CN102855736A - 基于地震振动能捕获自供电的地震预警系统 - Google Patents

Abstract

一种基于地震振动能捕获自供电的地震预警系统，该系统捕获地震发生时的振动能，将地震的振动能转化为电能，为地震预警系统自身的电磁发射系统供能，电磁发射系统发射出载有地震强度信息的电磁波，使其能够在地震发生后，通过现有的移动通信基站群中继传输，发出预警信号。

Description

基于地震振动能捕获自供电的地震预警系统

技术领域

本发明涉及一种用于地震灾害预警的装置，特别涉及一种地震振动能捕获的触发式地震预警传感器系统。

背景技术

地震灾害是最严重的自然灾害之一，具有突发性、极强破坏性的特点。最近两年发生的汶川地震和玉树地震，造成了数十万的人员伤亡和上千亿的国家财产损失。现有的技术还不能阻止地震灾害的发生，只能积极地应对，将已发生的灾害造成的损失降到最低。目前主流的地震学术界认为，地震预报在全世界都是一个难题，地震成因复杂，前兆有很大的不确定性。因此，目前国内外都把地震的防灾减灾工作重点放在地震预警上。

地震波通常包括纵波（P波）、横波（S波）、拉夫波（L波）、瑞利波（R波）等，通常地震波以前两种为主，因地震区地质构造而异，纵波引起地面上下震动，破坏力较小，横波引起地面水平晃动，破坏力很大。根据破坏力比较，P波﹤S波﹤L波﹤R波。从传播速度看，通常P波﹥S波﹥L波﹥R波。通常纵波（P）的传播速度为7-8千米/秒,横波的速度为3-4千米/秒，而电磁波的传播速度为三十万千米/秒。地震预警系统主要是利用电磁波与地震波，地震纵波与横波的速度差来实现地震发生后的快速预警，类似于“先闪电后雷声”原理，闪电发生后通常要等数秒钟后才听到雷声。

此种预警方式是基于地震已经发生的基础上进行“通知”，不存在误报。通常可赢得数十秒的时间，虽然时间很短，但如果能在地震到来之前启动相应的应急防灾措施，仍可以大大降低人员伤亡和财产损失。根据日本的经验，提前预警时间2秒，人员伤亡率下降率25%，提前预警时间5秒，人员伤亡率下降率80%。

目前国内外有很多关于地震预警系统的发明专利，第一种为基于地震前夕地磁异常原理的，地球磁场发生剧烈变化时，可触发感应器发出预警信号，但是，目前无法确定，地震的发生和地磁异常存在必然联系，地震不一定会导致地磁异常，宇宙的射线如太阳风暴，也会导致地磁的变化。因此，此种基于地磁原理的预警系统可靠性低。另外一种则是基于地震发生后，电磁波和地震波“赛跑”原理的，由于电磁波比地震波的传播速度要快很多，可在地震发生后将地震信息借助电磁波传播到离震中较远的城市地区，载有地震信号电磁波的传播方式有借助电缆、专用电话线路、高频无线中继站，移动通信基站等方式，将地震信号传播到城市控制中心。

地震监测端通常为震动加速度传感器，有压电、电磁、光纤光栅等形式。然而，监测端都需要借助外界电源，如电池或者太阳能、风能等新能源发电补充来支持传感器工作，而地震监测是一项长时间，可达数年甚至更长时间的不间断的工作，因此，此类方法依赖外接电源的监测设备在应用中存在限制。

目前的主流地震预警系统分为两种：一种是利用巧妙的触发机构，如倒立杆、悬垂摆等定性的判断地震的发生，如地动仪；一种是利用精密的力学传感器等定量的测定地震波信息。前者不能定量的描述地震强度和等级，灵敏度和可靠性之间相互矛盾，而后者必须外接电源为传感器、电子设备等供电。此外，两者共同的弱点是，要想实现地震预警的远距离快速传输，必须要依赖电源采用无线电波发射技术，即均需要外接电源为系统进行供电。

