技术领域
[0001] 本
发明属于
地震减灾技术领域，具体地说是涉及采用或制造一种测震
传感器，实施地震纵波与横波全方位矢量检测的报警方法及报警装置，和在该装置中添加求救
信号发送、录音留言等组成一种多功能的防震救生装置设计。
背景技术
[0002] 利用地震纵波(P)传递速度要比地震横波(S)快的地震规律，进行地震预警的方法已经流行。但经我们的研究得知地震P波中的所有信号并非全都与地面垂直，故要进行矢量合成后才能准确定量报警。如今地震P波传感器只采集到P波中的垂直分量，而漏采了P波信号中的
水平分量或称未按矢量检测方法实施是造成误报的原因。如果在P波预警中增加多只横波传感器采集的多方位水平分量信号，应先将水平信号合成再与垂直分量二次合成才能解决误报，但会使得P波预警装置十分复杂。故我在2011年
申请了一种地震报警方法及装置
专利(20111003849.5)以下称原案，提出了地震纵波和横波矢量信号的全方位信号兼容检测方式，所测信号无须经过矢量合成是指单只传感器在信号采集过程已经将矢量转成了标量，(属
力学计量专业)故可直接用于P波的定量预警，和对地震横波烈度采用的定量测震方式来实施地震横波定量报警等，但因发明方案数量较多等原因未能全部明确其产权。故本申请仅对含有磁敏元件的测震方式及测震传感器构成，及对原案中已经存在
电路中的功能再进行描述，如由话筒监听或通过话筒的语音求救声发送等，当施救方采用小收音机接收可获取被困人信息的方案，包含了被困人与施救方进行沟通与配合的方式等。虽然这些方式是属公知技术，但应属于改变其用途的创新和又因如今非常有用故提出再申请。
[0003] 本发明的目的在于详述由磁敏元件构成的全方位定量测震方法，包括地震P波的预警和S波定量报警电路，和在电路中添加录音留言、
求救信号发送电路等合为一体构成的防震救生装置，来更好为防震减灾的事业服务。
发明内容
[0004] 为了达到上述目的，本发明一种地震信号的定量测报方法，由磁敏元件为主构成的磁敏式测震传感器，能很好完成地震纵波和横波的矢量测报方法。如图1示出：由磁敏测震传感器实施全方位检测方法，是通过三种具体测震方式(14、15、16)来采集地震P、S波信号，再经过由P波到S波的连续设定及
触发电路(图10)，将触发信号送至报警执行电路(图8)。是一种通过采用全方位(矢量转为标量)测报方法，实施定量检测来避免报警信号的缺失，实现防止误报、漏报的地震测报方法。和一种由多种不同测报方式并存，可单选或复选这些测震方式由图3至图7示出，分别组合成具有功能差异及测报模式的报警装置。并与声音采集监听放大电路(11)录放模
块电路(12)生存判别及求救信号发送电路(13、
14)组合成一体的防震救生装置。
[0005] 具体测法由
说明书图3示出的地震横波定量测震方式一，采用吊线(1)与磁垂(5)相连，在磁垂下方固定磁敏元件(6)、组成地震横波测震传感器(15)，实施地震横波的全方位定量测报，测报信号由磁敏元件的
端子(11-13)输出至信号采集、
阀值设定及触发控制电路(图10)及报警电路(图8)完成。
[0006] 由说明书图4示出地震纵波的定量测报方式二，采用
弹簧(4)取代吊线(1)与磁垂(5)相连，在磁垂下方以非
接触方式固定磁敏元件(6)，制成地震纵波测震传感器(14)来实施地震纵波的垂直信号检测。但要想同时检测到地震纵波中的水平分量信号，完成真正意义上对地震P波的准确定量报警即实现全方位测震的技术构思，还必须与说明书(图15)左边的磁敏式纵波测震传感器(14)采用吊线(1)与图右边的带竿吊垂(3)相连，组成联动全方位检测方式三；才能不漏测P波中水平信号来防止P波预警可能发生的误报、漏报。该方法同样可用于处在
