專利名稱：高層建筑地震檢測(cè)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(cè)高層建筑地震等級(jí)的裝置，能夠消除樓層高度不同而帶 來(lái)的干擾，實(shí)時(shí)的對(duì)地震等級(jí)進(jìn)行顯示，并且通過(guò)閃光和響鈴方式進(jìn)行預(yù)警提醒的地震檢 測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
隨著地殼板塊活動(dòng)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(cè)，而且地震具有較大的破壞能力，會(huì) 給人們的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)較大的危害。前年我國(guó)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(lái)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(shuō)人們對(duì)地震的認(rèn)識(shí)不夠、人們?cè)诟叨染o 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(huì)導(dǎo)致人們錯(cuò)過(guò)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?cè)谑焖袑o(wú)法感知和判斷地震的發(fā) 生，從而無(wú)法采取有效地避險(xiǎn)行動(dòng)。所以設(shè)計(jì)一個(gè)有效的地震檢測(cè)提醒裝置十分必要?，F(xiàn)在市場(chǎng)上也有一些簡(jiǎn)單的地震檢測(cè)裝置，一些由于靈敏度較低，導(dǎo)致無(wú)法及時(shí) 正確的檢測(cè)地震等級(jí)；一些或者過(guò)于靈敏，以至于無(wú)法排除外界的一些非地震因素的干擾， 所以這些簡(jiǎn)單的地震檢測(cè)裝置誤報(bào)率較高。而較為先進(jìn)的地震檢測(cè)裝置一般用于專門(mén)的地 震檢測(cè)部門(mén)，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(cè)預(yù) 警裝置，能夠快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)出地震的振動(dòng)級(jí)別，并且能夠在超過(guò)設(shè)定的安全振動(dòng)級(jí)別 后，通過(guò)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(guò)振幅調(diào)節(jié)裝置來(lái)調(diào)整壓電陶瓷片的自由運(yùn)動(dòng)幅度，控制壓電陶瓷產(chǎn)生的電壓 信號(hào)，從而消除因?yàn)闃菍痈叨茸兓鴰?lái)的干擾。本實(shí)用新型主要由壓電檢測(cè)模塊、信號(hào)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(dòng)檢測(cè)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(cè)在地 震發(fā)生時(shí)給樓層帶來(lái)的振動(dòng)大小，并將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳遞到下一級(jí)模塊。根據(jù) 樓層高度的不同，可以通過(guò)振幅調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)整壓電陶瓷片的自由運(yùn)動(dòng)幅度，從而消除樓層 高度不同帶來(lái)的干擾。信號(hào)處理模塊這一部分主要包括整流電路、放大電路、信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大電路將微小的電壓信 號(hào)放大，并將放大后的電壓信號(hào)傳遞給信號(hào)比較電路和A/D轉(zhuǎn)換器。信號(hào)比較器通過(guò)將輸 入電壓信號(hào)與設(shè)定的電壓信號(hào)比較，輸出比較結(jié)果到下一級(jí)模塊，同時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器將這種 模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)较乱患?jí)。[0008]顯示模塊主要由譯碼顯示電路構(gòu)成，上一級(jí)A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)譯 碼器譯碼，譯碼后信號(hào)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(cè)樓層振動(dòng)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(kāi)光等組成，這個(gè)模塊主要由數(shù)字 開(kāi)關(guān)來(lái)控制電路的開(kāi)斷，而數(shù)字開(kāi)關(guān)由上一級(jí)信號(hào)比較器輸出的電壓比較結(jié)果來(lái)控制，當(dāng) 振動(dòng)產(chǎn)生的電壓超過(guò)設(shè)定的安全電壓范圍時(shí)，數(shù)字開(kāi)關(guān)將接通預(yù)警電路，通過(guò)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(huì)引起裝置中的懸臂壓電陶瓷片的振動(dòng)，從而產(chǎn)生交變的電壓信號(hào)(由于樓層 高度不同，針對(duì)不同樓層裝置中壓電陶瓷片產(chǎn)生的電壓信號(hào)不一樣的問(wèn)題，可以通過(guò)調(diào)節(jié) 振幅調(diào)節(jié)器來(lái)消除這中干擾)。該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)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?hào)放大。并將放大后的電壓信號(hào)傳遞給信號(hào)比較電路 和A/D轉(zhuǎn)換器。信號(hào)比較器通過(guò)將輸入電壓信號(hào)與設(shè)定的電壓信號(hào)比較，當(dāng)輸入電信號(hào)大 于設(shè)定安全電壓信號(hào)時(shí)，比較器輸出結(jié)果為1，當(dāng)輸入電信號(hào)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(kāi)關(guān)，數(shù)字開(kāi)關(guān)將在輸入為1時(shí)接通(為0時(shí)斷 開(kāi))預(yù)警電路，通過(guò)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到顯示模塊，顯示模塊通過(guò)譯碼顯示電路，將信號(hào)進(jìn)行 譯碼后通過(guò)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(cè)預(yù)警裝置能在檢測(cè)地震強(qiáng)度 的同時(shí)，對(duì)超過(guò)安全范圍的振動(dòng)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(guò)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(lái)的干擾。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)預(yù)警裝置原理框圖圖2懸臂壓電陶瓷振動(dòng)檢測(cè)片結(jié)構(gòu)圖圖3振幅調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(hào)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(cè)裝置、2為信號(hào)處理裝置、3為預(yù)警顯示裝置、4為振動(dòng) 片固定端、5為壓電陶瓷震動(dòng)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(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，高層建筑地震檢測(cè)預(yù)警裝置由壓電振動(dòng)檢測(cè)裝置，包括壓電陶瓷振 動(dòng)片和振幅調(diào)節(jié)器；信號(hào)處理裝置，包括整流電路、放大電路、信號(hào)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(dòng)檢測(cè)片結(jié)構(gòu)如圖2所示，振動(dòng)檢測(cè)片工作機(jī)理是在受到振動(dòng) 時(shí)，能夠把振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，產(chǎn)生相應(yīng)的電信號(hào)。