en gran medida de las propiedades del lugar donde se tomó la medición. Describe el efecto de un terremoto en un área específica y se ha utilizado tradicionalmente en todo el mundo como método para cuantificar el patrón de sacudidas y la magnitud del daño. Por tanto, la intensidad del terremoto no tiene un valor verdadero. Los valores de intensidad del terremoto siguen la Escala de Intensidad de Mercalli Modificada (1 a 12) o la Escala de Rossi-Forel (1 a 10). Sin embargo, la intensidad de Mercalli modificada (MMI) se utiliza actualmente de forma predominante en todo el mundo. En la Tabla 1 se muestran los valores de intensidad con su correspondiente efecto descriptivo en la escala de Mercalli modificada dada por el Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS).

Ha habido numerosos métodos para determinar la intensidad de un terremoto.7 Estos métodos utilizaron datos recopilados de terremotos pasados ​​y crearon sus propias ecuaciones de predicción del movimiento del suelo (GMPE) para predecir los valores de intensidad. Las ecuaciones que se derivaron utilizan al menos uno o una combinación de parámetros de movimiento del suelo, a saber, el desplazamiento máximo del suelo (PGD), la velocidad máxima del suelo (PGV) y la aceleración máxima del suelo (PGA). Las ecuaciones anteriores se basaban principalmente en PGA y en algunos casos se utilizaba PGV y PGD. Aunque los GMPE utilizaron datos de múltiples bases de datos para desarrollar la correlación, los valores obtenidos por diferentes modelos aún varían significativamente. Por ejemplo, un valor de PGA de 10 cm/s2 utilizando el GMPE de Wald da como resultado un valor de MMI de 3,2. Alternativamente, el GMPE de Hershberger clasifica un valor PGA de 10 cm/s2 en un valor MMI de 4,43. Tenga en cuenta que la mayoría de los GMPE observan la ley de potencia, por lo que se requiere un aumento exponencial en el valor de PGA para un aumento gradual en el valor de MMI. La ecuación 1 muestra las ecuaciones de correlación creadas por Wald y Hershberger.

La ecuación 1 muestra las ecuaciones de predicción del movimiento del suelo: (a) Wald; (b). Hershberger.(8)

La Agencia Meteorológica de Japón (JMA) ha ideado una escala de intensidad sísmica, que puede calcularse a partir de datos de aceleración de tres ejes de movimientos fuertes.9 Se toma la transformada de Fourier de la señal temporal de aceleración de cada eje. A la señal de frecuencia de cada eje se aplica un filtro de paso de banda, que se muestra en la Figura 2 y que consta de filtros de efecto de período, de corte alto y de corte bajo. También se muestra la representación matemática de cada subfiltro.

Figura 2. Filtro de paso de banda para la señal de salida del acelerómetro utilizado para calcular la intensidad de JMA: (a) ecuación del filtro de efecto de período; (b) ecuación del filtro de corte alto; (c) ecuación del filtro de corte bajo.(9)

Después de tomar la transformada inversa de Fourier de la señal de frecuencia filtrada de cada eje, se calcula la magnitud de la suma vectorial de la señal resultante en el dominio del tiempo para los tres ejes. El valor de aceleración más alto que se produce durante un total acumulado de 0,3 segundos o más se designa como a0. Luego, la intensidad sísmica instrumental se calcula a partir de a0 utilizando la Ecuación 2, que examina la ecuación de intensidad sísmica de JMA utilizando la aceleración más alta con una duración de al menos 0,3 segundos.(9)

Mientras que la intensidad de un terremoto depende de su efecto tal como se siente en un lugar determinado, la intensidad espectral (SI) es una medida de la magnitud de la energía destructiva impuesta por el terremoto sobre una estructura específica.10 El valor SI se calcula a partir del espectro de respuesta de velocidad usando la ecuación que se muestra en la Ecuación 3. Las estructuras altamente rígidas tienen un período de velocidad normal de 1,5 s a 2,5 s. Dado que el valor SI opera en el espectro de velocidades de vibración, puede distinguir fácilmente las actividades sísmicas de los terremotos o de otras fuentes. Por tanto, el valor SI se puede utilizar como estándar del efecto de un terremoto en la salud estructural de un edificio. Además, en comparación con la intensidad sísmica JMA, el valor SI implica un cálculo menos complejo, lo que lo hace más adecuado para aplicaciones de baja potencia.

La ecuación 3 muestra la ecuación de intensidad espectral utilizando el espectro de respuesta de velocidad de vibración integrado durante el período de velocidad normal de un edificio.

La magnitud del terremoto, o simplemente magnitud, representa la cantidad de energía liberada por el terremoto en su origen o hipocentro. Su valor no depende del lugar de medición. De hecho, sólo tiene un valor verdadero, un número asignado en la escala de Richter. El terremoto más fuerte jamás registrado fue el que sacudió Valdivia, Chile, en la década de 1960, con una magnitud de 9,4 a 9,6.

La correlación entre la magnitud y la intensidad de los terremotos aún no se ha definido completamente. La creación de una relación definida entre los dos depende de muchos factores, como la profundidad del hipocentro o foco, la composición del terreno que rodea el hipocentro, el tipo de terreno entre el epicentro y el dispositivo de medición, y la ubicación del dispositivo o su distancia del epicentro. Por ejemplo, en mayo de 2017, se determinó que un terremoto que se originó cerca de la costa de Oregón tuvo una magnitud de 4. Según el mapa de sacudidas del USGS para julio de 2017,(12) el estado de Montana sintió el terremoto con un nivel de intensidad de 5 a 6, mientras que Idaho había sentido el mismo terremoto con sólo un nivel de intensidad de 2 a 3. Esto muestra que incluso si Idaho está más cerca del epicentro en comparación con Montana, no significa necesariamente que el efecto del terremoto se sentirá más fuerte.

