專利名稱：高層建筑地震檢測預(yù)警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種能監(jiān)測高層建筑地震等級的裝置，能夠消除樓層高度不同而帶 來的干擾，實(shí)時(shí)的對地震等級進(jìn)行顯示，并且通過閃光和響鈴方式進(jìn)行預(yù)警提醒的地震檢 測裝置。
背景技術(shù)：
隨著地殼板塊活動的劇烈，地震已經(jīng)成為當(dāng)今世界發(fā)生較為頻繁的自然災(zāi)害。地 震與其他自然災(zāi)害不同，地震發(fā)生較突然難以提前預(yù)測，而且地震具有較大的破壞能力，會 給人們的生命財(cái)產(chǎn)帶來較大的危害。前年我國發(fā)生的四川汶川大地震和去年海地發(fā)生的地 震，給人們帶來了巨大的損失，人員傷亡嚴(yán)重。在分析具體原因時(shí)，除了不可避免的自然原 因外，還有很多主觀原因?qū)е铝藫p失的嚴(yán)重，比如說人們對地震的認(rèn)識不夠、人們在高度緊 張狀態(tài)下判斷能力減弱和反應(yīng)變緩等原因，這一系列原因會導(dǎo)致人們錯(cuò)過最佳逃生時(shí)機(jī)， 引起嚴(yán)重的傷亡。特別是如果地震發(fā)生在夜晚，人們在熟睡中將無法感知和判斷地震的發(fā) 生，從而無法采取有效地避險(xiǎn)行動。所以設(shè)計(jì)一個(gè)有效的地震檢測提醒裝置十分必要?，F(xiàn)在市場上也有一些簡單的地震檢測裝置，一些由于靈敏度較低，導(dǎo)致無法及時(shí) 正確的檢測地震等級；一些或者過于靈敏，以至于無法排除外界的一些非地震因素的干擾， 所以這些簡單的地震檢測裝置誤報(bào)率較高。而較為先進(jìn)的地震檢測裝置一般用于專門的地 震檢測部門，不適合在一般城市建筑中推廣。
發(fā)明內(nèi)容在上述的背景下，本實(shí)用新型提供了一種能在普通民用建筑中推廣的地震檢測預(yù) 警裝置，能夠快速、準(zhǔn)確的檢測出地震的振動級別，并且能夠在超過設(shè)定的安全振動級別 后，通過響鈴和閃光方式提醒建筑物中的人們及時(shí)逃離到安全地帶。同時(shí)，根據(jù)樓層高度不 同，可以通過振幅調(diào)節(jié)裝置來調(diào)整壓電陶瓷片的自由運(yùn)動幅度，控制壓電陶瓷產(chǎn)生的電壓 信號，從而消除因?yàn)闃菍痈叨茸兓鴰淼母蓴_。本實(shí)用新型主要由壓電檢測模塊、信號處理模塊，顯示模塊和預(yù)警模塊組成。各模 塊的主要電路組成及工作特點(diǎn)如下壓電振動檢測模塊該模塊由懸臂壓電陶瓷片和振幅調(diào)節(jié)器構(gòu)成，用于檢測在地 震發(fā)生時(shí)給樓層帶來的振動大小，并將振動信號轉(zhuǎn)換成電壓信號傳遞到下一級模塊。根據(jù) 樓層高度的不同，可以通過振幅調(diào)節(jié)器來調(diào)整壓電陶瓷片的自由運(yùn)動幅度，從而消除樓層 高度不同帶來的干擾。信號處理模塊這一部分主要包括整流電路、放大電路、信號比較電路和A/D轉(zhuǎn)換 器。整流電路主要是將交變電壓信號轉(zhuǎn)換成直流信號，然后經(jīng)過放大電路將微小的電壓信 號放大，并將放大后的電壓信號傳遞給信號比較電路和A/D轉(zhuǎn)換器。信號比較器通過將輸 入電壓信號與設(shè)定的電壓信號比較，輸出比較結(jié)果到下一級模塊，同時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器將這種 模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸?shù)较乱患?。[0008]顯示模塊主要由譯碼顯示電路構(gòu)成，上一級A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過譯 碼器譯碼，譯碼后信號輸入給半導(dǎo)體數(shù)碼管進(jìn)行顯示，這樣可以更直觀的觀測樓層振動幅 度， 從而做出正確判斷。