CN108226993A - 基于流体感应机构的地震预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于流体感应机构的地震预警系统，包括壳体、支撑柱、进水管和出水管，进水管水平段连接有储水箱，储水箱的最低点高于壳体的最高点，储水箱内部的顶面和底面上竖直设置有若干电极板，储水箱顶部还设置有接水漏斗；壳体内设置有若干倾斜放置的挡板，且相邻两个挡板的倾斜方向不同，挡板将壳体的内部空间自上而下分隔成若干隔室，挡板上设置有过水孔，过水孔连通相邻的两个隔室。本发明能够满足山区复杂地形的地形监测需求，通过水流流经壳体内部的时间差能够判断出地震预测装置的轻微倾斜，提高了监测的准确性；同时，接水漏斗能够在下雨时储存水量，达到了合理利用雨水的目的，节约了运行成本，降低了监测成本。
Description
技术领域
本发明涉及地震预测设备领域，具体涉及基于流体感应机构的地震预警系统。
背景技术
地震又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地球上板块与板块之间相互挤压碰撞，造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂，是引起地震的主要原因。
据统计，地球上每年约发生500多万次地震，即每天要发生上万次的地震。其中绝大多数太小或太远，以至于人们感觉不到；能造成特别严重灾害的地震大约有一两次。地震所带来的灾害可能是巨大的，因此如何预测地震一直是科学家们想要解决的问题。
目前，预测地震的方式多样，其中一种是通过监测地面倾斜程度的变化以判断某一区域的土地是否产生移动，这种地震预测装置通常放置在地形较复杂的山区。但是现有的预测装置不仅不适合山区复杂的地形，同时没有合理地利用山区丰富的雨水资源，导致监测成本高，不具备推广价值。
发明内容
本发明的目的在于提供基于流体感应机构的地震预警系统，以解决现有的地震预测装置不适合山区复杂地形同时监测成本高、不具备普遍的应用价值的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
基于流体感应机构的地震预警系统，包括壳体，所述壳体下表面固定连接有四根支撑柱，壳体顶部设置有进水管，壳体底部设置有出水管，所述进水管包括进水管水平段和进水管竖直段，所述进水管水平段连接有储水箱，所述储水箱的最低点高于壳体的最高点，储水箱内部的顶面和底面上竖直设置有若干电极板，储水箱顶部还设置有接水漏斗；壳体内设置有若干倾斜放置的挡板，且相邻两个挡板的倾斜方向不同，挡板将壳体的内部空间自上而下分隔成若干隔室，挡板上设置有过水孔，所述过水孔连通相邻的两个隔室。
现有技术虽然能够根据地形的倾斜变化程度判断地形的走势从而预测是否会发生地震，但是这类装置通常不适用于复杂的山区地形。例如，通过红外线检测地形水平程度，但是这种检测在每次测量时均需要找到原始标记点，而原始标记点可能由于地形的变化或者环境的变化而改变，造成测量不准确，甚至原始标记点会被野生动物给破坏掉。同时，现有技术未能合理地利用山区丰富的雨水资源，不能做到长时间持续的监测，监测成本高，不具备广泛地推广价值。
