CN102236102A - 一种机械式探测水平震动的方法及采用此方法的地动仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机械式水平震动的探测方法及采用此方法的设备----莲叶候风地动仪，莲叶候风地动是张衡“候风地动仪”的一种复原方案。本发明解决其技术问题所采用的工作原理及其技术方案是：都柱（1）上顶莲叶摆（莲叶状的感应水平震动的摆）（2），都柱（1）与莲叶摆（2）之间万向节连接，莲叶摆（2）的莲杆端上托天洞丸（3），天洞丸（3）处于上下贯穿的天洞（4）内，上述四个零件均处于同一铅垂线上。本发明有探测以水平·震动为主的地震波功能并可以指示地震的方位，有一定的抗干扰能力，结构简单，操作简单，都柱矗立不动符合中国古代关于都柱的概念。

Description

一种机械式探测水平震动的方法及采用此方法的地动仪

技术领域

本发明涉及一种机械式探测水平震动的方法及采用此方法的设备----莲叶候风地动仪，莲叶候风地动仪是张衡“候风地动仪”的一种复原方案。 

背景技术

张衡（78~139），东汉太史令，发明并制作了皇家观象台用的“候风地动仪”。但“候风地动仪”失传了。现代复原“候风地动仪”主要有以下两个公知方案： 

1、王振铎的“直立杆原理”复原方案见图8。

1951年，我国考古学家王振铎采用“直立杆原理”复原并制作了一个木质的“张衡地动仪”展览模型，收在中国历史博物馆，遂广为流传。但该方案存在一些问题，例如不能区别地震的震动与非地震的震动，对震动不够敏感，以及对震动方向的指示时有不符合实际的情况。

2、冯锐的“悬锤原理”复原方案见图9。 

2005年，中国科学院研究生院教授冯锐采用“悬锤原理”复原具有测量地震功能的地动仪。悬挂在中央的粗大沉重的都柱，只对水平运动有反应，不怕垂直运动的干扰，能够区别地震引起的震动与非地震引起的震动。地震时，“都柱旁行”，关铜球得以脱落，撞击龙机，实现测震，并呈现“一龙发机。而七首不动”的现象。但该方案的都柱是悬挂着的，与古代中国传统都柱概念不一致。

  

发明内容

为了既能测量地震，又能与古代中国传统都柱矗立不动的概念保持一致，本发明提供一种机械式水平震动的测量方法及采用此方法的设备----莲叶候风地动仪。 

本发明解决其技术问题所采用的工作原理及其技术方案是：都柱上顶莲叶摆（莲叶状的感应水平震动的摆），都柱与莲叶摆之间万向节连接，莲叶摆的莲杆端上托天洞丸，天洞丸处于上下贯穿的天洞内，上述四个零件均处于同一铅垂线上。本发明的工作原理包含四个方面：其一是感应水平震动的单摆原理，莲叶摆的重心位于万向节的下方，所以莲叶摆能够稳定地垂下并可以随各个水平方向的震动而摆动；其二是放大摆动的杠杆放大原理，支点为万向节，主动臂长度为莲叶摆的重心到支点的距离，从动臂的长度为莲叶摆的莲杆端到支点的距离，放大系数等于从动臂的长度比主动臂的长度，莲叶摆的从动臂比主动臂长，放大系数大于一，即莲叶摆具有放大其重心摆动距离的功能；其三是向相关方向开闸的闸门原理，莲叶摆的莲杆端上托天洞丸，即把天洞丸堵在天洞里，当莲叶摆因震动而摆动时，莲杆端的摆动更大，莲杆端按震动的相关方向移离天洞口，天洞丸从莲杆端移离的相反方向下落，天洞丸下落代表着探测出地震，天洞丸下落的方位代表着地震的相关方向，至此，莲叶候风地动仪完成一次地震的探测和指示；其四是外部复位方式，无需如背景技术所述的公知方案那样要打开买个盖子，只需要把下落的天洞丸从外部放进天洞，就可以完成莲叶候风地动仪的复位，重新开始下一次的地震或模拟地震的探测。 

