地震监测仪

酒泉职业技术学院课程设计

2012 级机电一体化专业

题目：地震检测仪

毕业时间：2015年6月

学生姓名：陈其帅

指导教师：朱良学

班级：12机电（1）班

2014年6月30日

摘要：地震预警在地震多发国家和地区得到了充分的重视和发展，日本、美国、墨西哥、土耳其、罗马尼亚、台湾等国家和地区都积极发展地震预警系统，其中日本、墨西哥、土耳其的地震预警系统已经投入运行；美国、台湾正在进行地震预警相关研究和测试。我国十五期间数字观测网络项目大大提高了地震台密度，为在部分地区开展地震预警示范应用提供了研究实验条件，也为今后进一步建设全国性的地震预警系统打下了基础，但我国地震预警系统的相关标准、评估方法体系方面工作基础薄弱，因此本分做一个简单的地震检测。

关键词：自动报警；提前预测；烈度速报

一、原理

灾难性的地震是地下岩浆旋转上升对地壳产生巨大作用力引起的，由于万有摩擦力的作用，旋转的岩浆会带动地面物质同时旋转，也就是说，旋转的岩浆会产生旋转引力场，旋转引力场会带动其它物质一同旋转，只是这种作用力很小，我们无法觉察，由于本仪器转动的阻力很小，所以地下岩浆的旋转会带动它一同旋转。

二、装置介绍

将两块磁铁以下图的形式用软棉线吊在饮料桶中，使其可以向任何方向转动。在正常情况下，磁铁面向南北，两边向下吊的铜丝是垂直向下的，临震前在震源的上方，磁铁在垂直磁场作用下会发生上下转动，或在震源的附近，磁铁在水平磁场的作用下会左右转动，不论是哪种情况，简单说起来就是在磁场中悬挂一个固定有线圈的重物。当发生地震时，地面带动设备中产生磁场的磁铁一起震动，而线圈却因为悬挂重物的惯性保持基本静止。这时线圈因为切割磁力线产生了感应电流，采集这个信号，再做一些滤波和阻尼处理，就可以得到有意义的信息。我的地震仪采用了一个低阻抗的半成品检测器，自带阻尼功能，这是设备的系统原理框图。运动传感器向下吊的铜丝就会与下面横放的铜丝接触，报警器就会报警。如图1.

图1系统原理图

三、第二代自动报警地震预测仪的优点

第一代自动报警地震预测仪只有出现较强的垂直磁场才会报警，因此它只适合于震源的上方和离震源很近的地方，第二代自动报警地震预测仪除具备第一代的功能外，还可在地震的周边较近的地区监测到地震，预测范围有所增加。灾难性的大地震周边地区也会受灾，所以周边地区防震也很有必要。此装置一定管用，并且无需操作、自动报警、材料易得、制作简单、成本低廉、性能稳定。每个人都可以自己制作，只要细心，一定能做成，成本大约才10元钱。地震前的异常现象主要出现在地震区，所以预测地震这一工作本应该全民参与，不能光靠部分人坐在办公室进行预测，如果每个家庭，即使是每个村有此地震预测仪，就能做到全民测震，确保每次大地震都能被准确及时地提前预测到。

四、实物照片

(一) 整个设备的照片

A和B是两个废弃的硬盘，这里我们去掉磁碟，只使用它的磁头臂。如图2

图2实物装置由预测仪和报警器组成

（二）当地震发生时

悬挂铅块C因为惯性基本保持不动，传动结构D也相对C不动，但是这时E、F 会随地震震动，于是磁头臂移动，A、B线圈产生出感应电流，地震就被检测到了。

图3-1主要部分的连接

（三）主要部分的连接

C是个很重很重的铅块，是从我家奇怪的天花板上剥下来的，这里采用弹簧悬挂

的方式挂在设备上。D是一个附着在铅块C上的传动结构，负责把铅块C与底板的相对移动传到硬盘的磁头臂。两块硬盘的磁头臂分别负责采集两个方向的移动。E和F是两个用以保证设备稳定的铅块。G是选择开关，可以选择采集A和/或B线圈中的信息。经过我的实验，同时采集A和B线圈是最靠谱的。

