CN106908833A - 基于小孔成像原理的地震预测装置及预测方法 - Google Patents
基于小孔成像原理的地震预测装置及预测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106908833A CN106908833A CN201710128652.7A CN201710128652A CN106908833A CN 106908833 A CN106908833 A CN 106908833A CN 201710128652 A CN201710128652 A CN 201710128652A CN 106908833 A CN106908833 A CN 106908833A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- imaging system
- display screen
- pinhole imaging
- earthquake prediction
- pinhole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 81
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 7
- 206010044565 Tremor Diseases 0.000 abstract description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 241000112598 Pseudoblennius percoides Species 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/01—Measuring or predicting earthquakes
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
- G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
- G08B21/02—Alarms for ensuring the safety of persons
- G08B21/10—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to calamitous events, e.g. tornados or earthquakes
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Business, Economics & Management (AREA)
- Emergency Management (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
本发明涉及基于小孔成像原理的地震预测装置及预测方法，包括固定安装在地上且相互配合的显示屏和小孔成像装置，小孔成像装置包括位于显示屏上方的孔盒，孔盒上开设有用于成像的第一小孔，第一小孔的平面与南北正方向平行；显示屏内部设置光电传感器，光电传感器连接PC机。本发明可安装在地上，震前微弱的震颤可使太阳光通过小孔成像装置的孔所聚成光束的成像路径变化，导致成像随之摆动，便可对地震进行预报。本发明有效利用光束成像的路径变化对地震进行预测，便于及时作出预警，减少损失。
Description
技术领域
本发明涉及地震预测领域，具体涉及基于小孔成像原理的地震预测装置及预测方法。
背景技术
地震往往给人们带来大的灾难。现在的地震预报存在三大难点：第一，地震过程的复杂性，如图1(a)和图1(b)所示，地震波按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波。纵波是推进波，地壳中传播速度为5.5～7千米/秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。横波是剪切波：在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。
第二，地壳深部的不可入性；第三，地震事件的小概率性。地震带给人类的财产与生命损失是无法估量的，正确而有效地预测地震可以挽回无数人的姓名，减少的财产损失更是不计其数，但目前世界上还没有一种有效预测地震的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种基于小孔成像原理的地震预测装置及预测方法，利用光学原理进行地震预测，便于预警。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