为了解决上述问题，本发明提供了一种新型地震预测装置。该装置同样具备壳体、固定连接在壳体下表面的四根支撑柱，设置在壳体顶部的进水管和设置在壳体底部的出水管，进水管和出水管上均设置有相应的阀门以开关进水管和出水管。不同的是，该装置内部设置有若干倾斜放置的挡板，术语倾斜是指挡板并非水平放置，而是与水平面具有一定的夹角，优选地，挡板与水平面的夹角为5-15°，挡板的个数为7-15个。具体设置时，夹角与挡板数目是相匹配的，例如夹角为7°，挡板为15个，其目的是使水流缓慢的流过各个挡板，延长水流在壳体内的时间以产生较大的时间差，用于判断地震预测装置是否倾斜，下文将详细说明。相邻两个挡板的倾斜方向不同是为了提高监测的准确性，无论地震预测装置朝哪个方向略微倾斜，水流流经挡板的区域均会发生改变，因而在壳体内的时间也会产生差异。挡板将壳体的内部空间自上而下分隔成若干隔室，即挡板的侧面与壳体的内壁连接，若干挡板则将壳体的内部空间分成自上而下的若干个隔室，挡板上设置的过水孔用于水流从位于上方的隔室流向位于下方的隔室，过流孔的形状可以为长条形。
该地震预测装置的作用原理是，向壳体内通入水流，水流流过一个挡板的部分区域后从过流孔流入下一个挡板上，依次流过各挡板后最终从出水管中流出。由于水流仅会在重力的作用下在挡板的一部分上流过，若地震预测装置产生倾斜，无论朝哪个方向倾斜，所有的挡板与水平面之间的夹角均会产生变化，那么水流流过各挡板上的区域、时间也会产生变化，从而流经壳体内部的总时间也会产生变化。在一定时间段例如一天或几天对流经壳体内部的总时间进行监测并记录，即可对地形的倾斜程度做到监控。
具体地，根据不同的地形选择支撑柱插入土层的深度以保持壳体底面平行于水平面，这个状态为初始状态。安装完成后，向壳体内通入一定量的水。之后开启阀门，并记录时间T1，之后等待水流从出水管中流出，流出第一滴水时记录时间T2，通过进水管的流速可以根据实际情况通过阀门进行调整，但需要确保每次测量的流量和通过进水管的流速大致相同，并使水流流经壳体内部空间的时间差足够长，通常时间差为3～6分钟。通过T2与T1得到时间差△T0。之后巡查人员在一定时间段后再次检测△T，通过观察△T的变化以判断地震预测装置是否倾斜，若数据显示△T逐渐增大或逐渐减小则很可能是地形在逐渐变化，若△T骤变，在排除装置明显受损的可能性时，需要提高警惕、密切观察，并结合该地区设置的其他地震预测装置是否存在相同的情况以进一步判断。
通过上述结构能够满足山区复杂地形的地形监测需求，通过水流流经壳体内部的时间差能够判断出地震预测装置的轻微倾斜，提高了监测的准确性。
由于监测过程中大部分时候使用的水流均为雨水，而雨水多为酸性且含有钙离子、镁离子，随着使用时间的增长，钙离子和镁离子容易在壳体内的挡板上形成水垢，而酸性容易腐蚀壳体内部及挡板。上述情况均会造成挡板表面的不再平整、增大对水流的阻力，从而改变了流经壳体的总时间，导致测量结果不准确。为了解决这个问题，本发明通过将进入壳体内的雨水进行电絮凝预处理单元以消除雨水中大部分的离子，从而避免水垢和腐蚀的产生。电絮凝技术为现有技术，其反应原理是在直流电的作用下，阳极产生铝或铁离子，在经过一系列的水解、聚合的氧化过程后，生成羟基络合物、多核羟基络合物以及氢氧化物，这些物质形成絮凝状物质，能够吸附并分离水中的细菌、灰尘、及部分有害物质，达到净化水的目的。通过电絮凝技术形成的絮凝剂即可将雨水中的部分盐离子、灰尘、粉尘和细菌吸附。
具体地，进水管水平段连接有储水箱，储水箱的最低点高于壳体的最高点使得开启阀门后，水流在重力的作用下能自动向壳体内流动，这种设计为非能动设计，无需使用水泵，节省了能源。储水箱内的顶面和底面上设置有若干电极板，通过给电极板通电，在阳极区生成铝或铁离子，进一步形成羟基络合物等絮凝状物质，絮凝状物质吸附雨水中的细菌、灰尘、部分盐离子，使得这部分污染物脱离雨水，达到净化雨水的目的，之后絮凝状物质通过滤网、电极板的拦截而停留在储水箱中，而净化的雨水能够通过进水管进入壳体中用于测量时间差，起到了防止挡板或壳体内部被腐蚀或形成水垢的作用。