CN110942703B - 一种科普地震报警演示仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种科普地震报警演示仪，包括基座1，基座1中部通过四根弹簧8支撑有二层面板3，弹簧8内设有螺杆20；基座1上位于二层面板3下方设有不同位置的电机装卸孔2，位于某一位置处的电机装卸孔2安装有电机13，电机13输出轴安装滚动轴承14，滚动轴承14上安装振动片15；二层面板3四周边缘设有刻度尺11，二层面板3设有感应金属球初始停留圆槽12。本发明既能用作报警装置，也能用来进行演示，又能对物体振动轨迹研究分析。发生模拟地震时，报警紧随发生，从而降低地震发生时的损失程度，方便轻巧，演示功能多样，方便学校地震科普室、地震科普馆使用，更好的普及地震报警原理，提高国民防灾减灾意识。

Description

一种科普地震报警演示仪

技术领域

本发明涉及地震报警演示领域，具体为一种人造地震报警演示仪，适用于科普教育方面。

背景技术

我国地域辽阔，地震带构造复杂，处于环太平洋地震带和欧亚地震带之间，是世界上地震灾害特别严重的国家之一。每个地震系列都具有一定的特性，它们在震级差、距离差、时间差、震源深度差等方面具有一定的规律性。在轨迹形态方面有的呈弧线、斜线、直线等几何图形。

随着科技的进步，社会的发展，人民生活水平的提高，社会各界对地震发生的原理、地震活动规律的关注又提高到了一定的高度。然而，目前使用的演示仪器都是比较笨重的大型设备，没有一种相对小型的地震演示仪。此外，广泛使用的地震演示仪器功能单一，构造复杂，操作专业，普及率低，不能简单明了地给人们演示地震过程。

发明内容

为了弥补现有地震演示装置的上述缺陷，向观众展示地震报警原理及不同震源、不同震级、不同距离的地震特性与差别，本发明目的是提供一种体积小、多功能、易操作的小型地震演示仪。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种科普地震报警演示仪，包括基座，所述基座中部通过四根弹簧支撑有二层面板，所述弹簧内设有螺杆；所述基座上位于二层面板下方设有不同位置的电机装卸孔，位于某一位置处的电机装卸孔安装有电机，所述电机输出轴安装滚动轴承，所述滚动轴承上安装振动片；所述二层面板四周边缘设有刻度尺，所述二层面板设有感应金属球初始停留圆槽，所述感应金属球初始停留圆槽对应于xy方向刻度均为0，所述感应金属球初始停留圆槽边缘设有一对电极片，所述感应金属球初始停留圆槽内放置有感应金属球，并与电极片接触后构成铁球开关；所述二层面板上依次放置有白纸、复写纸、石墨纸；所述基座一侧安装有计时器和计时器显示屏，所述基座另一侧设置有报警器、主电源、控制开关。

当感应金属球未离开二层面板上的石墨纸时，计时器处于短路状态，当感应金属球在电机振动下离开二层面板时，计时器通过石墨纸接通主电源而记录一次时间。

当感应金属球在位于感应金属球初始停留圆槽时，报警器处于短路状态；当感应金属球在电机振动下离开感应金属球初始停留圆槽时，报警器接通主电源实现报警。

使用时，感应金属球开始时停留于感应金属球初始停留圆槽时，使得定点计时器短路。按下控制开关，电机开始启动模拟地震发生时，振动使感应金属球每弹起一次，定点计时器均接入电路工作，计时器将记录一次时间。同时，电机产生的振动使感应金属球离开感应金属球初始停留圆槽时，电路断开，报警器发出报警声，若电机持续振动使得报警器与主电源的连接断开时，自动启用备用电源。在模拟地震的持续发生过程中，感应金属球的运动过程都会通过复写纸在白纸上留下运动轨迹，结合计时器记载的时间，可以绘制出感应金属球在模拟地震过程中发生的不规则运动，向观察者科普地震知识。调整电机不同的位置和振动大小，来模拟不同的地震等级。地震烈度是根据人感觉和地面建筑物遭受破坏的程度来划分地震大小的等级，它同震级大小、震源深度、震区地质条件及震中距离有关。该地震报警演示装置，操作简单，可推广性高，可以模拟不同震级，不同偏心距离和不同偏心方向的地震对物体产生的不同影响，同时可以模拟地震发生时的报警原理，研究物体在地震作用下运动轨迹与时间的关系，直观的向观众展示报警原理和地震发生时的情况。

