技术领域
[0001] 本
发明属于地震减灾技术领域，更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连续检测的方法，及所构成功能可调的测震报警装置，和添加求救
信号发送、录音留言等组成一种多功能防震减灾装置的设计。
背景技术
[0002] 由图2示出已知地震报警方法及测震方式的构成示意。在图最下方是已知测震
检波器结构，当用于横波检测时需
水平放置三只检波器和必须使用矢量合成
电路，不仅成本高而且使用装置很不简捷。图上的报警方法存在的问题是只能输出断续的
开关信号，无法对地震信号由小到大分别定量和连续输出随机信号，无法记录地震烈度信号变化过程以备查用。其二是当吊线(1)与
定位环(2)间距小时无法随即调大间距来避让冲击震动，如建筑施工中爆破等。当增大吊线与定位环间距后无法满足如玉树地区的土胚房，在当房子刚晃时就应该立即报警的需求，还会失去捕捉震前征兆的微小震动。另外是已知的地震纵波(P波)报警，按固定比例取值报警方法存在误差大，尤其当浅源地震深度等于或小于测点距离时，该距离内的区域有纵波漏报的严重
缺陷存在，如图17示出P波是指由
震源点直线并斜向测震点信号直线段，不仅限于单纯由纵向传感仪测出的一种与地面垂直信号，而水平信号隋源深度不同可高达总量70％以上，得知忽略水平分量没有计入报警
阀值，是造成P波误报或漏报原因之一，同样道理地处在
震中区域之内的居民当只采用横波(S波)检测报警也会同样存在S波部分缺失的误报技术问题，故本发明提出了防止误报的测报方法，以及多种不同功能报警并存的报警装置的新模式来防范漏报。加上地震报警后逃生时间很短，对未能逃生而被困人员需要在装置中增加呼救信号发送及录音留言等功能，以满足防震减灾的需求。
[0003] 本发明的目的，就在于克服上述缺点和不足，提供一种采用单只测震传感器对地震纵波和横波的连续测报方法，包括多种不同检测方式构成。可单选或复选这些检测方式，分别组合成具有功能差异的测报模式及可组成多种报警装置。可供厂家根据当地设防的需求或兴趣来选用或由用户调控不同测报模式，以打破传统报警器中的纵波横波分别单一测报模式，是一种能防止地震报警信号缺失和解决误报及漏报的测震报警方法。并把上述测报方法及模式与录音留言、
求救信号发送等功能合为一体构成新的地震减灾装置设计，以满足市场新的需求。
发明内容
[0004] 为了达到上述目的，本发明一种对地震信号连续检测的测报方法，是因为已知P波报警检测方法存在P波信号中水平分量缺失的检测缺陷，提出了对P波信号应采用纵波和横波(全方位)兼容连续检测方法。即是目前采用纵横分量由纵横两种传感器分别检测方法，也应将纵横分量当即进行矢量合成后，再作为P波报警信号来实施报警，但方案会很复杂。而本发明一种由单只电位器或磁敏元件构成的测震传感器来完成地震纵向和横向续检测方法，包括由P波到S波的连续测震方式，和由连续测震方式所构成的全方位测震传感器及测震方式与信号采集、阀值由小到大设定，即由P波到S波的连续设定与逐级触发报警信号电路构成，减少或弥补测震信号的缺失和来防止误报地震。
[0005] 具体测震分为如下两种测震方式：方式一是采用磁敏元件(6)和
磁性垂体(5)及
弹簧(4)构成全方位测震传感器方式，也可由电位器(10)和电位器轴(9)及通过吊线(1)悬吊在传感器
外壳体之内方式，由图6右则示出。方式二是采用如上述功能相同的测震方式，如由电位器纵波传感器(14或7)或磁敏元件(6)经过吊线(1)与带竿吊垂(3)构成的连动测震方式如图(4、8)示出的对纵波和横波连动测震方案。另外图(5、6)示出的全方位测震方式做成测震专业器件用于测震较容易。
[0006] 上述方法同样可用于居住在震中顶部的因S波缺失造成横波误报及漏报，但必须与阀值设定电路由小到大，即由P波到S波的连续设定及生成逐级连续报警
触发电路的配合才能完成防止漏报，由图十一示出。
[0007] 一种由多种不同检测方式并可选控的报警装置，与录音留言、求救信号发送等功能合为一体的新地震减灾装置发明：其一是提出多种不同测震方式(如图三至图八示出)，可单选或复选这些检测方式，分别组合成各有功能差异的测报模式及组成多种不同的报警装置。如将图六测震方案作为专
门具有捕捉震前征兆功能的检测方式并存于同一纵横双向测震报警装置中，或作为辅助报警功能可调控同存于主报警器中。另外可选控的不同报警模式是通过吊线中途设置的连通或断开机构及滑竿
锁定机构(31)，和在信号采集、阀值设定电路(图11)中的开关(K1.1-K1.3)共同构成可选模式的调控功能。该报警模式的装置可由厂家根据当地设防地震需求或兴趣来选作生产，或由用户来调控不同测报模式满足个人用途需要。
