CN103956029B - 一种高灵敏多功能地震报警装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高灵敏多功能地震报警装置，包括地震信号传感器和报警电路，所述的报警电路包括信号处理单元、放大单元、检测复位单元、自锁保持单元、声报警单元、光报警单元、计时单元和电源单元；所述的地震信号传感器设置固定基板，其上设置上电极支座和下电极支座，上电极支座与下电极支座之间设置传导装置和横波传感装置。实验证明，本发明具有纵横波复合采样，灵敏度较高，同步反映地震的发生，且声光同时报警，警示性强；抗干扰能力强误，报率低等优点。而且成本低廉，居民购买需求强烈。本发明能够做到有险即报，全民快速响应，有助于保护人们的生命、财产安全，把损失降低到最低限度，其有效的实施必将为人类的防灾减灾作出积极的贡献。

Description

一种高灵敏多功能地震报警装置

技术领域

本发明属于地震信号检测设备技术领域，具体涉及一种结构简单，制作成本低廉的高灵敏多功能地震报警装置。

背景技术

地球是太阳系九大行星之一，形状略扁的旋转椭圆球体。地球由地壳、地幔、地核组成。地球的分层结构基本上是按地震波（P和S）的传播速度划分的。地球上层有显著的横向不均匀性：大陆地壳和海洋地壳的厚度大不相同，地震时，震源辐射出两种地震波，纵波P和横波S。它们各以不同的速度向四围传播，经过不同的时间到达地面上不同的地点。

所谓“上天容易，入地难”，人类至今无法准确预测地震。探测可能发生地震，必须得到达孕育地震深度，要到十几公里甚至几十公里的深部，目前世界所能达到的最深度也才10公里多，完全准确地预测出重大破坏性地震，目前仍然做不到。中国位于世界两大地震带，即环太平洋地震带与欧亚地震带之间。据统计，20世纪以来，中国共发生6级以上地震近800次，遍布除贵州、浙江两省和香港告别行政区以外所有的省、自冶区、直辖市。地震是我国常见的自然灾害之一，也是破坏性最强的地质灾害。尤其发生在2008年的“5.12”大地震，造成的人员和财产损失巨大，令世人瞩目和震惊。

地震虽然不是时常发生，但当其来临时对人民生命财产造成的损失则不可估量。也正因为不是时常发生，所以一旦发生时人们不能立即做出正确的判断，特别是夜间发生时人们往往在睡梦中，一时来不及作出反应，延误了逃生的宝贵时间，最终往往比估计的伤亡还要大得多。如何能够尽可能早的知道地震的发生，减少地震对人类造成的危害，尤其是人身危害，是科技工作者一直期望解决的问题。也开发了很多检测地震到来，并发出报警声，提醒人们有所准备，赢得哪怕几秒钟的逃生或躲避危险的时间。但是，现有技术的报警装置存在反应迟延，抗干扰能力差，存在误报率较高等弊端。为此，本发明人经过潜心研究，意图开发一种反应灵敏，抗干扰能力强的地震信号检测与报警装置，是解决这一问题的有效方式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，制作成本低廉，反应灵敏，抗干扰能力强的高灵敏多功能地震报警装置。

本发明的目的是这样实现的，包括地震信号传感器和报警电路，所述的报警电路包括信号处理单元、放大单元、检测复位单元、自锁保持单元、声报警单元、光报警单元、计时单元和电源单元；其特征是：所述的信号处理单元设置信号接入端子，其输出端子连接放大单元和自锁保持单元，所述的放大单元连接声报警单元之扬声器Y；所述的自锁保持单元之可控硅T与光报警单元之发光二极管串联，并与计时单元并联；所述的地震信号传感器设置固定基板，其上设置上电极支座和下电极支座，上电极支座与下电极支座之间设置传导装置和横波传感装置，所述的传导装置包括纵波传导吊线、重锤和纵波传导下电极，所述的纵波传导吊线上端连接传导装置，其下端连接重锤，重锤底部与设置于下电极支座上的纵波传导下电极间隙配合；所述的横波传感装置之横波传导电极与重锤套接配合，且与下电极支座电性连接，所述的传感器之上电极支座和下电极支座分别连接报警电路的信号接入端。

