ПРИБОР ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G01V1/16 

Изобретение относится к сейсмическим приемникам и может быть применено для оповещения населения о землетрясении.

Известны сейсмические приборы общего типа, позволяющие выделить необходимые компоненты упругих колебаний и провести регистрацию сейсмических колебаний на магнитной ленте или с помощью самописцев [1].

Наиболее близким техническим решением является прибор для регистрации землетрясения, содержащий вибродатчик, блок звуковых сигналов, звуковой излучатель, соединенные последовательно, а также источник питания и ряд дополнительных элементов, подсоединенные к указанным блокам определенным образом [2].

Прибор позволяет максимально быстро оповестить индивидуального потребителя о факте землетрясения, сила которого выше заранее установленного порога срабатывания прибора.

Недостатками прибора являются: неудобство установки требуемого порога чувствительности вибродатчика, ненадежность конструкции средства для регулирования чувствительности вибродатчика, невозможность оперативной идентификации по звуковым сигналам тревоги ранее выставленного порога срабатывания прибора при нахождении пользователя и удалении от прибора или в темноте. Для принятия решения и выработки плана дальнейшего поведения, адекватно отвечающего сейсмической обстановке, пользователь должен затратить дополнительное время в указанных выше условиях.

Прибором не могут пользоваться люди с плохим слухом.

Задача, решаемая изобретением - повышение эксплуатационных характеристик прибора.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, повышение точности регистрации землетрясения относительно заданного его уровня, расширение диапазона силы регистрируемых прибором землетрясений, формирование звуковых и световых сигналов соответствующих порогу срабатывания вибродатчика прибора.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном приборе для регистрации землетрясения, содержащем вибродатчик, подключенный к его выходу входом блок звуковых сигналов, звуковой излучатель, подключенный к выходу блока звуковых сигналов, источник питания, первый переключатель, конденсатор блокировки, времязадающую цепь, причем первый вывод источника питания подключен к общему проводу, а второй, через первый переключатель, к первому выводу конденсатора блокировки, второй вывод которого подсоединен к общему проводу, первый вывод конденсатора блокировки подключен к входу питания блока звуковых сигналов и через резистор времязадающей цепи - к входу блока звуковых сигналов, который через конденсатор времязадающей цепи подсоединен к общему проводу, вибродатчик выполнен в виде пружинящей пластины, один конец которой закреплен на диэлектрическом основании, а другой снабжен подвижным контактом, являющимся выходом вибродатчика и установленным с зазором относительно первого контакта, причем пружинящая пластина снабжена средством для регулирования зазора, а подвижный контакт размещен на пружинящей пластине с возможностью его замыкания с первым контактом при перемещении пружинящей пластины, согласно изобретению дополнительно введены, по крайней мере, один дополнительный контакт, установленный с зазором относительно подвижного и первого контактов, второй переключатель, вход которого подключен к общему проводу, а выходы - к первому контакту и дополнительному контакту, а дополнительный контакт выполнен с возможностью замыкания с подвижным контактом.

Возможные варианты выполнения прибора, в которых целесообразно, чтобы:
дополнительно был введен третий переключатель, выполненный с возможностью синхронного переключения с вторым переключателем, подключенный к второму входу блока звуковых сигналов;
дополнительно был введен четвертый переключатель, выполненный с возможностью синхронного переключения с вторым переключателем, выход которого подключен к первому входу блока звуковых сигналов, дополнительные конденсаторы времязадающей цепи, выходы четвертого переключателя подключены через дополнительные конденсаторы времязадающей цепи к общему приводу;
дополнительно был введен блок световых сигналов, вход питания которого подключен к первому выводу конденсатора блокировки, а второй вход - к выходу синхронизации блока звуковых сигналов.

Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения станут понятными во время последующего рассмотрения приведенных примеров осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 изображен первый вариант прибора; на фиг. 2, 3 - варианты конструкции вибродатчиков; на фиг. 4 - второй вариант прибора.

Прибор для регистрации землетрясения (Фиг. 1) содержит вибродатчик 1, подключенный к его выходу входом блок 2 звуковых сигналов, звуковой излучатель 3, подключенный к выходу блока 2 звуковых сигналов, источник питания 4, первый переключатель 5, конденсатор блокировки 6, времязадающую цепь включающую в себя резистор 7 и конденсатор 8 времязадающей цепи.

Указанные блоки и элементы конструкции прибора имеют те же функциональные связи, что и у прототипа. Из конструкции прибора исключен диод, который при необходимости может быть включен в состав блока 2 звуковых сигналов для защиты выхода из строя его элементов при неправильном подключении источника питания 4, например усилителя мощности.

