CN101872534A - 磁悬浮地震报警器 - Google Patents

Abstract

本发明为磁悬浮地震报警器，涉及到电磁学、地球物理学和自然防灾领域。通过基于磁悬浮效应的报震开关设计，以磁悬浮报震开关为核心部件的、由蜂鸣器、LED灯和串联直流电源组成的多功能地震报警电路的构建，以及调整磁悬浮球的平衡位置，以确定地震报警等级等项技术措施，可在破坏性地震到来之前的数秒内，提前对地震的纵波检测，并通过蜂鸣器和LED灯等声光元件进行不间断的、人工可控的声响、光电或声响-光电联动报警，使设备的持有者即使在电网停电的情况下也可及时避震或呼救，以避免不必要的伤亡。本装置为便携式、体积小，重量在250克左右，适用于家庭，对地震报警网络也适用。在电网停电的情况下也可使用，正常工作期间，不耗电。

Description

磁悬浮地震报警器

所属技术领域

本发明涉及到电磁学、地球物理学和自然防灾领域。

背景技术

本发明磁悬浮报警器是一种基于电磁效应的对地震产生的纵波(S波)报警装置，可在破坏性地震(横波，即P波)到来之前的数秒内，利用声响提前报警，借助照明逃生。一旦持有装置者被倒塌的建筑物掩埋，还可以利用声响向外界呼救，以便及时得到救助。

近几年来，地震频发，破坏力巨大，引起国人，特别是相关的工作者高度关注。为应对这一自然灾害，纷纷献计献策，地震报警器就是在这一背景下的产物。打开专利数据库，可以发现，关于这一发明不下200余种。从其功能和结构原理来看，大致可分如下几种：

1)多功能型，集防盗门报警器，门铃转换及地震报警于一体的装置；单一功能型，如地震应急灯、地震蜂鸣器等；也有复合型，照明与音响兼备，如声光报警器等；

2)从检震元件来看，多采用市售的传感器，如加速度传感器，压电式传感器和光纤光栅传感器等，这种以传感器为核心的报警器多用在地震报警网络中，配以控制电路，检测电路，结构复杂，价格昂贵，并在实时监测中与电源相连，耗费一定的电能；

3)基于地震效应，自行设计的机械式开关，如落锤式，滚动圆球式，摆线式、平衡盘和触丝式等，这些机械元件受到震动，按预定的运动方向和轨迹移动，接通电源，使蜂鸣器或照明器导通工作。这种装置结构简单，成本低，适用于家庭，但这种装置的移动元件与电路触点不能牢固相接，特别是处于工作状态的这种装置若移动，将使其发声和照明断续。另外，由于机械部件较多，体积相对较大；

4)关于磁力开关，有一份申请专利，发明者为高达山；高祯；高鸽。该实用新型提供一种多功能磁性地震报警器，主要由电铃和报警触发装置组成。触发装置包括：由三至四根立柱和连接在立柱顶部的绝缘顶板，以及连接在立柱下部的凹缘圆心铁板构成的塔式架，通过绝缘顶板的中心孔悬挂一条金属链，其下端系一个圆锥体磁铁，磁铁悬吊于凹缘圆心铁板之中，与铁板无接触，保持一定距离，从而形成触发接点。这一结构可以实现电铃连续发声，但它所测得的是横波，而不是纵波，较后者缺乏10余秒的预警功能。

综上所述，目前所开发的地震报警器种类繁多，结构各异，对地震均有示警功能，但存在如结构复杂、报警信号不连续、报警不及时、待机过程中消耗电能等问题，所以，至目前为止，尽管地震频发，但众多的报警器在实际中发挥作用的报道却很少。为此，开发一种构思新颖、结构独特、多功能、节能并有广泛适用性的新型地震报警开关是十分必要的。

发明内容

要解决的技术问题：

本发明为在既定的报震地震等级下针对地震的纵波及时声光报警，以提醒使用者及时脱离现场、避免不必要的伤亡，而研发了一种基于磁悬浮效应的地震报警装置，要解决的技术问题如下：

1)设计基于磁悬浮效应的报震开关；

2)构建以磁悬浮报震开关为核心的多功能地震报警电路；

3)组装、调试磁悬浮报震装置，以确定地震报警等级。

采用的技术方案：

采用以下技术方案，以解决上述技术问题：

1)磁悬浮报震开关结构设计：

根据磁学同性相斥、异性相吸基本原理所设计的磁悬浮系统如图1所示。放置在非磁性管中的磁性球体，受到放在塑料管中的磁棒的引力、自身重力和来自于磁性弹簧的弹力，而悬浮在平衡点处。

当系统受到来自地震引发的振动时，球体离开平衡位置，作上下往复运动，当其与磁棒靠近时，被吸引，与其间的两个常开式金属触点相接，使电源和蜂鸣器和照明灯的驱动电路接通，实现声、光或声-光报警。

报警结束后，通过外接开关的闭合，对缠绕在非磁性管上的绕组通电，产生反向磁场，使磁悬浮球脱离触点而复位(图中未画)；

2)多功能地震报警电路设计：

为实现声、光或声-光联合报警、照明逃生以及音响呼救，如图2所示的地震报警电路由磁悬浮报警开关、蜂鸣器、LED照明灯和直流电源构成。蜂鸣器和LED照明灯驱动电路并联，通过报震开关由直流电源供电。平时，因磁悬浮开关的触点为常开式，蜂鸣器和LED灯开路，不动作。当磁悬浮报警开关的常开触点被磁悬浮球短接时，蜂鸣器和LED灯被接通、报警。