La detección sísmica es el proceso de medir y analizar ondas sísmicas. Las ondas sísmicas no se refieren únicamente a los movimientos generados por los terremotos; cualquier fuerza aplicada al suelo, incluso tan ligera como caminar, puede causar una perturbación suficiente como para generar ondas sísmicas. El rango de movimiento del suelo que resulta de interés en las aplicaciones de monitoreo de terremotos es muy amplio. Los terremotos pueden generar movimientos del suelo tan finos como el papel o tan grandes como una habitación.

El movimiento del suelo se puede caracterizar por el desplazamiento, la velocidad y la aceleración. El desplazamiento del suelo se mide por la distancia recorrida por la superficie de la Tierra. El cambio de posición puede ser horizontal o vertical. La velocidad del suelo es qué tan lejos se ha movido la superficie, mientras que la aceleración del suelo es qué tan rápido cambia la velocidad del suelo con respecto al tiempo. La aceleración del suelo es el factor más importante para determinar la tensión inducida a las estructuras durante los terremotos. La relación entre magnitud, movimiento del suelo e intensidad se muestra en una presentación de GeoSIG.(13)

Los dispositivos utilizados para la detección sísmica son de aplicaciones muy específicas. Las aplicaciones que implican detección sísmica se pueden clasificar según sus rangos de frecuencia. Por lo tanto, los instrumentos se fabrican con curvas de respuesta de frecuencia apropiadas para su caso de uso. En un gráfico de GeoSIG se muestra una ilustración de diferentes aplicaciones de detección sísmica y sus frecuencias cubiertas.(13)

Los dispositivos de detección sísmica, comúnmente llamados sismómetros, han evolucionado desde el uso de la pluma y el péndulo tradicionales hasta el uso de sensores electrónicos y electromecánicos. Los avances en el diseño de estos sensores han dado como resultado instrumentos con variados rangos de frecuencia operativa, mecanismos de detección y parámetros medidos del movimiento del suelo.

Los instrumentos sísmicos históricos sólo pueden registrar el desplazamiento del suelo. Los avances tecnológicos han hecho posible la aparición de diferentes mecanismos para medir el desplazamiento del suelo. Un sismómetro de deformación o medidor de deformación generalmente se refiere a instrumentos que registran y miden el desplazamiento entre dos puntos del suelo.(14) Los modelos tradicionales utilizaban una varilla sólida enterrada o instalada en un pozo. La varilla generalmente se infunde con cuartos de galón y otros materiales altamente sensibles a los cambios de longitud y tensión. El cambio de longitud se atribuye a pequeños desplazamientos provocados por el movimiento del suelo.

Otro tipo de implementación se llama medidor de tensión volumétrico, que utiliza un cilindro instalado en el pozo con un tubo lleno de líquido. (15) Las deformaciones del volumen del contenedor provocan cambios en el nivel del líquido, que se traduce mediante transductores de desplazamiento de voltaje en desplazamiento del suelo. . Sin la necesidad de materiales especiales que requieren los modelos tradicionales, el extensímetro volumétrico se utiliza más ampliamente en el campo.

Los avances actuales en la tecnología láser han producido el interferómetro láser, que amplía enormemente la precisión de los deformímetros en general. Este tipo de medidor de tensión utiliza el mismo principio de un interferómetro de Michelson de longitud de brazo desigual, donde un punto es el sensor, la fuente láser y el brazo corto; y el otro punto es un reflector situado a una distancia de medición. El dispositivo traduce el cambio en las franjas de interferencia causada por el movimiento del reflector en desplazamiento del suelo. La sensibilidad y precisión de la medición del desplazamiento mediante este método es directamente proporcional a la longitud de la distancia de medición. Por lo tanto, los medidores de tensión láser requieren instalaciones subterráneas a gran profundidad.

La precisión de los deformímetros puede alcanzar hasta una parte por mil millones. Como tal, estos dispositivos se suelen utilizar para medir la deformación de la Tierra o el movimiento de la corteza terrestre debido al movimiento de fallas y actividades volcánicas. Pueden medir señales de ondas sísmicas a frecuencias muy bajas. Sin embargo, el movimiento diferencial del suelo es muy pequeño en comparación con el movimiento de una masa suspendida con respecto al suelo. Por lo tanto, no se recomiendan los medidores de tensión para detectar movimientos del suelo causados ​​por terremotos.(3)

El sismómetro inercial determina los parámetros del movimiento del suelo con respecto a una referencia inercial, que normalmente es una masa suspendida. (3) Específicamente, los parámetros del movimiento del suelo se refieren a la velocidad lineal y el desplazamiento de la masa suspendida. Aunque el movimiento resultante del suelo se compone de componentes lineales y angulares, se ha descubierto que el efecto de rotación de una onda sísmica es insignificante. Estos valores de velocidad y desplazamiento se obtienen mediante transductores, que convierten el movimiento de la masa suspendida en señales eléctricas. La suspensión mecánica que gobierna el movimiento depende de la fuerza de inercia que actúa sobre la masa suspendida. Los transductores de velocidad y desplazamiento y la suspensión mecánica son los dos componentes principales de los sismómetros inerciales. El desarrollo de instrumentos de precisión para estos dos componentes son los principales principios de diseño de los sismómetros inerciales modernos.

La suspensión mecánica requiere una pequeña fuerza de recuperación para la sensibilidad, de modo que pequeñas aceleraciones aún pueden producir desplazamientos significativos en la masa suspendida. Sin embargo, cuando se aplican grandes aceleraciones debidas a un fuerte movimiento sísmico a la masa suspendida, una pequeña fuerza restauradora no podrá equilibrar el movimiento resultante. Por tanto, una suspensión mecánica pasiva es precisa y sensible sólo a un rango limitado de aceleraciones del suelo. El acelerómetro de fuerza equilibrada (FBA) elimina esta limitación agregando un circuito de retroalimentación negativa a la suspensión mecánica.

