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换成一整块，如果换成一整块后发现太重，想办法减少它的重量，如果你也用的是小石头，可以通过摩擦将其重量一点点减少。

如果太轻了，你可以再增加一点点重。

量，最终达到上下重量几乎相等且下方略重的状态。

6、下方横放的铜丝两边都要穿在饮料桶中，使其固定。

7、安装此装置的外壳我用的是塑料饮料桶，将饮料桶下部水平箭开，安装好后将饮料桶的上部套在下部（尽可能选用下部略大的饮料桶）即可，饮料桶的两部分不要固死，便于调整向下吊的铜丝在横放铜丝中的位置，调好后可用塑料胶布固定，便于以后调节。

如果用塑料胶布固定后发现有点偏移，还可以通过在饮料桶底部垫一点薄物质来再次调整。

8、地震预测仪要与报警器分离，并应离开一定的距离，因为报警器的喇叭有磁铁，防止干扰地震预测仪，你感觉影响不大就行，离开大约40—50厘米就足够了。

9、上部连报警器的导线应从顶部进入，与吊磁铁的软棉线可以在一个孔中进入，不宜在侧旁进入，否则会影响磁铁的位置和转动。

连接报警器和上部吊磁铁的吊环要用很细的柔软导体，我用的是费电话机小喇叭线圈上的细导线，嫌太细，可以将两根拧在一起，注意，那是漆包线，两头要用小火将漆烧焦，再用细砂纸擦擦，否则不能导电。

10、吊线可以较长一些，多余部分可以卷在顶部的那个铝丝或铜丝上，便于调整高度，但在安好后吊线不宜太长。

但也不是像我以前介绍的越短越好，因为装置不同，要求也不同，太短不利于左右转动。

11、这点是特别应该注意的，当我们把仪器做好后，很难让向下吊的铜丝垂直，它不是向左偏就是向右偏，这时你可以通过向左或向右板磁铁中间夹的那个轴进行微调，如果你觉得左面太重，即铜丝向右偏，你可以将金属轴两边伸出去的部分向左板一板；如果你觉得右面太重，即铜丝向左偏，你可以将金属轴两边伸出去的部分向右板一板。

这样就很容易将向下吊的铜丝变得垂直了。

如果你用这种方法怎么也无法使向下吊的铜丝垂直，那就说明上方太重，你可以将金属轴两边伸出去的部分向上扳，让重心下移就可以了。

由于我们要用金属轴伸出去的部分进行上下左右微调，所以你在做的时候应该使金属轴两边伸出去的部分长一些，大约2厘米即可。

吊环不能紧挨着磁铁，否则无法调整。

当偏移程度太大无法用微调的方法进行调整时，应该在较轻的一面附加一定的重量。

为了便于确定所加重量的多少和位置，你可以用碎铁片、铁丝等吸附在上面，直至向下吊的铜丝垂直为止，以后再出现小的偏移，就可采用微调的方法。

附加的铁尽可能不要超出仪器上磁体的边沿。

为了不使所加物质发生移动，应该用胶将它们粘住，注意，胶也有重量，应该考虑进去。

如果在加配重时操作正确，就不会出现大的偏差。

12、报警器应该是通电后持续发出响声的那种，这点大家都会想到，不过我用的报警器除具备上述特征外，是一种通电后断开也会持续响一会的那种儿童玩具枪，我觉得这种报警器较好，比较灵敏，一个才5元钱，我总买10个，批发价每个才3.5元还带着电池，不过正式使用时最好换成好电池。

13、凡用于导电的金属请都用铜丝，不要用铝丝，我以前没有找到铜丝，用的是铝丝，发现随着时间的推移灵敏度在下降，因为金属铝很活泼，能与空气中的氧气作用，表面会生成一层氧化铝保护膜，这层氧化铝保护膜不利于导电，我们主要靠的是表明接触来导电的，所以请用铜，当然用金或银更好，可太贵重，就用铜，铜比较稳定，不易生锈，如发现不灵敏时用砂纸将接触部分擦擦就行。

14、本仪器灵敏度的大小与很多因素有关，下面横放的铜丝中间距离越小越灵、磁铁的磁性越强越灵、配重的大小越合适越灵、金属轴与吊环接触的部分越光滑越灵、金属轴与吊环接触部分越平直越灵、在能够承受的情况下金属轴越细越灵，当然报警器的灵敏度越高越灵。

15、每年应该检查预测仪的可靠性两三次，方法是用磁铁靠近，让向下吊的铜丝与横放的铜丝接触，看能否灵敏地正常报警，防止因电池没电或一些部位出现铜锈而失灵。