包括固定安装在地上且相互配合的显示屏和小孔成像装置，小孔成像装置包括位于显示屏上方的孔盒，孔盒上开设有用于成像的第一小孔，第一小孔的平面与南北正方向平行；显示屏内部设置光电传感器，光电传感器连接PC机。
进一步地，显示屏和小孔成像装置固定安装在海拔高度大于10m的地上。
进一步地，显示屏为上端开口的筒状结构，包括竖直的环形侧壁和水平的圆形底部；孔盒通过支架架设于显示屏的中心正上方，孔盒的中心还开设有用于成像的竖直第二小孔。
进一步地，第一小孔和第二小孔的直径均为8cm。
进一步地，孔盒的材质为木质。
进一步地，显示屏位于密闭的罩箱中；罩箱的罩顶采用透光材料，其余部分采用不透光材料。
进一步地，PC机连接报警器。
本发明预测方法的技术方案是：包括以下步骤：
步骤一：将显示屏和小孔成像装置分别固定在地上，调节小孔成像装置的高度，使太阳通过小孔成像装置所成的像始终落在显示屏上；
步骤二：通过显示屏内安装的光电传感器检测光信号，并输送至PC机，记录太阳运行产生的成像轨迹，当成像轨迹存在偏差时，通过轨迹偏差大小以及频率来判断震动大小，完成基于小孔成像原理的地震预测。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明可安装在地上，震前微弱的震颤可使太阳光通过小孔成像装置的孔所聚成光束的成像路径变化，导致成像随之摆动，便可对地震进行预报。大震前的小震由于其损坏性小，不易被察觉，所以往往被忽视，而小震恰好是预测大震的有效方式，本发明有效利用光束成像的路径变化对地震进行预测，便于及时作出预警，减少损失。
进一步地，由于高层对摆动较为敏感，所以将本发明装置安置于高层建筑，如地处山村，可将装置安置在山上等较高的地方。
进一步地，本发明中显示屏还包括圆形底部，孔盒上设置第二小孔，能够更全面地反映太阳运动轨迹。
进一步地，本发明中孔盒的材质为木质，避免光反射对测量结果造成误差。
进一步地，本发明中显示屏位于密闭的罩箱中，形成一个封闭并且半黑暗的环境，使光束通过小孔成像装置所成的像能清晰的处于显示屏上，减少外部其它光源干扰。
本发明预测方法操作简单，便于及时作出震前预警，减少损失。
附图说明
图1(a)是地震波中的P波示意图，图1(b)是地震波中的S波示意图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明的小孔成像原理图。
图4是太阳运动轨迹图。
图5是本发明显示屏半径设计原理示意图。
图6是本发明判断原理示意图。
其中：1-光束投影；2-孔盒；3-太阳；4-罩箱；5-显示屏；6-PC机；7-报警器；8-第一小孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
参见图2，本发明包括固定安装在地上且相互配合的显示屏5和小孔成像装置，显示屏5为上端开口的筒状结构，包括竖直的环形侧壁和水平的圆形底部。小孔成像装置包括孔盒2，孔盒2通过支架架设在显示屏5的中心正上方，显示屏5的环形侧壁360度环绕小孔成像装置。孔盒2使用木质材料是为了避免一些反光材料的光反射对测量结果造成误差。孔盒2上开设有用于成像的第一小孔8和第二小孔，第一小孔8平面与南北正方向平行，即第一小孔8轴线沿东西方向，第二小孔竖直设置且位于显示屏5圆形底部的中心正上方。
显示屏5位于罩箱4中，架设孔盒2的支架穿过罩箱4且进行密封处理，使得罩箱4为整体封闭结构，除了孔盒2裸露在外，其余部分均处于罩箱4之内，罩箱4的罩顶使用透光材料，其余部分如侧壁和底部使用不透光材料，使其形成一个封闭并且半黑暗的环境，使光束通过第一小孔8和第二小孔所成的像能清晰的出于显示屏5上，不为外部其它光源干扰。
支撑孔盒2的支架应选用刚性材料，罩箱4同样适用刚性材料，使其能牢固固定在建筑高层，不受风力等因素影响，仅能随建筑物一起摆动。
显示屏5内部设置光电传感器，光电传感器连接PC机6；光电传感器可将光信号转化为电信号，输入至PC机6，PC机6能够处理所收集的数据，一旦数据数显示异常则启动报警器7，提醒人们注意。
由于地壳不停止地在做运动，微弱的地壳运动时有发生，微弱的地壳运动不会导致建筑晃动，也就不会影响本发明装置使用。大震前如有频繁地中小震，本发明检测装置即可收集数据进行分析，及时做出反应。
本发明地震预测方法，包括以下步骤：
步骤一：将显示屏5和小孔成像装置分别固定在地上，调节小孔成像装置的高度，使太阳3通过小孔成像装置所成的像始终落在显示屏5上；如图2所示的光束投影1，始终位于显示屏5上；
