CN113391347A - 一种家用地震检测仪器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种家用地震检测仪器，包括：弹性铜片，其至少一个端部固定在负刚度结构上；负刚度结构，包括水平弹簧和用于调节水平弹簧在水平方向伸缩量的光电螺旋杆，水平弹簧的一端连接至光电螺旋杆，另一端连接至弹性铜片，以使得水平弹簧的伸缩量转化为弹性铜片的负刚度；支撑梁，用于连接弹性铜片与地震摆；地震摆，其位于弹性铜片的上方并倾斜放置，地震摆与地面具有设定夹角，地震摆的重心与支撑梁、弹性铜片位于同一竖直线上，地震摆的尾端固定，地震摆的前端与电路设备配合，以使得地震摆的振动传递至电路设备并转化为电信号。本发明的结构简单可靠，测量精度也有大幅提高。

Description

一种家用地震检测仪器

技术领域

本发明涉及地震安防领域，特别是涉及一种家用地震检测仪器。

背景技术

每年全世界都会发生多次地震，地震波分为按传播方式可分为纵波、横波和面波三种类型，其中纵波传播速度最快，纵波刚传播到地表时，地表震动轻微，人们察觉不到，从而导致没有时间逃离而对人们生命财产安全造成很大的危害。地震监测能够对地震发生的前兆进行监视和预警，保证人们的生命财产安全。

地球内部岩层破裂引起振动从而产生地震波，地震波有高频信号和低频信号，在地震波的传播过程中，由于地震震源比较深，所以地球会将地震波的高频信号过滤，所以地震波到达地表的是低频信号。

共振要求地震摆的固有频率能和地震波的低频信号频率接近，由于地震摆的刚度较大，固有频率较高，所以无法利用共振的原理来实现对地震摆振动的放大。

现有的大多数地震检测仪都是将地震检测仪放到深井中的深井式检测仪，基本用于大范围区域的地震检测。对于家用的地震检测仪，如专利申请号为 201911203328.2的专利中所述的“一种家用地震检测仪”，虽然能够对地震进行预测，但是由于其仅用的是电路放大的方式，且磁片受当地磁场影响，所以会造成测量误差较大，容易出现误报的情况。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种家用地震检测仪器，可以调节系统刚度来降低地震摆的刚度，从而降低地震摆的固有频率，实现低频全频段范围的共振，从而在机械结构上实现在地震摆振幅的放大。

特别地，本发明提供了一种家用地震检测仪器，包括：

弹性铜片，其至少一个端部固定在负刚度结构上；

负刚度结构，包括水平弹簧和用于调节水平弹簧在水平方向伸缩量的光电螺旋杆，所述水平弹簧的一端连接至所述光电螺旋杆，另一端连接至所述弹性铜片，以使得所述水平弹簧的伸缩量转化为所述弹性铜片的负刚度；

支撑梁，用于连接所述弹性铜片与地震摆；

地震摆，其位于所述弹性铜片的上方并倾斜放置，所述地震摆与地面具有设定夹角，所述地震摆的重心与所述支撑梁、所述弹性铜片位于同一竖直线上，所述地震摆的尾端固定，所述地震摆的前端与电路设备配合，以使得所述地震摆的振动传递至所述电路设备并转化为电信号。

优选的，所述弹性铜片为具有四个端部的十字弹性铜片，以顺时针方向设为第一端、第二端、第三端和第四端，所述第一端与所述第三端的第一连线，所述第二端和所述第四端的第二连线，所述第一连线和所述第二连线相互垂直并在其交点处设置有连接位置；所述支撑梁的一端固定于所述连接位置。

优选的，所述弹性铜片的四个端部分别固定在四个负刚度结构上。

优选的，所述水平弹簧的两端分别固定在可沿直线水平移动的滑块一和滑块二上，所述滑块一和所述光电螺旋杆连接，所述滑块二和所述弹性铜片的端部连接。

优选的，在所述负刚度结构的上方和下方均设置有光滑板，所述滑块一和滑块二的顶部接触顶部的光滑板，所述滑块一和滑块二的底部接触底部的光滑板。

优选的，在所述负刚度结构的上方固定有十字铰链固定槽，竖矩形铜片和横矩形铜片与所述十字铰链固定槽连接，所述竖矩形铜片和所述横矩形铜片构成一组十字铰链，所述地震摆的尾端分别与所述竖矩形铜片和所述横矩形铜片连接。

优选的，所述滑块一和所述滑块二之间连接有压力杆和压力传感器，所述压力传感器电连接至压力显示器。

优选的，所述地震摆的前端设置有振动薄板，所述振动薄板包括相互连接的连接段和传递段，所述连接段从所述地震摆处向远离所述地震摆的方向延伸，所述传递段从所述连接段处向平行于所述地震摆的方向延伸，所述连接段放置在所述电路设备的电容贴片中间。

优选的，所述传递段的面积完全覆盖所述电容贴片。

优选的，还包括：

箱体，其内部用于容纳地震检测仪器，其外部设置有光电螺旋杆，所述光电螺旋杆穿过箱体与其内部的所述水平弹簧的一端连接；

报警系统，用于在电信号超出安全值后发出警报；

压力显示系统，用于显示所述水平弹簧在水平方向的伸缩量。

本发明的家用地震检测仪器至少能够带来以下有益效果：

1、结构简单可靠，制作成本低和适用性较高。

2、每次使用可以进行系统调零，保证了地震仪的实用性和可靠性。

3、在机械结构上进行了创新，利用共振原理将地震纵波传播到地表的微弱振动放大，扩大了振动的幅度，然后再利用放大电路实现对地震信号的检测，本发明这样的检测方式效益更高，测量的精度也有大幅提高。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明提出的一种家用地震检测仪器的外形图；

图2是本发明提出的一种家用地震检测仪器的结构主视图；

图3是本发明提出的一种家用地震检测仪器的结构左视图；

图4是本发明提出的一种家用地震检测仪器的结构轴侧视图，其中取出了仪器的一个主侧板和一个副侧板；

图5是本发明提出的一种家用地震检测仪器的地震摆尾部结构放大图。

图中各符号所表示的含义如下：

1-顶板、2-副侧板、3-主侧板、4-光电螺纹杆、5-旋转把手、6-警报系统、 7-压力显示器、8-滑块一、9-光滑板、10-十字铰链固定槽、11-横矩形铜片、12- 竖矩形铜片、13-滑块二、14-弹簧、15-压力杆、16-压力传感器、17-铜片固定槽、18-十字弹性铜片、19-支撑梁、20-地震摆、21-振动薄板、22-电容贴片、 23-电容支架、24-筋板。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的家用地震检测仪器，主体装置位于箱体内。箱体由主侧板3、副侧板2、以及顶板1组成。箱体的下方四块侧板处分别设置有一个螺纹孔，并配套设置有与螺纹孔配合的四个光电螺纹杆4。光电螺纹杆4水平放置。每个光电螺纹杆4一端与旋转把手5连接，另一端穿过箱体与位于箱体内的负刚度结构连接，从而能够通过转动旋转把手来调节负刚度结构。

如图4所示，在箱体内部具有十字弹性铜片18、多组负刚度结构、支撑梁 19、地震摆20以及电路设备。本发明采用了具有四个端部的十字弹性铜片18，以顺时针方向设为第一端、第二端、第三端和第四端。第一端与第三端的第一连线，第二端和第四端的第二连线。第一连线和第二连线相互垂直并在其交点处设置有连接位置。在该连接位置设置有十字凹槽。支撑梁19底部与十字凹槽过盈配合，为支撑梁提供底座支撑。支撑梁底部有筋板24，保证支撑梁的平衡。在其他实施例中，弹性铜片也可以采用矩形单片、米字形的结构。

如图2、图3、图4所示，十字弹性铜片18的四个端部分别固定在一个负刚度结构上。而在其他实施例中，十字弹性铜片18可以仅仅有一个端部、两个端部或者三个端部固定在负刚度结构上，而其他端部另外固定。

负刚度结构，包括滑块一8、滑块二13、水平弹簧14和用于调节水平弹簧14在水平方向伸缩量的光电螺旋杆4。光滑板9包括两块，一块铺设在箱体的底部，一块固定在负刚度结构的上方。滑块一8与滑块二13的上下端都与光滑板9接触。光滑板9中间有与滑块尺寸配合的浅凹槽。浅凹槽能够减少滑块运动的摩擦力，同时保证滑块的运动方向和光电螺纹杆4运动的方向在同一水平线。

水平弹簧14的两端分别固定在可沿直线水平移动的滑块一8和滑块二13 上。滑块一8和光电螺旋杆4连接。滑块二13通过螺纹孔与铜片固定槽17固定。铜片固定槽17上方有螺纹孔，通过螺栓将十字弹性铜片18的一个端部固定在铜片固定槽17中。当水平弹簧14产生压缩后，铜片固定槽17传递力到十字弹性铜片18，水平弹簧的伸缩量转化为十字弹性铜片18的负刚度，从而形成负刚度结构。而且，负刚度弹簧14应该有一定的初始预紧量。

地震摆20位于十字弹性铜片18的上方并倾斜放置。地震摆20与地面具有设定夹角。支撑梁19用于连接十字弹性铜片18与地震摆20。支撑梁19的底部与十字弹性铜片18的十字凹槽过盈配合，而支撑梁19的顶部与地震摆20 的重心位置连接。地震摆20的重心位置设置有矩形凹槽，并和支撑梁19配合。支撑梁19顶部放置于矩形凹槽内，矩形凹槽尺寸大于支撑梁19顶部尺寸，从而保证振动时，支撑梁19不会对地震摆20的振动产生摩擦力和弯矩。支撑梁 19完全承受地震摆20的重力。此时，地震摆20的重心与支撑梁19、十字弹性铜片18位于同一竖直线上。

如图5所示，在负刚度结构的上方固定有十字铰链固定槽10。十字铰链固定槽10位于图中支撑梁19的左侧。十字铰链固定槽10与光滑板9固定。光滑板9用来减少滑块一8和滑块二13运动的摩擦力，同时保证其稳定性。竖矩形铜片12和横矩形铜片11与十字铰链固定槽10通过螺纹孔配合，再通过螺栓固定，形成十字铰链，用于固定地震摆20尾部，同时给地震摆传递振动。地震摆20尾部设有矩形凹槽和固定架，横矩形铜片11和竖矩形铜片12分别和矩形凹槽和固定架过盈配合。十字铰链只给地震摆20传递振动，并不承受地震摆20的重力。

地震摆20前端固定有振动薄板21。地震摆20前端设置有矩形凹槽。振动薄板21包括相互连接的连接段和传递段。连接段一端固定在矩形凹槽，与矩形凹槽过盈配合，并从地震摆20处向远离地震摆20的方向延伸。传递段从连接段处向平行于地震摆20的方向延伸。连接段放置在电路设备的电容贴片22 中间，以使得地震摆20的振动传递至电路设备并转化为电信号。振动薄板21 的传递段完全覆盖电容贴片22，使得有检测的有效面积最大。电容贴片22能够对振动薄板21的振动通过放大电路产生不断变化的电信号，当放大电路产生的不断变化的电信号超过预设的电信号的阈值，则警报就会响起。电容22 贴片固定在电容支架23上，电容支架23与警报器连接，形成信号检测结构。

箱体顶板1安装有报警系统6和压力显示器7。在滑块一8与滑块二13中间连接有压力杆15和压力传感器16。压力传感器16将负刚度弹簧14的力显示到压力显示器7。通过调节弹簧14的力来实现地震检测装置的调零，同时压力显示器能够用来调节每个方向的弹簧14的伸缩量，保证每个方向弹簧14的收缩量是相同的，从而保证地震摆的重心始终和支撑梁19以及所述十字弹性铜片的十字凹槽在同一直线上。

综上，本发明检测仪器的原理是：十字弹性铜片18四端分别和四个方向的铜片固定槽17固定，每两个相对的铜片固定槽17构成一个负刚度结构，整个系统的负刚度就是将弹簧14的弹性力施加到十字弹性铜片18上，则十字弹性铜片18中心会产生形变，十字弹性铜片18会向下凸，同时在垂直方向产生负刚度。垂直方向即为支撑梁19和地震摆20重心的方向，所以地震摆20正刚度和十字弹性铜片18的负刚度并联，从而降低了整个地震摆系统的刚度，降低了所述地震摆系统的固有频率，从而与地震波的低频信号发生共振，放大了地震摆20振幅。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种家用地震检测仪器，其特征在于，包括：

弹性铜片，其至少一个端部固定在负刚度结构上；

负刚度结构，包括水平弹簧和用于调节水平弹簧在水平方向伸缩量的光电螺旋杆，所述水平弹簧的一端连接至所述光电螺旋杆，另一端连接至所述弹性铜片，以使得所述水平弹簧的伸缩量转化为所述弹性铜片的负刚度；

支撑梁，用于连接所述弹性铜片与地震摆；

地震摆，其位于所述弹性铜片的上方并倾斜放置，所述地震摆与地面具有设定夹角，所述地震摆的重心与所述支撑梁、所述弹性铜片位于同一竖直线上，所述地震摆的尾端固定，所述地震摆的前端与电路设备配合，以使得所述地震摆的振动传递至所述电路设备并转化为电信号。

2.根据权利要求1所述的家用地震检测仪器，其特征在于，所述弹性铜片为具有四个端部的十字弹性铜片，以顺时针方向设为第一端、第二端、第三端和第四端，所述第一端与所述第三端的第一连线，所述第二端和所述第四端的第二连线，所述第一连线和所述第二连线相互垂直并在其交点处设置有连接位置；所述支撑梁的一端固定于所述连接位置。

3.根据权利要求2所述的家用地震检测仪器，其特征在于，所述弹性铜片的四个端部分别固定在四个负刚度结构上。

4.根据权利要求1所述的家用地震检测仪器，其特征在于，所述水平弹簧的两端分别固定在可沿直线水平移动的滑块一和滑块二上，所述滑块一和所述光电螺旋杆连接，所述滑块二和所述弹性铜片的端部连接。

5.根据权利要求4所述的家用地震检测仪器，其特征在于，在所述负刚度结构的上方和下方均设置有光滑板，所述滑块一和滑块二的顶部接触顶部的光滑板，所述滑块一和滑块二的底部接触底部的光滑板。

6.根据权利要求1或5所述的家用地震检测仪器，其特征在于，在所述负刚度结构的上方固定有十字铰链固定槽，竖矩形铜片和横矩形铜片与所述十字铰链固定槽连接，所述竖矩形铜片和所述横矩形铜片构成一组十字铰链，所述地震摆的尾端分别与所述竖矩形铜片和所述横矩形铜片连接。

7.根据权利要求4所述的家用地震检测仪器，其特征在于，所述滑块一和所述滑块二之间连接有压力杆和压力传感器，所述压力传感器电连接至压力显示器。

8.根据权利要求1所述的家用地震检测仪器，其特征在于，所述地震摆的前端设置有振动薄板，所述振动薄板包括相互连接的连接段和传递段，所述连接段从所述地震摆处向远离所述地震摆的方向延伸，所述传递段从所述连接段处向平行于所述地震摆的方向延伸，所述连接段放置在所述电路设备的电容贴片中间。

9.根据权利要求8所述的家用地震检测仪器，其特征在于，所述传递段的面积完全覆盖所述电容贴片。

10.根据权利要求1或7所述的家用地震检测仪器，其特征在于，还包括：

箱体，其内部用于容纳地震检测仪器，其外部设置有光电螺旋杆，所述光电螺旋杆穿过箱体与其内部的所述水平弹簧的一端连接；

报警系统，用于在电信号超出安全值后发出警报；

压力显示系统，用于显示所述水平弹簧在水平方向的伸缩量。

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