Un transductor electromagnético genera una fuerza de compensación en función de la posición de la masa suspendida. Esta posición es convertida por un transductor de desplazamiento en una señal eléctrica que pasa por un bloque integrador para producir un voltaje de salida proporcional a la aceleración del suelo. El rango dinámico de un FBA es significativamente mayor que el de los sismómetros con suspensiones mecánicas pasivas. Por lo tanto, este dispositivo se usa comúnmente para aplicaciones sísmicas de movimientos fuertes. Sin embargo, el retraso causado por el bucle de retroalimentación limita el ancho de banda del dispositivo.

Las ondas sísmicas generadas por el movimiento de vehículos y las perturbaciones provocadas por el hombre, como los eventos mineros, tienen una aceleración del suelo de alta frecuencia. A frecuencias muy bajas, una suspensión desequilibrada, la inclinación del suelo y los efectos térmicos dominarán la aceleración del suelo. Por tanto, el ancho de banda de los sismómetros que utilizan aceleración del suelo está limitado a una respuesta de paso de banda específica. Una respuesta de paso de banda de la aceleración del suelo es equivalente a una respuesta de paso alto de la velocidad del suelo. Por lo tanto, para un ancho de banda de sismómetro más amplio, las señales sísmicas se registran en términos de velocidad del suelo. El sismómetro VBB se basa en un FBA, pero en lugar de transmitir la aceleración de la masa suspendida como retroalimentación, se utiliza su velocidad y posición. La respuesta de este dispositivo es muy similar a la respuesta teórica de un sismómetro inercial tradicional, pero sin la disminución de la sensibilidad y precisión para un rango más amplio de fuerzas.

La tendencia hacia el creciente número de aplicaciones sísmicas se dirige hacia el desarrollo de redes y conjuntos de sismómetros o sensores sísmicos, como en el monitoreo de terremotos, la exploración petrolera y la salud estructural. La implementación, el blindaje y la instalación de los sismómetros son tres limitaciones comunes para estas aplicaciones. La producción en masa y el rápido despliegue de dispositivos, que resuelven directamente estas tres limitaciones comunes, requieren que los sismómetros se reduzcan en tamaño y costo. Actualmente, existen dos tipos de tecnologías de sensores capaces de detectar el movimiento del suelo, que son extremadamente pequeñas y de bajo costo en comparación con las FBA y VBB.

Los geófonos son sensores de velocidad del suelo que son livianos, robustos y no requieren energía eléctrica para funcionar. Los geófonos modernos tienen un imán fijado a la caja y rodeado por una bobina de alambre.(16) La bobina de alambre está suspendida por resortes que le permiten moverse a través del imán. La velocidad de este movimiento en relación con el imán induce una señal de voltaje de salida.

En la Figura 3 se muestra la respuesta de frecuencia simulada de un geófono de 4,5 Hz. La respuesta de frecuencia de un geófono tiene una velocidad plana para un rango de frecuencias por encima de su frecuencia de resonancia y disminuye para frecuencias por debajo de esta. Los geófonos de tamaño pequeño y de bajo coste tienen frecuencias de resonancia normalmente superiores a 4,5 Hz.

Figura 3. Respuesta de frecuencia de geófono simulada de 4,5 Hz con un factor de amortiguación de 0,56.

Se puede crear un modelo eléctrico equivalente a partir de las especificaciones mecánicas del geófono. La Figura 4 muestra un modelo eléctrico utilizando los parámetros mecánicos de un geófono SM-6 de 4,5 Hz.(17)

Figura 4. Modelo eléctrico equivalente de un geófono SM-6 de 4,5 Hz utilizando parámetros mecánicos de la hoja de datos del producto.(17)

Para ampliar el ancho de banda para cubrir las frecuencias más bajas aplicables a la detección sísmica, se utiliza un extensor de período. Los tres métodos más comunes de extensión de la respuesta de baja frecuencia son los filtros inversos, la retroalimentación positiva y la retroalimentación negativa.(18)

El filtro inverso compensa la caída del geófono en frecuencias por debajo de la frecuencia de resonancia. Se puede construir un filtro inverso conectando en cascada un filtro de paso alto invertido a la frecuencia resonante y un filtro de paso bajo con una frecuencia de corte en el valor reducido deseado. La Figura 5 muestra la respuesta del filtro inverso, así como la función de transferencia resultante cuando se aplica. Este método tiene muchas desventajas que dan al resultado general una relación señal-ruido (SNR) baja. El ruido rosa será amplificado por el filtro inverso y su estabilidad térmica a bajas frecuencias es pobre.

Figura 5. Respuesta de frecuencia de una función de transferencia de filtro inverso y sus efectos en una respuesta de frecuencia de geófono simulada de 4,5 Hz.

La retroalimentación positiva se realiza alimentando una corriente externa a la bobina del geófono que ejercería una fuerza sobre su masa suspendida. Esta señal de corriente externa se deriva de la señal de salida del geófono a través de filtros de retroalimentación positiva, como el filtro integrador, y amplifica el movimiento de masa suspendido a bajas frecuencias. La estabilidad del diseño del filtro de retroalimentación positiva es difícil en situaciones prácticas.

La retroalimentación negativa, a diferencia de la retroalimentación positiva, atenúa el movimiento de masa suspendido en el interior. Un método sería sobreamortiguar la corriente a través de la bobina del geófono reduciendo la resistencia de amortiguación. Sin embargo, esto está físicamente limitado por la resistencia de la bobina. Para reducir la resistencia de amortiguación a valores significativamente más bajos que la resistencia de la bobina, se agrega una resistencia negativa. Se puede lograr una resistencia negativa a través de dispositivos activos como un convertidor de impedancia negativa (NIC). Esto se puede implementar usando un amplificador operacional (op amp), como se muestra en la Figura 6. Se pueden agregar filtros de paso de banda y filtros de alta ganancia para dar forma y estabilizar la respuesta de frecuencia.

Figura 6. Arquitectura básica de un convertidor de impedancia negativa que utiliza un amplificador operacional.

Los acelerómetros MEMS son transductores de movimiento en un solo paquete de dispositivo IC. La construcción típica utiliza un par de condensadores con una micromasa de silicio con placas metálicas en el medio.(19) Regiones muy delgadas de silicio suspenden la masa en el medio. Los cambios en la posición de la masa dan como resultado cambios en la capacitancia del dispositivo que se traducen en una señal de voltaje proporcional a la aceleración de la masa suspendida. Los dispositivos MEMS requieren una fuente de alimentación para funcionar y algunos acelerómetros MEMS tienen un digitalizador incorporado para eliminar el ruido innecesario, así como la necesidad de hacer coincidir sensores y grabadores. Como se muestra en la Figura 6, la respuesta de frecuencia de un acelerómetro MEMS es como un filtro de paso bajo con un corte en la frecuencia de resonancia.

Figura 7. Respuesta de frecuencia de un acelerómetro MEMS (ADXL354) en su eje X.(20)

Debido a las derivas compensadas, los acelerómetros MEMS funcionan mejor en frecuencias más altas hasta su frecuencia de resonancia.(21) Por el contrario, los geófonos, debido a su construcción mecánica, funcionan mejor en frecuencias más bajas que aún están por encima de la resonancia. Se puede implementar un sismómetro pequeño y de bajo costo para utilizar geófonos y acelerómetros MEMS para lograr un mayor ancho de banda del dispositivo. La salida del sensor de geófonos y acelerómetros MEMS se puede convertir a diferentes parámetros de movimiento del suelo cuando se convoluciona con la función de transferencia de sensor adecuada. El artículo “Detección sísmica: comparación de geófonos y acelerómetros utilizando datos de laboratorio y de campo” analiza las salidas de los sensores de geófono y acelerómetro MEMS para la misma onda de Ricker de desplazamiento del suelo en función de las funciones de transferencia comunes de cada sensor.(21)

El análisis de señales sísmicas utilizando conjuntos de sismómetros o redes de sensores sísmicos requiere, para lograr repetibilidad y uniformidad, un conjunto de estándares y especificaciones sobre los instrumentos utilizados. El USGS ha establecido un estándar para los instrumentos que se implementarán en su Sistema Sísmico Nacional Avanzado (ANSS). (22) Esta sección analiza las diferentes especificaciones necesarias para lograr el rendimiento deseado del dispositivo para una amplia gama de aplicaciones basadas en la experiencia y las tendencias tecnológicas observadas. por el USGS.

El USGS clasifica los sismómetros modernos como sistemas de adquisición de datos. A diferencia del sismómetro tradicional, el DAS estándar incluye el sensor sísmico, la unidad de adquisición de datos y el hardware periférico y de comunicación. Se clasifican en instrumentos de Clase A, B, C y D según el rendimiento del dispositivo. Los instrumentos de Clase A están cerca de los sismómetros de última generación, mientras que los instrumentos de Clase D son comparables a los sismómetros tradicionales. Para una discusión completa de las especificaciones, consulte las Directrices del instrumento.(22)

El ancho de banda especificado y la respuesta de frecuencia de los sensores sísmicos difieren para aquellos que miden la velocidad y la aceleración. Cuanto mayor sea la clase de instrumento, mayor será el ancho de banda y mejor será la respuesta de frecuencia. Los sensores de banda ancha son todos instrumentos de Clase A con un ancho de banda amplio de al menos 0,01 Hz a 50 Hz. Su respuesta de frecuencia es plana para velocidades en el rango de frecuencia de 0,033 Hz a 50 Hz.(22)

Los sensores Clase A de período corto tienen un ancho de banda bajo de 0,2 Hz a 50 Hz. Su respuesta de frecuencia es plana para velocidades sólo en el rango de frecuencia de 1 Hz a 35 Hz.(22)

Los acelerómetros de Clase A tienen una respuesta de frecuencia plana en el rango de 0,02 Hz a 50 Hz, mientras que los acelerómetros de Clase B tienen una respuesta de frecuencia plana en el rango de 0,1 Hz a 35 Hz únicamente.(22)

Los sensores utilizados por DAS se clasifican según la amplitud y el rango de frecuencia de las señales sísmicas que capturan. Los sensores de movimiento potentes miden señales sísmicas de gran amplitud y suelen ser acelerómetros. Los acelerómetros de movimiento intenso pueden medir hasta 3,5 g con un nivel de ruido del sistema inferior a 1 μg/√ Hz.(22)

Los sensores de movimiento débiles pueden medir señales sísmicas de muy baja amplitud con un nivel de ruido inferior a 1 ng/√Hz.(22) Sin embargo, los sensores de banda ancha ya son capaces de medir señales sísmicas de baja amplitud; por lo tanto, rara vez se utilizan sensores de movimiento débiles.

Los sensores de velocidad de banda ancha tienen una sensibilidad de 1500Vs/m. Para un voltaje de salida máximo de ±20 V, el nivel de clip de salida o la velocidad máxima medible es ±0,013 m/s.(22)

Los sensores de velocidad de período corto son más sensibles que los sensores de banda ancha en un rango de frecuencias más pequeño. El nivel de clip suele ser de ±0,01 m/s a una frecuencia de señal de 1 Hz.(22)

El nivel de clip para los acelerómetros de Clase A es superior a ±3,5 g, mientras que para los acelerómetros de Clase B es de ±2,5 g.(22)

El rango dinámico del sensor es la relación entre el valor rms más grande medible de la señal sísmica y el ruido propio rms. Sin embargo, el ruido propio rms del sensor varía a lo largo de su ancho de banda. La Tabla 2 muestra el rango dinámico de diferentes sensores sísmicos para diferentes rangos de frecuencia.

Los componentes del movimiento lineal del suelo resultantes de ondas sísmicas están presentes en los tres ejes cartesianos. La orientación estándar tradicional para los sensores sísmicos triaxiales es hacia el este, el norte y hacia arriba. Sin embargo, la construcción de los sismómetros tradicionales e incluso de algunos modernos es diferente para los sensores horizontales y verticales, ya que los sensores verticales deben considerar los efectos gravitacionales. La disposición triaxial homogénea permite que se utilicen sensores construidos de manera similar para determinar los componentes del movimiento lineal del suelo en los ejes cartesianos. (3) Los sensores se colocan en tres puntos igualmente espaciados en un círculo alrededor del centro del instrumento e inclinados hacia él. en un ángulo de 54,7˚ desde la vertical. El conjunto modificado de ejes se puede transformar nuevamente a los ejes cartesianos usando la ecuación que se muestra en la Ecuación 4.

La ecuación 4 demuestra la matriz de transformación para convertir la disposición triaxial homogénea al sistema de coordenadas cartesiano.

Sin embargo, la mayoría de los sensores modernos ya están empaquetados y construidos para mediciones triaxiales. Estos sensores tienen un acoplamiento inherente de eje transversal en grados muy pequeños. Las pautas del instrumento requieren que el acoplamiento entre ejes sea inferior a –70 dB de la señal de salida.(22)

El movimiento del suelo resultante de los terremotos puede tener amplitudes muy pequeñas a frecuencias muy bajas. Los registradores de datos utilizados para instrumentos sísmicos son capaces de registrar señales a varias velocidades de muestreo con altas resoluciones. Los sismómetros de banda ancha requieren una resolución de datos de al menos 20 bits a velocidades de muestreo tan bajas como 0,1 muestras por segundo (SPS) hasta 200 SPS. Los sensores de velocidad de período corto y los acelerómetros de Clase A requieren una resolución de datos de al menos 22 bits a velocidades de muestreo de 1 SPS a 200 SPS. Los acelerómetros de clase B tienen requisitos más bajos de resolución de al menos 16 bits de datos.(22)

Las especificaciones para las tasas de muestreo tienen en cuenta instrumentos con almacenamiento de datos interno. Sin embargo, los sismómetros avanzados están equipados con más espacio de memoria y tienen acceso a grandes espacios de datos de red, como servicios de datos en la nube, y por lo tanto pueden admitir velocidades de muestreo que superan la especificación nominal. Esto permite un análisis de datos y una investigación sísmica más precisos.

Las señales sísmicas sólo son relevantes para la ubicación y el momento específicos de la medición. Es estándar para cada instrumento sismológico tener datos con marca de tiempo con una ubicación o posición global conocida. Es un requisito que todo instrumento sismológico pueda fijar su ubicación para cada grabación, ya sea mediante la entrada manual del usuario o mediante un dispositivo o servicio de sistema de posicionamiento global (GPS). Los sismómetros modernos también tienen un reloj en tiempo real incorporado o pueden sincronizarse con una hora de referencia precisa, por ejemplo, a través de un servidor de protocolo de tiempo de red (NTP) en línea.

Hay dos formatos de datos destacados utilizados por instrumentos sísmicos en todo el mundo, SEG-Y y SEED. El formato SEG-Y es un estándar abierto desarrollado por la Sociedad de Geofísicos de Exploración (SEG) para manejar datos geofísicos como señales sísmicas tridimensionales.(23) En cada registro se incluyen las marcas de tiempo, los intervalos de muestra y la ubicación en coordenadas de la medida real. Los detalles sobre las especificaciones del formato, así como las revisiones, se pueden consultar en el sitio web de la organización. También vale la pena señalar que existen varios software de código abierto para análisis sísmico que utilizan el formato SEG-Y, pero la mayoría no sigue las especificaciones exactas.

El formato Estándar para el Intercambio de Datos Sísmicos (SEED) fue diseñado para facilitar y precisión el intercambio de datos sísmicos no procesados ​​entre instituciones y entre instrumentos.(24) Aunque se utiliza principalmente para archivar registros sísmicos, diferentes versiones de SEED, como miniSEED y data less SEED, se han utilizado para el análisis y procesamiento de datos. MiniSEED contiene solo los datos de forma de onda, mientras que los datos menos SEED contienen la información sobre el instrumento y la estación sísmica.

Son necesarios cambios en el diseño tradicional de los sismómetros para el rápido despliegue e implementación de redes sísmicas, especialmente para estaciones de monitoreo urbano y estructural. Los instrumentos remotos deben cumplir con las directrices de instrumentos actuales para que las mediciones modernas de señales sísmicas se ajusten y se correlacionen con el estándar de datos establecido. Sin embargo, el coste y el tamaño de la implementación deberían ser significativamente menores. El uso de geófonos de pequeño tamaño y acelerómetros MEMS como sensores de movimiento del suelo junto con un ADC de alto rendimiento y un procesador de señal digital (DSP) es una solución razonable.(5)

La principal consideración de diseño de una unidad de adquisición de datos (DAU) para un DAS es el convertidor analógico a digital (ADC). Tradicionalmente, esto se realizaba mediante un sistema de campo digital (DFS), que funciona como un ADC de registro de aproximación sucesiva lineal (SAR) con un amplificador de punto flotante instantáneo (IFP). En la Figura 8 se muestra el diagrama de bloques de un DFS tradicional.

Figura 8. Diagrama de bloques de un DFS tradicional utilizando un sistema amplificador IFP.