电絮凝的电源可以由太阳能、风能等能源提供，具体根据山区地形特点设置，也可以通过一个太阳能发电站同时提供多个地震预测装置的能源，由于上述技术均为现有技术，不再赘述。储水箱顶部设置有接水漏斗，接水漏斗直径自上而下逐渐减小的结构，较大的开口直径能够扩大雨水的采集面积，增加储水箱的雨水收集。由此可见，通过在储水箱中设置电极板，能够达到净化雨水的效果，避免雨水在壳体内部或挡板上形成水垢或腐蚀，能够更进一步地延长设备的使用寿命，提高数据收集的准确性。
进一步地，还包括向上开口的保护管，支撑柱底端穿过保护管顶端的开口且伸入保护管内部，保护管与支撑柱同轴，保护管顶端开口的直径为支撑柱直径的1.5～2倍；支撑柱底端通过第二弹簧与保护管的底部连接，支撑柱的侧面通过第一弹簧与保护管的内壁连接。当所在区域的风力较强时，由于预测装置与其支撑柱之间采用刚性连接，支撑柱受到的应力较大有可能发生折断，或者支撑柱周围的泥土松动，导致预测装置不可逆地倾斜；又或者动物的袭击导致装置产生不可逆的倾斜。装置在一定时期后才会进行维护，不仅维护起来很麻烦，而且维护好后可能很快又会损坏。倾斜的装置在获取时间差数据时会产生数据偏差较大的问题，进而造成预测失误，也许仅仅是大风造成的不可逆倾斜而使得控制端产生地形发生重大变化、发生地震的可能性高需要提高警惕的错误判断。
为了解决上述问题，每根支撑柱的底部均位于一个保护管内，即保护管顶端设置有开口，支撑柱的底端穿过该开口并伸入保护管的内部，保护管与支撑柱同轴，即两者的母线为共线。支撑柱的侧面设置有若干第一弹簧，第一弹簧连接支撑柱和保护管的侧面，支撑柱下表面上设置有若干第二弹簧，第二弹簧与保护管的底部连接。通常，第二弹簧的弹簧强度大于第一弹簧的弹簧强度，因为第二弹簧起到承重的作用，主要负责支撑柱沿竖直方向的复位，第二弹簧可以采用张紧弹簧；第一弹簧主要用于支撑柱沿其径向的复位，确保其不与保护管的侧壁发生碰撞。保护管顶端开口的直径需要大于支撑柱的直径，以使得支撑柱能够在保护管内沿其径向来回晃动，优选地，保护管顶端开口的直径为支撑柱直径的1.5～2倍，这个距离用于限定预测装置的摆动幅度，优选地，顶端开口直径为支撑柱直径的1.5倍，过大的摆动幅度易造成弹簧复位困难而过小的摆动幅度卸除应力的效果差。当位于地面上方的地震预测装置受到外力作用时，例如风力等级较大的风，预测装置会产生晃动，由于第一弹簧和第二弹簧的协同作用，支撑柱会在保护管内晃动，进而弹性力抵消了风对预测装置作用的部分应力，使得支撑柱不会受到过大的应力而导致折断，同时由于仅支撑柱产生晃动，保护管受到了作用力小，因此保护管周围的泥土不会松动，预测装置的稳固性、安全性得到保障。同理，当野生动物撞击地震预测装置时，支撑柱在保护管内的晃动卸除了部分预测装置受到的应力，有效地保护了预测装置；当有冰雹砸向预测装置时，支撑柱竖直向下移动同样能够卸除部分冲力，增加了预测装置的使用寿命。
综上，通过上述结构，当地震预测装置受到暂时性的外部冲击时，能够通过第一弹簧和第二弹簧的协同作用，使得支撑柱在保护管内晃动以卸除部分应力，降低支撑柱和预测装置损坏的概率，避免支撑柱、预测装置在冲击中产生不可逆的倾斜所造成的不准确测量，当外部冲击去除后，在第一弹簧和第二弹簧的协同作用下，支撑柱逐渐恢复应力作用前其在保护管内的位置，以确保预测装置监测的准确性；保护管还对支撑柱起到一定的保护作用，避免土层缓慢移动的过程中对支撑柱造成挤压使之折断；减少了地震预测装置的维修次数，降低了维修成本，使预测装置能够长时间的应用于复杂地形山区的监测。