震中顶部，因S波缺失造成横波误报及漏报的方法。
[0007] 由说明书图5示出地震纵波和横波另一随动定量测报方式三，由壳体上方固定磁敏元件(6)，将磁垂(5)与弹簧(4)首端相连接后，再把弹簧尾端固定在壳体底部，构成地震P、S波全方位测震方式或制造成传感器(16)。
[0008] 其二是把外界声音采集和监听装置中的普通驻极式话筒，采用医用
听诊器原理来实现监听地面施救声响的方法。如把
声波由小孔(17)传导改成了由面接触式固体传导膜(18)与驻极式话筒(MIC-1)音膜共同构成，一种固体传导声音传感器(MIC-2)的技术方案。在该方案中不仅为房倒屋塌后造成呼救困难，设计了固体传导即喉头话筒(MIC-2)，而且还可将所有
声音信号录入
存储器(经存储器I/O口)，包括记录地震过程的震动信号(含
数模转换)和预先录入个人信息等录入功能方案，为追溯地震全过程数据含被困人的呼救情况等提供了方便。该电路由放大电路(图11)与录放模块和存储电路(图12)完成。
[0009] 其三是生存状态判别方式的具体措施，及多种求救信号发生电路(图13)和采用不同发射载体控制电路(图14示出)。该设计是因现有通信由地震造成无法使用的一种应急预案，在该预案中如采用调幅中波的低端
频率发送求救信号，要比单独依靠手机采用
微波发射对遮挡物的通过能力更好，可转换成普通的小收音机，(手机在地下室会出现无信号而收音机不会)在倒塌房屋周围接收求救信号。另外提出采用红外线发射管发送求救信号，可与当今使用的红外生命探测仪相呼应，成为提高救生效果的一种防震救生方法及求救信息判别装置。
[0010] 本发明的地震报警方法与美国人发明的三只传感器的测震方法相比，因最多采用两只磁敏传感器进行全方位信号检测方式即可解决地震P波预警的误报问题，和准确测得地震地震横波烈度及实施定量报警，该方法简单易行其可靠性还高。尤其因被困人的呼救声可发送，施救方可采用小收音机收听来知晓被困人生存状态，当被困人通过固态话筒听到地面施救声响后再告诉施救方所构成动态救人的交互方式，该方式虽简陋但为今后的动态救生提出了
基础方案。
附图说明
[0011] 图1.是本发明内容的
框图。在该图中示出：一是由磁敏元件组成的测震传感器(14、15、16)，采用全方位测报方法。并通过三种具体测报方式与信号采集、阀值设定及触发电路(图10)及报警执行电路(图8)来实现防止误报的测报方法。其二是由测报方法电路与录音留言、求救信号发送及数据存储等电路组合，构成一种多功能防震减灾的动态救生装置。
[0012] 图2.上部是已知地震
检波器(纵波)结构及检测原理示意图。由弹簧、磁垂与线圈组成，由于磁垂只能够上下运动当传感器位于
震源上方时，纵波矢量信号完全与Y轴平行故在线圈两端(11、13)
输出信号为100％。如汶川地震的
震源深度是12公里，当传感器位于12公里处(Fn与X轴成夹
角α＝45°其中垂直与水平分量信号相等)，而传感器只能获得P波中70.7％的纵向信号。当位于200公里远的文县检测时其输出信号Fn与X轴成夹角α小于5°其输出信号也会小于P波信号的5％故会造成P波信号的漏报。在图下方是美国人采用三只传感器的横波矢量合成检测方法及测震传感器的结构剖面示意图。
[0013] 图3.是由磁敏元件构成的地震横波定量测报方式示意图。在图中由吊线(1)、与磁