发明内容

为了克服目前传统的地震预警系统需要外界提供电源的缺点，本发明提出一种不需要依赖外界电源的，本身可吸收地震波能量并将其转化为电能“自给自足”的地震预警传感器。

本发明采用以下技术方案：

本发明基于地震振动能捕获自供电的触发式地震预警传感器原理，系统捕获地震发生时的振动能，将地震的振动能转化为电能，为电磁发射系统供能，发射出载有地震强度信息的电磁波，使其能够在地震发生后，通过现有的移动通信基站群中继传输，向离震中数十千米至数百千米的人口密集地区发出预警信号，当城市控制中心接收到分布在城市周围的多个地震传感器发出的地震信号后，迅速分析，判断地震强度、传播方向，并通过移动通信基站群向社会公布地震到来的预警信息，可在地震传播到来前争取数十秒的应急避难时间，如将人群转移到空旷地区，切断天然气供应，电梯停止运行，通知高铁列车紧急制动并采取相应的应急逃生措施等，可很大程度地降低人们生命财产损失，具有非常大的社会意义。

本发明所述的地震振动能捕获自供电的地震预警系统埋置于大地中。所述地震预警系统包括地震振动能捕获模块、振动能发电系统、电能管理单元、主控系统、地震参数采集模块和无线电波发射系统，置于圆形或椭圆形抗冲击和抗腐蚀老化保护外壳中。同时配合置于地面的地面天线、已有的地面移动通信基站群、城市控制中心电磁波接收系统和手机用户共同完成地震预警。

所述的地震振动能捕获模块，振动能发电系统，电能管理单元、主控系统、地震参数采集模块、无线电波发射系统均内置于圆形或椭圆形抗冲击和抗腐蚀老化的保护外壳之中。地震振动能捕获模块与振动能发电系统相连接，振动能发电系统的输出连接至电能管理单元的输入端，电能管理单元的三个输出端分别连接主控系统、地震参数采集模块及无线电波发射系统。地震振动能捕获模块在地震发生时捕获地震的振动能，振动能通过振动能发电系统转化成电能，电能信号传输给电能管理单元进行处理，而后由电能管理单元将电能输出至主控系统、地震参数采集模块及无线电波发射系统进行供电，即地震预警系统的主控系统、地震参数采集模块及无线电波发射系统的供电电源均来自预警系统中的自发电系统。地震参数采集模块采集地震参数信号，传送至主控系统，经主控系统处理后，发送至无线电波发射系统，由无线电波发射系统发射电磁波信号，经地面天线、地面移动通信基站群、城市控制中心电磁波接收系统和手机用户之间通过无线电波传输进行通信，实现地震预报。地面天线、地面移动通信基站群、城市控制中心电磁波接收系统和手机用户均处于地面之上，地面移动通信基站群、城市控制中心电磁波接收系统和手机用户之间通过无线电波传输进行通信。

所述的保护外壳为圆形或椭圆形抗冲击和抗腐蚀老化保护外壳，埋置于一定深度的土壤中，保证整个地震传感器系统有足够的抗地震冲击能力和长期埋地抗腐蚀老化能力，基于地震振动能捕获自供电的地震预警系统置于保护外壳内部的封闭空间中。圆形或椭圆形抗冲击和抗腐蚀老化保护外壳是由高结构强度和抗腐蚀能力的材料构成的球形或椭球形规则体，其内部为一封闭空间，以防止外界的水分渗入导致腐蚀，还要防止外界温度的变化导致的热胀冷缩的破坏。

所述的地震振动能捕获模块可以采用多种动能捕获结构，如悬臂梁结构、弹簧-质量块结构、平面板结构、不平衡摆式结构、悬垂摆结构、为倒立杆结构。

本发明采用悬臂梁结构的地震振动能捕获模块、悬臂梁结构的振动能发电系统，以及弹簧—质量块结构地震振动能捕获模块、弹簧—质量块结构振动能发电系统。所述的地震振动能捕获模块、振动能发电系统采用上述两种结构实现，工作时所述的两种结构可单独或同时进行地震振动能捕获和振动能发电。悬臂梁结构的地震振动能捕获模块为悬臂梁单元，悬臂梁单元为采用矩形片状的悬臂梁。悬臂梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定端，固定端固定在保护外壳的内壁。悬臂梁的另一端为自由端，自由端可产生与悬臂梁上下面垂直的运动。此悬臂梁结构的地震振动能捕获模块运用悬臂梁捕获地震振动能。悬臂梁结构的振动能发电系统包括悬臂梁上下表面涂覆的压电材料、U型软铁、永磁体和线圈。压电材料涂覆在悬臂梁上下表面，U型软铁粘接在悬臂梁的运动端的端部，永磁体靠磁吸力分别粘接在U型软铁的两个内侧横边，线圈固定在永磁体的中心气隙处。弹簧质量块结构地震振动能捕获模块为弹簧单元，弹簧单元为螺旋状的弹簧，运用弹簧捕获地震振动能。弹簧沿其轴向垂直于地面放置，弹簧的一端为固定端，固定在保护外壳的内壁上方，弹簧的另一端为运动端。弹簧—质量块结构振动能发电系统包括质量块、永磁体和线圈。质量块悬挂在运动端的端部，永磁体和质量块粘接在一起，线圈呈圆管状，与质量块和永磁体同轴放置。