进一步地，所述第二弹簧为张紧弹簧，每个保护管中的第二弹簧数量为3个。第二弹簧主要起到承重作用，因此采用张紧弹簧使得第二弹簧具备较高的弹簧强度，能够满足承重的需求。
进一步地，所述电极板的三个侧面与储水箱的内壁连接，相邻两个电极板分别设置在储水箱内部的顶面和底面。通过上述合理地设计电极板的位置，使得电极板之间形成流道，延长了电极板与雨水的接触时间，使得净化效果更佳充分。同时，相邻的两个电极板，一个设置在储水箱内部的顶面并连接储水箱的两个侧面，雨水只能从电极板下方通过，另一个设计在储水箱内部的底面并连接储水箱的两个侧面，雨水只能从电极板的上方通过，使得包裹有杂质、部分盐离子的絮凝状物质被拦截在电极板与储水箱所形成的直角区域中，进一步提高净化效果。
进一步地，所述储水箱底部连接有饮水管，所述饮水管上设置有阀门。优选地，饮水管的接口靠近进水管水平段附近，可以通过饮水管获得更加纯净的水。设置饮水管的目的在于，山区中若有旅人迷路，依靠饮水管能够获取较纯净的水源，提高生存几率。
作为本发明的一个改进方案，进水管内设置有第二红外测距装置，所述第二红外测距装置与设置在进水管外壁上的第二处理器电连接，出水管内设置有第一红外测距装置，所述第一红外测距装置与设置在出水管外壁上的第一处理器电连接，进水管上的阀门电连接有第三处理器；所述第一处理器、第二处理器和第三处理器均设置有网络接口。所述出水管包括出水管水平段和出水管竖直段，所述第一红外测距装置设置在出水管竖直段的内壁上；所述第二红外测距装置设置在进水管竖直段的内壁上。红外测距装置可以使用微型红外测距仪，红外测距仪通过其红外线发射装置与红外线接收装置所产生的时间差的变化以判断是否有水流通过。当第二红外测距装置检测到红外线发射与接收的时间差发生变化时，向第二处理器发送电信号，第二处理器接收到信号后通过无线网络接口向检测人员的终端例如手机或者远程终端发送信号，记录时间T1；同理，当第一红外测距装置检测到时间差变化时，向第一处理器发送电信号，第一处理器接收到信号后通过无线网络接口向检测人员的终端或者远程终端发送信号，记录时间T2。检测人员根据采集到的T1和T2计算出水流流经壳体内部的时间差并记录。第三处理器通过网络接口接收到开启或关闭信号后能够控制进水管上的阀门开启或关闭，使得使用者能够通过手机终端或远程终端网络控制阀门的开启和关闭。通过上述结构，获取的监测数据相对于人为记录更加精准，进一步提高了监测的准确率。所述第一红外测距装置设置在出水管竖直段的内壁上；所述第二红外测距装置设置在进水管竖直段的内壁上，避免有积水堆积在水平段内，造成第一红外测距装置和第二红外测距装置提前记录时间，提高了监测的准确性。
进一步地，所述接水漏斗内设置有滤网。滤网能够防止落叶、泥沙等物质落入接水漏斗中而堵塞进水管，同时也防止泥沙进入储水箱后造成储水箱内的体积发生变化，从而影响水流的时间差。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明能够满足山区复杂地形的地形监测需求，通过水流流经壳体内部的时间差能够判断出地震预测装置的轻微倾斜，提高了监测的准确性；同时，接水漏斗能够在下雨时储存水量，达到了合理利用雨水的目的，节约了运行成本，降低了监测成本；
2、通过在储水箱中设置电极板，能够达到净化雨水的效果，避免雨水在壳体内部或挡板上形成水垢或腐蚀，能够更进一步地延长设备的使用寿命，提高数据收集的准确性；