步骤二：通过显示屏5内安装的光电传感器检测光信号，并输送至PC机6，记录太阳3运行产生的成像轨迹，在阳光充足的天气第一次使用该地震预测设备，检测得到成像运动轨迹为后续参考，即正常轨迹，当成像轨迹存在偏差时，通过轨迹偏差大小以及频率来判断震动大小，完成基于小孔成像原理的地震预测。
本发明的主要原理是：
图3为小孔成像原理图，当右侧物体P光源即太阳通过中心小孔后，投影在成像平面上的像与光源P形状相同，但是倒立，其原理是在同种均匀介质中，在不受引力作用干扰的情况下，光沿直线传播。
概括地说，小孔或清晰的像要具备3个条件，小孔直径拟定8cm。第一，小孔的线度要远大于光的波长，当小孔很小时，像变得模糊不清，这是由于光出现了衍射的缘故，当小孔的线度小到与光的波长可比拟时，通过小孔的光将不再直进，而是要发生衍射，这时的光学现象显然已经超出了小孔成像的范围。第二，小孔的线度要远小于物体的几何尺寸。当小孔太大时，光班重叠变得非常明显，像已经变得完全失真，这时在光屏上呈现的是小孔周围挡光部分的影子。这里应该注意到，在小孔能够保证光的直进性的前提下，也并不是孔越小越好，孔太小会使通过小孔的光线太弱，因而成的像太暗，无法看清像。第三，小孔成像要有光屏存在，只有利用像斑在光屏上的漫反射，才能看到物体成的像。
图4所示为太阳的运动轨迹，由于太阳距离地球足够远，所以不存在光源距离的问题。相对于地平圈，太阳的运动轨迹近似半圆，由于太阳东升西落，所以小孔成像的孔平面与南北正方向平行，使光可以通过小孔。由于太阳的运动轨迹稳定，所以光通过小孔的成像变化规律同样稳定，不会有大的波动，只有当外力作用小孔时，使小孔发生运动，通过小孔后的光的成像运动路径才会发生变化。
小孔成像装置中第一小孔8的平面平行于南北方向，而太阳的运动轨迹为东西方向上的弧形，太阳光可以通过第一小孔8，使其成像于显示屏5的环形侧壁，在太阳的光束投影1近似垂直地面时，太阳光可以通过第二小孔，成像于显示屏5的圆形底部；整个装置可被固定在建筑高层，无具体海拔高度要求，但建筑越高，对晃动越敏感，使用效果更佳，因此显示屏5和小孔成像装置优选固定安装在海拔高度大于10m的地上，在阳光充足的某天第一次使用该地震预测设备，检测得到成像运动轨迹为后续参考，即正常轨迹。因其对地震敏感，固定安装又不受风等外力干扰，而光的传播路径沿直线并且稳定，当地震来临时，本发明装置随着建筑摆动或震动，导致成像随之摆动，致使成像轨迹与正常轨迹发生偏移变化，当光信号通过光电传感器转化为电信号传送至数据采集装置时，分析人员可从轨迹偏差大小以及频率来判断震大小，如图6所示，中间粗实线为正常情况下成像轨迹，为平滑曲线或直线，细实线为震时成像轨迹，会出现波动，根据波动的剧烈程度及时作出反应，避免了人员以及财产的损失。
如图5所示，为了使光线能够投影在环形的显示屏5上，显示屏5直径应足够大，应以早上太阳刚升起时投影所在位置与小孔成像装置连线为斜边AB，小孔到安置地面的垂线为一条直角边AC，利用勾股定理计算出另一条边的长度为半径BC，此半径为显示屏5的半径；根据勾股定理，BC边以及AB边均与AC边即装置高度有关，装置高度可根据实际情况设定，拟定装置高度为1m即AC，日出第一缕光束通过小孔成像长度为2m即AB，随着太阳的升高成像长度减小，那么BC边即显示屏半径为√3。这样可确保，太阳光可完全投射在显示屏5上，做到准确预测。
由于太阳东升西落，运动轨迹可看做是半弧形运动，所以用于成像的显示屏5的屏幕设计为圆形底面，以及整个圆柱面，屏幕内置光电传感器，将太阳通过小孔后在屏幕上的成像的轨迹实时传送至PC机6，当发生震颤时，安装在建筑高层的小孔成像装置随之摆动，导致成像也随之摆动，只要摆动发生，成像轨迹就会变化，成像不明显也属于不正常因素，不正常因素越明显于正常情况相差越大，一般可得到地震危害越大，则PC机6收集到的成像数据发生变化，随后做出预警。经过分析后做出相应对付地震灾害的准备，不至于面临大灾时手足无措。
本发明利用光学原理对地震进行预测，当地震发生，震前微弱的震颤可使通过小孔成像装置显像的光束发生震颤，从而对地震进行预测。地震波通常分为P波与S波，所谓的横波与纵波，无论何种波都可以引起大地震颤，所以本发明基于小孔成像原理的地震预测装置有效。
Claims (8)
1.基于小孔成像原理的地震预测装置，其特征在于：包括固定安装在地上且相互配合的显示屏(5)和小孔成像装置，小孔成像装置包括位于显示屏(5)上方的孔盒(2)，孔盒(2)上开设有用于成像的第一小孔(8)，第一小孔(8)的平面与南北正方向平行；显示屏(5)内部设置光电传感器，光电传感器连接PC机(6)。
2.根据权利要求1所述的基于小孔成像原理的地震预测装置，其特征在于：显示屏(5)和小孔成像装置固定安装在海拔高度大于10m的地上。
3.根据权利要求1所述的基于小孔成像原理的地震预测装置，其特征在于：显示屏(5)为上端开口的筒状结构，包括竖直的环形侧壁和水平的圆形底部；孔盒(2)通过支架架设于显示屏(5)的中心正上方，孔盒(2)的中心还开设有用于成像的竖直第二小孔。