悬臂梁结构的振动能发电系统包括压电式和电磁感应式两种发电方式，两种方式可集成在一个悬臂梁结构的振动能发电系统中同时工作。压电式发电模式为利用压电材料的特性进行振动能利用和电能转换，电磁感应式为利用线圈切割磁力线的方式进行电能输出。弹簧—质量块结构的振动能发电系统为电磁感应式发电方式，弹簧—质量块结构的振动能发电系统中的线圈切割磁力线从而产生电流。两种结构的振动能发电系统输出的电能送至电能管理单元。

电能管理单元、主控系统、地震参数采集模块和无线电波发射系统集成在电路系统中。电能管理单元处理振动能发电系统输出端的电能，而后将电能输出给主控系统、地震参数采集模块和无线电波发射系统进行供电。电能管理单元主要包括整流单元、滤波电路、升降压斩波电路和稳压单元。所述的振动能发电系统中的压电材料或线圈的电能输出端连接整流单元的输入端，整流单元的输出端与滤波电路的输入端相连接，滤波电路的输出端连接升降压斩波电路的输入端，升降压斩波电路的输出端连接稳压单元进行稳压输出，实现对脉冲电流进行整流、滤波、升降压斩波、稳压处理功能。

主控系统由中央处理器和外围电路组成，中央处理器可以是单片机或DSP或FPGA等。主控系统的功能是：读取到地震参数采集模块采集的地震波信息并进行处理；发送含地震信息的信号至无线电波发射系统；设置启动电磁波发射的阈值；控制电磁脉冲的发射频率；并发送信号给电能管理单元，控制电能管理单元中的电子电路的运行状态，协调控制振动能发电系统、电能管理单元的工作，使其在需要进行地震预警时输出稳定的电能。

地震参数采集模块的核心器件是地震检波器、位移传感器和加速度传感器，均集成在地震参数采集模块中，由电能管理单元输出的电能供电。工作时由地震检波器、位移传感器和加速度传感器同时采集地震参数，而后结合信号处理，最终输出采集到的地震波频率、振幅、速度地震信息信号，传送给电能管理单元、主控系统和无线电波发射系统。同时也可以采集压电发电模块的电信号，转换为地震强度信号作为参考。

无线电波发射系统的射频芯片和无线电波发射系统的天线配合工作，为了确保无线电波发射系统能够准确无误的发射电磁波信号，而不受地震预警系统保护外壳的影响，无线电波发射系统的天线包括保护外壳内的天线，和保护外壳外的地面天线。保护外壳内的无线电波发射系统的天线与射频芯片共同处于保护外壳之中，地面天线在保护外壳外处于地面之上，配合保护外壳内的天线，进行地震预警信息的传递，收发无线电波。无线电波发射系统保护外壳内的天线、保护外壳外地面天线与射频芯片连接，与射频收发芯片配合工作，射频收发芯片负责处理收发信息。含有地震信息的信号经移动通信基站群进行传播，而后城市控制中心电磁波接收系统接收到从移动通信基站群传来的电磁信号，传送给接收芯片，经过解调和解码，得到地震强度信号，分析地震波传播方向，判断预警信号是否为由于人为等因素，最终判断是否需要向社会发出预警信号。

基于地震振动能捕获自供电的地震预警系统阵列式的分布在城市周边地下，以便进行多点预警。当城市周边地下某深处发生地震后，地震纵波以7-8千米/秒的速度从震中位置传播到地表，引起地面在垂直方向上振动，此地面在垂直方向上的振动首先由安置在城市周边的本发明地震预警系统的地震振动能捕获模块捕获，并通过振动能发电系统将振动机械能转化为电能。电能管理单元将振动发电系统输出的电能进行整流滤波稳压等流程处理后，为本发明地震预警系统的其他模块供电，并可将多余电能储存起来，为本发明地震预警系统的稳定工作提供电能保障。与此同时地震参数采集模块中的传感器可测量出此位置的振动强度，并转换成相应的地震强度，当检测到的地震强度大于某一阈值时，主控系统将启动无线电波发射系统，将地震强度信息通过移动通信基站中继传输到城市控制中心。如果地震强度小于某量级，则不启动发射系统，但可启动发电和电源管理系统工作，将振动能转化为电能并储存。城市控制中心电磁波接收及报警系统可接收、解调并识别出多个节点同时发出的电磁波，分析地震强度和传播方向，以及是否为由于人为等因素（如矿山爆破开采等）引起的误报，并判断是否需要发出预警信号。