铁(5)相连，并以非接触方式悬吊在磁敏元件(6)上方，构成横波定量测震传感器(15)。其检测原理是磁垂(5)随地震横波的水平方向摆动时，在磁敏元件(6)上获得与摆动幅度成正比的地震横波信号，并由输出端子(11、13)送到横波信号采集、阀值设定及触发控制电路，在该信号中已经包含水平、垂直分量信号的合成信号，可直接用于地震不同烈度的定量报警。
[0014] 图4.是一种由磁敏元件构成的地震纵波定量测报方式示意图，是由弹簧或弹片(4)与磁垂(5)相连，由于弹簧只能纵向运动，与磁敏元件(6)构成的是地震纵波测震传感器(14)，测震信号由磁敏元件的端子(11-13)输出至信号采集、阀值设定及触发控制电路，但仅用于地震垂直信号的检测。
[0015] 图5.是由磁敏元件构成地震P、S波随动定量测报方式示意图。或称全方位测震传感器(16)，其特征是：弹簧(4)的运动方向可随地震P、S波的运动而随动测震，是一种可减少信号缺失和防止漏报的定量测报方式。其中是否准确主要依靠事先的地震信号模拟测震试验台的校准才能确保，但由于弹簧的弹力难于适合纵、横波的比例完全协调，会将影响定量的准确性；故也可采用图3方式采集水平信号图4方式采集垂直信号，再把标量信号累计相加即可定量。
[0016] 图6.采用悬吊纵波检波器与磁敏式横波感器构成的随动检测示意图。被悬吊检波器(7)主要是检测地震纵波信号，由于检波器横向摆动时又可检测到少量纵波信号中部份水平分量或少量横波信号，所测信号由采集端子(11、13)输送到纵波信号采集、阀值设定及触发控制电路。在检波器的底部设置
磁铁，
磁性也可来自传感器的剩磁取代磁铁(5)，并与磁敏元件(6)组成独立的横波定量检测方式，信号送到横波阀值设定及触发控制电路，该方式用途主要是为适应如一晃就倒的玉树的土坯房居民选用。
[0017] 图7.是由磁敏传感器组成全方位测报方式(16)示意图。在图左边是采用纵波检波器(7)由吊线(1)经过
滑轮(8)与在图右边带竿吊垂(3)相连，吊垂底设有磁铁(5)及磁敏元件(6)共同构成P、S波联动的地震P波、S波的分别测报方式。对地震P波的定量测震由单只纵波检波器(7)独立完成全方位矢量信号的测报方式。此时传感器是否工作，可由电路图15中电源
开关(K-1.1)
选定，该方式适合房屋设防烈度较高或虽频发小震但无危险和不必提醒的人，如日本某些易震区选用。另外只所以选用检波器(7)是因为一种
加速度测震传感器，可与国标中的地震烈度对应和与其它
传感器数据对比可分辨地震的真伪，包括用于超
高层建筑顶端的正常晃动与地震烈度的不同数据的判别。
[0018] 图8.是逐级分别连续报警执行电路原理图。在图中由晶体
三极管(V1、V3、V4)、
电阻电容(R1、C1)与
电压比较器(A1)、音乐片或语音片及彩灯(D-1)组成第一通道声响及灯光报警执行电路。由晶体三极管(V2、V5)与电阻电容(R2、C2)与电压比较器(A2)及电阻(19)，彩灯(D-2)组成第二通道报警执行电路，连续报警触发信号可来自电路图10的信号由小到大分级输出端，报警通道数量可据图10分级报警所需增减。
[0019] 图9.是已知话筒改为固体传导声音传感器结构剖面示意图。不同之处是
外壳中的声波传入小孔(17)
位置改为右边面接触式声音传导膜(18)，并将原传入小孔改在右边壳体背面标记为(17.1)，并标为(MIC-2)。