3、当地震预测装置受到暂时性的外部冲击时，能够通过第一弹簧和第二弹簧的协同作用，使得支撑柱在保护管内晃动以卸除部分应力，降低支撑柱和预测装置损坏的概率，避免支撑柱、预测装置在冲击中产生不可逆的倾斜所造成的不准确测量，当外部冲击去除后，在第一弹簧和第二弹簧的协同作用下，支撑柱逐渐恢复应力作用前其在保护管内的位置，以确保预测装置监测的准确性；保护管还对支撑柱起到一定的保护作用，避免土层缓慢移动的过程中对支撑柱造成挤压使之折断；减少了地震预测装置的维修次数，降低了维修成本，使预测装置能够长时间的应用于复杂地形山区的监测。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明具体实施例的结构示意图；
图2为本发明出水管的局部剖面示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-保护管，2-支撑柱，3-挡板，4-第一弹簧，5-第二弹簧，6-过水孔，7-第一处理器，8-壳体，9-接水漏斗，10-出水管，11-第一红外测距装置，12-第二处理器，13-进水管，14-储水箱，15-电极板，16-饮水管，17-阀门。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示的基于流体感应机构的地震预警系统，包括壳体8，壳体8下表面固定连接有四根支撑柱2，壳体8顶部设置有进水管13，壳体8底部设置有出水管10，进水管13包括进水管水平段和进水管竖直段，进水管水平段连接有储水箱14，储水箱14的最低点高于壳体8的最高点，储水箱14内部的顶面和底面上竖直设置有若干电极板15，储水箱14顶部还设置有接水漏斗9；壳体8内设置有若干倾斜放置的挡板3，且相邻两个挡板3的倾斜方向不同，挡板3将壳体8的内部空间自上而下分隔成若干隔室，挡板3上设置有过水孔6，所述过水孔6连通相邻的两个隔室；还包括向上开口的保护管1，支撑柱2底端穿过保护管1顶端的开口且伸入保护管1内部，保护管1与支撑柱2同轴，保护管1顶端开口的直径为支撑柱2直径的1.5～2倍；支撑柱2底端通过第二弹簧5与保护管1的底部连接，支撑柱2的侧面通过第一弹簧4与保护管1的内壁连接；第二弹簧5为张紧弹簧，每个保护管1中的第二弹簧5数量为3个；电极板15的三个侧面与储水箱14的内壁连接，相邻两个电极板15分别设置在储水箱14内部的顶面和底面；储水箱14底部连接有饮水管16，饮水管16上设置有阀门；接水漏斗9内设置有滤网。
安装时，将保护管1放入土层中，调整保护管1插入土层的深度使得壳体8底部平行于水平面。安装完成后，通过接水漏斗9向储水箱14中放入一定的水。之后开启阀门17，并记录时间T1，之后等待水流从出水管中流出，流出第一滴水时记录时间T2。通过T2与T1得到时间差△T0。之后巡查人员在一定时间段后再次检测△T，在测量之前开启电极板15以净化一段时间的雨水后，再将雨水通入壳体8内。通过观察不同时段△T的变化以判断地震预测装置是否倾斜，若△T逐渐增大或逐渐减小则很可能是地形在逐渐变化，若△T骤变，在排除装置明显受损的可能性时，需要提高警惕、密切观察，并结合该地区设置的其他地震预测装置是否存在相同的情况以进一步判断。
本发明能够满足山区复杂地形的地形监测需求，通过水流流经壳体内部的时间差能够判断出地震预测装置的轻微倾斜，提高了监测的准确性；同时，接水漏斗9、储水箱14能够在下雨时储存水量，达到了合理利用雨水的目的，节约了运行成本，降低了监测成本；另外，通过在储水箱14中设置电极板，能够达到净化雨水的效果，避免雨水在壳体8内部或挡板3上形成水垢或腐蚀，能够更进一步地延长设备的使用寿命，提高数据收集的准确性。
实施例2：