[0008] 其二是在外界声音采集和监听装置中的普通驻极式话筒采用了医用
听诊器原理，把已知的单纯由
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)音膜共同构成的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，设计了固体传导声音传感器(MIC-2)，而且还可将所有
声音信号录入
存储器(经图十四的存储器I/O口)，包括记录地震过程的震动信号和预先录入个人信息等录入功能方案，为日后待查真实的地震全过程数据含被困人的呼救情况等提供了具体方案及实施电路。该电路由放大电路十三与录放模
块和存储电路十四完成。
[0009] 其三是生存状态判别方式及具体措施及多种求救信号发生电路(图十五)和采用不同发射载体控制电路(图十六示出)。该设计前题是因现有通信让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，要比现有手机采用
微波发射对遮挡物的穿透能
力更好，可用普通的小收音机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，其特征是：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辅助方案。
[0010] 本发明多种简单易行的地震报警方法，比用三只横波检波器检测可节省70％成本，由于无须矢量合成即可测定地震烈度并实施报警，而
精度和可靠性都有提高。一种多功能报警装置与录音留言、求救信号发送、和因地震使通信受阻的通信预案，组合成一种功能完善，并具有不同用途可选的减灾装置，将会为防震减灾事业创造积极而又良好的社会效益。另外该测报方法还可用于其它防震减灾装置，如单独构成的地震报警器可广泛应用于地震易发地区的防震减灾。
附图说明
[0011] 图1.是本发明内容总体
框图，在该图中包括两项发明：其一是采用位移传感器测震及报警方法的发明，其二是一种装置的发明，由多种检测方式分别可选的测报装置，与录音留言、求救信号发送及数据存储等功能组合，成为一种多功能防震减灾装置。
[0012] 图2.是已知的地震报警方法和采用三只传感器的横波矢量合成检测方法及测震传感器(检波器)结构剖面示意图。
[0013] 图3.一种采用两只电位器式测震传感器的定量连续测震方案示意图。在图右上方由弹簧(4)与电位器轴(9)相连，轴的另端经吊线(1)与带竿吊垂(3)相连，组成横波检测方式，信号由电位器
端子中信号端子(11-13)输出至测控电路(图11)。在图左下方由电位器壳内置吊垂(3)与电位器轴连动及弹簧组成纵波传感器(14)，这是指图中吊线通断可控机构(31)，为断开时的纵波、横波分别检测方案。当通断可控机构(31)为接通时其特征是：纵波传感器(14)除自身检测纵波之外还接受由带竿吊垂(3)经吊线(1)的连动来连续检测地震横波，则构成全方位测震方式，并通过测控电路(图11)完成对纵波、横波的连续定量测报，是一种具有减少测震信号缺失防止误报及漏报功能的测控方式。至于在图上方电位器式横波测震传感器是否同时选用，由操作者的需求来选择操作测控电路(图11)中开关(K-1.3)状态来
选定的一种可控测报新模式。
[0014] 图4.一种由磁敏元件构成的测震传感器对地震纵波和横波分别定量检测的方案示意图。在图的左边由吊线(1)、磁
铁(5)与磁敏元件(6)构成横波测震方式，该方式是指滑竿锁机构(31)当处在锁定时，弹黄(4)、滑竿及重垂为静止状态。在图右边是由弹簧(4)取代吊线，由滑动轴(8)、
磁铁(5)与磁敏元件(6)构成纵波检测方式，测震信号由磁敏元件中端子(11-13)输出至测控电路。其特征是：一种纵波和横向测震与全方位测震由滑竿锁机构(31)可调控的非接触式测震传感器方式。
[0015] 图5.一种采用磁敏元件构的地震纵波和横波连动定量检测案示意图。该图与图四左边横波检测方案仅是采用弹簧(4)取代吊线(1)，构成的及全方位测震传感器(16)，其特征是：仅有磁垂(5)、磁敏元件(6)、弹簧(4)及测控电路(图11)就能完成对纵波、横波的全方位连续定量测震，是一种可减少信号缺失和防止漏报的测控方式。
[0016] 图6.是采用电位器式传感器进行全方位测震的另一方式示意图。图的左边是一种测震方案示意图，右边是由该方案延伸出的的全方位测震传感器(16)示意图。其特征是：将吊垂(3)
质量体由电位器壳体的外壳(20)取代，在该壳体内置电位器式纵波传感器，并采用吊线悬吊方式以获得水平晃动信号，全方位信号由吊线与电位器(10)及轴电位器(9)和弹簧(4)获得，并可改变壳体(10)的质量大小来满足采集地震纵波和横波频响范围的技术要求，本检测方式同样具有纵横连动检测来减少信号缺及防误报功能，还可用于震前微小震动信号捕捉报警，或作为报警装置中附加或单独构成报警装置等用途。
