CN101872534B - 磁悬浮地震报警器 - Google Patents

Abstract

本发明为磁悬浮地震报警器，涉及到电磁学、地球物理学和自然防灾领域。通过基于磁悬浮效应的报震开关设计，以磁悬浮报震开关为核心部件的、由蜂鸣器、LED灯和串联直流电源组成的多功能地震报警电路的构建，以及调整磁悬浮球的平衡位置，以确定地震报警等级等项技术措施，可在破坏性地震到来之前的数秒内，提前对地震的纵波检测，并通过蜂鸣器和LED灯等声光元件进行不间断的、人工可控的声响、光电或声响-光电联动报警，使设备的持有者即使在电网停电的情况下也可及时避震或呼救，以避免不必要的伤亡。本装置为便携式、体积小，重量在250克左右，适用于家庭，对地震报警网络也适用。在电网停电的情况下也可使用，正常工作期间，不耗电。

Description

磁悬浮地震报警器

所属技术领域

本发明涉及到电磁学、地球物理学和自然防灾领域。

背景技术

本发明磁悬浮报警器是一种基于电磁效应的对地震产生的纵波(S波)报警装置，可在破坏性地震(横波，即P波)到来之前的数秒内，利用声响提前报警，借助照明逃生。一旦持有装置者被倒塌的建筑物掩埋，还可以利用声响向外界呼救，以便及时得到救助。

近几年来，地震频发，破坏力巨大，引起国人，特别是相关的工作者高度关注。为应对这一自然灾害，纷纷献计献策，地震报警器就是在这一背景下的产物。打开专利数据库，可以发现，关于这一发明不下200余种。从其功能和结构原理来看，大致可分如下几种：

1)多功能型，集防盗门报警器，门铃转换及地震报警于一体的装置；单一功能型，如地震应急灯、地震蜂鸣器等；也有复合型，照明与音响兼备，如声光报警器等；

2)从检震元件来看，多采用市售的传感器，如加速度传感器，压电式传感器和光纤光栅传感器等，这种以传感器为核心的报警器多用在地震报警网络中，配以控制电路，检测电路，结构复杂，价格昂贵，并在实时监测中与电源相连，耗费一定的电能；

3)基于地震效应，自行设计的机械式开关，如落锤式，滚动圆球式，摆线式、平衡盘和触丝式等，这些机械元件受到震动，按预定的运动方向和轨迹移动，接通电源，使蜂鸣器或照明器导通工作。这种装置结构简单，成本低，适用于家庭，但这种装置的移动元件与电路触点不能牢固相接，特别是处于工作状态的这种装置若移动，将使其发声和照明断续。另外，由于机械部件较多，体积相对较大；

4)关于磁力开关，有一份申请专利，发明者为高达山；高祯；高鸽。该实用新型提供一种多功能磁性地震报警器，主要由电铃和报警触发装置组成。触发装置包括：由三至四根立柱和连接在立柱顶部的绝缘顶板，以及连接在立柱下部的凹缘圆心铁板构成的塔式架，通过绝缘顶板的中心孔悬挂一条金属链，其下端系一个圆锥体磁铁，磁铁悬吊于凹缘圆心铁板之中，与铁板无接触，保持一定距离，从而形成触发接点。这一结构可以实现电铃连续发声，但它所测得的是横波，而不是纵波，较后者缺乏10余秒的预警功能。

综上所述，目前所开发的地震报警器种类繁多，结构各异，对地震均有示警功能，但存在如结构复杂、报警信号不连续、报警不及时、待机过程中消耗电能等问题，所以，至目前为止，尽管地震频发，但众多的报警器在实际中发挥作用的报道却很少。为此，开发一种构思新颖、结构独特、多功能、节能并有广泛适用性的新型地震报警开关是十分必要的。

发明内容

要解决的技术问题：

本发明为在既定的报震地震等级下针对地震的纵波及时声光报警，以提醒使用者及时脱离现场、避免不必要的伤亡，而研发了一种基于磁悬浮效应的地震报警装置，要解决的技术问题如下：

1)设计基于磁悬浮效应的报震开关；

2)构建以磁悬浮报震开关为核心的多功能地震报警电路；

3)组装、调试磁悬浮报震装置，以确定地震报警等级。

采用的技术方案：

采用以下技术方案，以解决上述技术问题：

1)磁悬浮报震开关结构设计：

根据磁学同性相斥、异性相吸基本原理所设计的磁悬浮系统如图1所示。放置在非磁性管中的磁性球体，受到放在塑料管中的磁棒的引力、自身重力和来自于磁性弹簧的弹力，而悬浮在平衡点处。

当系统受到来自地震引发的振动时，球体离开平衡位置，作上下往复运动，当其与磁棒靠近时，被吸引，与其间的两个常开式金属触点相接，使电源和蜂鸣器和照明灯的驱动电路接通，实现声、光或声-光报警。

报警结束后，通过外接开关的闭合，对缠绕在非磁性管上的绕组通电，产生反向磁场，使磁悬浮球脱离触点而复位(图中未画)；

2)多功能地震报警电路设计：

为实现声、光或声-光联合报警、照明逃生以及音响呼救，如图2所示的地震报警电路由磁悬浮报警开关、蜂鸣器、LED照明灯和直流电源构成。蜂鸣器和LED照明灯驱动电路并联，通过报震开关由直流电源供电。平时，因磁悬浮开关的触点为常开式，蜂鸣器和LED灯开路，不动作。当磁悬浮报警开关的常开触点被磁悬浮球短接时，蜂鸣器和LED灯被接通、报警。