本发明的有益效果是：由于采用吸收地震波自发电的振动能发电结构，克服了传统的地震监测传感器系统需要外界供电，例如需要专门布线引电或需要频繁更换电池，而导致其无法在我国的很多地震带地区应用的缺点。本发明无需依赖外界电源，吸收地震本身振动机械能发电供能，地震未发生前，可长期“休眠”于地下，地震发生后，可立即激活工作，因此可方便分布安置在城市附近的地震带敏感地区。

附图说明

图1为本发明地震预警系统结构组成正视图；

图2为多种动能捕获结构的示意图；

图3为本发明实施例悬臂梁结构振动能捕获、发电系统的俯视图；

图4为本发明实施例弹簧-质量块结构振动能捕获、发电系统正视图；

图5为本发明地震预警系统电路单元功能示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

所述的地震预警传感器系统结构组成正视图如图1所示。本发明所述的地震预警传感器系统埋置于大地1中，所述地震预警传感器系统包括圆形或椭圆形抗冲击和抗腐蚀老化保护外壳2、地震振动能捕获模块4、振动能发电系统5、固定电路管理单元7的台面6、电路管理单元7：包括电能管理单元7-1、主控系统7-2、地震参数采集模块7-3、无线电波发射系统7-4，同时配合置于地面的地面天线3、地面移动通信基站群8、城市控制中心电磁波接收系统9和手机用户10共同完成地震预警。

所述的地震振动能捕获模块4，振动能发电系统5，电能管理单元7-1、主控系统7-2、地震参数采集模块7-3、无线电波发射系统7-4均内置于圆形或椭圆形抗冲击和抗腐蚀老化的保护外壳2之中。地震振动能捕获模块4与振动能发电系统5相连接，振动能发电系统5的输出连接至电能管理单元7-1的输入端，电能管理单元7-1的三个输出端分别连接主控系统7-2、地震参数采集模块7-3及无线电波发射系统7-4。地震振动能捕获模块4在地震发生时捕获地震的振动能，振动能通过振动能发电系统5进行转化成电能，电能信号传输给电能管理单元7-1进行处理，而后由电能管理单元7-1将电信号输出给主控系统7-2、地震参数采集模块7-3及无线电波发射系统7-4进行供电，包含地震参数的信号在主控系统7-2与地震参数采集模块7-3、地震参数采集模块7-3与无线电波发射系统7-4间相互传播。地面移动通信基站群8、城市控制中心电磁波接收系统9和手机用户10均处于地面之上，地面移动通信基站群8、城市控制中心电磁波接收系统9和手机用户之10间通过无线电波传输进行通信。

本发明地震预警传感器系统的工作过程为：地震发生后的纵波，使地震振动能捕获模块4及圆形或椭圆形抗冲击和抗腐蚀老化保护外壳2和大地1有共同的振动形式，依靠惯性结构自身的非同步振动实现振动能量的捕获，捕获后的振动能量由振动能发电系统5进行电能转换。主控单元7-2设置启动电磁波发射的阈值，当地震参数采集模块7-3采集到的数据低于阈值，无需发射预警电磁波，此时由电能管理单元7-1输出的电能不需要提供给后级工作，可储存于电能管理单元中的储能器件超级电容器内；当地震参数采集模块7-3采集到的数据高于阈值，采集到的地震强度、地震时间、震源距离等地震波信息被传送至主控系统7-2，经过地面天线3传送至移动通信基站8，然后经基站群传送至城市控制中心电磁波接收系统9，最终发送至用户手机10。