图3-2三角形吊环

图3-3顶部

图3-4底部

1. 磁头臂在硬盘中工作时，由音圈电机驱动。电机驱动器给音圈电机中线圈通电，线圈就会带动磁头臂移动。与其他所有电机相同，音圈电机也能反着用，也就是说当移动磁头臂时，音圈电机中的线圈里就会产生一股电流。我们可以放大这个电流信号，再把它采集到电脑中去。

2. 这是一个比较标准的放大器电路，用2个741运算放大器制作。整个电路由15V的正负双电源驱动。

3. 选择开关可以选择输入L1和/或L2线圈（A、B音圈电机）中的信号。

4. 当输入信号时，R1或R2与R3匹配能使信号获得1000或300倍的反向放大。因为要检测的频率很低（典型地震的频率是1Hz或更低），我们的电路还是很可能获得这么高增益的。VR1是一个接调零端的10K微调电阻，用以调整输出的直流模拟信号，方便进行模数转换。R5和LED是电源指示灯。最后还要把整个电路的输出接入单位增益缓冲器，好有足够的电流去驱动8位数模转换器。

5. 如果要把设备放到一个地震频发的地方去，就不需要这么灵敏，可以把R1、R2换成阻值较小的电阻来减少放大倍数。不过要记得把R4也换成和R1、R2相近阻值的电阻。这个电路的放大倍数是-（R3/R1或R2），如果你想要100倍的反向放大，

用个10K的电阻就可以实现。

6. 这幅图上是全部电路设备，A是一个数模转换板，上面插的是ZN449 8位数模转换芯片，这是我最喜欢的一个多才多艺的芯片，我的人生因它而不同。虽然这么说，只要与电脑匹配，别的8位数模转换芯片也可以用的。B是电缆适配器。C是上一段说明过的放大器。

五、制作方法

（一）所需材料

磁铁大约长3.5厘米，宽2.5厘米，高0.5厘米，其实除了马蹄形磁铁外什么样的磁铁都可以，我以前用的就是费电话机小喇叭上的磁铁，我介绍这个是因为它容易买，大小也适中，很便宜，我买了20块磁铁才总共用了9元钱。在做的过程中大家要注意以下事项：

1、两块磁铁中间夹的铜丝与下面吊的铜丝是用一根铜丝折成。中间夹的那部分铜丝起转动轴的作用，所以要尽可能放在磁铁的中间，这样有利于转动。

2、吊环与轴接触的那一小部分最好是平的，比圆的更灵敏，可以折成三角形

3、两个磁铁用一般胶就可粘好，我用的是哥俩好，没必要很牢，因为磁铁是以相吸形式放置。

4、粘磁铁的时候就要将轴一齐粘好，并且应在两块磁铁中间填充一些物质，使两块磁铁平行，或者只在上方添加物质，下方两块磁铁相接触，这样虽不太好，但也可以。上方添加的物质越重越好，下方添加的物质越轻越好，因为整体是下重上轻，为了平衡，所以我们尽可能让上面重一些。

5、由于向下吊着两根铜丝，因此下方较重，应在磁铁的上部增加一定的配重，这样才容易转动，我加的配重是一个小石块、一个小塑料片和一些铜丝，所加配重除了磁铁和铁以外什么物质都行。配重的多少尽可能使得以轴为中心上下重量接近且下方略重即可。判断方法是，磁铁与轴粘好后，通过目测判断轴是平直的，向下吊的铜丝与轴是垂直的，并与磁铁的NS极垂直，这时你将磁铁用做好的环吊起，暂时不要管向下吊的铜丝是否垂直，在上方增加配重，通过配重的位置来调整铜丝的垂直程度。配重逐渐增加，如果发现多增加一点点配重后，再怎么调整也无法使向下吊的铜丝继续保持垂直，这就说明上方的重量太大，去掉最后多加的那一点点就是最佳状态。这时你会发现所加的配重是由很多块组成，你可以根据它们的总重量