一种检测地震发生及方向的地动仪及应用的制作方法

本发明涉及一种地动仪，尤其是涉及一种检测地震发生及方向的地动仪及应用。

背景技术：

公知的，张衡地动仪是世界上第一个地震探测器，但由于地动仪原物与制作方法均已失传，这一伟大的科技杰作已经成为神秘而永恒的传奇。一千多年以来，古今中外的众多学者们纷纷对地动仪进行研究，试图复原地动仪，分别提出各式各样的复原方案或模型，如王振铎建立的“倒立摆”模型，其内部设有都柱，形象地说就像倒立的啤酒瓶，上粗下细，精铜制造，重心高置，倒立中央，其周围环绕八个方位的触发机关，即所谓的“牙机”，可控制尊外相对应方位口衔铜珠的龙首。一旦地震传来地动，因惯性使倒立摆失去平衡迎着地动方向倾倒，并撞击相应触发机关，使尊外龙口张开吐出铜珠，其下置的蟾蜍张口承之，激扬有声警示地震方位；虽然复原模型看来倒也忠实于文献记载，遗憾的是难以记录真实地震。“都柱”模型利用惯性原理的确能使“倒立摆”受地面位移触动时倾倒，但摆的“立足”形状面积大小难以确定，太小立足不稳，太大失却灵敏。最关键的原因是“倒立摆”没有任何放大作用，根本不可能捕捉人未觉察的微弱地震动，更谈不上记录千里之外地震。下述冯锐复原的“悬垂摆”模型也存在同样缺陷；用“悬垂摆”代替“倒立摆”作为“都柱”，悬垂摆都柱下放置一个小球，可自由滚向指示八个方位的“米”字形滑道，一旦地震传来地动，因惯性悬垂摆迎着地动方向位移，摆底针拨动小球沿着相应方位的滑道滚下，进而触发控制机关使龙张口吐珠，蟾蜍在下承之明示方向。根据其触发机理过程，该模型灵敏度很难提高，而且对地动反应速度要慢于“倒立摆”模型，最大缺陷仍然是对地动信号没有任何放大作用，更不可能在人未觉察时对真实地震“验之以事，契合若神”。

上述模型都不能顺利的监测到地震的发生，且监测地震的原理也与中国古代的科学脉络不一致，都和东汉洛阳灵台的结构没有任何关系，更不能说是已经复原了汉代张衡的侯风地动仪。

技术实现要素：

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种检测地震发生及方向的地动仪及应用。

为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种检测地震发生及方向的地动仪，包括设置在灵台上部的地动仪外壳、蟾蜍、设置在地动仪外壳内部的都柱和均布在地动仪外壳上的八个出球通道，在出球通道内均设有铜丸，在出球通道的下部分别上下对应设有蟾蜍；

灵台由地面以上的高土台、地面以下的十字形地宫、连通十字形地宫与地面上地动仪外壳之间的竖井构成，都柱竖直设置在竖井内，且下端固定在十字形地宫的正中心处，上端穿过灵台上表面设置在地动仪外壳内，都柱的上端设有固定盘，沿固定盘的圆周方向呈发射状延伸有八根横梁，在横梁的外端下部均设有杆秤机关，杆秤机关的外端设置在出球通道内，且卡在出球通道内铜丸的上部，杆秤机关的下端通过信号传导线与分别与鼓形听罂的共振膜连接；

在横梁的外端下部均设有内勾段，内勾段的顶部呈尖角状；

所述十字形地宫在灵台地下呈东北-西南、西北-东南走向，呈x形通道，十字形地宫四个方向的外端均横向布置有鼓形听罂，在相邻两条通道弧形夹角的中部均设有鼓形听罂，且设置在弧形夹角的中部的四个鼓形听罂在同一圆周上。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，蟾蜍包括壳体和底板，壳体呈开口小肚子大的鼓肚状，开口设置在壳体的上端，壳体内部为空心结构，底部设有底板，在壳体一侧竖直侧板的下部设有出口，底板的一端伸出出口设置在壳体外部，且伸出段的上面设有向下倾斜的斜面，在底板的外端部设有向上延伸的弹片；在壳体内部的下部设有一段固定一段游离的发声簧片，发声簧片的一端与壳体的鼓肚侧固定连接，另一端与侧板之间具有铜丸下落的间隙。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，在侧板的外侧面上固定有竖直方向的固定夹，在固定夹的竖直空腔内设有上下抽拉的抽拉板，在固定夹的外侧面上设有螺钉孔，螺钉孔内的螺钉顶紧在抽拉板上。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，杆秤机关包括杆秤、涨紧器和感应杆，杆秤的外端设置在出球通道内，杆秤的内端穿设有信号传导线，信号传导线的上端穿设杆秤的内端后安装涨紧器，下端与鼓形听罂的共振膜固定连接，信号传导线的竖直段分别与都柱平行，信号传导线的水平段分别与鼓形听罂的共振膜固定，在竖直段、水平段的拐角处与竖井内面之间铰接有感应杆，感应杆由两根铰接的枝杆构成。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，十字形地宫的每条通道的横截面积为4米×4米。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，鼓形听罂为陶、青铜或木成型，外端埋入土中，内端包覆有皮革材质的共振膜。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，地动仪外壳设置为上下拆分结构。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，信号传导线为金属线或丝线，直径为0.05-1mm。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，在秤杆的内侧靠近内端处的下面均设有凹陷，横梁外端下部内勾段的尖角设置在凹陷内。

一种检测地震发生及方向的地动仪的应用，包括设置在灵台上部的地动仪外壳、蟾蜍、设置在地动仪外壳内部的都柱和均布在地动仪外壳上的八个出球通道，出球通道内均设有铜丸，在出球通道的下部分别上下对应设有蟾蜍；具体包括以下步骤：

任一一个方向过来的地震波传到相应方向上的鼓形听罂时，鼓形听罂上的共振膜产生振动，该振动通过共振膜上的信号传导线传到到杆秤机关的杆秤上，经过杆秤机关将鼓形听罂共振膜上的振幅放大，杆秤机关放开铜丸，铜丸落入蟾蜍的肚中，发出声音，提醒值更人员。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过在地面以下设置十字形地宫和八个方向的鼓形听罂，八个鼓形听罂中的其中四个布置在十字形地宫四个方向的外端，另外四个布置在东、南、西、北方向，分别设置在相邻两条通道弧形夹角的中部，任意一个方向过来的地震波只能引起该方向上的杆秤机关动作，其余七个鼓形听罂不再动作，方向性好；

2、本发明所述的检测地震发生及方向的地动仪及应用，鼓形听罂横向布置能感知地震波，鼓形听罂利用共振工作，只对约n倍4米的地震波产生共振，其它波长的干扰波都被过滤掉了。采用丝线或金属线作为信号传导线，可以使振幅小于一定阀值的共振信号，不能让杆秤机关动作，过滤了振幅较小的地震波，大大提高了地动仪的可靠性能；当地震波中传到鼓形听罂时，鼓型听罂的共振膜产生振动，该振动通过丝线传导到杆秤机关，经过杆秤机关的放大作用，从而放开铜丸，落入蟾蜍肚中，产生声音和龙吐珠的现象；

3、本发明所述的蟾蜍为口小肚子大的金属容器，在蟾蜍内部的下部设有发声簧片，铜丸在下落过程中轨迹变长，且由于发生簧片与底板之间设有间隙，掉落在发生簧片上发出的声波较长，能达到1分钟以上，能够有效提醒值更人员得知发生地震的消息；所述地动仪设置为上下拆分结构，上盖打开后便于检修和调整杆秤机关，也便于人员下到十字地宫。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明十字形地宫的结构示意图；

图3是是本发明蟾蜍的结构示意图；

图中：1、杆秤机关；2、涨紧器；3、感应杆；4、十字形地宫；5、信号传导线；6、鼓形听罂；7、共振膜；8、地面；9、灵台；10、蟾蜍；11、都柱；12、铜丸；13、地动仪外壳；14、地震波；15、壳体；16、谐振腔；17、发声簧片；18、弹片；19、螺钉；20、固定夹；21、抽拉板；22、侧板；23、底板。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。