4.根据权利要求3所述的基于小孔成像原理的地震预测装置，其特征在于：第一小孔(8)和第二小孔的直径均为8cm。
5.根据权利要求1所述的基于小孔成像原理的地震预测装置，其特征在于：孔盒(2)的材质为木质。
6.根据权利要求1所述的基于小孔成像原理的地震预测装置，其特征在于：显示屏(5)位于密闭的罩箱(4)中；罩箱(4)的罩顶采用透光材料，其余部分采用不透光材料。
7.根据权利要求1所述的基于小孔成像原理的地震预测装置，其特征在于：PC机(6)连接报警器(7)。
8.基于小孔成像原理的地震预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将显示屏(5)和小孔成像装置分别固定在地上，调节小孔成像装置的高度，使太阳通过小孔成像装置所成的像始终落在显示屏(5)上；
步骤二：通过显示屏(5)内安装的光电传感器检测光信号，并输送至PC机(6)，记录太阳运行产生的成像轨迹，当成像轨迹存在偏差时，通过轨迹偏差大小以及频率来判断震动大小，完成基于小孔成像原理的地震预测。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710128652.7A CN106908833A (zh) | 2017-03-06 | 2017-03-06 | 基于小孔成像原理的地震预测装置及预测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710128652.7A CN106908833A (zh) | 2017-03-06 | 2017-03-06 | 基于小孔成像原理的地震预测装置及预测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106908833A true CN106908833A (zh) | 2017-06-30 |
Family
ID=59186784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710128652.7A Pending CN106908833A (zh) | 2017-03-06 | 2017-03-06 | 基于小孔成像原理的地震预测装置及预测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106908833A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101887624A (zh) * | 2010-07-21 | 2010-11-17 | 中国矿业大学(北京) | 地震灾害超前预警预报方法及系统 |
| CN102052913A (zh) * | 2010-10-26 | 2011-05-11 | 浙江大学 | 一种基于小孔成像原理的测量太阳位置信息的投影装置 |
| CN202362463U (zh) * | 2011-11-22 | 2012-08-01 | 朱学新 | 一种太阳光影位移观测仪 |
| CN102984377A (zh) * | 2012-11-26 | 2013-03-20 | 泉州劲鑫电子有限公司 | 一种具有地震预警功能的智能手机及其预警方法 |
| JP2013150035A (ja) * | 2012-01-17 | 2013-08-01 | Seiko Epson Corp | 映像表示装置及びその制御方法 |
| CN103322971A (zh) * | 2013-07-11 | 2013-09-25 | 合肥耀辉太阳能热力工程科技有限公司 | 一种日光方位检测仪 |
| CN103680070A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-03-26 | 王暾 | 基于加速度传感器的地震预警监测仪的位置变动识别方法 |
| CN104183094A (zh) * | 2014-08-28 | 2014-12-03 | 于庆军 | 地震警示仪 |
-
2017
- 2017-03-06 CN CN201710128652.7A patent/CN106908833A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101887624A (zh) * | 2010-07-21 | 2010-11-17 | 中国矿业大学(北京) | 地震灾害超前预警预报方法及系统 |
| CN102052913A (zh) * | 2010-10-26 | 2011-05-11 | 浙江大学 | 一种基于小孔成像原理的测量太阳位置信息的投影装置 |
