CN102866418A - “支樽支伞顶球”地动仪 - Google Patents

Abstract

大都柱1的尖端支着樽体2而构成支摆，樽体2为空心容器可装入水或沙子类重物来调节樽体的重心，樽体2顶部中心带小都柱6，小都柱6的尖端支着杆7，杆7的下部罩着小都柱6使杆7绕小都柱6的顶点在一定范围内摆动，伞8穿在杆7上，杆7的杆端顶着天洞球9，天洞球9位于天洞10内，压管11压着天洞球9；杆7极易因为水平震动而摆动偏离地动仪的中轴线，这时天洞球9落在伞8的伞面，再落在樽体2的顶面，天洞球9被一路导向进入龙口后的通道，天洞球9撞击龙舌4，龙舌4把铜丸3推出龙口，铜丸3落入蟾蜍口。本方案有六种工作模式：支樽支伞顶球、支伞顶球、支樽支摆顶球、支摆顶球、支樽支杆顶球和支杆顶球。

Description

“支樽支伞顶球”地动仪

技术领域

本发明涉及一种机械式探测地震震动的方法及采用此方法的设备---“支樽支伞顶球”地动仪，“支樽支伞顶球”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。《后汉书·张衡传》记载“候风地动仪”如下：

“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，旁行八道，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，皆隐在尊中，覆盖周密无际。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，京师学者咸怪其无征，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。” 

本发明主要对比文件有两个：

1、对比文件1：经达华的“一种机械式探测水平震动的方法及采用此方法的地动仪”

本人经达华于２０１０年申请了“一种机械式探测水平震动的方法及采用此方法的地动仪”专利（专利申请号２０１０１０５６８５４３．５）。以下称该复原方案为“莲叶摆顶球”。其说明书摘要：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。 “莲叶摆顶球”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。 

对比文件1的“莲叶摆顶球”原理见图1。  

2、对比文件2：王焕明的“地动仪的内部结构装置”

王焕明于 2010年10月9日申请“地动仪的内部结构装置”专利（专利申请号： 201010503104.6）。其说明书摘要：一种地动仪的内部结构装置，其特征在于：包括立于樽底的立柱、立柱内具有头重脚轻两头尖的棒杆、立柱顶部具有辅助棒杆直立的顶球、限位顶球的支架和支架中部挟持顶球的孔洞、该立柱底部中央还具有一限位棒杆底端的底孔，顶球限位于该底孔的正上方，支架牢固连接于立柱顶部，所述棒杆下端插入底孔，顶端依靠顶球的最低端直立于立柱内，可左右倾倒，还包括樽壁内侧部均布的8个能触发含球的杠杆机件和立柱内含8个弧形受杆的杠杆机件，及对应的8条连杆。本发明构思巧妙，灵活运用了“倒垂摆”原理，按本发明可复原出与史料记载相吻合的地动仪，可实用于地震验震和文化教育。

对比文件2的“倒垂摆”原理见图2。

发明内容

为了实现单纯利用简单的机械方法探测微弱的地震震动,本发明提供一种“支樽支伞顶球”地动仪。

一、本发明解决其技术问题所采用的工作原理及其技术方案：

1、“支樽伞顶球”总方案：

大都柱1支着樽体2，从而构成支摆，樽体2为空心容器可装入水或沙子类重物来调节樽体的重心，樽体2顶部中心带小都柱6，小都柱6支着杆7，杆7的下部罩着小都柱6使杆7绕小都柱6的顶点只能在一定范围内摆动，伞8穿在杆7上，杆7的杆端顶着天洞球9，天洞球9位于天洞10内，压管11压着天洞球9；杆7极易因为水平震动而摆动偏离地动仪的中轴线，这时天洞球9落在伞8的伞面，再落在樽体2的顶面，天洞球9被一路导向进入龙口后的通道，天洞球9撞击龙舌4，龙舌4把铜丸3推出龙口，铜丸3落入蟾蜍口。 

