CN210574409U

CN210574409U - 地震模拟平台

Info

Publication number: CN210574409U
Application number: CN201920891280.8U
Authority: CN
Inventors: 李鼎; 赵进; 张莉
Original assignee: Shandong Yuanda-Llongwill Educational Science And Technology Ltd
Current assignee: Shandong Yuanda-Llongwill Educational Science And Technology Ltd
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2020-05-19
Anticipated expiration: 2029-06-12

Abstract

一种地震模拟平台，包括底座、舵机和搭载平台；每个舵机均连接在底座上，舵机上设置有旋转臂，旋转臂上连接运动连杆，搭载平台与每个运动连杆的另一端连接。上述地震模拟平台还包括控制模块和开关电源，所述控制模块包括主控电路、舵机控制电路、显示屏电路和震动信号采集电路；主控电路与开关电源连接，舵机控制电路、显示屏电路和震动信号采集电路均与主控电路连接。上述地震模拟平台通过对每个舵机的控制，使其上的运动连杆做不同的运动，带动搭载平台模拟地震，能够全面演示地震发生的纵波、横波和面波，将简单、单一的体感转变为波形、视觉感受和科学分析的全面体验，将模拟地震的效果全面化，使学生更深刻、科学、全面的体验模拟地震的效果。

Description

地震模拟平台

技术领域

本实用新型涉及一种应用于教学上的模拟地震波形、破坏力及等级的实验装置，属于地震教学仪器领域。

背景技术

地震又称地动、地震动，是地壳快速释放能量过程中造成震动，期间会产生地震波的一种自然现象，且不同等级的地震会产生不同程度的影响，地震开始发生的地点称为震源，震源正上方的地面称为震中；破坏性地震的地面振动最烈处称为极震区，极震区往往也就是震中所在的地区；严重的地震会造成人员伤亡，能引起火灾、水灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害。以当前的科技水平尚无法预测地震的到来，对于地震，人们更应该做的是提高建筑抗震等级、做好防御，并且通过观测来掌握地震的震动规律和信息，以科学的方式了解地震。

在现在的教学课堂中，是不能制造出地震来让学生体验或者感受的，更不可能在教育的过程中直观的对地震进行研究，导致学生不能直观的认识地震，更不能很好的了解地震。

目前出现的一些地震演示装置，这些装置结构复杂，占地面积大，并且运行成本较高；另外一些小型的地震演示装置虽然成本低，但是对地震演示时的模拟效果很差，甚至只是简单的模拟，不能全面的演示出地震发生时的纵波、横波和面波的全方位演示，造成了单一并欠缺真实感。

如CN106327987A公开的地震模拟平台，包括：振动平台，且振动平台通过多个弹性件支撑；动力装置，动力装置为偏心转动，且动力装置设置在振动平台的中央位置，和/或振动平台的边角位置；缓冲平台，缓冲平台设置在振动平台的外周。这种结构通过偏心转动和多个弹性件模拟地震，只能简单的模拟，模拟效果较差，不全面。

CN109118923A公开的一种教学用地震模拟器，包括由若干震动块构成的震动模块，震动模块表面具有模拟地表，模拟地表上设置有模拟自然物和/或模拟人造物，每一震动块下方均连接有至少一个能够驱动相应震动块上下震动的纵向油缸，每个纵向油缸设置在油缸承接架上，每个油缸承接架均连接有能够驱动油缸承接架横向震动的横向油缸，且油缸承接架滑动设置在一横向滑轨上，横向油缸和纵向油缸均连接于一控制芯片，控制芯片连接有驱动开关和驱动电源。CN109064822A公开的一种基于幼儿园教育的家庭地震模拟装置，包括箱体和模拟台，箱体内固定有一传动装置，传动装置带动模拟台振动模拟地震，模拟台一表面固定有山坡模拟组件、房屋模拟组件和挂件模拟组件，箱体内壁固定有四个撑板，撑板一表面固定有弹簧，弹簧一端与模拟台底面固定连接。这两种地震模拟装置采用油缸驱动或通过传动装置带动振动台振动模拟地震时的晃动，结构复杂，占地面积大，运行成本较高。

因此，亟需一种结构简单，操作方便，工作和运行效率高，直观性强，仿真效果明显，功能多样，展示方位全的地震演示系统，以满足教学需要，提高学生对地震的认知程度。

实用新型内容

本实用新型针对现有地震模拟技术存在的不足，提供一种教学用小型地震模拟平台，以全面演示地震发生的纵波、横波和面波，提高学生对不同等级地震的感官认知程度，利于教学。

本实用新型的地震模拟平台，通过以下技术方案实现：

该地震模拟平台，包括底座、舵机和搭载平台；每个舵机均连接在底座上，舵机上设置有旋转臂，旋转臂上连接运动连杆，搭载平台与每个运动连杆的另一端连接。

所述舵机数量至少为2个，最好为3-10个，最好为6个。

所述舵机通过舵机固定板固定连接在底座上，舵机固定板通过连接柱连接在底座上。

所述运动连杆的两端分别通过球头与旋转臂和搭载平台连接。

所述搭载平台的外围设置有保护套。

上述地震模拟平台还包括控制模块和开关电源，所述控制模块包括主控电路、舵机控制电路和震动信号采集电路；主控电路与开关电源连接，舵机控制电路和震动信号采集电路均与主控电路连接。