| CN202362463U (zh) * | 2011-11-22 | 2012-08-01 | 朱学新 | 一种太阳光影位移观测仪 |
| JP2013150035A (ja) * | 2012-01-17 | 2013-08-01 | Seiko Epson Corp | 映像表示装置及びその制御方法 |
| CN102984377A (zh) * | 2012-11-26 | 2013-03-20 | 泉州劲鑫电子有限公司 | 一种具有地震预警功能的智能手机及其预警方法 |
| CN103322971A (zh) * | 2013-07-11 | 2013-09-25 | 合肥耀辉太阳能热力工程科技有限公司 | 一种日光方位检测仪 |
| CN103680070A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-03-26 | 王暾 | 基于加速度传感器的地震预警监测仪的位置变动识别方法 |
| CN104183094A (zh) * | 2014-08-28 | 2014-12-03 | 于庆军 | 地震警示仪 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sony et al. | A literature review of next‐generation smart sensing technology in structural health monitoring | |
| CN208254531U (zh) | 一种基于物联网大数据的房屋安全监测采集系统 | |
| CN109544864A (zh) | 广告牌危险性在线监测报警装置 | |
| CA3111654A1 (en) | Support structure inspection devices, systems and methods | |
| CN205665716U (zh) | 感光像元、图像采集器、指纹采集设备及显示设备 | |
| CN107255970A (zh) | 一种可穿戴式电力安全巡检作业装备 | |
| CN205861000U (zh) | 一种隧道变形监测装置 | |
| Zhao et al. | Distributed displacement response investigation technique for bridge structures using smartphones | |
| CN106257997A (zh) | 振动可视化元件、振动计测系统以及振动计测方法 | |
| Wang et al. | Field testing of wind turbine towers with contact and noncontact vibration measurement methods | |
| CN211877119U (zh) | 一种基于物联网的水流量监测设备 | |
| CN109724652A (zh) | 一种输电线路杆塔智能监测系统 | |
| CN110243412A (zh) | 一种湿地环境因子采集装置 | |
| CN101922999A (zh) | 一种室内光路测试系统 | |
| CN106908833A (zh) | 基于小孔成像原理的地震预测装置及预测方法 | |
| CN107153160A (zh) | 一种风力发电机组全方位安全监控系统 | |
| CN110363676A (zh) | 基于大数据的铁路运输煤炭抑尘智能监测分析方法 | |
| CN205901803U (zh) | 一种燃气调压站监测系统 | |
| CN109211314A (zh) | 一种地理信息采集处理装置 | |
| JP2020008381A (ja) | 気象観測装置 | |
| CN210513017U (zh) | 基于ccd传感器的高支模立杆位移实时监测系统 | |
| CN110779989B (zh) | 一种超声波三维重建的物料监测系统及方法 | |
| Kedia | Localised weather monitoring system | |
| CN209728194U (zh) | 毫米波/太赫兹波成像设备 | |
| CN102665091A (zh) | 一种球罩像质检测方法及其检测装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170630 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |