地震拾震器系列装置的制作方法

本实用新型属于地震测量记录技术领域，具体涉及地震拾震器系列装置。

背景技术：

众所周知，现代地震仪一般包括两部分，即地震拾震器和地震采集器。前者是基础来源；后者是数据处理。但从公元前张衡的地动仪直到现代的地震仪，基本都是摆锤原理的拾震器。

然而，摆锤原理的拾震器至少存在以下两种的缺陷。其一是，由于悬摆锤的牛顿定律“惯性”客观存在，假如t1时刻拾震器测得的震动波数值是x1，而在t2时刻拾震器测得的震动波数值本应该是独立的对应值x2，但由于“惯性”的摆动，必然存在“振动波的叠加与共振”，所以实际得到的震动波数值则为x2+Δx，造成了数据的不准确或误差大或不可靠；其二是，地动异常是指地震前地面出现的晃动。地震时地面剧烈振动，是众所周知的现象。但地震尚未发生之前，有时感到地面也晃动，这种晃动与地震时不同，摆动得十分缓慢，而且地震波是很微弱的，常常连地震仪都记录不到的，可见摆锤的拾震器的灵敏度很低，现代的地震仪甚至要靠放大信号达几十万倍才行。

基于摆锤原理的拾震器所存在的缺陷，现有技术中亟需一种新的技术方案解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种地震拾震器系列装置，解决传统的摆锤原理的拾震器存在的因振动波的叠加与共振导致测量数据的误差大以及对于微弱的地震测量灵敏度低的问题。

本实用新型解决上述问题采用的技术方案为：一种地震拾震器系列装置，包括与采集器对接，还包括半径为R圆球、圆锥体、传感器围栏、底座、光电位移传感器、接触开关传感器以及收集槽，所述圆锥体上设有贯穿的孔槽，该孔槽的直径为D；所述圆锥体下底面的直径为H，圆锥体底部与底座固定连接；所述圆球放置在圆锥体顶部的孔槽上；所述传感器围栏与圆锥体同心布置在底座上；所述光电位移传感器及接触开关传感器均设置在传感器围栏上，且光电位移传感器及接触开关传感器均与采集器电性连接；所述收集槽与底座的外部边沿固定连接。

进一步，所述光电位移传感器的发射端与的圆球的球心距底座的高度相等。

进一步，所述的接触开关传感器的数量为120个，均匀分布在传感器围栏内壁上，且接触开关传感器所在位置距底座的高度为R。

进一步，所述传感器围栏内径为圆锥体的底面直径H与圆球直径的2 倍即4R的和。

进一步，所述传感器围栏还与一电控提升装置连接，该电控提升装置与采集器电性连接。

采用上述技术方案的本实用新型能带来如下有益效果：

本实用新型采用无摆锤式地震拾震器系列装置，灵敏度高，可以测量微小的地震；除此之外，本实用新型所采用的力学模型还解决了传统摆锤式地震拾震装置因地震波叠加共振导致的测量结果不准确的问题。

附图说明

以下结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步阐述。

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的俯视图。

图3为本实用新型的局部剖视图。

图4为本实用新型的力学模型原理图。

图中，1-圆球、2-圆锥体、3-传感器围栏、4-底座、5-光电位移传感器、 6-接触开关传感器、7-收集槽、201-孔槽。

具体实施方式

如图1至图3所示，一种地震拾震器系列装置，包括与采集器对接，其特征在于：还包括半径为R圆球1、圆锥体2、传感器围栏3、底座4、光电位移传感器5、接触开关传感器6以及收集槽7，所述圆锥体2上设有贯穿的孔槽201，该孔槽201的直径为D；所述圆锥体2下底面的直径为H，圆锥体2底部与底座4固定连接；所述圆球1放置在圆锥体2顶部的孔槽201 上；所述传感器围栏3与圆锥体2同心布置在底座4上；所述光电位移传感器5及接触开关传感器6均设置在传感器围栏3上，且光电位移传感器5 及接触开关传感器6均与采集器电性连接；所述收集槽7与底座4的外部边沿固定连接。

进一步，所述光电位移传感器5的发射端与圆球1的球心距底座4的高度相同，光电位移传感器5监测圆球1的位置信息，当圆球1从圆锥体2 上掉落时，光电位移传感器5向采集器发出信号，采集器会记录圆球掉落的时间，即感受到地震波的时间，如果本实用新型设置在地震发生地，那么采集器记录的时间也就是地震发生的时间。

进一步，所述接触开关传感器6的数量为120个，均匀分布在传感器围栏3内壁上，且接触开关传感器6所在位置距底座4的距离与圆球1的半径相同。接触开关传感器6的作用是定位地震波的方向，接触开关传感器6 与采集器电性连接，当圆球1撞击到传感器围栏3上设置的某一接触开关传感器时7，根据采集器中预先设置的接触开关传感器6的编号，采集器会自动记录地震波传来的方向以及圆球1与接触开关传感器6接触的时间，之所以让接触开关传感器6所在位置距底座4的距离为R，是为了让圆球1落下的第一时间就能激发传感器围栏3上的接触开关传感器6。

进一步，所述传感器围栏3内径为圆锥体2的底面直径H与圆球1直径的2倍即4R的和。这样设置原因也是为了当圆球1落下的第一时间就能撞击传感器围栏3上的接触开关传感器6。

进一步，所述传感器围栏3还与一电控提升装置相连接，该电控提升装置与采集器电性连接。当采集器接收到接触开关传感器6发出的信号的同时，采集器会向电控提升装置发出信号，电控提升装置会将传感器围栏3 提升一定的高度，该高度设置为大于圆球1的直径即可，圆球1会沿着底座 4上的斜面落入收集槽7中，随后电控提升装置会自动复位，传感器围栏3 也落回原位。

图4为本实用新型的力学模型原理图，由前述的附图及文字中可知，圆锥体2上的直径为D的孔槽201上放置有一个半径为R的圆球1，圆锥体2 的底面直径为H；在静止状态下，通过力学原理可得出该圆锥体2底面的法线N与圆球1的重力线P重合。

当有地震波传来时，本实用新型的圆锥体2就会出现倾斜，如图4所示，此时，该圆锥体2的底面与地面水平线的夹角为α，依照几何学定理，圆球 1的重力线与圆球1对圆锥体2底面的法线N的夹角也是α，随着倾斜夹角α逐渐地增大到重力线P刚好到达该圆锥体2上开设的孔槽201的边缘时，依三角函数公式有：R x sinα＝D/2，通过转换其关于α的反三角函数为：α＝ArcsinD/2R，此时的倾斜夹角α，就叫做“临界夹角θ”，亦即θ＝ ArcsinD/2R，就α与θ的大小关系而言，有如下3种情况：

1、当0〈α〈θ时，此时虽然该圆锥体因地震波而产生倾斜，但圆球1 并不会发生向下滚落。

2、当α＝θ时，即倾斜夹角α逐渐地增大到圆球1重力线P刚好到达该圆锥体2上开设的孔槽201的边缘时，此时圆球1的状态，正处在“失稳状态”。

3、当α〉θ时，因已经到达并超过了临界夹角θ，在瞬间超过临界夹角θ的一刹那，圆球1就会滚落下去。

很明显，由于θ＝ArcsinD/2R,当θ是一个常数时，D值只与R值相关，选择设定了D值，则R值就被确定了；当θ是一个常数时，D值只与R值相关，选择设定了R值，则D值就被确定了；同理，如果D值与R值都预先已选定了，θ值就是唯一的了，本实用新型用θ来相关地震的震级，θ的值越大表明地震的震级越强，本实用新型提供的地震拾震器系列装置，通过设置不同的D和R值，能让实现θ在0°到90°之间连续取值，并相关到相应的地震震级，至于θ与地震震级如何相关，在本实用新型中不做具体表述。此外，还可以在本实用新型的圆锥体2上开设的孔槽201内放置一根弹簧，弹簧顶部刚好与圆球1接触，弹簧底部与底座4接触，用来检测地震纵波，并通过弹簧上设置的相关传感器将采集到的信息传输给采集器；另外，本实用新型传感器围栏上3设置的光电位移传感器5及接触开关传感器6均可以与其他类型的传感器并联，以用于扩展并获取与地震测量所需的其他数据。以上所述传感器的所有测试参数信号，均要发送到采集器上进行数据存储、计算、绘制地震图谱与表格、自动分析与数据处理以及与异地的联网等等，仅以上述设置传感器最少的情况(光电位移传感器5及接触开关传感器6)为例，至少能够完成以下的报告：一是圆球开始滚落即t1的时间；二是圆球开始碰撞即t2的时间；三是地震波震源来自的方向并依据地震横波的速度即可推算出震源的地点与时间；四是本装置当地的地震震级。

本实用新型可在同一地区设置不同系列不同精度的地震拾震器，能够精准地测量并记录当地震震级；另外，本实用新型还可异地联网，能够更加详尽的获取与地震相关的各种信息。