结合附图1-3所述的检测地震发生及方向的地动仪，包括设置在灵台9上部的地动仪外壳13、蟾蜍10、设置在地动仪外壳13内部的都柱11和均布在地动仪外壳13上的八个出球通道，在出球通道内均设有铜丸12，在出球通道的下部分别上下对应设有蟾蜍10；

灵台9由地面8以上的高土台、地面8以下的十字形地宫4、连通十字形地宫4与地面上地动仪外壳13之间的竖井构成，都柱11竖直设置在竖井内，且下端固定在十字形地宫4的正中心处，上端穿过灵台上表面设置在地动仪外壳13内，都柱11的上端设有固定盘，沿固定盘的圆周方向呈发射状延伸有八根横梁，在横梁的外端下部均设有杆秤机关1，杆秤机关1的外端设置在出球通道内，且卡在出球通道内铜丸12的上部，杆秤机关1的下端通过信号传导线5与分别与鼓形听罂6的共振膜7连接；

在横梁的外端下部均设有内勾段，内勾段的顶部呈尖角状；

所述十字形地宫4在灵台地下呈东北-西南、西北-东南走向，呈x形通道，十字形地宫4四个方向的外端均横向布置有鼓形听罂6，在相邻两条通道弧形夹角的中部均设有鼓形听罂6，且设置在弧形夹角的中部的四个鼓形听罂6在同一圆周上。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，蟾蜍10包括壳体15和底板23，壳体15呈开口小肚子大的鼓肚状，开口设置在壳体15的上端，壳体15内部为空心结构，底部设有底板23，在壳体15一侧竖直侧板22的下部设有出口，底板23的一端伸出出口设置在壳体15外部，且伸出段的上面设有向下倾斜的斜面，在底板23的外端部设有向上延伸的弹片18；在壳体15内部的下部设有一段固定一段游离的发声簧片17，发声簧片17的一端与壳体15的鼓肚侧固定连接，另一端与侧板22之间具有铜丸12下落的间隙。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，在侧板22的外侧面上固定有竖直方向的固定夹20，在固定夹20的竖直空腔内设有上下抽拉的抽拉板21，在固定夹20的外侧面上设有螺钉孔，螺钉孔内的螺钉19顶紧在抽拉板21上。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，蟾蜍10为口小肚子大的金属容器，在蟾蜍10内部的下部设有金属弹片，金属弹片与蟾蜍10的底面之间设有空腔。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，杆秤机关1包括杆秤、涨紧器2和感应杆3，杆秤的外端设置在出球通道内，杆秤的内端穿设有信号传导线5，信号传导线5的上端穿设杆秤的内端后安装涨紧器2，下端与鼓形听罂6的共振膜7固定连接，信号传导线5的竖直段分别与都柱11平行，信号传导线5的水平段分别与鼓形听罂6的共振膜7固定，在竖直段、水平段的拐角处与竖井内面之间铰接有感应杆3，感应杆3由两根铰接的枝杆构成。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，十字形地宫4的每条通道的横截面积为4米×4米。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，鼓形听罂6为陶、青铜或木成型，外端埋入土中，内端包覆有皮革材质的共振膜7。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，地动仪外壳13设置为上下拆分结构。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，信号传导线5为金属线或丝线，直径为0.05-1mm。

所述的检测地震发生及方向的地动仪，在秤杆的内侧靠近内端处的下面均设有凹陷，横梁外端下部内勾段的尖角设置在凹陷内。

如附图1所示，地面8以上设有灵台9，地动仪外壳13固定在灵台9上面，十字形地宫4设置在地面8以下，都柱11安置在十字形地宫4正中心位置，都柱11上端穿过灵台上表面进入地动仪外壳13内，都柱11上端横梁的外端下部设有八个杆秤机关1，八个杆秤机关1的秤杆的外端均卡在铜丸12，秤杆的内端均通过信号传导线5与鼓形听罂6的共振膜7固定连接；十字形地宫4在灵台地下呈东北-西南、西北-东南走向，呈x形通道，十字形地宫4四个方向的外端均横向布置有鼓形听罂6，在相邻两条通道弧形夹角的中部均设有鼓形听罂6，且设置在弧形夹角的中部的四个鼓形听罂6在同一圆周上；十字形地宫4四个方向外端的四个鼓形听罂6与相邻两条通道弧形夹角中部设置的四个鼓形听罂6不在同一圆周上，如附图2所示，来自不同方向的地震波14均可分别被八个方向上的鼓形听罂6接收到，且任一方向上来的地震波只能被相应方向上的鼓形听罂6接收，其余鼓形听罂6均被隔离，有效防止误落丸工作。