本发明采用纵横波复合传感装置作为地震信号检测装置，并将其响应的电信号接入音乐报警电路中，即时发出清晰的报警信号，提示人们地震来临，快速逃生。实验证明，本发明具有纵横波复合采样，灵敏度较高，同步反映地震的发生，且声光同时报警，警示性强；抗干扰能力强误，报率低等优点。而且成本低廉，居民购买需求强烈。国家在构建和谐社会，以人为本，珍爱生命是基本要求，本发明能够做到有险即报，全民快速响应，有助于保护人们的生命、财产安全，把损失降低到最低限度，其有效的实施必将为人类的防灾减灾作出积极的贡献。

附图说明

图1为本发明整体结构与电性原理示意图；

图2为图1中传感器部分之左视图；

图3为图1的A区域放大图；

图中：1-固定基板，2-上电极支座，3-下电极支座，4-传导装置，5-纵波传导吊线，6-重锤，7-纵波传导下电极，8-横波传导电极，81-电极支架，9-横波电极支柱，91-电极支座，92-调节旋柄，10-下极导线，11-上极导线，12-屏蔽装置，13-固定环；AN1为检测按钮，AN2为复位按钮，BG为放大三极管，D为发光二极管，M为时钟模块与步进电机，T为可控硅，Y为扬声器，C1为防干扰电容，C2为防抖动电容，R1为T之限流电阻、R2为D之限流电阻、R3为M之限流电阻，IC为信号处理单元，Vdd为电源输入正极端，TG为信号端子，OUT为输出端，Vss为电源输入负极端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明包括地震信号传感器和报警电路，所述的报警电路包括信号处理单元、放大单元、检测复位单元、自锁保持单元、声报警单元、光报警单元、计时单元和电源单元；所述的信号处理单元设置信号接入端子，其输出端子连接放大单元和自锁保持单元，所述的放大单元连接声报警单元之扬声器Y；所述的自锁保持单元之可控硅T与光报警单元之发光二极管D串联，并与计时单元并联；所述的地震信号传感器设置固定基板1，其上设置上电极支座2和下电极支座3，上电极支座2与下电极支座3之间设置传导装置和横波传感装置，所述的传导装置包括纵波传导吊线5、重锤6和纵波传导下电极7，所述的纵波传导吊线5上端连接传导装置4，其下端连接重锤6，重锤6底部与设置于下电极支座3上的纵波传导下电极7间隙配合；所述的横波传感装置之横波传导电极8与重锤6套接配合，且与下电极支座3电性连接，所述的传感器之上电极支座2和下电极支座3分别连接报警电路的信号接入端。

所述的传导装置之传导装置4为纵向伸缩导电弹性结构，其上端与上电极支座2电性固接配合；下端通过纵波传导吊线5与导电性重锤6固接配合，重锤6底部与纵波传导下电极7上端间隙配合。

所述的传导装置之传导装置4为环形拉伸弹簧结构，其轴心线与纵波传导吊线5处于同一垂直线上，且与纵波传导下电极7相对应。

所述的传导装置之纵波传导下电极7与下电极支座3螺纹配合，纵波传导下电极7与重锤6底部之间的间隙可调，其距离为0.1~1.0cm；所述的传导装置4之弹性系数为 0.1~0.6，所述传导装置的特征谐振频率为1~15Hz。

所述的传导装置之纵波传导下电极7与重锤6之间的距离为1~10mm，所述的重锤6之高度为0.5~3cm，所述的纵波传导吊线5长度为2~48cm，所述的传导装置4的弹性变形范围为1~10mm，所述的上电极支座2与下电极支座3之间的距离为传导装置4与纵波传导吊线5、重锤6、纵波传导下电极7的长度之和，其谐振频率为0.1Hz~10Hz。