Вибродатчик 1 (фиг. 2, 3) выполнен с пороговой чувствительностью уровня вибрации в форме маятника - пружинящей пластины 9, один конец которой закреплен на диэлектрическом основании, например на печатной плате прибора, а другой снабжен подвижным контактом 10, являющимся выходом вибродатчика 1 и предназначенным для подключения к выходу блока 2 звуковых сигналов. На фиг. 2, 3 клемма подключения к подвижному контакту 10 обозначена символом О_а.

Подвижный контакт 10 установлен с зазором относительно первого контакта 10 с возможностью его замыкания с первым контактом 10. На фиг. 2, 3 клемма для подключения первого контакта 10 обозначена символом I_a или IIa

Пружинящая пластина 9 выполнена токопроводящей и имеет противовес 11.

Собственная резонансная частота маятника вибродатчика 1 определяется длиной и упругостью пружинящей пластины 9 и массой противовеса 11.

На фиг. 2, 3 также изображены средство 12 для регулирования зазора 13 между подвижным и первым контактами 10, монтажный уголок 14, контргайка 15, крепежный винт 16.

В конструкцию прибора дополнительно введены, по крайней мере, один дополнительный контакт 10, показанный на фиг. 2, 3 в виде нескольких дополнительных контактов 10. Клеммы для подключения к этим контактам 10 узлов прибора обозначены символами
.

Дополнительный контакт 10 установлен с зазором 13 относительно подвижного и первого контактов 10 и имеет возможность его замыкания с подвижным контактом 10. Величина зазора 13 определяет порог срабатывания вибродатчика 1 по отношению к уровню вибрации.

Дополнительный контакт 10 может быть расположен несимметрично (фиг. 2) или симметрично (фиг. 3) по отношению к подвижному контакту 10(О_а). В качестве возможного варианта несимметричного расположения контактов 10 может быть использовано одностороннее, относительно подвижного, расположение контактов 10, например снизу или сверху.

Дополнительный контакт может быть выполнен в виде токопроводящих пружинящих пластин или пружинящих проволочных контактов 10.

Собственная резонансная частота дополнительных контактов 10 должна быть выше резонансной частоты маятника вибродатчика 1.

На фиг. 2, 3 также показаны элементы крепления первого контакта 10 и дополнительного контакта 10 - диэлектрические прокладки 17 с винтами крепления 18.

Прибор также содержит второй переключатель 19 (фиг. 1), вход которого подключен к общему проводу, а выходы - к первому контакту 10 и дополнительному контакту 10.

На фиг. 1 блок 2 звуковых сигналов выполнен в виде двух связанных мультивибраторо: тактового мультивибратора, собранного на элементам DD1, DD2, и звукового мультивибратора - на элементах DD3, DD4 микросхемы V3 и усилителя мощности на транзисторе VT1.

В качестве звукового излучателя 3 используется громкоговоритель BA1.

Работает прибор следующим образом.

При замыкании контактов первого выключателя 5 (SA1) напряжение питания подается на блок 2 звуковых сигналов и резистор 7 времязадающей цепи.

В процессе зарядки, через резистор 7, конденсатора 8 времязадающей цепи на вход блока 2 звуковых сигналов поступает изменяющееся напряжение. В некоторый момент времени значение напряжения на входе блока 2 достигает порога, соответствующего переключения элемента DD1. До указанного переключения тактовый и звуковой мультивибраторы генерируют сигналы, которые усиливаются усилителем мощности, выполненным на транзисторе VT1, и излучаются громкоговорителем BA1.

Посредством данного сигнала потребитель контролирует состояние источника питания 4.

После завершения звукового тест-сигнала прибор переходит в режим ожидания землетрясения. В этом режиме потребление электроэнергии осуществляется за счет блока 2 звуковых сигналов. При выполнении блока 2 звуковых сигналов на логических элементах КМОП серии потребляемый прибором ток составляет порядка 3-4 мкА, обеспечивая экономичный режим электропотребления.

При землетрясении подвижный контакт 10 вибродатчика 1 отклоняется относительно практически неподвижных первого и дополнительного контактов 10 и, упруго взаимодействуя, замыкается с ними.

В результате разряда на общий провод конденсатора 8 времязадающей цепи через замкнутые контакты 10 и второй переключатель 19 на выходе вибродатчика 1 происходит резкий перепад напряжения и блок 2 формирует звуковой сигнал тревоги. Переключая второй выключатель 19 можно изменять чувствительность вибродатчика 1.