一种检测地震发生及方向的地动仪的应用，包括设置在灵台9上部的地动仪外壳13、蟾蜍10、设置在地动仪外壳13内部的都柱11和均布在地动仪外壳13上的八个出球通道，出球通道内均设有铜丸12，在出球通道的下部分别上下对应设有蟾蜍10；

地震波来自不同的方向，本发明的地动仪有八个方向，其中任一一个方向过来的地震波14只能传到该相应方向上的鼓形听罂6，鼓形听罂6是利用共振工作的，只对约n倍4米的地震波产生共振，鼓形听罂6的一端埋在土里，一端游离，它只能感应到埋在地下那一段方向上来的地震波，从游离端来的地震波没有反应；采用有弹性的丝在鼓形听罂6和杆秤机关1之间作为信号传递材料，可以使振幅小于一定阈值的共振信号，不让杆秤机关产生动作，这样就过滤掉了振幅较小的波，通过频率与振幅的筛选，使地动仪的可靠性大大提升；

鼓形听罂6上的共振膜7产生振动，该振动通过共振膜7上的信号传导线5传到到杆秤机关1的杆秤上，经过杆秤机关1的放大作用，从而杆秤机关1放开铜丸12，其中蟾蜍壳体15的上端开口与发声簧片17上下对应设置，发声簧片17与底板23之间具有间隙，发声簧片17的高度固定高度高于侧板22下部出口的高度，发声簧片17的材质为金属、木头或石头，发声簧片17的形状为片状，或在片状的中部设有向上隆起的空心凸起部，凸起部为半球形、或截面为弧形状凸起，如碗状、铃铛状；

铜丸12落入壳体15上端开口内，附图中箭头的位置为铜丸12下落轨迹，铜丸12先砸落在发声簧片17上，发声簧片17与壳体15上部之间形成了谐振腔16，产生腔体共振频率，铜丸12再从发声簧片17上落入发声簧片17与侧板22内壁之间的空隙内，落入壳体15底部，并从出口滚落至壳体15外部，便于收集再利用，铜丸12在下落过程中轨迹变长，且由于发生簧片17与底板23之间设有间隙，掉落在发生簧片17上发出的声波较长，能达到1分钟以上，能够有效提醒值更人员得知发生地震的消息；

杆秤机关1的杆秤即为杠杆，杠杆可以把一个大力量小行程变成小力量大行程，驱动出球通道内的铜丸动作，杆秤机关1放大的是振幅，可以把鼓面的小振幅放大，若杆秤机关1的放大倍数是20倍，直径4米的鼓形听罂6的共振膜7只要产生0.5毫米高的振幅，即可让铜丸落下；鼓形听罂6对地震波的共振当大倍数如果是10倍，共振膜产生0.5毫米的振幅，就需要地震波的振幅大于0.05毫米，由地震震级的里克特公式m=1ga可知，鼓形听罂6接受到振幅0.05毫米振幅的地震震级是1.7级，也就是说该地动仪可以相应1.7级以上的地震；

若一个铜丸的质量是1-3公斤，开启杆秤机关的力为1-3牛顿，行程0.01米，需要做功0.01-0.03焦耳，丝线和杆秤的传递效率约50%，鼓型听罂共振膜上需要产生0.02-0.06焦耳的能量，直径4米鼓型听罂的截面积约12平方米，它的整个截面都可以接受地震波的能量，每平方米可以接收0.0017-0.005焦耳的能量就可以让铜丸发生运动，该装置可以响应0.0017-0.005焦耳/平方米能量密度的地震波，3级地震在100千米外产生地震波能量密度约为0.005焦耳/平方米，该地动仪可以在100公里外对3级地震进行响应，再加上共振时的能量叠加效应，灵敏度更高。本发明地动仪外壳13的上盖打开后便于检修和调整杆秤机关1。

本发明未详述部分为现有技术。

为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。