La implementación discreta del preamplificador (PA), el filtro de corte bajo (LC), el filtro de paso alto, el filtro de muesca (NF), el filtro de paso alto antialiasing (AA) y el amplificador IFP contribuirán al ruido del sistema y aumentar el consumo de energía. El uso de un multiplexor añade conmutación, diafonía y distorsión armónica. Lo más importante es que el error de cuantificación debido al SAR ADC limita el rango dinámico y la resolución del sistema.(25) Por lo tanto, es preferible diseñar una DAU utilizando una arquitectura diferente con un convertidor diferente.

El convertidor sigma-delta utiliza el cambio en la señal y lo suma al original. Esto reduce el error de cuantificación inherente a los ADC SAR y puede alcanzar resoluciones y rangos dinámicos más altos. Con los ADC sigma-delta modernos, ya no son necesarias implementaciones discretas en los filtros de acondicionamiento de señal. Cuentan con filtros digitales amplios y configurables, que realizan las funciones de la cadena de señal tradicional. Esto reduce efectivamente el ruido del sistema y la complejidad del diseño. Además, los ADC sigma-delta de precisión de alta gama son capaces de detectar simultáneamente múltiples canales con una resolución de al menos 24 bits.

En la Figura 9 se presenta un diagrama de bloques general para una implementación de bajo costo de un nodo sensor sísmico que es flexible para diferentes aplicaciones.

Figura 9. Diagrama de bloques general de un instrumento sísmico de bajo costo con tres geófonos homogéneos dispuestos triaxialmente y un acelerómetro MEMS de tres ejes.

Las soluciones de Analog Devices para acelerómetros de tres ejes capaces de generar imágenes sísmicas son ADXL354 y ADXL356. Sus equivalentes de salida digital, ADXL355 y ADXL357, respectivamente, tienen ADC de 20 bits integrados y pueden conectarse directamente al procesador.(20)

Los geófonos compactos de bajo costo detectan solo un canal a una frecuencia de resonancia generalmente superior a 4,5 Hz y una sensibilidad superior a 25 V/m/s. La disposición triaxial homogénea permite combinar tres geófonos monocanal similares en un sensor de suelo de tres ejes. Se requiere un extensor de período para extender el ancho de banda del geófono hacia abajo para lograr la especificación de instrumento estándar para sensores de banda ancha. Cuando se diseña para funcionamiento con una sola fuente, el extensor de período también funciona como amplificador de ganancia y establece la polarización de la señal de entrada para que esté en el centro del rango del ADC.

La respuesta de frecuencia inherente de los acelerómetros MEMS los hace vulnerables a desviaciones de compensación y ruido de alta frecuencia. Los filtros de paso de banda mejoran la señal de aceleración en el rango de frecuencia de interés para la sismología local. Tanto el extensor de período del geófono como el filtro de paso de banda del acelerómetro requieren amplificadores operacionales de precisión de bajo ruido, bajo voltaje de compensación y corriente de polarización de entrada baja, como el ADA4610-1.(26)

La referencia de voltaje establece el rango de medición del ADC y la oscilación de la señal de salida del extensor de período. El valor de referencia también debe considerar la oscilación de voltaje de las tres señales de aceleración si se utiliza un sensor de salida analógica. Es necesario que la referencia de voltaje tenga una variación de compensación muy baja con la temperatura, especialmente para instalaciones en exteriores (normalmente de 0 ˚C a 50 ˚C). La familia ADR45xx de referencias de voltaje de ruido ultrabajo y alta precisión de Analog Devices son estándares de la industria y pueden cumplir fácilmente estos requisitos.(27)

El suministro de energía del sensor sísmico puede provenir de un convertidor de energía de CC cableado para instalaciones con líneas eléctricas disponibles, como en edificios y estaciones, o de una batería para instalaciones remotas y de campo. Cuando se obtiene de un convertidor de potencia de CC cableado, los reguladores de conmutación de bajo ruido y los reguladores de baja caída (LDO) de bajo ruido son adecuados para la aplicación. Los reguladores LDO de Analog Devices, como la serie ADM717x, ofrecen una alta relación de rechazo de la fuente de alimentación (PSRR), baja variación de temperatura y características de bajo ruido.(28) Para diseños alimentados por baterías, un controlador de carga y un cargador de batería de baja potencia y eficiencia de carga son necesarios para mantener el funcionamiento del instrumento durante largos períodos sin mantenimiento. Además, es mejor si el instrumento es capaz de recolectar energía de fuentes fácilmente disponibles, como la energía solar y térmica. El recolector de energía de potencia ultrabaja ADP5091 tiene modos de histéresis y seguimiento del punto de máxima potencia, que garantizan la mayor eficiencia posible en la transferencia de energía.(29) Tiene funciones de administración de ruta de energía que pueden alternar entre el recolector, una batería recargable o una celda primaria. batería, lo que lo hace confiable para operar instrumentos autoalimentados.

El convertidor sigma-delta recibe señales de velocidad de tres canales del extensor de período y otras señales de aceleración de tres canales si se utiliza un acelerómetro de salida analógica. El diseño requiere un convertidor con al menos seis canales de entrada. Las señales de velocidad y aceleración deben muestrearse, si es posible, simultáneamente. Para los ADC multicanal que cambian entre canales durante el muestreo, la frecuencia de muestreo debería ser mayor. La frecuencia máxima de señales sísmicas de interés para los terremotos es de 100 Hz. La frecuencia de muestreo sin alias para estas señales debe ser de al menos 200 Hz o 5 ms por período. Cada canal de aceleración y velocidad debe muestrearse con una frecuencia de muestreo de al menos 1,2 kSPS. El análisis de señales sísmicas promueve el sobremuestreo de cada canal. Por lo tanto, se debe elegir que el ADC tenga una frecuencia de muestreo mucho mayor que 1,2 kSPS. El AD7768 es un ADC sigma-delta de 24 bits y 8 canales capaz de realizar muestreo simultáneo, lo que elimina la necesidad de velocidades de muestreo más altas.(30) Su velocidad de muestreo máxima es 256 kSPS; sin embargo, puede reducirse al modo de bajo consumo hasta 32 kSPS. Es lo suficientemente flexible para diferentes implementaciones y aplicaciones de este diseño de instrumento sísmico y cumple fácilmente con los requisitos estándar para una unidad de adquisición de datos Clase A.