預(yù)警模塊此模塊主要由響鈴、閃光裝置和數(shù)字開光等組成，這個(gè)模塊主要由數(shù)字 開關(guān)來控制電路的開斷，而數(shù)字開關(guān)由上一級信號比較器輸出的電壓比較結(jié)果來控制，當(dāng) 振動產(chǎn)生的電壓超過設(shè)定的安全電壓范圍時(shí)，數(shù)字開關(guān)將接通預(yù)警電路，通過響鈴和閃光 的方式提醒樓層中的人員進(jìn)行疏散。本裝置的主要工作機(jī)理為本裝置安裝在建筑物的不同樓層的墻壁上，在地震發(fā) 生的時(shí)候，會引起裝置中的懸臂壓電陶瓷片的振動，從而產(chǎn)生交變的電壓信號(由于樓層 高度不同，針對不同樓層裝置中壓電陶瓷片產(chǎn)生的電壓信號不一樣的問題，可以通過調(diào)節(jié) 振幅調(diào)節(jié)器來消除這中干擾)。該電壓信號經(jīng)過信號處理模塊中的整流電路進(jìn)行整流，然 后傳輸?shù)椒糯箅娐?，將微小的電壓信號放大。并將放大后的電壓信號傳遞給信號比較電路 和A/D轉(zhuǎn)換器。信號比較器通過將輸入電壓信號與設(shè)定的電壓信號比較，當(dāng)輸入電信號大 于設(shè)定安全電壓信號時(shí)，比較器輸出結(jié)果為1，當(dāng)輸入電信號小于設(shè)定電壓時(shí)，比較器輸出 為0，并將此結(jié)果輸入到預(yù)警模塊中的數(shù)字開關(guān)，數(shù)字開關(guān)將在輸入為1時(shí)接通(為0時(shí)斷 開)預(yù)警電路，通過響鈴和閃光的方式提醒樓層中的人員進(jìn)行疏散；同時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器將這種 模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到顯示模塊，顯示模塊通過譯碼顯示電路，將信號進(jìn)行 譯碼后通過半導(dǎo)體數(shù)碼管進(jìn)行地震強(qiáng)度的顯示。本實(shí)用新型的可推廣性分析這個(gè)高層建筑地震檢測預(yù)警裝置能在檢測地震強(qiáng)度 的同時(shí)，對超過安全范圍的振動進(jìn)行快速的響鈴和閃光預(yù)警，及時(shí)提醒人們進(jìn)行疏散。而且 根據(jù)樓層高度不同，可以通過振幅調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)整，從而可以在不改變主體電路的情況 下，消除樓層高度引起振幅變化帶來的干擾。本裝置結(jié)構(gòu)簡單、反應(yīng)靈敏，能夠較大情況的 消除外部干擾，適用于城市高層建筑。

圖1高層建筑地震檢測預(yù)警裝置原理框圖圖2懸臂壓電陶瓷振動檢測片結(jié)構(gòu)圖圖3振幅調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡圖圖4橋式整流電路原理圖圖5放大電路原理圖圖6A/D轉(zhuǎn)換器電路原理圖圖7信號比較電路原理圖圖8譯碼顯示電路原理圖圖9預(yù)警裝置原理圖圖中各標(biāo)記為1為壓電檢測裝置、2為信號處理裝置、3為預(yù)警顯示裝置、4為振動 片固定端、5為壓電陶瓷震動片、6為基底金屬片、7為塑料的限位墊、8為電壓比較電路、9為 寄存電路、10為代碼轉(zhuǎn)換電路、11為比較器、12為閃光裝置、13為響鈴裝置。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖實(shí)例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說明。如圖1所示，高層建筑地震檢測預(yù)警裝置由壓電振動檢測裝置，包括壓電陶瓷振 動片和振幅調(diào)節(jié)器；信號處理裝置，包括整流電路、放大電路、信號比較電路和A/D轉(zhuǎn)換器； 預(yù)警顯示裝置，包括警電路和譯碼顯示電路構(gòu)成。