圆形或椭圆形抗冲击和抗腐蚀老化保护外壳2埋置于一定深度的土壤中，针对地震波具有很强破坏力的特点，圆形或椭圆形抗冲击和抗腐蚀老化保护外壳2用以保护整个地震预警传感器系统抵御大地的振动破坏和土壤的挤压冲击。圆形或椭圆形抗冲击和抗腐蚀老化保护外壳2是由高结构强度和抗腐蚀能力的材料构成的球形或椭球形规则体，其内部为一封闭空间，以防止外界的水分渗入导致腐蚀，还要防止外界温度的变化导致的热胀冷缩的破坏。为了确保内部电磁波可以发射出来，可以通过电缆线输出连接至地面天线3。地震预警传感器系统的其余部件均置于抗冲击和抗腐蚀老化保护外壳2的内部封闭空间中。

所述的地震振动能捕获模块4可以采用多种动能捕获结构，如图2所示。其中图2a为悬臂梁结构a、图2b为弹簧-质量块结构、图2c为平面板结构、图2d为不平衡摆式结构、图2e为悬垂摆结构、图2f为倒立杆结构。

由于惯性结构本身具有一定的谐振频率，而地震波的振动频率为一不确定值，大约在5赫兹到数十赫兹范围内。因此，需要将结构自身的谐振频率设计在地震振动的中间频率附近，使其带宽尽可能的覆盖全部的地震波振动频率，也可以采用谐振频率间隔排列的阵列结构。由于不受体积制约，可以将结构做得足够大以捕获足够的能量，在里氏5级地震条件下，可捕获200瓦的脉冲功率，6级地震下能捕获500瓦的脉冲功率。地震振动能捕获模块的固定端与圆形或椭圆形抗冲击和抗腐蚀老化保护外壳2紧密连接，在地震发生后，纵波传到时，使地震振动能捕获模块4及抗冲击和抗腐蚀老化保护外壳2和大地有共同的振动形式，依靠惯性结构自身的非同步振动实现振动能量的捕获。地震振动能捕获模块的固定端要求有足够的结构强度和抗疲劳强度，防止在振动时或者长时间搁置时产生破坏或蠕变而导致振动装置失效或谐振频率漂移。悬臂梁和弹簧采用高弹性模量的线弹性范围的材料，具有很好的弹性振动效果和较低的阻尼内耗。

本发明的地震振动能捕获模块和振动能发电系统的实施例采用悬臂梁式结构a和弹簧-质量块结构b两种形式，工作时两种结构配合使用，可单独或同时进行地震振动能捕获和振动能发电。如图3所示为悬臂梁结构的地震振动能捕获模块和振动能发电系统实施例。悬臂梁结构的地震振动能捕获模块为悬臂梁单元4a，悬臂梁单元4a为一片矩形形状的悬臂梁，悬臂梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动固定端，固定端将悬臂梁固定于保护外壳2的内壁。悬臂梁的另一端为自由端，所述的自由端可产生与悬臂梁上下表面垂直的运动，地震产生的纵波的由悬臂梁捕获，传递到悬臂梁结构的振动能发电系统5a。所述的悬臂梁结构的振动能发电系统5a包括压电材料5-1、U型软铁5-2、永磁体5-3和线圈54。所述的压电材料5-1涂覆在悬臂梁上下表面，U型软铁5-2的竖边粘接在悬臂梁的运动端的端部，所述的永磁体5-3靠磁吸力分别粘贴在U型软铁的两个内侧横边，所述的线圈54固定在永磁体的中心气隙处。

所述的悬臂梁由形状规则的片状弹性材料构成，如铍青铜。悬臂梁结构的振动能发电系统5a采用压电式和电磁感应式两种发电方式。压电式发电模式为利用压电材料的特性利用振动能并使振动能转换为电能。电磁感应式为利用线圈切割磁力线的方式产生电能。所述的U型软铁5-2和永磁体5-3形成磁路。当地震产生的纵波引起悬臂梁振动时，压电材料5-1可获得较高的脉冲电压，但电流较小，线圈5-4中获得的电压较低而电流大，压电材料和线圈中获得的电能相互补充。线圈和压电材料产生的电流信号输出至电能管理单元，通过电能管理单元的整流滤波稳压向主控系统7-2、地震参数采集模块7-3及无线电波发射系统7-4供电。