[0020] 图10.是采用两种不同类型传感器的信号采集、阀值分别设定及生成报警触发信号的电路原理图。在图上方采用地震检波器(7)信号直接送入，由四电压比较器(LM324)组成的分通道采集、及阀值设定电路，并由RV与WR构成报警阀值设定的四个通道，再经A1至A4的输出端逐级输出触发报警信号，信号输送至分级(通道)报警执行电路(图8)，另外若用数字式检波器应先将信号经A/D转换使用，以及设有电源开关(K1.1-K1.3)供方式转换选用。
[0021] 在图10下方表示采用磁敏元件构成的测控电路，在图中仅画出采用四电压比较器中的A1及A2组成两级(通道)的信号采集、阀值设定及触发信号输送至报警执行电路(图8)，但须说明的是阀值设定应由P波小信号提示到P波有险报警及S波有险报警为止。最少分为三个通道的分级连续设定，是防止误报重要环节，具体通道数量可据分级报警所需增设，并由模拟震动台校验为准。
[0022] 图11.声音采集和监听放大电路原理图。在图中(MIC-1、MIC-3)表示空气声音话筒，(MIC-2)表示固体传导式声音传感器(话筒-2)，声音是由声音传感器选择开关(K-3)来选择不同话筒的输入，话筒信号由选择开关(K-3)输入到具有较好选择性的选频
放大器(MAX951模块)进行前置放大器，再经音量调节电位器(R6)再进入具有降噪调整功能的
功率放大器(LM386)放大，地面施救声响信号经过功放模块放大由喇叭输出。另外地面施救声响信号还可通过选择开关(K-3)和录入选择开关(K-3.1)将信号传入录放模块存储器中。
[0023] 图12.录放模块和存储电路原理图。在图中由话筒与语音录放模块电路(26-W5120)和信号存储器(27-W55206/W55212)组成录音留言存储电路。声音由录入选择开关(K-3.1)将信号传入录放模块(22)，或由
传声选择开关(K-3与K-3.1)将空气传导声音传感器(MIC-1)和固体传导声音传感器(MIC-2)，将地面施救声音传入语音录放模块(22)，以及通过分别操作录音键(AN-3)完成录音和操作放音键(AN-4)，由模块输出线送至语言发送选择开关(K-4)进入语言求救信号发送电路(图13)。或通过存储器(23)的双向数据I/O端将地震采集信号经A/D转换存入存储器(23)中待用。录放时长不受限只需串接多个(SSRAM)存储器即可，尤其是按录音键AN-3后进入的是自动声控录音状态无须反复操作及复位等，在当2-3秒无声响信号时自动进入待机状态。
[0024] 图13.生存状态判别和求救信号电路原理图。在图中第一种求救信号，是由话筒(MIC-3)与三极管(V1)组成的被困人员呼救声音采集和放大电路放大，当按下AN-2后把呼救声音或呼吸声音发送。第二种求救信号是由非
门电路(I1、I2)与电阻电容(RT、C3)组成固定音频发生器(24)组成固定
音频信号，以取代人亡后的特定呼救声音，或当无人操作任何按钮时，固定音频信号直接由三极管(V1、V2)组成的射频电路，经天线(TX)发送。发送的时间间隔由四2输入端与非门集成电路(4011)及电阻电容组成的占空比电路一(25)提供控制，当有人操作即压下按钮(AN1)则改为另一种发送时间间隔，由占空比电路二(26)提供控制。当压下按钮(AN-2)时由原间断发送改为连续发送，另一呼救形式发送是由转换播出声音选择开关(K-4)就可由此转换到图12中的录放声音选择开关(K-3)，调出录放模块中的录音或由固体传导话筒(MIC-2)的声音进入调频电路经天线(TX)发送，当把MIC-2放在胸部可把心跳声音发送。
[0025] 图14.选择不同发射载体控制电路示意图。在图中仅表示由发送电路电源转换开关(K-5)，来选择不同载体发送方式的开关控