La función del procesador de bajo costo varía según la aplicación. Para los nodos remotos que utilizan un dispositivo informático externo para el análisis de datos, el procesador es un registrador de datos que almacena y empaqueta los datos sísmicos de todos los canales en el formato estándar (SEED o SEG-Y) y los envía al dispositivo informático a través de un dispositivo informático externo. interfaz. Dado que esta aplicación tiene bajos requisitos de procesamiento, es posible utilizar un microcontrolador de baja potencia. El ADuCM4050 es un microcontrolador ARM® Cortex®-M4 de consumo ultrabajo recomendado para aplicaciones de IoT.(31) Tiene modos de bajo consumo de 650 nA para el modo de hibernación y 200 nA para un modo de apagado rápido. Además, tiene dos periféricos de reloj en tiempo real (RTC) para cronometraje y muestreo de datos sincronizados.

Para instrumentos independientes con análisis de datos incorporado, un DSP calcula las características sísmicas y otros parámetros que dependen de la aplicación, como los indicadores de salud de la construcción para el monitoreo de la salud estructural. El análisis de datos sísmicos requiere el cálculo de varias funciones matemáticas y estadísticas. Por ejemplo, el cálculo de la intensidad sísmica requiere funciones logarítmicas y una ventana de detección de picos para la aceleración y la velocidad. Además, el tiempo de procesamiento debe ser lo suficientemente bajo para realizar un muestreo y procesamiento continuo de datos. El ADSP-BF706 es un DSP de bajo costo y bajo consumo con una velocidad de procesamiento de hasta 400 MHz y es una opción de DSP líder en la industria para aplicaciones de instrumentos de campo.(32) Ofrece múltiples interfaces periféricas sin pegamento, lo que facilita la conexión a dispositivos externos. como la interfaz de datos y el ADC.

Los datos de ubicación del instrumento pueden extraerse de un módulo GPS o configurarse manualmente durante la instalación. Para los datos de tiempo, el DSP de bajo costo puede usar su periférico RTC interno o vía NTP a través de la interfaz de datos. Existen múltiples opciones para la interfaz de datos dependiendo del tipo de instalación. El instrumento puede utilizar RS-485 industrial para comunicaciones por cable, especialmente dentro de edificios, o una interfaz Ethernet para conectar fácilmente el dispositivo a una red de datos existente. Para comunicaciones inalámbricas, el instrumento puede utilizar dispositivos Wi-Fi o Analog Devices SmartMesh® IP(33) para una confiabilidad total de los datos en entornos dinámicos.

La confiabilidad de los datos sísmicos aumenta a medida que aumenta el número de sensores sísmicos desplegados en diversos lugares. Hay mucha información que se puede extraer de los datos sísmicos que es útil para una amplia gama de aplicaciones, como el monitoreo de la salud estructural, la investigación geofísica, la exploración petrolera e incluso la seguridad industrial y doméstica. Esta sección analiza descripciones generales de las tres aplicaciones comunes de las redes de sensores sísmicos.

Las investigaciones en vulcanología y sismología implementan sensores sísmicos en terrenos difíciles y a veces peligrosos.(34) El monitoreo de los procesos internos dentro de los volcanes requiere monitorear el movimiento del suelo en múltiples puntos. Estos lugares pueden volverse peligrosos después de ciertas fases de actividad volcánica y hacer que el sensor sísmico sea irrecuperable. Los sensores sísmicos de bajo costo y baja potencia reducirán el costo de la investigación y al mismo tiempo permanecerán activos durante períodos muy prolongados. Otro caso similar es la caracterización del movimiento de placas, que también requiere una gran cantidad de sensores sísmicos desplegados a lo largo de la línea de falla.

Las ondas S y las ondas superficiales, que son los tipos más destructivos de ondas sísmicas que forman parte de un terremoto, se propagan más lentamente que la onda P menos destructiva. Por lo tanto, es factible implementar un sistema de alerta temprana de terremotos mediante la detección de los primeros signos de ocurrencia. Esto daría a todo tipo de sistemas un breve momento para actuar y evitaría los efectos devastadores debidos a los daños causados ​​por los terremotos. Los edificios residenciales y comerciales podrán apagar los sistemas eléctricos y los gasoductos momentos antes de que se produzcan intensos temblores del suelo. El uso de una red de sensores sísmicos desplegada en varios lugares alrededor de un área protegida ayudará a aumentar el tiempo de reacción permitido. Además, se minimizarán las falsas alarmas provocadas por fuentes no sísmicas. La Figura 10 muestra una posible configuración para un sistema de alerta temprana de terremotos que protege un área o estructura específica.

Figura 10. Sistema de alerta temprana de terremotos que utiliza redes de sensores sísmicos desplegadas en múltiples ubicaciones a una distancia de entre 6 y 12 millas. Imagen creada por Erin Burkett (USGS) y Jeff Goetzen (Registro del Condado de Orange). Cortesía del Proyecto ShakeAlert del Servicio Geológico de EE. UU.35

El tiempo de respuesta permitido por un sistema de alerta temprana es proporcional a la distancia radial del sensor sísmico desde la estructura protegida, como se describe en la Ecuación 5. Dado que las ondas P viajan a 3,5 mi/s o 5,6 km/s y las ondas S Si viaja a 2,0 mi/s o 3,2 km/s, se puede calcular que se suma un segundo de tiempo de respuesta por cada 7,51 km de distancia del sensor sísmico desde el área protegida. Además, colocar múltiples sensores sísmicos a intervalos más cortos proporcionará una mayor resolución temporal para el tiempo de respuesta.