[0017] 图7.采用悬吊纵波检波器与磁敏式横波感器的即连动又可分测纵波、横波的方案示意图。被悬吊检波器主要检测地震纵波信号，由于横向摆动又可检测到少量纵波信号中部份水平分量或横波信号，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)组成横波检测方式，信号送到横波阀值设定及触发控制电路，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。
[0018] 图8.是由吊线通或断锁定机构(31)，可控来改变测控方式的示意图。在图左边是采用纵波检波器(7)由吊线(1)经过通或断机构(31)与在图右边带竿吊垂(3)相连，吊垂底设有磁性体(5)及磁敏元件(6)构成传感器双向分别检测方式。当吊线通断可控机构(31)选择吊线连通状态时，则由单只纵波检波器(7)独立完成全方位检测方式，此时磁敏式横波传感器是否工作，可由对应的电路(图11中)电源开关(K-1.2)选定，该方式用途与图7相反，主要适应如一晃就倒的玉树的土坯房居民选用。
[0019] 图9.是已知电位器与改为电位器式测震传感器结构对比示意图。左边是已知电位器结构，右边是改为电位器式测震传感器结构。电位器式传感器不同之处是由
螺纹调节轴，改成无螺纹
抛光的随动调节轴(9)。
[0020] 图10.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)。
[0021] 图11.是采用三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。在图最上方表示采用已知的电磁式地震检波器信号直接送入，由四
电压比较器(LM324)组成的电路采集、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12)，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(K1.2-K1.4)供方式转换选用。
[0022] 在图中部表示采用电位器式测震传感器信号采集、阀值设定及触发信号输出电路。在图中采用测震信号先由
运算放大器中的(A1)输入，经(A1)放大后由电位器(WR-5)输出到运放A2至A4组成三个通道的电压比较器分级触发控制电路，分别由
电阻及电位器(VR与WR)组成由小到大三种报警阀值设定电路，并根据采集纵波信号由小到大分别送至报警执行电路中对应报警通道。
[0023] 在图最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12)，但须说明的是阀值定应由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，以及由模拟震动检验校准。
[0024] 图12.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十一的信号由小到大分级输出端，通道数量可据图十一分级报警所需增减。
[0025] 图13.外界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。
[0026] 图14.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。或通过存储器(23)的双向数据I/O端将地震采集信号经AD转换存入存储器中待用。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。
[0027] 图15.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，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)组成的调频电路，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)就可由此转换到图十三中录放声音选择开(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。
[0028] 图16.选择不同发射载体控制电路原理示意图。在图中仅表示由发送电路电源转换开关(K-6)，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。
[0029] 图17.是不同
震源深度与不同