本发明设计合理，既能用作报警装置，也能用来进行演示，又能对物体振动轨迹研究分析。发生模拟地震时，报警紧随发生，从而降低地震发生时的损失程度，方便轻巧，演示功能多样，方便学校地震科普室、地震科普馆使用，更好的普及地震报警原理，提高国民防灾减灾意识。

附图说明

图1表示微型地震演示仪总体结构示意图。

图2表示微型地震演示仪俯视图。

图3表示弹簧连接的结构示意图。

图4表示定点计时器电路原理图。

图5表示本实施例所提供的地震报警演示装置的控制电路原理图。

图6表示主电源供电原理图。

图7表示备用电源供电原理图。

图中：1-基座，2-电机装卸孔，3-二层面板，4-常开触头，5-常闭触头，6-石墨纸，7-复写纸，8-弹簧，9-计时器显示屏，10-计时器，11-刻度尺，12-感应金属球初始停留圆槽，13-电机，14-滚动轴承，15-振动片，16-报警器，17-备用电源，18-主电源，19-控制开关，20-螺杆，21-电极片。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的技术方案作详细地介绍，显而易见地，下面描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以采用其他现有技术方案。

一种用于科普的微型地震演示仪，包括基座1、二层面板3、常开触头4、常闭触头5、计时器10、电机13、报警器16、备用电源17、主电源18、控制开关19。

如图1、2所示，基座1中部通过四根弹簧8支撑有二层面板3，弹簧8内设有螺杆20；基座1上位于二层面板3下方设有不同位置的电机装卸孔2，位于某一位置处的电机装卸孔2安装有电机13，电机13输出轴安装滚动轴承14，滚动轴承14上安装振动片15；二层面板3四周边缘设有刻度尺11，二层面板3设有感应金属球初始停留圆槽12，感应金属球初始停留圆槽12对应于xy方向刻度均为0，感应金属球初始停留圆槽12边缘设有一对电极片21，感应金属球初始停留圆槽12内放置有感应金属球，并与电极片21接触后构成铁球开关；二层面板3上依次放置有白纸、复写纸7、石墨纸6；基座1一侧安装有计时器10和计时器显示屏9，基座1另一侧设置有报警器16、备用电源17、主电源18、控制开关19。

当感应金属球未离开二层面板3上的石墨纸时，计时器10处于短路状态；当感应金属球在电机13振动下离开二层面板3时，计时器10通过石墨纸接通主电源18而记录一次时间。

当感应金属球位于感应金属球初始停留圆槽12时，报警器16处于短路状态；当感应金属球在电机13振动下离开感应金属球初始停留圆槽12时，报警器16接通主电源18实现报警。

在电机13持续振动下使得报警器16与主电源18的连接断开时，报警器16接通备用电源17继续实现报警。

具体实施时，立方体基座大小为65cm×42cm×1.5cm，二层面板大小为42cm×42cm×1.5cm，基座1和二层面板3之间通过四根直径φ0.5cm、长度L 为6cm的弹簧8支撑，如图3所示，弹簧8内穿过螺杆20，螺杆20下端通过螺纹与基座1相连，螺杆8上端穿出二层面板3后旋有螺母，通过螺母的松紧控制面板的自由活动程度。

二层面板3在中心处设有φ1cm的圆形金属感应球初始停留圆槽12，停留圆槽12设有一对电极片21，与感应金属球构成铁球开关。

基座1上边缘位置设有计时器10，计时器10右端有定点记录时间的显示屏9。

在基座1内位于二层面板3下方沿四周设有12个微型电机装卸口（6组电机装卸孔2），间隔6cm，电机13可灵活改变位置，电机13下部附有螺栓孔，拆装方便；通过此可以分别观察不同震源，不同距离的振动发生情况。

电机13输出轴端的滚动轴承14上装有5条振动片15，条数可以控制振动频率（Hz），可以通过不同情况增加或减少振动片条数。

在二层面板3四周边缘装有刻度尺11，便于测量φ3cm的感应金属球的运动距离及轨迹，感应金属球停留圆槽处对应于x、y方向刻度均为0。

二层面板3由上到下依次铺有可拆卸的石墨纸6、复写纸7和白纸，石墨纸6两端通过导线连接计时器10，利用石墨的导电性能不如金属导电性能强的特性，感应球12停留于石墨纸上时使得定点计时器短路；当振动使感应球12弹起，定点计时器接入电路工作，计时器记录一次时间。电路原理图如图4所示。

感应金属球的运动轨迹都会通过复写纸在下层白纸上留下运动轨迹。观察者可以利用运动轨迹和运动时间观察并研究物体在地震作用下的运动规律。

报警器16与主电源18和备用电源17连接。

基座1上的电机13与控制开关19相连，控制开关19控制电机13的振动。

开启控制开关19，电机模拟地震产生振动。电机13产生的振动使感应金属球12离开停留区，电路断开，报警器16发出报警声。

若电机13持续振动使得报警器16与主电源18的连接断开时，自动启用备用电源17。

电路图连接方式如图5所示，利用输入继电器触点控制开关，工作原理如下：

常闭触头：线包中没有电流通过时，开关闭合；线包中有电流通过时，开关断开。

常开触头：线包中没有电流通过时，开关断开；线包中有电流通过时，开关闭合。

按钮开关：按下按钮开关，电路接通；松开按钮开关，电路即断开。

输入继电器触点，其状态取决于线包状态，实现程序控制。

正常工作时，先按动按钮开关，继电器的线包中产生电流，常开触头闭合，常闭触头断开，备用电源不接入电路。金属球将报警器短路，报警器不工作；地震时，地震产生的振动使铁球离开停留区，铁球所在的支路断开，报警器所在支路有电流通过，报警器发出报警声，电路如图6。

若电机持续振动使得报警器与主电源的连接断开时，继电器的线包中没有电流产生，常闭触头闭合，常开触头断开，备用电源接入电路，电路如图7。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。

Claims (2)

1.一种科普地震报警演示仪，其特征在于：包括基座（1），所述基座（1）中部通过四根弹簧（8）支撑有二层面板（3），所述弹簧（8）内设有螺杆（20）；所述基座（1）上位于二层面板（3）下方设有不同位置的电机装卸孔（2），位于某一位置处的电机装卸孔（2）安装有电机（13），所述电机（13）输出轴安装滚动轴承（14），所述滚动轴承（14）上安装振动片（15）；所述二层面板（3）四周边缘设有刻度尺（11），所述二层面板（3）设有感应金属球初始停留圆槽（12），所述感应金属球初始停留圆槽（12）对应于xy方向刻度均为0，所述感应金属球初始停留圆槽（12）边缘设有一对电极片（21），所述感应金属球初始停留圆槽（12）内放置有感应金属球，并与电极片（21）接触后构成铁球开关；所述二层面板（3）上依次放置有白纸、复写纸（7）、石墨纸（6）；所述基座（1）一侧安装有计时器（10）和计时器显示屏（9），所述基座（1）另一侧设置有报警器（16）、主电源（18）、控制开关（19）；

当感应金属球未离开二层面板（3）时，计时器（10）处于短路状态，当感应金属球在电机（13）振动下离开二层面板（3）时，计时器（10）通过石墨纸电阻接通主电源（18）而记录一次时间；

当感应金属球在位于感应金属球初始停留圆槽（12）时，报警器（16）处于短路状态；当感应金属球在电机（13）振动下离开感应金属球初始停留圆槽（12）时，报警器（16）接通主电源（18）实现报警。

2.根据权利要求1所述的一种科普地震报警演示仪，其特征在于：所述基座（1）另一侧还设置有备用电源（17），在电机（13）持续振动下使得报警器（16）与主电源（18）的连接断开时，报警器（16）接通备用电源（17）继续实现报警。

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