图4所示为弹簧-质量块结构地震振动能捕获模块和振动能发电系统实施例。弹簧—质量块结构地震振动能捕获模块为弹簧单元4b，弹簧单元4b为螺旋状的弹簧构成，运用弹簧进行地震振动能的捕获。所述弹簧沿其轴向垂直于地面放置，弹簧的一端为固定端，固定于保护外壳2的内壁上方，弹簧的另一端为运动端。弹簧—质量块结构振动能发电系统5b包括质量块5-a、永磁体5-b和线圈5-c。所述质量块5-a悬挂在弹簧的运动端的端部，所述的永磁体5-b和质量块5-a粘接在一起。所述的线圈5-c呈圆管状，与质量块5-a和永磁体5-b同轴放置。当永磁体相对线圈非同步振动时，永磁体沿线圈5-c的轴线方向震荡，线圈5-c切割磁力线从而产生电流，线圈5-c的电流输出至电能管理单元。

电能管理单元、主控系统、地震参数采集模块、无线电波发射系统集成在电路系统7上。图5为电路系统7的功能示意图。图中实线表示能量流向，虚线表示信号流向。各电路模块之间位置布置不受限制。电路系统7紧固在与外壳2一体的台面6上。振动能发电系统的输出端连接至电能管理单元7-1的输入端，电能管理单元7-1的三个输出端分别连接至主控系统7-2、地震参数采集模块7-3和无线波发射系统7-4。

电能管理单元7-1主要包括整流单元、滤波电路、升降压斩波电路和稳压单元。所述的振动能发电系统5a、5b中的压电材料或线圈的电能输出端连接电能管理单元7-1的整流单元输入端，整流单元输出端与滤波电路输入端相连接，滤波电路输出端连接升降压斩波电路的输入端，斩波电路的输入端连接稳压单元进行稳压输出，实现对脉冲电流进行整流、滤波、升降压斩波、稳压处理功能。电能管理单元具有能快速响应、自身功耗低、噪声和波纹抑制能力高等特点，同时具备过压、过流、过温和短路保护功能。当地震震级较小时，振动能发电系统5a、5b的输出电压较低，此时需要由电能管理单元7-1的升降压斩波电路将低压变换为可处理电压，同时，由于震级较低，无需发射预警电磁波，此时不需要向地震参数采集模块7-3和无线波发射系统7-4提供电能，可将电能储存起来作为电源的缓冲和备份。

主控系统7-2由中央处理器和外围电路组成，中央处理器可以是单片机或DSP或FPGA等。主控系统7-2的功能是：读取到地震参数采集模块7-3采集的地震波信息并进行处理；发送含地震信息的信号给无线电波发射系统7-4；设置启动电磁波发射的阈值；控制电磁脉冲的发射频率；发送信号给电能管理单元7-1，控制电能管理单元7-1中的电子电路的运行状态，协调控制振动能发电系统、电能管理单元的工作，使其在需要进行地震预警时输出稳定的电能。例如，在小于5级地震时，电能将被储存，而不流向发射电路。

地震参数采集模块7-3的核心器件是地震检波器、位移传感器和加速度传感器，均集成在地震参数采集模块中，由电能管理单元输出的电能供电。工作时由地震检波器、位移传感器、加速度传感器检测到地震信息，而后结合信号处理电路，通过高精度低噪声放大器、滤波器、进行信号处理，而后输出的地震波频率、振幅、速度地震信息信号可传输给电能管理单元、主控系统、无线电波发射系统。同时，也可以采集压电发电模块的电信号，转换为地震强度信号作为参考。

无线电波发射系统7-4由射频芯片和无线电波发射系统的天线配合工作，为了确保无线电波发射系统能够准确无误的发射电磁波信号，而不受地震预警系统保护外壳的影响，无线电波发射系统的天线包括保护外壳内的天线，和保护外壳外的地面天线。保护外壳内的无线电波发射系统的天线与射频芯片共同处于保护外壳之中，地面天线在保护外壳外处于地面之上，配合保护外壳内的天线，进行地震预警信息的传递，收发无线电波。无线电波发射系统保护外壳内的天线、保护外壳外地面天线与射频芯片连接，与射频收发芯片配合工作，射频收发芯片负责处理收发信息。射频芯片采用移动通信的相关技术调制解调、编码解码，将主控系统处理后的地震波信息：震源位置、地震波频率、振幅、速度等传播至现有的移动通信基站8，然后再经基站群快速、远距离中继传送至城市控制中心电磁波接收系统9。

