CN101988969A - 还原候风地动仪及当代应用 - Google Patents

Abstract

还原候风地动仪及当代应用：《候风地动仪》我国伟大科学家张衡在公元132年发明制造，超时代产物。失传十几个世纪。其代表该现在技术的50年代及2005年复原模型与史记描述相比，均存在屏蔽基本科学原理。存在断错句读，将员≠圆、尊≠樽、首≠嘴异同词汇混同等缺陷与困惑。无法较科学地洞悉过去，跟古人科学精神相去甚远。本发明：按《张衡传》史记中有关地动仪196字描述及结合东汉灵台考古发掘成果。尽力科学地应用逻辑推理原则，尽力不偏不倚还原其结构基本技术面貌。以及提供该未被发现的“土原理”纳入可实用于当代的多项在地震领域可方便应用的，廉价的，相关的基础技术，仪器与器具的制作基本方法。弘扬民族精华，提高地震预警测报能力。

Description

还原候风地动仪及当代应用 

一、本发明涉及：地震领域《候风地动仪》发掘、还原、应用。 

二、本发明背景：《候风地动仪》是我国伟大科学家张衡在公元132年发明制造，超时代的产物。昙花一现，物换星移，世殊时异，而今原本踪迹面貌，亦稳亦深。为真知我们祖先，在抗灾，防御应付自然能力，及社会制度，文化艺术，发明创造等，对世界影响与贡献。波及民族荣誉，国内开掘研究滚滚浪潮此起彼伏。国外有识之士也十分关注。 

现有技术：仅见一些陈陈相因，稍有区别的论著与模型。 

已往普及教科书《候风地动仪》：精铜铸造，形似酒坛，直径八尺(汉制)坛外趴着相间45度尾上首下口咬铜丸八条龙，下相对蹲着张开大嘴等接铜丸八只蟾蜍。坛内中央放立一根大柱，地震惯性使倾倒，击开一龙连动开关，咔哒，地震了。 

目前最新研究成果：完全地通过理性思辩，在美术、工艺、礼教、科学等方面均符合汉代要求。该三分之一模型，可称“断臂维纳斯”。它根本不知张衡设计根据那些科学原理，即便有三台按原比例(相距用快马能将其信息在一定时间内送到分析中心)机发了，寻其方向，还可能摸不着北，也不可能尝一龙机发而地不觉动。废铜一堆而已！因而还必须根据史料，对当时社会等全面进行分析后再下结论。不识庐山真面目，只缘身在此山中。 

三、本发明内容：按史记196字相关《候风地动仪》描述，结合东汉著名灵台发掘成果。科学地应用逻辑推理方法，觅求其土原理，不偏不倚返回原本结构技术面貌。及利用该技术土原理，结合现有的新材料，先进机械，电子技术等。提供系列有关地震方面，新的一代地震仪器与实用器具制作新方法。 

(1)指出《候风地动仪》主要根据什么科学土原理设计制造。 

(2)返回《候风地动仪》原本科学特征面目。 

(3)提供安放《候风地动仪》的场馆或展厅建筑下面增设模拟地震结构特征方法。 

(4)提供《候风地动仪》按比例缩小，加入电子元件的模型。也就是选用各种新材料与新工艺。制造集自动大震前报警与美术欣赏于一身，可安放于室内外满足不同层次需求者的不同型号的系列新产品方法。 

(5)提供，利用《候风地动仪》某项或多项原理技术，及外观上独有的特征。与现代电子元件结合，制造新一代电灯器具，也就是集照明与大震前报警的新产品方法。 

(6)提供，利用《候风地动仪》某项或多项原理技术与现代电子元件结合，制造新一代可安装在地上室内外建筑内的廉价的，方便观察的地震仪，与建立(地震“百叶箱”)网络地面系统方法。 