蜂鸣器为装置中的音响执行元件，有源电磁式，与之匹配的驱动电路是自激式有源驱动模块。

LED照明灯为高亮度发光二极管，与之匹配的是市售的LED灯的供电驱动模块。

直流电源分别为蜂鸣器和LED灯供电，

此外，在蜂鸣器和LED照明灯的驱动电路各放置一个开关K₁和K₂，供报震开关闭合时，可使这两个元件分别开断。K₃为磁悬浮球复位开关。

3)磁悬浮报警器组装、调试：

将图2所示的元器件按一定顺序连接，组装在箱体内，并通过激振器(地震模拟平台)，对放置在非磁性管内的磁悬浮球位置进行调试，即通过调节磁棒和磁悬浮球间距离，以确定装置在哪一个震级下报警。报警震级是可调的，考虑到本装置多用于家庭场合，在较低的震级下报警不会造成社会影响，且有较大的安全裕度，定为三级地震报警。

有益效果：

与上述的200多项专利相比，本发明专利具有以下创新性：

1)所测的是纵波，为使用者赢得10余秒的逃生时间；

2)照明、声响联动，不间断，具有报警、逃生照明和呼救三位一体功能；

3)报震元件既不是市售的传感器，也不是机械式元件，而是一个磁悬浮球，结构既简单，造价成本又低；

4)无地震时，照明和音响电路开路，不耗电，只有在地震时，电源才接通，为照明和音响供电；

5)本发明适用于家庭，也适用于地震报警网络。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是磁悬浮报震开关结构图

图2是多功能地震报警电路框图

图1中，1为距离可调的磁棒，2为塑料管，3为塑料盘，4为金属触点，5为非磁性管，6为磁悬浮球，7为磁性弹簧。

图2中，1为金属触点，2为非磁性管，3为绕组线圈，4为直流电源，5为LED灯及其驱动模块，6为蜂鸣器及其驱动模块，7、8和9分别为绕组线圈.LED灯和蜂鸣器开关。

具体实施方式

1)磁悬浮报震开关

在图1所示的磁悬浮报震开关中，非磁性管长度为14cm，管径为1cm，内置的磁悬浮球直径为0.8cm，与之相对放置的磁棒长度为2cm，外径为1cm。在磁悬浮球上方放置在绝缘管中的常开式触点间距为0.3cm。

缠绕在非磁性管上的绕组线为500匝，线径为0.03cm，当在绕组两端施加4.5V直流电压时，绕组线中产生的反向磁场使磁悬浮球脱离触点、复位。

2)多功能地震报警电路

除了上述的磁悬浮报警开关外，蜂鸣器、LED灯和电池组的参数为：

蜂鸣器：额定电压4.5V，额定电流小于35mA，声频电压大于85dB；

LED灯：额定电流小于100mA，额定电压4.5V，功率为3W；

直流电源：3节5号电池，采用串联分压供电方式，总输出电压为4.5V，分别为LED灯、蜂鸣器和绕组线圈供电。

线路中开关K、K₂和K₃分别为蜂鸣器、LED灯和绕组线圈的控制开关。

3)磁悬浮报警器的组装与调试

将LED灯、蜂鸣器和磁悬浮报震开关以及直流电源从上至下依次排列，放置在箱体内。箱体为圆柱型，长度为14.1cm。

4)设备使用方法：

(1)将装置垂直地放置在无(或微小)震动的桌面上，切勿倒置，且远离家用电子设备：

(2)闭合开关K3，使磁悬浮球复位，然后将K3打开，使绕组线圈处于开断状态；

(3)闭合开关K1和K2，使蜂鸣器和LED灯处于工作状态；

(4)报震时，蜂鸣器和LED灯同时工作。打开K1，蜂鸣器停止工作，再闭合，继续工作；打开K2，LED灯停止工作，再闭合，继续工作；

(5)报震结束，重复(1)和(2)，设备恢复正常工作状态。

Claims (7)

1.一种磁悬浮地震报警器。由磁悬浮报震开关、蜂鸣器、LED灯和直流电源组成。其特征是：通过磁悬浮报震开关采集到地震引发的震动纵波信号，传送到蜂鸣器和LED灯，发出声、光或声-光联动信号，使装置持有者及时避震或发出求救信号，以避免造成不必要的伤亡；

2.根据权利要求1所述的磁悬浮地震报警器，其特征是：有一个对地震纵波响应灵敏的磁悬浮球系统。正常状态下，置于非磁性管的磁性球体，受到磁力、重力和磁性弹簧的弹力的作用而停留在平衡点处，当受到地震引发的纵波作用时，失去平衡，作上下往复震动，被停留在磁悬浮球上方的磁棒所吸引，与常开触点相接，导致蜂鸣器和LED灯动作、报警；

3.根据权利要求1所述的磁悬浮地震报警器，其特征是：在非磁性管的底部以及上部分别放有一磁性弹簧和磁棒，以维持磁悬浮球的平衡；

4.根据权利要求1所述的磁悬浮地震报警器，其特征是：由磁悬浮球短接常开触点所发出的声、光或声-光联动报警信号是持续的、且通过K1和K2开关可控；

5.根据权利要求1所述的磁悬浮地震报警器，其特征是：在报震结束后，可通过在绕组线圈通以直流电所产生的反向磁场使磁悬浮球复位；

6.根据权利要求1所述的磁悬浮地震报警器，其特征是：可通过调节磁棒的位置确定报警的地震等级；

7.根据权利要求1所述的磁悬浮地震报警器，其特征是：装置在正常工作状态，装置内的各部件不需要外部电源或内置电池供电。

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