专利名称：高层建筑地震检测预警装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种能监测高层建筑地震等级的装置，能够消除楼层高度不同而带 来的干扰，实时的对地震等级进行显示，并且通过闪光和响铃方式进行预警提醒的地震检 测装置。
背景技术：
随着地壳板块活动的剧烈，地震已经成为当今世界发生较为频繁的自然灾害。地 震与其他自然灾害不同，地震发生较突然难以提前预测，而且地震具有较大的破坏能力，会 给人们的生命财产带来较大的危害。前年我国发生的四川汶川大地震和去年海地发生的地 震，给人们带来了巨大的损失，人员伤亡严重。在分析具体原因时，除了不可避免的自然原 因外，还有很多主观原因导致了损失的严重，比如说人们对地震的认识不够、人们在高度紧 张状态下判断能力减弱和反应变缓等原因，这一系列原因会导致人们错过最佳逃生时机， 引起严重的伤亡。特别是如果地震发生在夜晚，人们在熟睡中将无法感知和判断地震的发 生，从而无法采取有效地避险行动。所以设计一个有效的地震检测提醒装置十分必要。现在市场上也有一些简单的地震检测装置，一些由于灵敏度较低，导致无法及时 正确的检测地震等级；一些或者过于灵敏，以至于无法排除外界的一些非地震因素的干扰， 所以这些简单的地震检测装置误报率较高。而较为先进的地震检测装置一般用于专门的地 震检测部门，不适合在一般城市建筑中推广。
发明内容在上述的背景下，本实用新型提供了一种能在普通民用建筑中推广的地震检测预 警装置，能够快速、准确的检测出地震的振动级别，并且能够在超过设定的安全振动级别 后，通过响铃和闪光方式提醒建筑物中的人们及时逃离到安全地带。同时，根据楼层高度不 同，可以通过振幅调节装置来调整压电陶瓷片的自由运动幅度，控制压电陶瓷产生的电压 信号，从而消除因为楼层高度变化而带来的干扰。本实用新型主要由压电检测模块、信号处理模块，显示模块和预警模块组成。各模 块的主要电路组成及工作特点如下压电振动检测模块该模块由悬臂压电陶瓷片和振幅调节器构成，用于检测在地 震发生时给楼层带来的振动大小，并将振动信号转换成电压信号传递到下一级模块。根据 楼层高度的不同，可以通过振幅调节器来调整压电陶瓷片的自由运动幅度，从而消除楼层 高度不同带来的干扰。信号处理模块这一部分主要包括整流电路、放大电路、信号比较电路和A/D转换 器。整流电路主要是将交变电压信号转换成直流信号，然后经过放大电路将微小的电压信 号放大，并将放大后的电压信号传递给信号比较电路和A/D转换器。信号比较器通过将输 入电压信号与设定的电压信号比较，输出比较结果到下一级模块，同时A/D转换器将这种 模拟电压信号转换成数字信号传输到下一级。[0008]显示模块主要由译码显示电路构成，上一级A/D转换器输出的数字信号，经过译 码器译码，译码后信号输入给半导体数码管进行显示，这样可以更直观的观测楼层振动幅 度， 从而做出正确判断。预警模块此模块主要由响铃、闪光装置和数字开光等组成，这个模块主要由数字 开关来控制电路的开断，而数字开关由上一级信号比较器输出的电压比较结果来控制，当 振动产生的电压超过设定的安全电压范围时，数字开关将接通预警电路，通过响铃和闪光 的方式提醒楼层中的人员进行疏散。本装置的主要工作机理为本装置安装在建筑物的不同楼层的墙壁上，在地震发 生的时候，会引起装置中的悬臂压电陶瓷片的振动，从而产生交变的电压信号(由于楼层 高度不同，针对不同楼层装置中压电陶瓷片产生的电压信号不一样的问题，可以通过调节 振幅调节器来消除这中干扰)。