Особенностью конструкции вибродатчиков 1, изображенных на фиг. 2, 3, является свойство демпфирования собственных резонансных колебаний маятника вибродатчика 1 и возможность реализации в малогабаритном корпусе прибора вибродатчика с широким диапазоном силы регистрируемых землетрясений.

Точность регистрации землетрясений относительно заданного его уровня повышается за счет неизменности в процессе эксплуатации прибора лабораторно выставленных зазоров 13. Зазор 13, соответствующий минимальной силе землетрясения, например 0,5-1,0 балла, выставляется средством 12 для его регулирования.

Необходимость в переключении чувствительности вибродатчика 1 обусловлена различными сейсмическими условиями мест эксплуатации прибора. Например, в сейсмически активных районах, где преобладают вулканические не сильные, но частые землетрясения, или в городских условиях вблизи трамвайных или метро линий, порог срабатывания прибора целесообразно установить на уровне 2-4 баллов - для исключения "ложных" предупредительных сигналов, а в районах тектонических - наиболее опасных землетрясений целесообразно установить порог срабатывания прибора на уровне 0,5-2,0 баллов.

При использовании в качестве звукоизлучателя 3 высокоомного пьезоизлучателя усилитель мощности может быть исключен.

Звукоизлучатель может быть подключен к выходу элемента DD4 или между входом и выходом элемента DD4 (фиг. 1). Последний вариант также обеспечивает дополнительное увеличение громкости сигналов тревоги, поскольку эти сигналы складываются противофазно на звукоизлучателе 3.

Повысить эксплуатационные показатели прибора можно путем введения в его конструкцию третьего переключателя 20, четвертого переключателя 21 с дополнительными конденсаторами 22 времязадающей цепи, блока 23 световых сигналов (фиг. 4).

Третий переключатель 20 выполняется с возможностью его синхронного переключения с вторым переключателем 19. Он подключается к второму входу блока 2 звуковых сигналов и решает задачу обеспечения возможности идентификации сигналов тревоги относительно выставленного уровня порога чувствительности вибродатчика 1.

На фиг. 4 изображен один из возможных вариантов схемотехнической реализации прибора, в котором третий переключатель 20 осуществляет коммутацию дополнительных конденсаторов 24 тактового и звукового мультивибраторов.

Прибор (фиг. 4) работает в соответствии с вышеописанным алгоритмом, формируя звуковые сигналы тревоги, параметры которых, например частота звукового сигнала f и частота его повторения F, являются функциями порога срабатывания вибродатчика 1, так как второй переключатель 19 и третий переключатель 20 синхронизированы. Например, землетрясению силой в 1 балл соответствует сигнал тревоги, у которого f=500 Гц, F=1 Гц, а землетрясению силой в 5 баллов - сигнал с f=2000 Гц, F=0,3 Гц и т.д.

При подобной организации формирования сигналов тревоги даже в том случае, если пользователь прибором не помнит какой порог чувствительности он выставил, например год назад, то по форме звуковых сигналов он может быстро сориентироваться и, например, оперативно покинуть помещение.

Блок 2 звуковых сигналов (фиг. 4) выполнен с повышенной мощностью звуковых сигналов - для потребителей с плохим слухом.

При реализации блока 2 звуковых сигналов могут быть использованы микропроцессорные устройства, например, в виде группы специально запрограммированных микросхем с тактовым генератором. Микросхемы программируются на генерацию речеподобных сигналов типа "землетрясение 1 балл", "5 баллов, срочно покиньте помещение ", и т.д. Включаться по цепям питания эти микросхемы и тактовый генератор могут, например, посредством выходного сигнала вибродатчика 1, управляющего работой электронного ключа в цепях питания этих микросхем, а третий выключатель, выполняя функцию дешифратора, может быть установлен между выходами микросхем, синтезирующих речеподобные сигналы, и, например, входом усилителя мощности.

При использовании прибором данной конструкции пользователь получает возможность получать предупреждающие сигналы в предельно понятной для него форме - в форме речевого сообщения на родном языке пользователя.

Идентифицировать сигналы тревоги можно также с помощью четвертого переключателя 21 с дополнительными конденсаторами 22 времязадающей цепи.

Работает прибор в соответствии с вышеописанным алгоритмом.

Информационным параметром, позволяющим потребителю идентифицировать пороговый уровень землетрясения, является длительность T сигнала тревоги, например при землетрясении силой в 1 балл длительность сигнала тревоги может быть порядка 2 с, при землетрясении силой в 3 балла - 10 с и т.д.