懸臂壓電陶瓷振動檢測片結(jié)構(gòu)如圖2所示，振動檢測片工作機(jī)理是在受到振動 時(shí)，能夠把振動的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號。其主要由支撐底座進(jìn)行固定，而 振動檢測片采用中間以0. 4mm的金屬基底層，上下兩層各0. 3mm的壓電陶瓷片組成，這樣可 以在同樣的振動情況下提高電壓信號的產(chǎn)生量，從而增加裝置的靈敏度，同時(shí)通過金屬基 底層可以提高振動檢測片的力學(xué)性能。圖3為振幅調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)簡圖，其主要作用是通過其塑料限位墊來控制振動檢測 片的自由運(yùn)用的長度，從而控制電壓信號的產(chǎn)生。振幅調(diào)節(jié)器可以通過與外部裝置連接進(jìn) 行自動或者手動調(diào)節(jié)，可以根據(jù)樓層高度與振動幅度的關(guān)系，計(jì)算出相應(yīng)的變化刻度顯示 在外殼上，這樣可以更直觀的調(diào)節(jié)裝置的振動幅度，從而消除樓層高度變化帶來的干擾。由于振動檢測片產(chǎn)生的電信號為交變信號，所以我們可以通過橋式整流電路來將 電信號轉(zhuǎn)換為直流信號，如圖4。振動檢測片輸出交變電壓信號Va，經(jīng)過橋式整流電路輸出 直流電壓信號Vi，并傳輸?shù)较乱患壯b置。橋式整流電路由四個(gè)半導(dǎo)體二極管組成，結(jié)構(gòu)較為 簡單。放大電路原理圖如圖5，經(jīng)過整流后的電信號輸出到放大電路，將微小的電信號放 大，傳輸?shù)较乱患壒ぷ餮b置。放大電路中采用NPN型的半導(dǎo)體三極管(BJT)，輸入端交流電 壓Vi通過電容Cbl加到BJT的發(fā)射結(jié)，從而引起基極電流iB的相應(yīng)變化。iB的變化使集電極 電流ij逭之而變化。的變化量在集電極電阻Rc上產(chǎn)生壓降。集電極電壓V。E = Vrc-icRc， 而的變化與恰好相反。Vce的變化量經(jīng)過電容Cb2傳送到輸出端成為輸出電壓Vo。選 擇合適的參數(shù)，即可得到合理的輸出電壓Vo。圖6是A/D轉(zhuǎn)換器的電路原理圖，其主要是將放大電路輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號。本裝置采用的是并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器，它由電壓比較器、寄存器和代碼轉(zhuǎn)換器三 部分組成。它將輸入的模擬信號Vo轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并分別輸出d0、dl和d2數(shù)字量。圖7為信號比較電路原理圖，將上級裝置Vo與安全電壓Vsafe進(jìn)行比較，由比較結(jié) 果來控制數(shù)字開關(guān)。這個(gè)電路組要由電壓比較器組成，當(dāng)Vo大于Vsafe時(shí)，比較器輸出信號 1 (高電平)，數(shù)字開關(guān)接通；當(dāng)小于Vsafe時(shí)，輸出信號O (低電平)，數(shù)字開關(guān)保持原狀態(tài)。譯碼顯示電路如圖8所示，它能夠?qū)⑤斎氲娜粩?shù)字信號dO、dl和d2進(jìn)行譯碼， 然后分配到半導(dǎo)體數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。本裝置采用了 7448譯碼器，并將其最高位的A3管 腳接零電平，其他d2與A2相接、dl與Al連接、dO與AO相接。在工作過程中，Vcc采用5V 的直流電壓，譯碼后的信號合理分配到Y(jié)a Yg管腳上，并與半導(dǎo)體數(shù)碼管BS201A連接，并 顯示出相應(yīng)的地震強(qiáng)度。圖9為預(yù)警裝置原理圖，預(yù)警裝置主要由閃光裝置(發(fā)光二極管)和響鈴裝置構(gòu) 成，外部采用220V交流電壓，通過變壓裝置來保證工作電流滿足響鈴和發(fā)光二極管的工 作。當(dāng)數(shù)字開關(guān)接通時(shí)，預(yù)警裝置正常工作；當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，裝置停止工作，從而起到在危險(xiǎn) 時(shí)刻預(yù)警的作用。