震中距比值的P波报警总量缺失示意图。在图左边表示当震源深度为100公里时，在离震中距为10公里处测得的P波中水平分量仅为横波的5％，即是忽略也不影响P波报警精度。在图右边描述的如同是2010年12月20日在伊朗发生的6.3级地震，震源深仅为5公里的浅源地震，在离震中距为5公里处测得的P波信号中水平分量占总量的30％缺失，在10公里处(水平分量)占总量50％缺失，在15公里处约占总量70％缺失。也可来等效“5.12”汶川大地震情况，若设定震源深度约为70公里时，在相距(三倍震中距)200公里处的甘肃文县震感强烈，而P波到达文县要比S波早约25秒，提前25秒报警很值得利用！但由于P波信号总量缺失70％太可惜！而这又是一种随震源深度变化莫测的物理量，让人无法预料！当报警阀值设定偏低时会产生无效的误报，会让人对报警失去信心，偏高时会漏报，后果更不可涉想，另外误报有时还会与地质构造、地震类型及其它因素相关。
[0030] 图18.是采用纵横连动测报方法和不同测控模式并存及可选的多功能减灾装置
实施例示意图。其中在图中并存有纵波测震传感器(14)，纵波传感器经过吊线及吊线连通或断开机构(31)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案或称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等。
[0031] 在图中标记：1.吊线或吊链、索链，2.导电定位环或电磁线圈，3.吊垂、摆垂、重垂(含带竿摆垂)，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)，7.已知地震测震检波器(分为纵波Pn及横波Sn如S1、S2、S3检波器)及其测震传感器，8.
滑轮及滑动部件9.传感器可动部件包括电位器滑动轴，10.测震传感器固定静止部件(含电位器壳)，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、横波连动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外壳，22.语音录放模块，23.存储器，24.音频发生器，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.已知矢量合成及测控报警电路，31.吊线连通或断开及滑竿锁定机构。
具体实施方式
[0032] 实施例1.一种测震报警方法的实施，如选用图3～8中的任意一款尤其是虚线匡内标记(16)传感器均可完成。此选图五示出由磁敏元件(6)与在下方的磁性吊垂(5)及弹簧(4)构成的全方位测震传感器(16)，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)来连动(连续)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11)，(该电路的阀值定是由P波小信号提示到P波有险报警及S波有险报警为止的连续设定很重要！)经由图十一送至报警执行电路(图12)完成因测报信号缺失造成误报或漏报的测震报警新方法。当然知道了测报信号缺失原因也可采用分别检测地震纵波和横波信号，再进行
叠加的方法也可作为方法之二，只因电路更为复杂和不太赞同故不再例举！
[0033] 一种防震救灾装置实施例。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装置的实施如图18示出：在图中由全方位磁敏式测震传感器(16)位装置中，主要表述测报警装置中首先是由一种采用纵横连动测报方法的存在。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连通或断开机构(31)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案或称并存于一个测震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开关(K-1)及支路开关(K1.1-K1.3)构成可选模式的调控功能及与相关电路的连接，如由图十二示出完成分级报警等。另外在该装置中也可增加作为地震前兆捕捉附加其它报警方式。以及采用独特声响(如语言)及彩色灯光作为独立的辅助提醒报警，可分设独立开启控制开关等已知技术略述。
[0034] 其二是外界声音采集和监听及录音留言实施由图13及图14示出即完成。
[0035] 其三是生存状态判别和求救信号发送由图15及图16示出完成，可参照附图说明实施即可。共同构成一种新的防震减灾装置的实施，上述内容适宜称为“地震减灾黑匣子”的设计。