四、本发明内容通过以下步骤实现： 

(1)根据《后汉书·张衡传》著名史学家范晔(398-445)，有关《候风地动仪》的196字记述。为避免该专业人员雾里看花，先了解原文，标上逗号，句号，并用‖将各层上下意思分清。(与现有的陈规句读不同) 

阳嘉元年，复造候风地动仪，以精铜铸成。员径八尺。合盖隆起。‖形似酒尊，饰以篆文，山龟鸟兽之形。中有都柱，傍行八道，施关发机。‖外有八龙。首衔铜丸。下有蟾蜍，张口承之。‖其牙机巧制，皆隐尊中，复盖周密无际。如有地动，尊则振龙。机发吐丸，而蟾蜍衔之。振声激扬，伺者因此觉知。虽一龙发机，而七首不动。‖寻其方向，乃知震之所在。验之以事，合契若神。自书典所记，未之有也。‖尝一龙机发而地不觉动，京师学者咸怪无征。后数日驿至，果地震陇西，于是皆服其妙。自此以后，乃令史官记地动所从方起。 

(2)简要介绍东汉著名灵台建筑结构与作用。 

1975年，在络阳南郊，考古发现建在山坡上的一处建筑。专家考证建于东汉建武元年，是古帝王用来观天象，占幸运，卜吉凶的高台建筑。西侧有两室，各放《混天仪》及《候风地动仪》灵台洛河通过，土质松软，高高土台松软土层地基不稳。在土台下还发现一根粗柱。 

说明灵台高大质量非常可观，可有效阻断一般在周围的人为活动使灵台震动，只有灵台的地下发生震动，才可随之摇动。土层松软，可导致缓冲作用，放在该地面上的仪器零部件受震动不大。而深插入灵台地下露出的粗柱不一样，可将地震波放大，可使放在它上面的仪器零部件对地震更敏感。灵台动用人力物力不菲，当然不只是满足帝王祭天，更重要是更好发挥仪器功能。 

(3)说明《候风地动仪》根据什么科学土原理设计。通过逻辑推理，将被原文省略去可想而知的结构细节，工艺要领均加以阐明。为了让专业人员了然，对它各向主要尺寸，进行大约推算。(该参考尺寸，还有一定伸缩空间)说明仪器不仅主要特征可与现代地震仪媲美，还有多项独占鳌头。 

仪器设计：第一个土原理，当一个静止的物体，支撑着另一个停留在上面的物体，下面物体在来自不同方向的外力作用下移动了，而上下物体之间磨擦力，不足以使它们之间保持原来的相对位置，上物体失去支撑重心，该重心势能主导它改变方位，可被利导至相关的一定的物体结构内，第二原理，上下物体的两个相接触的表面，只有一个支撑点，静止无外力时，不动的上物体重心点垂线经过该支撑点，简称原点，使变化的或活动的上物体重心点垂线经过的支撑点，简称平衡点。上物体以水平面的中点垂线为对称结构，上下物体的两个可相触的表面，互为不相同的，凸弧面相对平面或略凹弧面，上下物体的原点在中心位置，平衡点移动时不超出两者接触的表面范围。其特征是：可分别或一起被应用于制造有关地震方面的仪器或相关的其它器具的结构上，或相关的零部件设计上。 