制模式，由调频电路(27)发送方式，改为调幅电路发送方式(28)或红外线发送方式(29)的切换控制示意图，图中(V5)表示红外线发射管及电路。
[0026] 图.15是采用纵、横连动测报方法和不同测控方式并存及可选控的多功能减灾救生装置
实施例二示意图。在图中并存有纵波磁敏式测震传感器(14)，纵波传感器经过吊线及吊线与已知其它横波测震传感器(7)及带竿吊垂(3)构成第二种全方位测震方式并存于一个测震装置之中的新测控可选模式的实施，构成可选模式的调控功能及与相关电路图的连接等实施示意。
[0027] 在图中标记：1.吊线或吊链，2.传感器线圈3.吊垂、重垂、摆垂(含带竿)，4.弹簧(含弹片或弹性体)，5.磁性垂体、磁垂、磁铁，6.磁敏元件(含霍尔传感器件)，7.地震检波器及传感器，8.滑轮及滑动部件，9.传感器可动部件，10.测震传感器静止部件，11传感器正端子，12.传感器负端子，13.传感器输出端子，14.纵波测震方式及测震传感器，15.横波测震方式及测震传感器，16.纵波、横波检测方式及全方位测震传感器，17.已知声波话筒传入小孔，18.面接触式声音传导膜，19.驻极式话筒(MIC)音膜，20.装置壳体及传感器加壳，21.固体传导声音传感器(MIC2)，22.语音录放模块，23.存储器，24.音频发生器含音频电路，25.占空比电路一，26.占空比电路二，27.调频波发送电路，28.调幅波发送电路，29.红外线发送，30.已知矢量测控电路。
具体实施方式
[0028] 实施例1.一种测震报警方法的实施，如选用图3～7中的任意一款及虚线匡内标记(16)传感器等均可完成。此选图6示出由磁敏元件(6)与在下方的磁性吊垂(5)及弹簧(4)构成的全方位测震双传感器方式，磁敏元件(6)，(也可选用微功耗及由
微处理器控制休眠状态的A139/A1395等线性
霍尔效应传感器)来随动检测地震纵波和横波信号，地震信号由输出端子(11-13)分别输出阀值设定及触发报警控制电路(图10)，(其中阀值定是由P波小信号提示报警到P波有险报警及S波有险报警为止的连续设定很重要！)经由图10送至报警执行电路(图8)，完成因测报信号缺失造成误报或漏报的测震报警方法的实施。
[0029] 一种防震救生装置实施例。其一是先例举其中的一种由不同测控模式并存及可选的多功能测报警，如实施如图15示出：在图中由全方位磁敏式测震传感器(16)位于装置中，主要表述测报警装置中首先是由一种采用纵横随动测报方法的存在。另外在该装置中同时还并存有纵波测震传感器(14)，纵波传感器经过吊线及吊线与已知其它横波测震传感器(7)，及带竿吊垂(3)构成第二种全方位测震方式并存于一个测震报警装置之中的新测控可选模式的实施，以及包括在吊垂底部又附加了磁敏式横波测震传感器(15)等，是表述可由用户操作电源支路开关(K1.1-K1.3)构成可选模式的调控功能及与相关电路的连接，并由图8示出完成分级报警等。另在装置中可增加地震前兆捕捉附加其它报警方式。以及采用声响如语言及彩灯作为辅助提醒报警，可分设独立开启控制开关等技术略述。
[0030] 其二是声音采集和监听及录音留言实施由图11及图12示出即完成。
[0031] 其三是生存状态判别和求救信号发送由图13及图14示出完成，可参照附图说明实施即可。构成一种防震减灾项目简称《救生黑匣子》。
[0032] 本说明书图号/与原案图号对照：1/1、2/2、3/4左、4/4右、5/5、6/7、7/8、8/12、9/10、10/11、11/13、12/14、13/15、14/16、15/18。