2、“支樽支伞顶球”有六种工作模式：

图3（二}为“支樽支伞顶球”模式，伞8处于杆7的上部，伞8和杆7的整体重心在支点上方；

图3（三）为“支樽支摆顶球”模式，伞8处于杆7的下部，伞8和杆7的整体重心在支点下方；

图3（四}为“支樽支杆顶球”模式，伞8取消，或伞8与杆7合为一体，整体重心在支点上方。

把前面3种“支樽”模式的大都柱1拿掉，“支樽支伞顶球”变换成三种“非支樽”模式：

图3（二}的“支伞顶球”模式；

图3（三}的“支摆顶球”模式；

图3（四}的“支杆顶球”模式。

3、“支樽支伞顶球”原理：

感震的采集分为“支樽”的摆方式和“非支樽”的与地接触方式两种；樽体2为容器，可以装入水或沙之类的重物，以方便调节“支樽”的重心；感震触发分为“支摆”触发和“支杆（包含支伞）” 触发两类，其原理区别是“支摆”的重心在支点的下方，“支杆（包含支伞）”的重心在支点的上方；杆7的上部为杆，下部为铃铛状的内凹锥面结构；感震触发后，地动仪“一龙吐丸”的驱动由天洞球9完成；天洞球9和铜丸3的一路下落，天洞球9撞击伞8，天洞球9撞击樽体2，铜丸3撞击蟾蜍（樽体2），会发出激扬的声音；地动仪的天洞球9的复位无需打开盖子，对于“支摆”模式，只需把天洞球9从地动仪外部放入天洞10；对于“支杆（包含支伞）”模式，只需要取出天洞10，引导杆7立于中轴线，放入天洞10套住杆7，再放入天洞球9，然后缓缓提升天洞10至不再套住杆7，天洞球9把持住杆7立于中轴线。

 

二、本发明与对比文件的区别

1、与对比文件1的区别

比文件1的方案是“莲叶摆顶球”；本发明包含比文件1的方案，文件1的“莲叶摆顶球”等效于本发明的六个工作模式里面的其中之一的“支摆顶球”模式。 

2、与对比文件2的区别

比文件1的方案是“倒垂摆”原理；本发明的六个工作模式里面的其中之一的“支杆顶球”模式与比文件1的方案有点相似都是“杆顶着球”，“支杆顶球”与比文件1的方案主要不同点有：1、本发明的实现“一龙吐丸”的驱动元件是天洞球9，而对比文件2的驱动元件是立杆12；2、本发明的的复位无需打开盖子，而对比文件2的复位需要打开盖子；3、另外，本发明的其余五个模式与对比文件比较，多出“支樽”及“支伞”特征。 

三、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，具有六种工作模式，具备多种调节手段，而大都柱矗立不动支着樽体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中。 

 

 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是对比文件1的经达华的“一种机械式探测水平震动的方法及采用此方法的地动仪”。

 

图2是对比文件2的王焕明的“地动仪的内部结构装置”。

 

图3是“支樽支伞顶球”的总原理图及其六种模式变换。

图3（一）“支樽支伞顶球”的原理图，其中各零件：大都柱1，樽体2，铜丸3，龙舌4，樽盖5，小都柱6，杆7，伞8，天洞球9，天洞10，压管11。

  

图4是“支樽支伞顶球”和“支伞顶球”原理图，其中各零件：大都柱1，樽体2，铜丸3，龙舌4，樽盖5，小都柱6，杆7，伞8，天洞丸9，天洞10，配重11。

  

图5是“支樽支伞顶球”和“支伞顶球”零件分解图。

 

图6是“支樽支伞顶球”和“支伞顶球”动作分解图。 

图7是“支樽支摆顶球”和“支摆顶球”原理图。

 

图8是“支樽支摆顶球”和“支摆顶球”动作分解图。

 

图9是“支樽支杆顶球”和“支杆顶球”原理图。

 

图10是天洞10为有引导凹锥面的“支樽支伞顶球”和“支伞顶球”原理图。

 

图11是天洞10为有引导凹锥面的“支樽支伞顶球”和“支伞顶球”动作分解图。

 

图12是樽体2和小都柱6一体化的“支樽支伞顶球”和“支伞顶球”原理图。

 

图13是樽体2的若干类型。  

具体实施方式

图3是“支樽支伞顶球”的总原理图及其六种模式变换。

图3（一）“支樽支伞顶球”的原理图，其中各零件：大都柱1，樽体2，铜丸3，龙舌4，樽盖5，小都柱6，杆7，伞8，天洞球9，天洞10，压管11。

“支樽支伞顶球”可以变换成三种“支樽”模式：

1、图3（二}的“支樽支伞顶球”模式；

2、图3（三}的“支樽支摆顶球”模式；

3、图3（四}的“支樽支杆顶球”模式。

把上述3种“支樽”模式的大都柱1拿掉，“支樽支伞顶球”可以变换成三种“非支樽”模式：

4、图3（二}的“支伞顶球”模式；

5、图3（三}的“支摆顶球”模式；

6、图3（四}的“支杆顶球”模式。

 