《候风地动仪》主要就是根据以上两个土原理设计的。以精铜铸成，磨光后稳重光洁。员径八尺；仪器疆域的最外两点垂线(指左右)间距离(合1.9米)。合盖隆起：即和合的华盖(就是根据第一个原理设计的)，(下物体)穹隆之貌，四周下垂中间隆起(推算仪器中央高度约1.2米)包括：顶盖、龙、蟾蜍。 顶盖上面后半部有八道上小下大的天河(导槽)以轴线相间22.5度中轴心对称分布。(顶盖下面中央固定有一个可自由取下的画板，很薄，直径约0.5米，下面画有不同大小相距一样的同心圆，或更科学的螺旋线，还标有八龙相对1至8位置)八龙围绕酒杯的后半圈，尾或爪钉在灵台地板上，拔地而起托着与其固定的顶盖，张口对准与它相对角度的天河下游，口与腹腔出口对准相对蹲着的八只张着大口等接铜丸的蟾蜍。(固定华盖的地板不与人员活动地板相连，也不与灵台下的粗柱相连，蟾蜍背靠近龙尾)在龙首下还挂有一个小震垂(震垂靠近酒杯口缘，微震容易碰到震垂和龙，大震不容被龙身限制，这样可以造成更好互动响声效果)，顶盖尖头上(后面半圈是天河上下游，前面无通路)放着一个光滑的(上物体)铜丸，(铜丸球径约0.08米，很光滑与盖顶接触面非常小，因而对震感相当灵敏，而有稳定性。且在震波到达第一时间就能发动报警，明确指出不超过22.5度初震方向)，华盖前方无龙天空也。为皇帝(天子)留下空位，符合诸侯北面参拜相见的封建礼规。 

形似酒尊，(就是根据第二个土原理设计的)酒杯就是上物体，(杯高约0.55米，口径约0.9米，推算仪器前后幅员约1.4米)包括：杯身、杯座、都柱。杯身：近空半球形，口缘较薄，底部较厚，中央竖连着一个显赫的杆柱(即都柱，直径约0.02米，长约0.8米，上方有一个圆柱形小孔，下面装着弹簧，抵着画笔，笔尖露出杆柱，轻抵画板中心)杯身下为凸弧表面，中央还有一个非常小的圆锥形杆，杯座为上小下大中空的圆台。酒杯的下物体是水平固定在灵台粗柱上圆柱形铜盘，伸入到杯座内，支撑着酒杯。(直径约0.27米，上表面为平面或略凹弧面，中央有一个上小下大圆台形小孔，与酒杯下的小尖杆紧密配合，且可让小尖杆自由上下活动。两者表面都非常光滑，结构两相反亦可。尊循原点始终保持在中央。平衡点轨迹，随地震波方向，震幅越大，酒杯摆幅越大)仪器有相当的尺寸与质量，用土办法比较容易加工，好满足精度要求。大地稍有倾斜，酒杯平面会朝另一个方向倾斜。(推测，如果灵台设在固体潮变化较明显地方，仪器尺寸大而灵敏，有可能通过土办法，如用管窥或游标尺测量等方法也可发现大地固体潮变化) 

(4)将原文直译注解： 

公元132年，(张衡继发明制造了《浑天仪》又发明制造了《候风地动仪》。[“候风”乃侦察边境诸侯军事犯境动态，千军万马往一个方向奔驰，前后地面震动传向地下，震波由下传至仪器可被探测](仪器)以精铜铸造，通过加工，精磨，组装等工艺完成。(仪器疆域)幅员东西长八尺(合1.9米)(仪器表象)和合的华盖穹隆之貌。 

(仪器内象)形状象酒杯，内外装饰以篆文，山川、乌龟、禽鸟、畜兽、花纹等。(酒杯)中间有显赫的杆柱，在侧近来回行走于四面八方道上，施展发送关联机巧。[记录地震情况] 

(酒杯后半圈)外有八条龙。(在八龙上面的华盖)尖顶上嵌放着一颗铜丸。(在八龙下面的地上)蹲有相对八只蟾蜍，张着大口等候承接铜丸。 

(仪器)突出的机件制作很灵巧，都隐秘在酒杯当中，返复相盖调试周密精磨，要进行无数次方可告成。如果有地震，酒杯立即振动击龙，机组发动铜丸滚落，被蟾蜍接住包含。(仪器)振动声音激烈昂扬， 守望者因此很容易发觉。虽然只一龙机组下蟾蜍有铜丸，而七面机组没变动。 

(根据仪器所获信息)追寻分析各方面情况，可知地震所在地方情况[有三台相距快马能迅速将信息送达分析中心，可知震中位置，震级大小]用事实验证，相符精准如天神功力。查遍书籍文献都没有发现有这样记载，说明是属首创。[以上原文所著146字，非发明者亲作，不可能有如此具体，它可能就是酒杯中篆文，被录史料，又被范晔整理翻译记录，又补充50字] 