本发明的有益效果是： 

1、具有探测以水平震动为主的地震的功能并具有指示地震相关方向的功能，具有一定的抵御垂直震动的抗干扰能力，而都柱矗立不动与古代中国传统都柱概念相一致。

2、结构简单。仅凭东汉的铸铜工艺水平就可以制造。 

3、操作简单。要进行下一次地震或模拟地震的探测，无需打开盖子，只需要从盖的外部把天洞丸放入天洞，就可以完成莲叶候风地动仪的复位。 

附图说明

图1是本发明的工作原理及其最低配置实施例的构造图，图1中：1.都柱，2.莲叶摆，3.天洞丸，4.天洞。 

图2是本发明的一个实施例的构造图，图2中：1.都柱，2.莲叶摆，3.天洞丸，4.天洞，5.盖，6.槽道，7.套头，8.配重，9.自锁环，10.旁道，11.龙丸，12.龙头，13.钟乳，14.钟体，15.蟾蜍。

图3是本发明的莲叶摆的莲杆套头的一种结构，图3中：2.莲叶摆（莲杆），7.套头。

图4是本发明的莲叶摆的一种结构，图4中：1.都柱，2.莲叶摆，3.天洞丸，4.天洞。

图5是本发明的都柱与莲叶摆的一种链接结构，图5中：1.都柱，2.莲叶摆。

图6是本发明的都柱与莲叶摆的一种链接结构，图6中：1.都柱，2.莲叶摆。

图7是本发明的一个带天洞丸弹射装置的实施例的构造图，图7中：1.都柱，2.莲叶摆，3.天洞丸，4.天洞，16.引导管，17.汇集管，18.弹射舱，19.（下落的龙丸）新的天洞丸，20.敲击锤，21.扳动杆，22.轴，23.支架，24.弹簧。

图8是王振铎的“直立杆原理”复原方案原理图。

图9是冯锐的“悬锤原理”复原方案原理图。

具体实施方式

图1是本发明的工作原理及其最低配置实施例的构造图：都柱（1）上顶莲叶摆（莲叶状的感应水平震动的摆）（2），都柱（1）与莲叶摆（2）之间万向节连接，莲叶摆（2）的莲杆端上托天洞丸（3），天洞丸（3）处于上下贯穿的天洞（4）内，上述四个零件均处于同一铅垂线上。本发明的工作原理包含四个方面：其一是感应水平震动的单摆原理，莲叶摆的重心位于万向节的下方，所以莲叶摆能够稳定地垂下并可以随各个水平方向的震动而摆动；其二是放大摆动的杠杆放大原理，支点为万向节，主动臂长度为莲叶摆的重心到支点的距离，从动臂的长度为莲叶摆的莲杆端到支点的距离，放大系数等于从动臂的长度比主动臂的长度，莲叶摆的从动臂比主动臂长，放大系数大于一，即莲叶摆具有放大其重心摆动距离的功能；其三是向相关方向开闸的闸门原理，莲叶摆的莲杆端上托天洞丸，即把天洞丸堵在天洞里，当莲叶摆因震动而摆动时，莲杆端的摆动更大，莲杆端按震动的相关方向移离天洞口，天洞丸从莲杆端移离的相反方向下落，天洞丸下落代表着探测出地震，天洞丸下落的方位代表着地震的相关方向，至此，莲叶候风地动仪完成一次地震的探测和指示；其四是外部复位方式，无需如背景技术所述的公知方案那样要打开买个盖子，只需要把下落的天洞丸从外部放进天洞，就可以完成莲叶候风地动仪的复位，重新开始下一次的地震或模拟地震的探测。 

 在图2所示的实施例中，都柱（1）上顶莲叶摆（2），都柱（1）与莲叶摆之间为万向节连接，莲叶摆（2）的莲杆上穿着配置（8）和锁定件（9），莲叶摆（2）的莲杆端设置套头（7），套头（7）上托天洞丸（3），天洞丸（3）处于天洞（4）内，天洞（4）上下贯通于盖（5）的中央，盖（5）表面有槽道（6）通向天洞（4），都柱四周等分为八个向外倾斜的旁道（10），旁道（10）斜导向对应的龙头（12），龙头（12）里有通道，龙丸（11）停在通道的凹坑上，八个龙头（12）下方对应八只蟾蜍（15），钟体（14）表面按八个旁道（10）对应的方位设置钟乳（13）。当发生地震或模拟地震时，钟体发生水平震动，莲叶摆因惯性而绕都柱摆动，莲叶摆的莲杆同样发生摆动，当莲杆端的套头摆动移离天洞口时，天洞丸从套头摆动移离的相反方向落下来，天洞丸先落在莲叶摆上，发出激扬的响声，然后天洞丸落入莲叶摆下方的八个旁道之一，旁道的坡道引导天洞丸进入龙头，天洞丸把龙头里面的龙丸撞出，天洞丸则停留在龙头里面的凹坑而成为新的龙丸，被撞出的龙丸成为新的天洞丸，被撞出的龙丸落入趴在钟体下部的蟾蜍的口中，至此，莲叶候风地动仪完成一次地震的探测和指示；只需要把蟾蜍口中的天洞丸取出，不用打开盖，把天洞丸从外部沿槽道放入天洞，这样就完成莲叶候风地动仪的复位，莲叶候风地动仪重新开始下一次的地震探测。 