其主要由支撐底座進(jìn)行固定，而 振動(dòng)檢測(cè)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(dòng)情況下提高電壓信號(hào)的產(chǎn)生量，從而增加裝置的靈敏度，同時(shí)通過(guò)金屬基 底層可以提高振動(dòng)檢測(cè)片的力學(xué)性能。圖3為振幅調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其主要作用是通過(guò)其塑料限位墊來(lái)控制振動(dòng)檢測(cè) 片的自由運(yùn)用的長(zhǎng)度，從而控制電壓信號(hào)的產(chǎn)生。振幅調(diào)節(jié)器可以通過(guò)與外部裝置連接進(jìn) 行自動(dòng)或者手動(dòng)調(diào)節(jié)，可以根據(jù)樓層高度與振動(dòng)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(dòng)幅度，從而消除樓層高度變化帶來(lái)的干擾。由于振動(dòng)檢測(cè)片產(chǎn)生的電信號(hào)為交變信號(hào)，所以我們可以通過(guò)橋式整流電路來(lái)將 電信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，如圖4。振動(dòng)檢測(cè)片輸出交變電壓信號(hào)Va，經(jīng)過(guò)橋式整流電路輸出 直流電壓信號(hào)Vi，并傳輸?shù)较乱患?jí)裝置。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(jiǎn)單。放大電路原理圖如圖5，經(jīng)過(guò)整流后的電信號(hào)輸出到放大電路，將微小的電信號(hào)放 大，傳輸?shù)较乱患?jí)工作裝置。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(guò)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(guò)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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù) 字信號(hào)。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(hào)Vo轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并分別輸出d0、dl和d2數(shù)字量。圖7為信號(hào)比較電路原理圖，將上級(jí)裝置Vo與安全電壓Vsafe進(jìn)行比較，由比較結(jié) 果來(lái)控制數(shù)字開(kāi)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(hào) 1 (高電平)，數(shù)字開(kāi)關(guān)接通；當(dāng)小于Vsafe時(shí)，輸出信號(hào)O (低電平)，數(shù)字開(kāi)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(hào)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(guò)程中，Vcc采用5V 的直流電壓，譯碼后的信號(hào)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(guò)變壓裝置來(lái)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(kāi)關(guān)接通時(shí)，預(yù)警裝置正常工作；當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)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(cè)預(yù)警裝置，其特征在于本裝置包括壓電振動(dòng)檢測(cè)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(cè)在地震發(fā) 生時(shí)給樓層帶來(lái)的振動(dòng)大小，并將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳遞到下一級(jí)模塊，根據(jù)樓層 高度的不同，可以通過(guò)振幅調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)整壓電陶瓷片的自由運(yùn)動(dòng)幅度，從而消除樓層高度 不同帶來(lái)的干擾；信號(hào)處理模塊這部分包括整流電路、放大電路、信號(hào)比較電路和A/D轉(zhuǎn)換器，整流電 路是將交變電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)放大電路將微小的電壓信號(hào)放大，并將放 大后的電壓信號(hào)傳遞給信號(hào)比較電路和A/D轉(zhuǎn)換器，信號(hào)比較器通過(guò)將輸入電壓信號(hào)與設(shè) 定的電壓信號(hào)比較，輸出比較結(jié)果到下一級(jí)模塊，同時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器將這種模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)较乱患?jí)；顯示模塊由譯碼顯示電路構(gòu)成，上一級(jí)A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)譯碼器譯 碼，譯碼后信號(hào)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(kāi)光組成，這個(gè)模塊由數(shù)字開(kāi)關(guān)來(lái)控制電路 的開(kāi)斷，而數(shù)字開(kāi)關(guān)由上一級(jí)信號(hào)比較器輸出的電壓比較結(jié)果來(lái)控，當(dāng)振動(dòng)產(chǎn)生的電壓超 過(guò)設(shè)定的安全電壓范圍時(shí)，數(shù)字開(kāi)關(guān)將接通預(yù)警電路，通過(guò)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(jí)檢測(cè)及預(yù)警的裝置，其主要由壓電檢測(cè)模塊、信號(hào)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(dòng)，從而產(chǎn)生電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)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(hào)傳遞給信號(hào)比較電路和A/D轉(zhuǎn)換器，信號(hào)比較器將輸入電壓信號(hào)與設(shè)定的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，并將結(jié)果輸送到預(yù)警模塊中的數(shù)字開(kāi)關(guān)，由數(shù)字開(kāi)關(guān)來(lái)控制預(yù)警電路，通過(guò)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入到顯示模塊中的譯碼顯示電路，將數(shù)字信號(hào)譯成相應(yīng)的地震等級(jí)進(jìn)行顯示。
文檔編號(hào)G01H11/08GK201838143SQ201020281909
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)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(qǐng)人:張志鵬, 李培