所述控制模块和开关电源均设置于底座上。

所述主控电路通过USB数据线可与计算机相连。

所述主控电路中设置有蓝牙通讯电路，可与手机或者带有蓝牙功能的PC机通讯。

所述主控电路中含有蜂鸣器控制电路，蜂鸣器控制电路连接到主控电路的主控芯片(微处理器)上。

所述主控电路与编码器连接，编码器设置于底座上。主控电路中的主控芯片采集编码器信号，并根据此信号调整舵机震动幅度。编码器的转轴上安装有等级旋钮。

所述主控电路与显示屏电路连接，显示屏电路包括触摸芯片，触摸芯片与触摸显示屏连接。触摸显示屏设置于底座上。

所述舵机控制电路，包括pwm信号发生器，pwm信号发生器通过总线电平转换器与主控电路中的主控芯片连接，pwm信号发生器与所述舵机相连接。

所述震动信号采集电路，包括运动传感器芯片，运动传感器芯片与主控电路中的主控芯片相连，运动传感器芯片设置在所述搭载平台上，实时采集搭载平台的震动情况。

上述地震模拟平台通过对每个舵机的控制，使其上的运动连杆做不同的运动，带动搭载平台模拟地震，能够全面演示地震发生的纵波、横波和面波，设有不同的地震等级，连接电脑不仅可以观察地震的波形变化，还可以自主修改参数模拟效果。同时学生可以将自主搭建的“房屋”模型放置在平台上，观察不同等级地震的“破坏”程度。

本实用新型将简单、单一的体感转变为波形、视觉感受和科学分析的全面体验，将模拟地震的效果全面化，把模拟地震体验从书本上、科技馆简单直观的放到课堂上，为教师在知识点讲解时提供一种教学装置，使学生更深刻、科学、全面的体验模拟地震的效果。

附图说明

图1是本实用新型地震模拟平台的整体结构示意图。

图2是本实用新型中底座的结构示意图。

图3是本实用新型中舵机与旋转臂的连接结构示意图。

图4是本实用新型中主控电路的电路图。

图5是本实用新型中舵机控制电路的电路图。

图6是本实用新型中震动信号采集电路的电路图。

图7是本实用新型中显示屏电路的电路图。

图中：1.底座，2.舵机，3.固定柱，4.旋转臂，5.舵机固定板，6.固定连接柱，7.运动连杆，8.搭载平台，9.保护套，10.触摸显示屏，11.等级旋钮，12.USB插口，13.开关电源。

具体实施方式

本实用新型的地震模拟平台如图1所示，包括底座1、舵机2、旋转臂4和搭载平台8。底座1上设置有多个舵机2，舵机数量至少为2个，可以是3-10个，图1中为6个。每个舵机2的底部卡固在底座1的顶面，每个舵机2的顶端卡固在舵机固定板5上，底座1和舵机固定板5之间通过螺钉紧固连接有固定柱3，舵机2夹固在底座1和舵机固定板5两者之间。如图3，舵机2上设置有旋转臂4，舵机2作为动力带动旋转臂4运动，采用现有舵机，其结构为公知技术。每个旋转臂4上均铰接有运动连杆7，运动连杆7的另一端铰接在搭载平台8上。运动连杆7的两端均带有旋转球头，通过旋转球头分别与旋转臂4和搭载平台8铰接。当舵机2带动旋转臂4运动时运动连杆7随旋转臂4运动，各运动连杆7带动搭载平台8实现不同方位、不同等级的运动，以模拟各种震动状态。搭载平台8的外围设置有保护套9。

为实现自动控制，上述地震模拟平台还包括控制模块、开关电源13、触摸显示屏10和编码器。编码器的转轴上安装有等级旋钮11。如图2所示，开关电源13、控制模块、触摸显示屏10和等级旋钮11均安装在底座1中，开关电源13、触摸显示屏10、编码器均与控制模块连接。舵机2的连接线由上而下依次穿过舵机固定板5、底座顶面1的过线孔连接到底座1内部的控制模块。