在实施例1的基础上，进水管13内设置有第二红外测距装置，所述第二红外测距装置与设置在进水管外壁上的第二处理器12电连接，出水管10内设置有第一红外测距装置11，第一红外测距装置11与设置在出水管10外壁上的第一处理器7电连接，进水管13上的阀门17电连接有第三处理器；所述第一处理器7、第二处理器12和第三处理器均设置有网络接口；出水管10包括出水管水平段和出水管竖直段，第一红外测距装置11设置在出水管竖直段的内壁上；所述第二红外测距装置设置在进水管竖直段的内壁上。通过上述设置，检测人员通过手机终端即可获取T1、T2并控制进水管的开启，提高了监测的准确率和方便性；另外，也可以通过远程终端获取数据，使得该地震预测装置能够长时间的放置在偏远山区进行地形倾斜度的监测。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于流体感应机构的地震预警系统，包括壳体(8)，所述壳体(8)下表面固定连接有四根支撑柱(2)，壳体(8)顶部设置有进水管(13)，壳体(8)底部设置有出水管(10)，其特征在于，所述进水管(13)包括进水管水平段和进水管竖直段，所述进水管水平段连接有储水箱(14)，所述储水箱(14)的最低点高于壳体(8)的最高点，储水箱(14)内部的顶面和底面上竖直设置有若干电极板(15)，储水箱(14)顶部还设置有接水漏斗(9)；壳体(8)内设置有若干倾斜放置的挡板(3)，且相邻两个挡板(3)的倾斜方向不同，挡板(3)将壳体(8)的内部空间自上而下分隔成若干隔室，挡板(3)上设置有过水孔(6)，所述过水孔(6)连通相邻的两个隔室。
2.根据权利要求1所述的基于流体感应机构的地震预警系统，其特征在于，还包括向上开口的保护管(1)，支撑柱(2)底端穿过保护管(1)顶端的开口且伸入保护管(1)内部，保护管(1)与支撑柱(2)同轴，保护管(1)顶端开口的直径为支撑柱(2)直径的1.5～2倍；支撑柱(2)底端通过第二弹簧(5)与保护管(1)的底部连接，支撑柱(2)的侧面通过第一弹簧(4)与保护管(1)的内壁连接。
3.根据权利要求2所述的基于流体感应机构的地震预警系统，其特征在于，所述第二弹簧(5)为张紧弹簧，每个保护管(1)中的第二弹簧(5)数量为3个。
4.根据权利要求1所述的基于流体感应机构的地震预警系统，其特征在于，所述电极板(15)的三个侧面与储水箱(14)的内壁连接，相邻两个电极板(15)分别设置在储水箱(14)内部的顶面和底面。
5.根据权利要求1所述的基于流体感应机构的地震预警系统，其特征在于，所述储水箱(14)底部连接有饮水管(16)，所述饮水管(16)上设置有阀门。
6.根据权利要求1所述的基于流体感应机构的地震预警系统，其特征在于，进水管(13)内设置有第二红外测距装置，所述第二红外测距装置与设置在进水管外壁上的第二处理器(12)电连接，出水管(10)内设置有第一红外测距装置(11)，所述第一红外测距装置(11)与设置在出水管(10)外壁上的第一处理器(7)电连接，进水管(13)上的阀门(17)电连接有第三处理器；所述第一处理器(7)、第二处理器(12)和第三处理器均设置有网络接口。
7.根据权利要求6所述的基于流体感应机构的地震预警系统，其特征在于，所述出水管(10)包括出水管水平段和出水管竖直段，所述第一红外测距装置(11)设置在出水管竖直段的内壁上；所述第二红外测距装置设置在进水管竖直段的内壁上。
8.根据权利要求1所述的基于流体感应机构的地震预警系统，其特征在于，所述接水漏斗(9)内设置有滤网。
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