以下50字很明了，向来没误解，不再译解重抄。 

(5)总结《候风地动仪》特征：虽然，只能使用当今不悄一顾的青铜时代技术，让！张衡发挥到淋漓尽致，主要技术可与现代地震仪媲美，有的还独占鳌头。虽然，结构简单，零部件非常少，不用联动耗能开关，独具匠心，具！灵敏度高，稳定性好，可与现代地震仪媲美。虽然，不安放于山峒深孔，能！阻断干扰，照样可准确提前报警并记录震况，方便观测独占鳌头。虽然，用不上现代精密量具与机械，又缺乏高科技材料，也没有电子元件，就！发挥尺寸与质量优势，土科学原理，关键处返复就地削磨验试精细磨合，照样谛视天衣无缝，巧夺天功。虽然笨重，质量相当，尺寸也偌大，也！最多只有专家过去估计的三分之一，最多超不过500千克，近200千克亦可，高度也不止降下一半，四面剔透，物尽其用，不蔓不枝，经济合理。虽然，只青铜一色，稳重闪亮，而！飞龙腾空，千姿百姿，铜丸光润，天河云绕，酒杯篆文，山龟鸟兽，自然和谐，雅趣盎然，美伦美奂，独一无二。虽然，封建帝王专横跋扈，乃！遵照礼规，横槊赋诗，巧同造化。 

五、本发明具体实施方式： 

(1)以上指出《候风地动仪》主要根据的二个土原理，实际上它还不仅用于地震方面的仪器与相关的日常各家各户都需要的器用具的制造上。在建筑上特别是第二个土原理值得专家考虑。比如：去年上海13层大楼倾倒事故，倒伏后整个大楼还保持相当完整，说明质量没问题。但中间(原点部分)过于坚硬，特别是地基两边过于松软造成。外面一边挖地下室，使该处水土流失造成地基下沉，另一边堆土(按常规不成问题)使这边地基下面受压倾向中间，而且中间地基比较坚实，使其断面成了扇形。因而稍受震动，大楼就会发生前后摇摆，加剧两头下沉，逐一由外而内将连接的地下钢筋逐一拉断或整桩被拔起。很快会使大楼失去重心，造成突然倾伏。所幸人员尚未搬入居住。另外，江苏有一大楼经常发生不是因为周围地面震动也发生摇晃，至今未见专家找出原因。然而知道它的下面土层比较松软。用以上土原理可得到解答，在它座落的上下岩石接触面，全有可能处于固体潮敏感部位，(即平衡点移动)因而造成。就此特别顺便提醒建筑专家对重心在特别高的建筑物，要注意该第二个土原理是否会被牵扯到，如特高桥墩与高楼，尤其斜拉桥与悬索桥在建造时应该早些用倾斜仪测试，以防万密一疏。 

(2)根据史记196字描述，及结合东汉著名灵台功能，不偏不倚返回《候风地动仪》原本科学面目。具体方法：进一步了解东汉著名灵台，按原样再安装上该仪器，或利用现有建筑技术，模拟同样环境再安放该仪器。供游客参观瞻仰，促进中外文化交流，发展旅游事业。 

(3)在安放《候风地动仪》的场馆或展厅的建筑下面增设模拟地震结构动力机械。具体方法：在该建筑物地下增设可随时模仿不同的地震波方向与强度的结构。也就是通过机械可控引挚，拉动或推动或摇摆，实现不同地震现场模拟境况。使参观者亲历地震惯性感受与目睹仪器表现，不用时与大地锁紧，恢复本性。可提高参观者乐趣，增进防震普及，促进旅游发展。 