图4是“支樽支伞顶球”和“支伞顶球”原理图，其中各零件：大都柱1，樽体2，铜丸3，龙舌4，樽盖5，小都柱6，杆7，伞8，天洞丸9，天洞10，配重11。

支樽原理：

大都柱1支着整个樽体2，大都柱1与整个地动仪形成一个摆，这个支樽原理使得：1、地动仪能够自动铅垂放置；2、因震动而摆动。

支伞顶球原理：

支伞模式时，伞8在杆7的上部，伞8和杆7合起来的整体重心在支点的上部，小都柱6支着杆7，杆7顶着天洞球9，天洞球9处于天洞10内，杆7的竖立需要严格的铅垂，天洞球9对杆7具有微小的把持作用；杆7因微小震动或摆动而摆脱天洞球9，杆7摆离天洞10的洞口，天洞球9离开天洞10而下落，天洞球9落在伞8的伞面上，然后落在樽体2顶面，杆7的伞面及倾斜的樽体2顶面引导天洞球10进入龙口通道，从而推动龙舌4使龙口吐出龙丸3，龙丸3落入蟾蜍口；

天洞球9下落的方向与杆7摆离天洞10的方向相反，杆7摆离天洞10的方向与樽体2整体的摆动方向相反；

天洞球9落在伞8上，然后落在樽体2顶部，都会发出声音；铜丸3落入蟾蜍口，也会发出声音；这些声音会因为大都柱1支着整个樽体2而变得激扬。

 

图5是“支樽支伞顶球”零件分解图。

其中各零件：大都柱1，樽体2，铜丸3，龙舌4，樽盖5，小都柱6，杆7，伞8，天洞球9，天洞10，压管11。

 

图6是“支樽支伞顶球”和“支伞顶球”动作分解图。

天洞球9的复位：

天洞球9推动龙舌4然后停下来，通过在龙舌4后的两侧的孔取出天洞球；在地动仪静止后，地动仪的天洞球9的复位无需打开盖子，只需要取出天洞10，引导杆7立于中轴线，放入天洞10套住杆7，再放入天洞球9，天洞球9落在杆7的杆端，如果需要增大天洞球9对杆7的把持力，可以放压管11进天洞10压住天洞球9；缓缓提升天洞10令天洞10离开杆7 ，如果此时杆7仍然能够不倒，把天洞10提升至上定位平台，平旋天洞10并搁在平台上。

铜丸3的复位：

拣出落在蟾蜍口的铜丸3，从龙口塞回去，留在龙口的龙舌4前的凹处。

  

图7是“支樽支摆顶球”和“支摆顶球”原理图。其中各零件：大都柱1，樽体2，铜丸3，龙舌4，樽盖5，小都柱6，杆7，伞8，天洞丸9，天洞10，配重11。 

支樽原理：

大都柱1支着整个樽体2，大都柱1与整个樽体2形成一个摆，这个支樽原理使得：1、地动仪能够自动铅垂放置；2、因震动而摆动。

支伞顶球原理：

支伞模式时，伞8在杆7的下部，伞8和杆7合起来的整体重心在支点的下部，小都柱6支着杆7，杆7顶着天洞球9，天洞球9处于天洞10内，杆7的竖立需要严格的铅垂，天洞球9对杆7具有微小的把持作用；杆7因微小震动或摆动而摆脱天洞球9，杆7摆离天洞10的洞口，天洞球9离开天洞10而下落，天洞球9落在伞8的伞面上，然后落在樽体2顶面，杆7的伞面及倾斜的樽体2顶面引导天洞球10进入龙口通道，从而推动龙舌4使龙口吐出龙丸3，龙丸3落入蟾蜍口；

天洞球9下落的方向与杆7摆离天洞10的方向相反，杆7摆离天洞10的方向与樽体2整体的摆动方向相反；天洞球9落在伞8上，然后落在樽体2顶部，都会发出声音；铜丸3落入蟾蜍口，也会发出声音；这些声音会因为大都柱1支着整个樽体2而变得激扬。 