所述的横波传感装置之横波传导电极8呈环状或无底漏斗状，其通过横波电极支架81与横波电极支柱9螺纹配合，横波电极支柱9之两端与固定于固定基板1上的电极支座91动配合；横波传导电极8与重锤6同轴套接配合，横波传导电极8内缘与重锤6外缘的间隙为2~10mm，横波传导电极8通过横波电极支柱9连接下电极支座3。通过调节横波电极柱9，可使重锤6在横波传导电极8内上下移动。

所述的传导装置外设置屏蔽装置12，外缘与固定基板1相固接，至少传导装置之纵波传导吊线5和重锤6设置于屏蔽装置12内，且与其内壁非接触配合；所述的屏蔽装置12为罩式结构，通过固定环13与固定基板1固接配合。

所述的报警电路之信号处理单元IC为12段音乐模块，其电源输入正极端Vdd与信号端子TG之间跨接防干扰电容C1；所述的信号处理单元IC的输出端OUT通过限流电阻R1连接可控硅T的调节端；所述的可控硅T的正极通过限流电阻R2串联连接发光二极管D，且连接电源单元。

所述的报警电路之可控硅T电路并联计时单元之时钟模块和步进电机M，且并联设置防抖动电容C2，所述的时钟模块和步进电机M通过限流电阻R3连接电源单元。

所述的信号处理单元IC连接检测复位单元，即信号处理单元IC及电源输入负极端Vss与信号端子TG之间跨接设置检测按钮AN1；电源单元的正极一侧设置复位按钮AN2。

本发明工作原理及工作过程：

本发明采用纵横波复合传感器作为地震信号检测装置，并将其响应的电信号接入音乐报警电路中，即时发出清晰的报警信号，提示人们地震来临，快速逃生。地震波传感器是专属针对地震长波，超低频波的振动信号的检测、采集而设计的，只对地震波较为敏感，对人类活动的高频波不敏感，因而能有效避开人类活动的干扰，比如冲击、敲打等，在高灵敏度情况下大幅降低误报率。当地震波来临时，横向波将造成金属重锤前后左右摆动碰到横波传感固定环，而发出地震信号。而纵向波将造成金属重锤上下跳动碰到纵波传感固定支点，而发出地震信号。即地震波传感器相当于一个接触开关，其平时不耗电，输出为开关信号触发报警单元的12段音乐IC模块，在收到触发信号时，其输出端输出（高电平）音乐信号，用于启动自锁保持电路T，可以进行12次不同音乐的报警输出，其耗电较低（待机时在1微安左右）。在嘈杂环境中有时可能听不到音乐响声，光报警单元的高亮度发光二极管D发出灯光报警信号，在黑暗环境中此灯光还可作为应急照明灯用于寻找手电筒或辅助夜间逃生照明等。

自锁保持电路采用微电流可控硅T作为检测启动元件，其只受第一次高电平脉冲作用，并实现自保持，直到人为复位解除。

计时单元的R3提供指针式时钟M的可靠运行电流和T的最低保持电流，C2起稳定M工作电压的作用。正常工作时C2两端电压基本等于电源电压，时钟正常走时。有地震信号输入时，T被触发C2两端电压降为T的导通电压（小于0.7V），时钟停止并保持。后面的地震信号不在对T产生作用，但对音乐输出没有影响，故可实现多次报警。

横波传导电极8通常采用导电性较好的铜材制作，调整环径，即调整电极环与重锤外缘间的距离，即可改变横波传导的灵敏度。或者通过横波电极支柱9上的调节旋柄92，驱动横波电极支柱9在电极支座91之间转动，带动电极支架81沿驱动电极支柱91上下移动，从而调整横波传导电极8与重锤6底缘之间的相对位置或直线距离，达到调整横波传导灵敏度的目的。

采用漏斗形横波传导电极8有助于调整，横波传导的灵敏度，电极处于上部位置，重锤处于漏斗之最小孔内时，横波传导的灵敏度最高，反之重锤底缘与漏斗形电极的直线距离越远，灵敏度越低。因此，实际安装调试时，可根据房屋抗震等级或根据实际需求灵活调整灵敏度。