城市控制中心电磁波接收系统9接收到从移动通信基站群8传来的电磁信号，传送给接收芯片，经过解调和解码，得到地震信息信号，分析地震波传播方向，同时还要判断预警信号是否为由于人为等因素，如矿山爆破开采等引起的误报。例如，地震预警系统为阵列式分布在地下的多个点，如果只有一个节点发出信号，而其它节点处于静默状态，则可判定为误报。并最终判断是否需要向社会发出预警信号，如果需要发送，那么通过移动通信基站群向社会发出预警信息，如快速群发至用户手机10上。

Claims (5)

1.一种基于地震振动能捕获自供电的地震预警系统，其特征在于所述的地震预警系统包括地震振动能捕获模块（4）、振动能发电系统（5）、电能管理单元（7-1）、主控系统（7-2）、地震参数采集模块（7-3）和无线电波发射系统（7-4）；所述的地震振动能捕获模块（4）、振动能发电系统（5）、电能管理单元（7-1）、主控系统（7-2）、地震参数采集模块（7-3）、无线电波发射系统（7-4）内置于圆形或椭圆形保护外壳（2）内，埋置于大地（1）中；所述的地震振动能捕获模块（4）与振动能发电系统（5）相连接，振动能发电系统（5）的输出连接至电能管理单元（7-1）的输入端，电能管理单元（7-1）的三个输出端分别连接主控系统（7-2）地震参数采集模块（7-3）及无线电波发射系统（7-4）；所述的地震振动能捕获模块（4）在地震发生时捕获地震的振动能，振动能通过振动能发电系统（5）转化成电能，经电能管理单元（7-1）处理后向主控系统（7-2）、地震参数采集模块（7-3）及无线电波发射系统（7-4）供电；地震参数采集模块（7-3）采集地震参数信号，传送至主控系统（7-2），经主控系统（7-2）处理后，发送至无线电波发射系统（7-4），由无线电波发射系统（7-4）发射电磁波信号，经地面天线（3）、地面移动通信基站群（8）、城市控制中心电磁波接收系统（9）和手机用户（10）之间通信，实现地震预报。

2.根据权利要求1所述的地震预警系统，其特征在于：采用悬臂梁结构的所述的地震振动能捕获模块为悬臂梁单元（4a），所述的悬臂梁单元（4a）为一片矩形的悬臂梁；所述悬臂梁的一端为固定端，固定端将所述的悬臂梁固定于保护外壳（2）的内壁；所述悬臂梁的另一端为自由端，所述的自由端产生与悬臂梁上下表面垂直的运动；采用悬臂梁结构的所述振动能发电系统（5a）包括压电材料（5-1）、U型软铁（5-2）、永磁体（5-3）和线圈（5-4）；所述的压电材料（5-1）涂覆在悬臂梁上下表面，所述的U型软铁（5-2）的竖边粘接在所述悬臂梁运动端的端部，所述的永磁体（5-3）依靠磁吸力分别粘贴在U型软铁的两个内侧横边，所述的线圈（5-4）固定在永磁体的中心气隙处。

3.根据权利要求1所述的地震预警系统，其特征在于：采用弹簧-质量块结构的所述地震振动能捕获模块为弹簧单元（4b），弹簧单元（4b）为螺旋状的弹簧构成；所述弹簧沿其轴向垂直于地面放置，弹簧的一端为固定端，固定于保护外壳（2）的内壁上方，弹簧的另一端为运动端；采用弹簧-质量块结构的振动能发电系统（5b）包括质量块（5-a）、永磁体（5-b）和线圈（5-c）；所述质量块（5-a）悬挂在弹簧的运动端的端部，所述的永磁体（5b）和质量块（5-a）粘接在一起；所述的线圈（5-c）呈圆管状，与质量块（5-a）和永磁体（5-b）同轴放置；当永磁体相对线圈非同步振动时，永磁体沿线圈（5-c）的轴线方向震荡，线圈（5-c）切割磁力线产生电流，线圈（5-c）的电流输出至所述的电能管理单元。

4.根据权利要求1或2或3所述的地震预警系统，其特征在于：采用悬臂梁结构的所述地震振动能捕获模块（4a）和采用悬臂梁结构的所述振动能发电系统（5a）配合使用；采用弹簧—质量块结构的所述地震振动能捕获模块（4b）和采用弹簧—质量块结构的振动能发电系统（5b）配合使用。

5.根据权利要求1所述的地震预警系统，其特征在于：所述的地震振动能捕获模块采用平面板结构（c）或不平衡摆式结构（d）或悬垂摆结构（e）或倒立杆结构（f）。

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