(4)按《侯风地动仪》比例缩小，加入电子元件，集自动大震前报警与工艺美术欣赏于一身的模型。具体方法：利用现代钢筋混凝土的笨重建筑物，可阻断或减轻周围活动干扰，选用各样的贵重或廉价的材料，用标准化生产或其它工艺，制造满足不同层次需求者不同型号的系列该模型。如单独或混合用白金、黄金、铜、钢等金属，还有塑料、水晶、玻璃、陶瓷等制造。并在仪器的一定结构内(包括底座内)加入方便用土原理活动零部件打开的电子元件。如蜂鸣器、遥感通讯等器材。安放于室内外，固定的桌上或窗橱或壁内，提高防震，减少人员伤亡水平，并可给防震减灾部门提供一定的科学数据。 

(5)利用以上土原理某项或多项技术与现代电子元件结合开发，制造一系列每家每户都要使用的可自动震前报警又能照明双用的电灯具。具体方法：使安装在柱梁或墙壁上的电灯具，在某处端顶安放一个圆球，地震惯性使其打开下面机构的电子元件。还有可利用龙的独特品味造型(龙的数量与位置不受限)，使电灯具的外观更美观。以提高防震减少人员伤亡水平，并给防震减灾部门提供一定的科学数据。 

(6)利用以上二个土原理，结合现代电子元件，开发制造新一代地震仪。具体方法：用廉价的材料，纳米遥感等新技术。让仪器安装在近地面便于观测的建筑内。如在地震区域的裂缝断层两侧，使方便观测地震孕育与变化过程，使投资相应节约的，方便建立(地震地面巨系统的“百叶箱”)监测大地表面变化的网络。提高建立物理机制测报短临期的信息数码技术，提高地震防灾水平。 

Claims (6)

1.第一个土原理，当一个静止的物体，支撑着另一个停留在上面的物体，下面物体在来自不同方向的外力作用下移动了，而上下物体之间磨擦力，不足以使它们之间保持原来的相对位置，上物体失去支撑重心，该重心势能主导它改变方位，可被利导至相关的一定的物体结构内，第二原理，上下物体的两个相接触的表面，只有一个支撑点，静止无外力时，不动的上物体重心点垂线经过该支撑点，简称原点，使变化的或活动的上物体重心点垂线经过的支撑点，简称平衡点。上物体以水平面的中点垂线为对称结结，上下物体的两个可相触的表面，互为不相同的，凸弧面相对平面或略凹弧面，上下物体的原点在中心位置，平衡点移动时不超出两者接触的表面范围。其特征是：可分别或一起被应用于制造有关地震方面的仪器或相关的其它器具的结构上，或相关的零部件设计上。

2.根据权利要求1，的二个土原理，《候风地动仪》真实科学面目，其特征是：结构与制作方法，按照相关文言史记196字的描述为根据不偏不倚返回。

3.根据权利要求2，《候风地动仪》的附加结构设计方法，其特征是：在安放的场馆或展厅建筑物的地下增设可随时随地通过机械推动或牵引或摆动可控制的，模拟来自不同方向，不同强弱的地震波使建筑物随之运动或静止的结构部件，不用时可将机械与安放的地面全部锁紧，恢复与大地安放在一起的原本状态。

4.根据权利要求2，《候风地动仪》的缩小模型，其特征是：不仅限于青铜材料，可选用其它的，和不同几种的相互配合的进行制造，并可使用现有的电子元件与其配合制作，可安放于室内外，可在震前报警，又能作为工艺美术用品欣赏的仪器。

5.根据权利要求1，用于新一代电灯器具设计，其特征是：应用其中的一项或多项土原理，并与现有的电子元件配合制作，使电灯器具能在大震前报警又能照明双用。

6.根据权利要求1，用于新一代地震仪设计，其特征是：应用其中的一项或多项土原理，并与现有的电子元件相配合制作，使仪器可作为局部探测地面倾斜或震动情况，及震前报警的，造价低廉的，敏感度高，稳定性好，方便建立密集分布于地上的地震系统“百叶箱”监测网络系统。