La ecuación 5 demuestra la relación entre el tiempo de respuesta del sistema de alerta temprana y la distancia radial del sensor sísmico desde el área protegida.

La seguridad de los edificios ante terremotos se puede mejorar monitorizando y modelando su respuesta mediante pruebas de vibración forzada. La instalación de sensores sísmicos en los edificios ayudará en la evaluación, respuesta y recuperación de los daños posteriores a un terremoto. En casos de daños generalizados, una red generalizada de sensores sísmicos puede localizar áreas estructuralmente dañadas, disminuyendo así el riesgo y el costo de la inspección visual. Una investigación sobre instrumentación de movimiento fuerte aplicó esto al edificio Atwood, un edificio MRF de acero de 20 pisos, utilizando 32 sensores sísmicos basados ​​en acelerómetros desplegados en 10 niveles para monitorear con precisión la salud estructural del edificio.(36)

Las redes de sensores sísmicos tienen una amplia gama de aplicaciones en tecnología industrial, investigación sismológica y monitoreo de la salud estructural. La demanda de aplicaciones ha cambiado los requisitos de los sensores y sistemas de los sismómetros para favorecer los sistemas remotos y los bajos costos operativos. La tecnología de detección terrestre moderna y de bajo costo ahora es capaz de realizar mediciones a la par de los instrumentos tradicionales. Utilizando la amplia gama de productos de Analog Devices, se puede implementar un dispositivo sensor para atender diferentes aplicaciones de detección sísmica.

1 Hiro Hanamori, Egill Hauksson y Thomas Heaton. "Sismología en tiempo real y mitigación de riesgos sísmicos". Naturaleza, no. 390, págs. 101-1 461-464, diciembre

2 “Alerta temprana de terremotos”. Servicio Geológico de EE. UU., 2019.

3 Erhard Wielandt. "Sismometría". Manual internacional de sismología de ingeniería y terremotos, Parte A, Elsevier BV, págs. 283-304, 2002.

4 Ana María Zambrano, Israel Pérez-Llopis, Carlos E. Palau y Manuel Esteve Domingo. “Tecnologías de Internet de las Cosas Aplicadas a un Sistema de Alerta Temprana de Terremotos”. Sistemas informáticos de generación futura, vol. 75, 2017.

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Lepolt Linkimer. "Relación entre la aceleración máxima del suelo y la intensidad de Mercalli modificada en Costa Rica". Revista Centroamericana de Geología, vol. 38, págs. 81-94, 2008.

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10 "Todo sobre los sistemas de monitoreo sísmico". Corporación IMV, junio de 2019.

11 Brendon A. Bradley, Misko Cubrinovski, Gregory A. MacRae y Rajesh

12 "M 5,8 - 11 km al SE de Lincoln, Montana". Estudio Gelógico de EE. UU., julio de 2017.

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16 Yong-hui Zhao, Li-ming Wang y Xiao-ling Yan, "El principio y la simulación del detector de velocidad de bobina móvil". 2do Internacional

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17 “Geófono SM-6”. Entrada/Salida, Inc., octubre de 2003.

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33 “Notas de aplicación de SmartMesh IP”. Dispositivos analógicos, Inc., febrero de 2017.

34 Vyacheslav M. Zobin. “Monitoreo sísmico de la actividad volcánica y pronóstico de erupciones volcánicas”. Introducción a la sismología volcánica (segunda edición), págs. 407-431, Elsevier, diciembre de 2011.

35 Robert de Groot. "ShakeAlert®: un sistema de alerta temprana de terremotos para la costa oeste de los Estados Unidos". Alerta de batido, 2019.

36 Z. Yang, U. Dutta, M. Celebi, H. Liu, N. Biswas, T. Kono y H. Benz. "Instrumentación de movimiento fuerte y respuesta estructural del edificio Atwood en el centro de Anchorage, Alaska". 13ª Conferencia Mundial sobre Ingeniería Sísmica, agosto de 2004.

Jesse Santos es ingeniero de aplicaciones de productos para System Development Group con sede en Cavite. Como parte del grupo, desarrolla diseños de referencia de soluciones a nivel de sistema para diversas aplicaciones. Se unió a Analog Devices en 2018. Tiene una licenciatura en ingeniería electrónica y de comunicaciones y actualmente es un estudiante de posgrado de la Universidad De La Salle en Manila. Su investigación se centra en la robótica y los sistemas de inteligencia artificial, en particular la inteligencia de enjambre. Puede comunicarse con él en [email protected].

Angelo Nikko Catapang es actualmente ingeniero de aplicaciones de productos para el Grupo de Desarrollo de Sistemas con sede en Cavite. Trabaja en la creación de diseños de referencia de Circuitos a partir del Lab®. Angelo se unió a Analog Devices en 2016. Actualmente es un estudiante de posgrado del Instituto de Tecnología de Mapua y cursa una maestría en ingeniería electrónica especializada en sistemas de control. Puede comunicarse con él en [email protected].

Erbe D. Reyta ha sido ingeniero de aplicaciones de hardware en el programa Circuits from the Lab de ADI desde 2011, donde se ha centrado principalmente en el desarrollo de hardware de sistemas de precisión. Obtuvo su licenciatura en ingeniería electrónica y de comunicaciones en la Universidad de Filipinas-Diliman y obtuvo su maestría en ingeniería informática en Pamantasan ng Lungsod ng Maynila (Universidad de la ciudad de Manila) en Filipinas. Puede ser contactado en [email protected].