蜂鸣器为装置中的音响执行元件，有源电磁式，与之匹配的驱动电路是自激式有源驱动模块。

LED照明灯为高亮度发光二极管，与之匹配的是市售的LED灯的供电驱动模块。

直流电源分别为蜂鸣器和LED灯供电，

此外，在蜂鸣器和LED照明灯的驱动电路各放置一个开关K₁和K₂，供报震开关闭合时，可使这两个元件分别开断。K₃为磁悬浮球复位开关。

3)磁悬浮报警器组装、调试：

将图2所示的元器件按一定顺序连接，组装在箱体内，并通过激振器(地震模拟平台)，对放置在非磁性管内的磁悬浮球位置进行调试，即通过调节磁棒和磁悬浮球间距离，以确定装置在哪一个震级下报警。报警震级是可调的，考虑到本装置多用于家庭场合，在较低的震级下报警不会造成社会影响，且有较大的安全裕度，定为三级地震报警。

有益效果：

与上述的200多项专利相比，本发明专利具有以下创新性：

1)所测的是纵波，为使用者赢得10余秒的逃生时间；

2)照明、声响联动，不间断，具有报警、逃生照明和呼救三位一体功能；

3)报震元件既不是市售的传感器，也不是机械式元件，而是一个磁悬浮球，结构既简单，造价成本又低；

4)无地震时，照明和音响电路开路，不耗电，只有在地震时，电源才接通，为照明和音响供电；

5)本发明适用于家庭，也适用于地震报警网络。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是磁悬浮报震开关结构图

图2是多功能地震报警电路框图

图1中，1为距离可调的磁棒，2为塑料管，3为塑料盘，4为金属触点，5为非磁性管，6为磁悬浮球，7为磁性弹簧。

图2中，1为金属触点，2为非磁性管，3为绕组线圈，4为直流电源，5为LED灯及其驱动模块，6为蜂鸣器及其驱动模块，7、8和9分别为绕组线圈.LED灯和蜂鸣器开关。

具体实施方式

1)磁悬浮报震开关

在图1所示的磁悬浮报震开关中，非磁性管长度为14cm，管径为1cm，内置的磁悬浮球直径为0.8cm，与之相对放置的磁棒长度为2cm，外径为1cm。在磁悬浮球上方放置在绝缘管中的常开式触点间距为0.3cm。

缠绕在非磁性管上的绕组线为500匝，线径为0.03cm，当在绕组两端施加4.5V直流电压时，绕组线中产生的反向磁场使磁悬浮球脱离触点、复位。

2)多功能地震报警电路

除了上述的磁悬浮报警开关外，蜂鸣器、LED灯和电池组的参数为：

蜂鸣器：额定电压4.5V，额定电流小于35mA，声频电压大于85dB；

LED灯：额定电流小于100mA，额定电压4.5V，功率为3W；

直流电源：3节5号电池，采用串联分压供电方式，总输出电压为4.5V，分别为LED灯、蜂鸣器和绕组线圈供电。

线路中开关K、K₂和K₃分别为蜂鸣器、LED灯和绕组线圈的控制开关。

3)磁悬浮报警器的组装与调试

将LED灯、蜂鸣器和磁悬浮报震开关以及直流电源从上至下依次排列，放置在箱体内。箱体为圆柱型，长度为14.1cm。

4)设备使用方法：

(1)将装置垂直地放置在无(或微小)震动的桌面上，切勿倒置，且远离家用电子设备：

(2)闭合开关K3，使磁悬浮球复位，然后将K3打开，使绕组线圈处于开断状态；

(3)闭合开关K1和K2，使蜂鸣器和LED灯处于工作状态；

(4)报震时，蜂鸣器和LED灯同时工作。打开K1，蜂鸣器停止工作，再闭合，继续工作；打开K2，LED灯停止工作，再闭合，继续工作；

(5)报震结束，重复(1)和(2)，设备恢复正常工作状态。

Claims (6)

1.一种磁悬浮地震报警器，由磁悬浮报震开关、蜂鸣器、LED灯和直流电源组成；其特征是：通过磁悬浮报震开关采集到地震引发的纵波信号，传送到蜂鸣器和LED灯，发出声、光或声-光联动报警信号，使该报警器的持有者及时避震或发出求救信号，以避免造成不必要的伤亡；所述磁悬浮报震开关为一个对地震纵波响应灵敏的磁悬浮球系统，正常状态下，置于非磁性管的磁悬浮球，受到放在塑料管中的磁棒的磁力、自身重力和磁性弹簧的弹力的作用而停留在平衡点处，当受到地震引发的纵波作用时，球体失去平衡，作上下往复震动，被停留在磁悬浮球上方的磁棒所吸引，与常开触点相接，导致蜂鸣器和LED灯动作、发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的磁悬浮地震报警器，其特征是：在非磁性管的底部以及上部分别放有一磁性弹簧和磁棒，以维持磁悬浮球的平衡。

3.根据权利要求1所述的磁悬浮地震报警器，其特征是：由磁悬浮球短接常开触点所发出的声、光或声-光联动报警信号是持续的、且通过K1和K2开关可控。

4.根据权利要求1所述的磁悬浮地震报警器，其特征是：在报震结束后，可通过缠绕在非磁性管上的绕组线圈通以直流电源所产生的反向磁场使磁悬浮球复位。

5.根据权利要求1所述的磁悬浮地震报警器，其特征是：通过调节磁棒的位置确定报警的地震等级。

6.根据权利要求1所述的磁悬浮地震报警器，其特征是：所述报警器在正常工作状态，报警器内的各部件不需要外部电源或内置电池供电。

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