该电压信号经过信号处理模块中的整流电路进行整流，然 后传输到放大电路，将微小的电压信号放大。并将放大后的电压信号传递给信号比较电路 和A/D转换器。信号比较器通过将输入电压信号与设定的电压信号比较，当输入电信号大 于设定安全电压信号时，比较器输出结果为1，当输入电信号小于设定电压时，比较器输出 为0，并将此结果输入到预警模块中的数字开关，数字开关将在输入为1时接通(为0时断 开)预警电路，通过响铃和闪光的方式提醒楼层中的人员进行疏散；同时A/D转换器将这种 模拟电压信号转换成数字信号输入到显示模块，显示模块通过译码显示电路，将信号进行 译码后通过半导体数码管进行地震强度的显示。本实用新型的可推广性分析这个高层建筑地震检测预警装置能在检测地震强度 的同时，对超过安全范围的振动进行快速的响铃和闪光预警，及时提醒人们进行疏散。而且 根据楼层高度不同，可以通过振幅调节装置进行调整，从而可以在不改变主体电路的情况 下，消除楼层高度引起振幅变化带来的干扰。本装置结构简单、反应灵敏，能够较大情况的 消除外部干扰，适用于城市高层建筑。
图1高层建筑地震检测预警装置原理框图图2悬臂压电陶瓷振动检测片结构图图3振幅调节器结构简图图4桥式整流电路原理图图5放大电路原理图图6A/D转换器电路原理图图7信号比较电路原理图图8译码显示电路原理图图9预警装置原理图图中各标记为1为压电检测装置、2为信号处理装置、3为预警显示装置、4为振动 片固定端、5为压电陶瓷震动片、6为基底金属片、7为塑料的限位垫、8为电压比较电路、9为 寄存电路、10为代码转换电路、11为比较器、12为闪光装置、13为响铃装置。
具体实施方式
下面将结合附图实例，对本实用新型进行进一步说明。如图1所示，高层建筑地震检测预警装置由压电振动检测装置，包括压电陶瓷振 动片和振幅调节器；信号处理装置，包括整流电路、放大电路、信号比较电路和A/D转换器； 预警显示装置，包括警电路和译码显示电路构成。悬臂压电陶瓷振动检测片结构如图2所示，振动检测片工作机理是在受到振动 时，能够把振动的机械能转换为电能，产生相应的电信号。其主要由支撑底座进行固定，而 振动检测片采用中间以0. 4mm的金属基底层，上下两层各0. 3mm的压电陶瓷片组成，这样可 以在同样的振动情况下提高电压信号的产生量，从而增加装置的灵敏度，同时通过金属基 底层可以提高振动检测片的力学性能。图3为振幅调节器的结构简图，其主要作用是通过其塑料限位垫来控制振动检测 片的自由运用的长度，从而控制电压信号的产生。振幅调节器可以通过与外部装置连接进 行自动或者手动调节，可以根据楼层高度与振动幅度的关系，计算出相应的变化刻度显示 在外壳上，这样可以更直观的调节装置的振动幅度，从而消除楼层高度变化带来的干扰。由于振动检测片产生的电信号为交变信号，所以我们可以通过桥式整流电路来将 电信号转换为直流信号，如图4。振动检测片输出交变电压信号Va，经过桥式整流电路输出 直流电压信号Vi，并传输到下一级装置。桥式整流电路由四个半导体二极管组成，结构较为 简单。放大电路原理图如图5，经过整流后的电信号输出到放大电路，将微小的电信号放 大，传输到下一级工作装置。放大电路中采用NPN型的半导体三极管(BJT)，输入端交流电 压Vi通过电容Cbl加到BJT的发射结，从而引起基极电流iB的相应变化。iB的变化使集电极 电流ij逭之而变化。的变化量在集电极电阻Rc上产生压降。集电极电压V。E = Vrc-icRc， 而的变化与恰好相反。Vce的变化量经过电容Cb2传送到输出端成为输出电压Vo。