本发明与其他产品相比，实现高灵敏度和低误报率的关键在于上电极支座2至重锤重心的距离与地震波的谐振长度，将装置的谐振频率控制在2Hz（人类活动的干扰频率的下限频率）以下，以避免人类活动的干扰。根据实际振动频率的相关科学资料，除山体定向爆破（原子弹爆炸等）的频率较低外，其它的行为频率都较高（振动压路机（高于5Hz），房屋装修的敲打等等（高于20Hz，人耳可以听到），对本感应器基本没有影响）。由于本装置的低工作率和高可靠性要求，包括传感器、开关等有触点元件均要求进行抗氧化处理。

作为本发明一个实施例，其上电极支座2与下电极支座3为24.8cm，其谐振频率为1Hz。如果系统的谐振频率确定，按上下电极支座之间的基本距离的倍数进行放大或缩小，即可实现装置的大型化或小型化。

工作时，当3V电池接入后，12段音乐IC进入待机状态，OUT端无输出，BG、T均不导通。C2通过D、R2和R3进行充电，当电压达1.4V时电子石英钟M开始工作（此时须对准北京时间），进入正常状态。

当地震波传感器有信号输入时，IC音乐块TG端电压对地，OUT端输出报警音乐，三极管BG工作，喇叭Y发出报警声响。微电流可控硅T经R1触发而导通，C2两端电压被短路，电子石英钟M失电而停止，发光二极管D经过R2、T形成通路而发光。因可控硅T的特性，此状态长期保持。直到人为复位。同时因电容的充放电特性，对每一次震动的后续波不予响应，而只对后来的余震有响应，并经喇叭Y发出多次报警音响。当按下检测按钮AN1时，其作用与收到一次地震波的情况相同。而当发现灯光已亮起时，先记下当前时间（第一次地震时间），然后按下检测按钮AN1，注意听音乐后面的钟声，其将提示之前有几次振动（钟声减1次）。当按下复位按钮AN2时，其作用与重新装入电池的情况相同，可对钟声次数和灯光警示进行总复位。复位后应再次对准北京时间。

本发明具有以下优点：

1、声光同时报警，以便不同人群快速响应；

2、稳定的墙体作为安装基础，且传感器封闭安装，减少了人为或杂波干扰，降低误报率。

3、纵横波复合采样，灵敏度较高，2014年5月7日晚云南省楚雄州元谋县羊街乡的地震，第1时间发出报警信号，与官方报道的时间完全吻合。

4、第一次报警信号记录保持方式，有助于事后分析及报警器自身评估有较大帮助。同时警示灯保持常亮，辅助夜间逃生照明。

5、采用12次重复音乐记录模块，可对首次后的余震进行记录和多次音乐报警提示。

6、设置检测按钮，可检查电池电量和音乐是否正常。

7、设置复位按钮，可对报警灯光和记录信息进行总复位。

8、耗电极低，两节5号电池能工作半年以上，是一种简便且广泛实用的地震即时报警装置。

发明人对市场上出售的地震报警器进行了解，少之又少，多功能的更是没有，一般的容易受风吹、关门等外界干扰。价格100-800元人民币不等，不难看出，多功能地震报警装置在生产成本、使用寿命、产品结构方面具有很大的优越性。本发明的制作成本估算，若该产品投入批量生产，每套成本可控制在80元左右，预计售价可控制在180元左右，等市场打开，生产量大时，预计售价可控制在140左右。就生产方来说，成本低，收益好。使用寿命10年左右，分担到每一年的成本仅是几元~十几元，对大众来说，是完全可以承受的。

Claims (9)