在图2所示的实施例中，盖（5）表面有槽道（6）通向天洞（4），这样为把天洞丸放进天洞的操作提供便利。 

在图2所示的实施例中，盖（5）的制作材料为不透明或透明，盖透明便于莲叶候风地动仪调铅垂，或便于指示莲叶候风地动仪的运作。 

在图2所示的实施例中，莲叶摆（2）的莲杆端设置套头（7），这样的方案便于更换各种大小形状不同的套头，达到不同的开闸效果。在图3所示的套头实施例中，套头（7）的另一种结构。 

在图2所示的实施例中，莲叶摆（2）的莲杆设置配重装置，配重装置由配重（8）和锁紧件（9）组成，配重装置用于调整莲叶摆的重心位置，从而改变莲叶摆的摆动放大系数。锁紧件可以采用坚固螺栓的形式。 

在图2所示的实施例中，莲叶摆（2）叠放在都柱（1）上，莲叶摆（2）可绕都柱（1）摆动，在连接部位，莲叶摆（2）为凹结构零件，都柱为凸结构零件。在图4所示的莲叶摆实施例中，莲叶摆（2）为凸结构零件，都柱为凹结构零件。 

在图2所示的实施例中，都柱（1）与莲叶摆（2）为万向节连接，莲叶摆（2）可绕都柱（1）摆动，万向节连接中的凸结构件零件的连接为尖锥形，凹结构零件的连接为凹伞形。图5和图6分别是本发明的都柱与莲叶摆为万向节连接的另外的结构，其中万向节连接中的凸结构零件的零件为万向节球。 

 在图2所示的实施例中，钟体（14）表面按八个旁道（10）对应的方位设置钟乳（13），钟乳用作敲击点，用敲击来模拟地震的震动，便于调试或展示莲叶候风地动仪的测量效果。 

在图7所示的实施例中，莲叶候风地动仪配置外置式弹射装置：蟾蜍腔底有汇集管（17），汇集管（17）下连到弹射舱（18），落下的龙丸（新的天洞丸）（19）经汇集管进入弹射舱（18），弹射舱（18）上方有引导管（16），引导管（16）上端与天洞（4）连接。式弹射装置也可以是内置式。莲叶候风地动仪在类似博物馆等场合给公众作展示时，弹射装置为莲叶候风地动仪的复位提供便利。 

Claims (9)

1.一种机械式探测水平震动的方法及采用此方法的设备方案之一，其特征是：都柱（1）的顶部顶着莲叶摆（2），都柱（1）与莲叶摆（2）万向节连接，莲叶摆（2）的莲杆端上托着天洞丸（3），天洞丸（3）处于上下贯通的天洞里。

2.根据权利要求1所述的方法及采用此方法的设备方案之一，其特征是：盖的上表面有通向天洞的导槽。

3.根据权利要求1所述的方法及采用此方法的设备方案之一，其特征是：盖的制作材料是不透明或透明。

4.根据权利要求1所述的方法及采用此方法的设备方案之一，其特征是：莲叶摆的莲杆端有可以更换的套头。

5.根据权利要求1所述的方法及采用此方法的设备方案之一，其特征是：莲叶摆的莲杆上有可以调整位置的配重。

6.根据权利要求1所述的方法及采用此方法的设备方案之一，其特征是：莲叶摆叠放在都柱上，莲叶摆可以绕都柱摆动。

7.根据权利要求1所述的方法及采用此方法的设备方案之一，其特征是：钟体表面八个方位有敲击点，及钟乳。

8.根据权利要求1所述的方法及采用此方法的设备方案之一，其特征是：钟体底部有调整水平的脚座。

9.根据权利要求1所述的方法及采用此方法的设备方案之一，其特征是：蟾蜍腔底有汇集管，汇集管下接到弹射舱，弹射舱下方有敲击锤，弹射舱上方有引导管，引导管上端与天洞连接。

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