图4给出了主控电路，包括主控芯片U1-A(微处理器)和蜂鸣器控制电路，主控电路U1-A上的电源插口J9通过接线端子连接开关电源13。主控芯片U1-A通过USB插口12、震动信号插座J10和显示屏信号插座J1分别与计算机、震动信号采集电路和显示屏电路连接，USB插口12设置于底座1上(参见图2)。主控电路中含有蜂鸣器控制电路，蜂鸣器控制电路连接到主控芯片U1-A的PB3管脚。主控电路中还含有蓝牙通讯电路(参见图6)。

图5给出了舵机控制电路，包括pwm信号发生器U2，pwm信号发生器U2通过I2C总线电平转换器U3与主控芯片U1-A连接。pwm信号发生器U2的6路PWM输出管脚分别通过J3-J8插座与6个舵机相连接。正交编码器U4的3个信号输出管脚分别连接到主控芯片U1-A的PA0、PB4和PB5管脚，主控芯片U1-A通过以上管脚采集编码器U4信号，并根据此信号调整舵机震动幅度。

图6给出了震动信号采集电路和蓝牙通讯电路，震动信号采集电路包括运动传感器芯片U5，蓝牙通讯电路包括蓝牙无线通讯模块U7。运动传感器芯片U5和蓝牙无线通讯模块U7均通过接口J2与主控电路中的主控芯片U1-A相连。运动传感器芯片U5设置在搭载平台8的下方，实时采集平台的震动情况。通过蓝牙无线通讯模块U7，可通过蓝牙模块与手机或者带有蓝牙功能的PC机通讯。

图7给出了显示屏电路，包括触摸芯片U6，触摸显示屏10(图7中的LCD1)的显示信号管脚连接到接插件J3，触摸信号通过触摸芯片U6后连接到接插件J3。接插件J3与主控电路中的接插件J1通过软排线相连接。

上述地震模拟平台的演示过程如下所述。

打开开关电源13，点击触摸显示屏10，根据演示需要选择对应等级即可实现装置的运动演示。也可以通过转动等级旋钮11来选择等级进行运动演示；通过USB接口12可以连接计算机，通过计算机既可以调节等级，又可以观看波形，还可以根据需要调整参数。

1.纵波演示

通过触摸屏10设置纵波演示，设置好对应的模拟地震等级，点击开始按钮，蜂鸣器发出提示音，舵机2在舵机控制电路的驱动下带动搭载平台8做上下运动，此时通过调节等级旋钮11可以更改搭载平台8的震动的幅度大小。

2.横波演示

通过触摸屏10设置横波演示，设置好对应的模拟地震等级，点击开始按钮，蜂鸣器发出提示音，舵机2在舵机控制电路的驱动下带动搭载平台8做左右运动，此时通过调节等级旋钮11可以更改搭载平台8震动的幅度大小。

3.面波演示

通过触摸屏19设置面波演示，设置好对应的模拟地震等级，点击开始按钮，蜂鸣器发出提示音，舵机2在舵机控制电路的驱动下带动搭载平台8做上下左右运动，此时通过调节等级旋钮11可以更改平台震动的幅度大小。

Claims

1.一种地震模拟平台，其特征是：包括底座、舵机和搭载平台；每个舵机均连接在底座上，舵机上设置有旋转臂，旋转臂上连接运动连杆，搭载平台与每个运动连杆的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的地震模拟平台，其特征是：所述舵机数量至少为2个。

3.根据权利要求1所述的地震模拟平台，其特征是：所述舵机通过舵机固定板固定连接在底座上，舵机固定板通过连接柱连接在底座上。

4.根据权利要求1所述的地震模拟平台，其特征是：所述运动连杆的两端分别通过球头与旋转臂和搭载平台连接。

5.根据权利要求1所述的地震模拟平台，其特征是：还包括控制模块和开关电源，所述控制模块包括主控电路、舵机控制电路、显示屏电路和震动信号采集电路；主控电路与开关电源连接，舵机控制电路、显示屏电路和震动信号采集电路均与主控电路连接。

6.根据权利要求5所述的地震模拟平台，其特征是：所述控制模块和开关电源均设置于底座上。

7.根据权利要求5所述的地震模拟平台，其特征是：所述主控电路与编码器连接，编码器设置于底座上。

8.根据权利要求5所述的地震模拟平台，其特征是：所述主控电路与显示屏电路连接，显示屏电路包括触摸芯片，触摸芯片与触摸显示屏连接。

9.根据权利要求5所述的地震模拟平台，其特征是：所述舵机控制电路包括pwm信号发生器，pwm信号发生器通过总线电平转换器与主控电路中的主控芯片连接，pwm信号发生器与所述舵机相连接。

10.根据权利要求5所述的地震模拟平台，其特征是：所述震动信号采集电路，包括运动传感器芯片，运动传感器芯片与主控电路中的主控芯片相连，运动传感器芯片设置在所述搭载平台上。