图8是“支樽支摆顶球”和“支摆顶球”动作分解图。

天洞球9的复位：

天洞球9推动龙舌4然后停下来，通过在龙舌4后的两侧的孔取出天洞球。

在地动仪静止后，从天洞10顶放入天洞球9，天洞球9落在杆7的杆端，如果需要增大天洞球9对杆7的把持力，可以放压管11进天洞10压住天洞球9。

铜丸3的复位：

拣出落在蟾蜍口的铜丸3，从龙口塞回去，留在龙口的龙舌4前的凹处。 

图9是“支樽支杆顶球”和“支杆顶球”原理图。其中各零件：大都柱1，樽体2，铜丸3，龙舌4，樽盖5，小都柱6，杆7，伞8，天洞丸9，天洞10，配重11。

支樽原理：

大都柱1支着整个樽体2，大都柱1与整个樽体2形成一个摆，这个支樽原理使得：1、地动仪能够自动铅垂放置；2、因震动而摆动。 

支杆顶球原理：

支杆模式时，伞8取消或伞8与杆7合为一体，杆7的整体重心在支点的上部，小都柱6支着杆7，杆7顶着天洞球9，天洞球9处于天洞10内，杆7的竖立需要严格的铅垂，天洞球9对杆7具有微小的把持作用；杆7因微小震动或摆动而摆脱天洞球9，杆7摆离天洞10的洞口，天洞球9离开天洞10而下落，天洞球9落在杆7的表面上，然后落在樽体2顶面，杆7的表面及倾斜的樽体2顶面引导天洞球10进入龙口通道，从而推动龙舌4使龙口吐出龙丸3，龙丸3落入蟾蜍口；

天洞球9下落的方向与杆7摆离天洞10的方向相反，杆7摆离天洞10的方向与樽体2整体的摆动方向相反；

天洞球9落在杆7上，然后落在樽体2顶部，都会发出声音；铜丸3落入蟾蜍口，也会发出声音；这些声音会因为大都柱1支着整个樽体2而变得激扬。 

图10是天洞10为有引导凹锥面的“支樽支伞顶球”和“支伞顶球”原理图。其中各零件：大都柱1，樽体2，铜丸3，龙舌4，樽盖5，小都柱6，杆7，伞8，天洞丸9，天洞10，配重11。天洞10为有引导凹锥面，便于引导杆7至地动仪的中轴线。

 

图11是天洞10为有引导凹锥面的“支樽支伞顶球”和“支伞顶球”动作分解图。

 

图12是樽体2和小都柱6一体化的“支樽支伞顶球”和“支伞顶球”原理图。其中各零件：大都柱1，樽体2(小都柱6)，铜丸3，龙舌4，樽盖5，杆7，伞8，天洞丸9，天洞10，配重11。

 

图13是樽体2的若干类型。有三种分类方式：1、带塞盖的容器类或非容器类；2、与小都柱6一体化类或与小都柱6分立类；3、可配大都柱类或平底类。

Claims (10)

1.“支樽支伞顶球”总原理方案：大都柱1的尖端支着樽体2，从而构成支摆，樽体2为空心容器可装入水或沙子类重物来调节樽体的重心，樽体2顶部中心带小都柱6，小都柱的尖端6支着杆7，杆7的下部罩着小都柱6使杆7绕小都柱6的顶点在一定范围内摆动，伞8穿在杆7上，杆7的杆端顶着天洞球9，天洞球9位于天洞10内，压管11压着天洞球9，杆7极易因为水平震动而摆动偏离地动仪的中轴线，这时天洞球9落在伞8的伞面，再落在樽体2的顶面，天洞球9被一路导向进入龙口后的通道，天洞球9撞击龙舌4，龙舌4把铜丸3推出龙口，铜丸3落入蟾蜍口；其中大都柱1和伞8为方案的变换模式元件，通过大都柱1和伞8的设定，“支樽支伞顶球”可以变换出六种工作模式：支樽支伞顶球、支伞顶球、支樽支摆顶球、支摆顶球、支樽支杆顶球、支杆顶球；其特征是：大都柱1的尖端支着樽体2底部中央的凹结构，樽体2为空心容器，容器塞盖为小都柱6，小都柱6的尖端支着杆7，杆7的下部罩着小都柱6使杆7绕小都柱6的顶点只能在一定范围内摆动，杆7上穿着可以调整设置的伞8，杆7的杆端托着天洞球9，天洞球9位于天洞10内，天洞10位于樽盖5的顶部中央。