Ограничение времени звукового сигнала при слабых землетрясениях позволяет увеличить разрешающую способность прибора - прибор зарегистрирует частые толчки земли, а также позволит пользователю прибором прогнозировать землетрясения, так как известно, что основному, наиболее разрушительному толчку земли, как правило, предшествуют менее сильные толчки, интервал между которыми уменьшается по мере приближения к основному толчку.

Расширить функциональные возможности прибора можно за счет дополнительного блока 23 световых сигналов.

Блок 23 световых сигналов входом питания подключается к первому выводу конденсатора 6 блокировки, а его второй вход подключается к выходу синхронизации блока 2 звуковых сигналов (фиг. 4).

На фиг. 4 в качестве примера одного из возможных схемотехнических решений блока 23 пунктиром показаны его элементы: светодиод VD1, транзистор VT2, резисторы R4, R5.

Посредством сигнала синхронизации, которым является сигнал с выхода элемента DD4, осуществляется управление светодиодом VD1, который загорается в такт со звуковыми сигналами тревоги, дополнительно привлекая внимание пользователя прибором.

В качестве блока 23 световых сигналов может быть использована любая электробытовая осветительная лампа, подсоединенная посредством соответствующего адаптирующего устройства к прибору.

При землетрясении посредством блока 23 световых сигналов осуществляется периодическое прерывание подачи напряжения сети на лампу, которая пульсирующим светом, частота пульсаций которого также может отражать выставленный порог вибродатчика 1 прибора, предупреждает, в оптическом канале передачи информации, пользователя, например, с плохим слухом, а также повышает эффективность прибора при работе ночью.

В качестве блока 23 световых сигналов может быть использовано устройство, содержащее дешифратор выставленного порога - переключатель синхронно переключаемый с вторым переключателем 19 вибродатчика 1, подключенный к индикатору, например светодиодному буквенно-цифровому, на котором, посредством дешифрирующей диодной матрицы отражается цифра выставленного порога и письменные рекомендации оптимального поведения пользователя при землетрясении.

Таким образом, предложенный прибор может на практике широко использоваться как индивидуальное средство предупреждения землетрясений.

Использование: для оповещения населения о землетрясении. Сущность изобретения: прибор содержит вибродатчик, блок звуковых сигналов, звуковой излучатель, связанные последовательно, а также источник питания, первый переключатель, конденсатор блокировки, резистор и конденсатор. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Прибор для регистрации землетрясения, содержащий вибродатчик, подключенный к его выходу входом блок звуковых сигналов, звуковой излучатель, подключенный к выходу блока звуковых сигналов, источник питания, первый переключатель, конденсатор блокировки, времязадающую цепь, причем первый вывод источника питания подключен к общему проводу, а второй через первый переключатель к первому выводу конденсатора блокировки, второй вывод которого подсоединен к общему проводу, первый вывод конденсатора блокировки подключен к входу питания блока звуковых сигналов и через резистор времязадающей цепи к входу блока звуковых сигналов, который через конденсатор времязадающей цепи подсоединен к общему проводу, вибродатчик выполнен в виде пружинящей пластины, один конец которой закреплен на диэлектрическом основании, а другой снабжен подвижным контактом, являющимся выходом вибродатчика и установленным с зазором относительно первого контакта, причем пружинящая пластина снабжена средством для регулирования зазора, а подвижный контакт размещен на пружинящей пластине с возможностью его замыкания с первым контактом при перемещении пружинящей пластины, отличающийся тем, что дополнительно введены по крайней мере один дополнительный контакт, установленный с зазором относительно подвижного и первого контактов, второй переключатель, вход которого подключен к общему проводу, а выходы к первому контакту и дополнительному контакту, дополнительный контакт выполнен с возможностью замыкания с подвижным контактом. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно введен третий переключатель, выполненный с возможностью синхронного переключения с вторым переключателем, подключенный к второму входу блока звуковых сигналов. 3. Прибор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно введен четвертый переключатель, выполненный с возможностью синхронного переключения с вторым переключателем, выход которого подключен к первому входу блока звуковых сигналов, дополнительные конденсаторы времязадающей цепи, выходы четвертого переключателя подключены через дополнительные конденсаторы времязадающей цепи к общему проводу. 4. Прибор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно введен блок световых сигналов, вход питания которого подключен к первому выводу конденсатора блокировки, а второй вход к выходу синхронизации блока звуковых сигналов.