權(quán)利要求1.高層建筑地震檢測預(yù)警裝置，其特征在于本裝置包括壓電振動檢測模塊該模塊由懸臂壓電陶瓷片和振幅調(diào)節(jié)器構(gòu)成，用于檢測在地震發(fā) 生時(shí)給樓層帶來的振動大小，并將振動信號轉(zhuǎn)換成電壓信號傳遞到下一級模塊，根據(jù)樓層 高度的不同，可以通過振幅調(diào)節(jié)器來調(diào)整壓電陶瓷片的自由運(yùn)動幅度，從而消除樓層高度 不同帶來的干擾；信號處理模塊這部分包括整流電路、放大電路、信號比較電路和A/D轉(zhuǎn)換器，整流電 路是將交變電壓信號轉(zhuǎn)換成直流信號，然后經(jīng)過放大電路將微小的電壓信號放大，并將放 大后的電壓信號傳遞給信號比較電路和A/D轉(zhuǎn)換器，信號比較器通過將輸入電壓信號與設(shè) 定的電壓信號比較，輸出比較結(jié)果到下一級模塊，同時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器將這種模擬電壓信號轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號傳輸?shù)较乱患?；顯示模塊由譯碼顯示電路構(gòu)成，上一級A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)過譯碼器譯 碼，譯碼后信號輸入給半導(dǎo)體數(shù)碼管進(jìn)行顯示；預(yù)警模塊此模塊由響鈴、閃光裝置和數(shù)字開光組成，這個(gè)模塊由數(shù)字開關(guān)來控制電路 的開斷，而數(shù)字開關(guān)由上一級信號比較器輸出的電壓比較結(jié)果來控，當(dāng)振動產(chǎn)生的電壓超 過設(shè)定的安全電壓范圍時(shí)，數(shù)字開關(guān)將接通預(yù)警電路，通過響鈴和閃光的方式提醒樓層中 的人員進(jìn)行疏散。
專利摘要本實(shí)用新型是一種用于高層建筑地震等級檢測及預(yù)警的裝置，其主要由壓電檢測模塊、信號處理模塊、顯示模塊和預(yù)警模塊組成，在地震發(fā)生的時(shí)，裝置中的懸臂壓電陶瓷片將產(chǎn)生振動，從而產(chǎn)生電壓信號，該電壓信號經(jīng)過信號處理模塊中的整流電路進(jìn)行整流，然后傳輸?shù)椒糯箅娐愤M(jìn)行放大，并將放大后的電壓信號傳遞給信號比較電路和A/D轉(zhuǎn)換器，信號比較器將輸入電壓信號與設(shè)定的電壓信號進(jìn)行比較，并將結(jié)果輸送到預(yù)警模塊中的數(shù)字開關(guān)，由數(shù)字開關(guān)來控制預(yù)警電路，通過響鈴和閃光的方式提醒樓層中的人員及時(shí)疏散，同時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器將這種模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入到顯示模塊中的譯碼顯示電路，將數(shù)字信號譯成相應(yīng)的地震等級進(jìn)行顯示。
文檔編號G01H11/08GK201838143SQ201020281909
公開日2011年5月18日 申請日期2010年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月5日
發(fā)明者張志鵬, 李培, 李松松, 韓雪 申請人:張志鵬, 李培