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

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。

六、工作原理

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，由于温差电效应，使得岩浆带正电，地表带负电，因此带正电的岩浆在旋转时会产生垂直磁场，当岩浆旋转速度较快时，产生的磁场会很强，这就会引起地震预测仪的磁铁上下转动，使得向下吊的铜丝与横放的铜丝接触，报警器通电报警。在地震的周围，垂直磁场会变成水平磁场，这又会使地震预测仪上的磁铁左右转动，同样会使向下吊的铜丝与横放的铜丝接触，报警器通电报警。

1、万有摩擦力（上、中、下）

2、地震新论与地震预测

3、地下岩浆旋泉的形成机制——对《地震新论与地震预测》的补充

4、地应力测震法的测震原理

5、地电、地光测震法的测震原理

6、耿庆国旱震理论和气象五项指标异常测震法的测震原理

7、地震云测震法的测震原理

8、“磁暴二倍法”的测震原理

9、垂直磁场强度测震法的测震原理

10、动物异常表现预测地震的测震原理

11、重力值测震法的测震原理

12、日影测震法的测震原理（新版）

13、各种测震法的优缺点和测震建议

14、自动报警地震预测仪的制作

15、自动报警地震预测仪制作的补充和实物照片

16、自动报警地震预测仪说明

17、第二代自动报警地震预测仪

七、使用说明

本仪器做好后应放在周围没有磁体或导磁体（如铁）的地方，我们现在的楼房中有大量的铁，所以应尽可能离墙壁和楼板远一点。如果出现报警现象，首先看是磁体左右转动引起的报警还是上下转动引起的报警，如果是左右转动引起的报警（向下吊的两个铜丝在横放铜丝的两侧），说明你并不在震源的上方，如果是上下转动引起的报警（向下吊的两个铜丝在横放铜丝的同一侧），说明你就处在震源的上方。

报警出现后，你将横穿的铜丝抽出，看向下吊的铜丝偏移程度有多大，如果偏移程度不是很大，不要太惊慌，继续注意观察，并检查看旁边有没有其它磁体或导磁体干扰。如果偏移程度较大，为了确定是否真的出现异常磁场，你可将本仪器换位置观察，如果在各个地方观察都是如此，那就应注意，说明出现了明显的异常磁场，发生地震的可能性就很大。

当然这时你还可以再观察指南针是否工作正常和是否出现了动物异常现象等我们平时介绍的那些地震异常现象，然后请自己做出判断。注意，如果磁铁偏移程度较大，这时希望你宁可信其有，不可信其无。如果仪器变得正常了，那就应该没事了，如果反复报警那就更应该注意。

指南针本身就是预测地震的好工具，只是它不会报警，引不起我们注意，我们

又不能每天总是盯着指南针看，所以如果本仪器出现了报警，请你看指南针工作是否正常，如果不正常，说明出现了较强的异常磁场，地震就在脚下并很快就会到来。

如图4，用一根钢针扎在一个小薄木片上，针尖朝上，上面顶上一个铝制饮料桶的底部，再在四面吊上四个重量相同的小石头（什么都行，只要不是磁体或导磁体），然后用大小合适的一个去掉底的塑料饮料桶将其罩住，为的是防止风吹的影响，如果发现它会自动转到，地震必然会马上发生，朋友，请你立即防震，这是最可靠的地震预测法，所以我给它起名为“转必震”。

图4

“转必震”虽然能准确预测地震，但它只能在震中才起作用，周边是预测不到的，它的预测范围远比“第二代自动报警地震预测仪”要小得多，并预测的时间也较晚，所以建议大家一定准备一个“转必震”，但不能纯粹依赖“转必震”。

八、制作技巧:

所吊的四个重物重量尽可能相等，但并不是要绝对相等。钢针在木片上扎的时候从尖的部分往里扎，如果没有扎直，你可以在木片下通过垫垫片来调整，没必要重扎，当然，为了美观，你要精益求精那更好。所吊的重物应该是不少于3个都行，总之是为了平衡并有一定的重量，对重量的要求不严，可以随心所欲，但太轻是不起作用的。为了漂亮，你可以吊几个小工艺品，各个重物的重量不等也行，只要调整得

让其能在钢针上平稳地停住就行。再给大家强调一点，如果你决定防震，不要忘了把各种测震仪带上，在安全的地方你还要继续观测。

九、地震预报说明

地震预报要根据中华人民共和国国务院颁发的有关地震预报管理条例进行，任何单位和个人无权发布地震消息，在《地震预报管理条例》第二章“地震预报意见的形成”中写到：

第六条任何单位和个人根据地震观测资料和研究结果提出的地震预测意见，应当向所在地或者所预测地区的县级以上地方人民政府负责管理地震工作的机构书面报告，也可以直接向国务院地震工作主管部门书面报告，不得向社会散布。

第七条任何单位和个人观察到与地震有关的异常现象时，应当及时向所在地的县级以上地方人民政府负责管理地震工作的机构报告。如果大家判断可能有地震发生，请遵守国家的有关规定，应该向有关机构汇报，你自己和亲人防震可以，但决不可向社会散布，这点应特别注意。

在仪器正常的情况下，灾难性大震前必然会报警，但报警后不一定有大震。如果将来国家能统一部署、全民测震、综合分析，可根据报警范围的大小、异常垂直磁场的强弱，并不断总结经验，完全可以实现准确预测预报地震，可现在我们都是独立测震，除非你在震中用“转必震”进行预测，否则我们无法确信地震的发生，所以有可能会出现虚报现象。我给你打个比方你就明白了，如果有人对一根棍子使力，你说这根棍子会断还是不会断，这自然会因使力大小的不同和棍子承受力大小的不同，断和不断两种情况都有可能出现，地震发生与不发生也是这个道理，我们也许监测到了地下岩浆对地壳产生了作用力，在以后的发展变化中作用力大于地壳的承受力，地震就发生了，如果作用力最终也小于地壳的承受力，那么地震就不会发生。所以请您细心观察，认真判断，理性防震。下面我们就来看看这位北爱尔兰的朋友是怎么把自己武装成地震监测“卟”专家的~大部分地震监测仪的核心装置，最后再做一点说明，地震监测、地震预警、还有地震预报都是不一样的概念。简单的说：地震监测是要在地震来时采集地震的数据和强度；地震预警是要在地震第一

波较弱震动到来时，及时预警下一波更强烈的地震；而在现有条件下，地震预报则是不靠谱的、希望能完全提前预报地震的手段。

十、致谢

经过两个星期课程设计忙碌之后，设计最终完成，心理有一种说不出的轻松，设计过程中遇到许多的问题，在老师和同学的帮助下予以解决。首先要感谢朱老师对我的指导和督促，在设计过程中朱老师给我指出了正确的设计方向，使我加深了对知识的理解，同时也避免了在设计过程中走弯路，朱老师的督促使我一直把毕业设计放在心理，保证按质按量的完成；还要感谢同学，是大家营造了良好的学习环境，在做设计的过程中互帮互助，使我的全面的掌握了Word的编辑功能，使我能够按时完成课程设计。

大学生活即将画上句号，在这三年中我是充实的、快乐的，这要感谢学校领导给我们提供了一个好的学习环境和丰富的课余生活，同时也要感谢所有老师对我们的辛勤培育。

参考文献

[1] 杨发武. 地震新论与地震预测[M]. 2008.

[2] 中华人民共和国国务院. 地震预报管理条例[M]. 1998.