1.一种高灵敏多功能地震报警装置，包括地震信号传感器和报警电路，所述的报警电路包括信号处理单元（IC）、放大单元、检测复位单元、自锁保持单元、声报警单元、光报警单元、计时单元和电源单元；其特征是：所述信号处理单元（IC）设置信号接入端子，其输出端子连接放大单元和自锁保持单元，所述的放大单元连接声报警单元之扬声器（Y）；所述的自锁保持单元之可控硅（T）与光报警单元之发光二极管（D）串联，并与计时单元并联；所述的地震信号传感器设置固定基板（1），其上设置上电极支座（2）和下电极支座（3），上电极支座（2）与下电极支座（3）之间设置纵波传感装置和横波传感装置，纵波传感装置谐振频率为1~2Hz，包括纵波传导吊线（5）、重锤（6）和纵波传导下电极（7），纵波传导吊线（5）上端连接传导装置（4）、下端连接重锤（6），重锤（6）底部与设置于下电极支座（3）上的纵波传导下电极（7）间隙配合；纵波传导下电极（7）与下电极支座（3）螺纹配合，纵波传导下电极（7）与重锤（6）底部之间的间隙可调，间隙距离为1~10mm；传导装置（4）之弹性系数为0.1~0.6；所述横波传感装置之横波传导电极（8）与重锤（6）套接配合，且与下电极支座（3）电性连接；所述上电极支座（2）和下电极支座（3）分别连接报警电路的信号接入端。

2. 根据权利要求1所述的高灵敏多功能地震报警装置，其特征是：所述传导装置（4）为纵向伸缩导电弹性结构，传导装置（4）上端与上电极支座（2）电性固接配合、下端通过纵波传导吊线（5）与导电性重锤（6）固接配合。

3. 根据权利要求1所述的高灵敏多功能地震报警装置，其特征是：所述传导装置（4）为环形拉伸弹簧结构，传导装置（4）轴心线与纵波传导吊线（5）处于同一垂直线上且与纵波传导下电极（7）相对应。

4. 根据权利要求1所述的高灵敏多功能地震报警装置，其特征是：所述重锤（6）之高度为0.5~3cm，纵波传导吊线（5）长度为2~48cm，传导装置（4）的弹性变形范围为1~10mm，上电极支座（2）与下电极支座（3）之间的距离为传导装置（4）、纵波传导吊线（5）、重锤（6）、纵波传导下电极（7）的长度与纵波传导下电极（7）与重锤（6）底部之间的间隙之和。

5. 根据权利要求1所述的高灵敏多功能地震报警装置，其特征是：所述横波传导电极（8）呈环状或无底漏斗状，横波传导电极（8）通过电极支架（81）与横波电极支柱（9）螺纹配合，横波电极支柱（9）之两端与固定于固定基板（1）上的电极支座（91）动配合；横波传导电极（8）与重锤（6）同轴套接配合，横波传导电极（8）内缘与重锤（6）外缘的间隙为2~10mm，横波传导电极8通过横波电极支柱（9）连接下电极支座（3）。

6. 根据权利要求1所述的高灵敏多功能地震报警装置，其特征是：所述纵波传感装置外设置屏蔽装置（12），屏蔽装置（12）为罩式结构、其外缘通过固定环（13）与固定基板（1）固接配合，至少纵波传导吊线（5）和重锤（6）设置于屏蔽装置（12）内且与其内壁非接触配合。

7. 根据权利要求1所述的高灵敏多功能地震报警装置，其特征是：所述信号处理单元（IC）为12段音乐模块，信号处理单元（IC）电源输入正极端（Vdd）与信号端子（TG）之间跨接防干扰电容（C1）；所述的信号处理单元（IC）的输出端（OUT）通过限流电阻（R1）连接可控硅（T）的调节端；所述的可控硅（T）的正极通过限流电阻（R2）串联连接发光二极管（D），且连接电源单元。

8. 根据权利要求1所述的高灵敏多功能地震报警装置，其特征是：所述可控硅（T）电路并联计时单元之时钟模块和步进电机（M），且并联设置防抖动电容（C2），所述的时钟模块和步进电机（M）通过限流电阻（R3）连接电源单元。

9. 根据权利要求1所述的高灵敏多功能地震报警装置，其特征是：所述信号处理单元（IC）连接检测复位单元，信号处理单元（IC）及电源输入负极端（Vss）与信号端子（TG）之间跨接设置检测按钮（AN1）；电源单元的正极一侧设置复位按钮（AN2）。