选 择合适的参数，即可得到合理的输出电压Vo。图6是A/D转换器的电路原理图，其主要是将放大电路输出的模拟信号转换为数 字信号。本装置采用的是并联比较型A/D转换器，它由电压比较器、寄存器和代码转换器三 部分组成。它将输入的模拟信号Vo转换成数字信号并分别输出d0、dl和d2数字量。图7为信号比较电路原理图，将上级装置Vo与安全电压Vsafe进行比较，由比较结 果来控制数字开关。这个电路组要由电压比较器组成，当Vo大于Vsafe时，比较器输出信号 1 (高电平)，数字开关接通；当小于Vsafe时，输出信号O (低电平)，数字开关保持原状态。译码显示电路如图8所示，它能够将输入的三位数字信号dO、dl和d2进行译码， 然后分配到半导体数码管上进行显示。本装置采用了 7448译码器，并将其最高位的A3管 脚接零电平，其他d2与A2相接、dl与Al连接、dO与AO相接。在工作过程中，Vcc采用5V 的直流电压，译码后的信号合理分配到Ya Yg管脚上，并与半导体数码管BS201A连接，并 显示出相应的地震强度。图9为预警装置原理图，预警装置主要由闪光装置(发光二极管)和响铃装置构 成，外部采用220V交流电压，通过变压装置来保证工作电流满足响铃和发光二极管的工 作。当数字开关接通时，预警装置正常工作；当开关断开时，装置停止工作，从而起到在危险 时刻预警的作用。
权利要求1.高层建筑地震检测预警装置，其特征在于本装置包括压电振动检测模块该模块由悬臂压电陶瓷片和振幅调节器构成，用于检测在地震发 生时给楼层带来的振动大小，并将振动信号转换成电压信号传递到下一级模块，根据楼层 高度的不同，可以通过振幅调节器来调整压电陶瓷片的自由运动幅度，从而消除楼层高度 不同带来的干扰；信号处理模块这部分包括整流电路、放大电路、信号比较电路和A/D转换器，整流电 路是将交变电压信号转换成直流信号，然后经过放大电路将微小的电压信号放大，并将放 大后的电压信号传递给信号比较电路和A/D转换器，信号比较器通过将输入电压信号与设 定的电压信号比较，输出比较结果到下一级模块，同时A/D转换器将这种模拟电压信号转 换成数字信号传输到下一级；显示模块由译码显示电路构成，上一级A/D转换器输出的数字信号，经过译码器译 码，译码后信号输入给半导体数码管进行显示；预警模块此模块由响铃、闪光装置和数字开光组成，这个模块由数字开关来控制电路 的开断，而数字开关由上一级信号比较器输出的电压比较结果来控，当振动产生的电压超 过设定的安全电压范围时，数字开关将接通预警电路，通过响铃和闪光的方式提醒楼层中 的人员进行疏散。
专利摘要本实用新型是一种用于高层建筑地震等级检测及预警的装置，其主要由压电检测模块、信号处理模块、显示模块和预警模块组成，在地震发生的时，装置中的悬臂压电陶瓷片将产生振动，从而产生电压信号，该电压信号经过信号处理模块中的整流电路进行整流，然后传输到放大电路进行放大，并将放大后的电压信号传递给信号比较电路和A/D转换器，信号比较器将输入电压信号与设定的电压信号进行比较，并将结果输送到预警模块中的数字开关，由数字开关来控制预警电路，通过响铃和闪光的方式提醒楼层中的人员及时疏散，同时A/D转换器将这种模拟电压信号转换成数字信号输入到显示模块中的译码显示电路，将数字信号译成相应的地震等级进行显示。
文档编号G01H11/08GK201838143SQ201020281909
公开日2011年5月18日 申请日期2010年8月5日 优先权日2010年8月5日
发明者张志鹏, 李培, 李松松, 韩雪 申请人:张志鹏, 李培