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，“支樽支伞顶球”模式：大都柱1的尖端支着樽体2，从而构成支摆，樽体2为空心容器可装入水或沙子类重物来调节樽体的重心，樽体2顶部中心带小都柱6，小都柱6的尖端支着杆7，杆7的下部罩着小都柱6使杆7绕小都柱6的顶点在一定范围内摆动，伞8穿在杆7上，伞8和杆7的整体重心在小都柱6的支点上方，杆7的杆端顶着天洞球9，天洞球9位于天洞10内，压管11压着天洞球9，杆7极易因为水平震动而摆动偏离地动仪的中轴线，这时天洞球9落在伞8的伞面，再落在樽体2的顶面，天洞球9被一路导向进入龙口后的通道，天洞球9撞击龙舌4，龙舌4把铜丸3推出龙口，铜丸3落入蟾蜍口；其特征是：大都柱1的尖端支着樽体2底部中央的凹结构，伞8和杆7的整体重心在小都柱6的支点上方。

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，“支伞顶球”模式：樽体2为空心容器可装入水或沙子类重物来调节樽体的重心，樽体2顶部中心带小都柱6，小都柱6的尖端支着杆7，杆7的下部罩着小都柱6使杆7绕小都柱6的顶点在一定范围内摆动，伞8穿在杆7上，伞8和杆7的整体重心在小都柱6的支点上方，杆7的杆端顶着天洞球9，天洞球9位于天洞10内，压管11压着天洞球9，杆7极易因为水平震动而摆动偏离地动仪的中轴线，这时天洞球9落在伞8的伞面，再落在樽体2的顶面，天洞球9被一路导向进入龙口后的通道，天洞球9撞击龙舌4，龙舌4把铜丸3推出龙口，铜丸3落入蟾蜍口；其特征是：去掉大都柱1，伞8和杆7的整体重心在小都柱6的支点上方。

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，“支樽支摆顶球”模式：大都柱1的尖端支着樽体2，从而构成支摆，樽体2为空心容器可装入水或沙子类重物来调节樽体的重心，樽体2顶部中心带小都柱6，小都柱6的尖端支着杆7，杆7的下部罩着小都柱6使杆7绕小都柱6的顶点在一定范围内摆动，伞8穿在杆7上，伞8和杆7的整体重心在小都柱6的支点下方，杆7的杆端顶着天洞球9，天洞球9位于天洞10内，杆7极易因为水平震动而摆动偏离地动仪的中轴线，这时天洞球9落在伞8的伞面，再落在樽体2的顶面，天洞球9被一路导向进入龙口后的通道，天洞球9撞击龙舌4，龙舌4把铜丸3推出龙口，铜丸3落入蟾蜍口；其特征是：大都柱1的尖端支着樽体2底部中央的凹结构，伞8和杆7的整体重心在小都柱6的支点下方。

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，“支樽支杆顶球”模式：大都柱1的尖端支着樽体2，从而构成支摆，樽体2为空心容器可装入水或沙子类重物来调节樽体的重心，樽体2顶部中心带小都柱6，小都柱6的尖端支着杆7，杆7的下部罩着小都柱6使杆7绕小都柱6的顶点在一定范围内摆动，杆7的整体重心在小都柱6的支点上方，杆7的杆端顶着天洞球9，天洞球9位于天洞10内，压管11压着天洞球9，杆7极易因为水平震动而摆动偏离地动仪的中轴线，这时天洞球9落在伞8的伞面，再落在樽体2的顶面，天洞球9被一路导向进入龙口后的通道，天洞球9撞击龙舌4，龙舌4把铜丸3推出龙口，铜丸3落入蟾蜍口；其特征是：大都柱1的尖端支着樽体2底部中央的凹结构，杆7的整体重心在小都柱6的支点上方。

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，“支杆顶球”模式：樽体2为空心容器可装入水或沙子类重物来调节樽体的重心，樽体2顶部中心带小都柱6，小都柱6的尖端支着杆7，杆7的下部罩着小都柱6使杆7绕小都柱6的顶点在一定范围内摆动，杆7的整体重心在小都柱6的支点上方，杆7的杆端顶着天洞球9，天洞球9位于天洞10内，压管11压着天洞球9，杆7极易因为水平震动而摆动偏离地动仪的中轴线，这时天洞球9落在伞8的伞面，再落在樽体2的顶面，天洞球9被一路导向进入龙口后的通道，天洞球9撞击龙舌4，龙舌4把铜丸3推出龙口，铜丸3落入蟾蜍口；其特征是：去掉大都柱1，杆7的整体重心在小都柱6的支点上方。

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：樽体2分类为容器类和非容器类。

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：樽体2分类为可支都柱类和平底类。

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：小都柱6分类为与樽体2一体类和与樽体2分体类。

10.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：天洞10的下端面分为平面和凹锥面两种。

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