專利名稱：一種機械式探測水平震動的方法及采用此方法的地動儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械式探測水平震動的方法及采用此方法的設備----蓮葉候風地動儀，蓮葉候風地動儀是張衡“候風地動儀”的一種復原方案。
背景技術：
張衡(7纊139)，東漢太史令，發明并制作了皇家觀象臺用的“候風地動儀”。但“候風地動儀”失傳了。現代復原“候風地動儀”主要有以下兩個公知方案
1、王振鐸的“直立桿原理”復原方案見圖8。
1951年，我國考古學家王振鐸采用“直立桿原理”復原并制作了一個木質的“張衡地動儀”展覽模型，收在中國歷史博物館，遂廣為流傳。但該方案存在一些問題，例如不能區別地震的震動與非地震的震動，對震動不夠敏感，以及對震動方向的指示時有不符合實際的情況。2、馮銳的“懸錘原理”復原方案見圖9。
2005年，中國科學院研究生院教授馮銳采用“懸錘原理”復原具有測量地震功能的地動儀。懸掛在中央的粗大沉重的都柱，只對水平運動有反應，不怕垂直運動的干擾，能夠區別地震引起的震動與非地震引起的震動。地震時，“都柱旁行”，關銅球得以脫落，撞擊龍機，實現測震，并呈現“一龍發機。而七首不動”的現象。但該方案的都柱是懸掛著的，與古代中國傳統都柱概念不一致。
發明內容
為了既能測量地震，又能與古代中國傳統都柱矗立不動的概念保持一致，本發明提供一種機械式水平震動的測量方法及采用此方法的設備一一蓮葉候風地動儀。本發明解決其技術問題所采用的工作原理及其技術方案是都柱上頂蓮葉擺(蓮葉狀的感應水平震動的擺)，都柱與蓮葉擺之間萬向節連接，蓮葉擺的蓮桿端上托天洞丸， 天洞丸處于上下貫穿的天洞內，上述四個零件均處于同一鉛垂線上。本發明的工作原理包含四個方面其一是感應水平震動的單擺原理，蓮葉擺的重心位于萬向節的下方，所以蓮葉擺能夠穩定地垂下并可以隨各個水平方向的震動而擺動；其二是放大擺動的杠桿放大原理，支點為萬向節，主動臂長度為蓮葉擺的重心到支點的距離，從動臂的長度為蓮葉擺的蓮桿端到支點的距離，放大系數等于從動臂的長度比主動臂的長度，蓮葉擺的從動臂比主動臂長，放大系數大于一，即蓮葉擺具有放大其重心擺動距離的功能；其三是向相關方向開閘的閘門原理，蓮葉擺的蓮桿端上托天洞丸，即把天洞丸堵在天洞里，當蓮葉擺因震動而擺動時，蓮桿端的擺動更大，蓮桿端按震動的相關方向移離天洞口，天洞丸從蓮桿端移離的相反方向下落，天洞丸下落代表著探測出地震，天洞丸下落的方位代表著地震的相關方向，至此，蓮葉候風地動儀完成一次地震的探測和指示；其四是外部復位方式，無需如背景技術所述的公知方案那樣要打開買個蓋子，只需要把下落的天洞丸從外部放進天洞，就可以完成
3蓮葉候風地動儀的復位，重新開始下一次的地震或模擬地震的探測。本發明的有益效果是
1、具有探測以水平震動為主的地震的功能并具有指示地震相關方向的功能，具有一定的抵御垂直震動的抗干擾能力，而都柱矗立不動與古代中國傳統都柱概念相一致。2、結構簡單。僅憑東漢的鑄銅工藝水平就可以制造。3、操作簡單。要進行下一次地震或模擬地震的探測，無需打開蓋子，只需要從蓋的外部把天洞丸放入天洞，就可以完成蓮葉候風地動儀的復位。
圖1是本發明的工作原理及其最低配置實施例的構造圖，圖1中1.都柱，2.蓮葉擺，3.天洞丸，4.天洞。
圖2是本發明的一個實施例的構造圖，圖2中1.都柱，2.蓮葉擺，3.天洞丸，4.天洞， 5.蓋，6.槽道，7.套頭，8.配重，9.自鎖環，10.旁道，11.龍丸，12.龍頭，13.鐘乳，14.鐘體，15.蟾蜍。
圖3是本發明的蓮葉擺的蓮桿套頭的一種結構，圖3中2.蓮葉擺(蓮桿)，7.套頭。 圖4是本發明的蓮葉擺的一種結構，圖4中1.都柱，2.蓮葉擺，3.天洞丸，4.天洞。 圖5是本發明的都柱與蓮葉擺的一種鏈接結構，圖5中1.都柱，2.蓮葉擺。 圖6是本發明的都柱與蓮葉擺的一種鏈接結構，圖6中1.都柱，2.蓮葉擺。 圖7是本發明的一個帶天洞丸彈射裝置的實施例的構造圖，圖7中1.都柱，2.蓮葉擺，3.天洞丸，4.天洞，16.引導管，17.匯集管，18.彈射艙，19.(下落的龍丸)新的天洞丸， 20.敲擊錘，21.扳動桿，22.軸，23.支架，24.彈簧。 圖8是王振鐸的“直立桿原理”復原方案原理圖。 圖9是馮銳的“懸錘原理”復原方案原理圖。
具體實施例方式圖1是本發明的工作原理及其最低配置實施例的構造圖都柱(1)上頂蓮葉擺(蓮葉狀的感應水平震動的擺)(2)，都柱(1)與蓮葉擺(2)之間萬向節連接，蓮葉擺(2)的蓮桿端上托天洞丸(3)，天洞丸(3)處于上下貫穿的天洞(4)內，上述四個零件均處于同一鉛垂線上。本發明的工作原理包含四個方面其一是感應水平震動的單擺原理，蓮葉擺的重心位于萬向節的下方，所以蓮葉擺能夠穩定地垂下并可以隨各個水平方向的震動而擺動；其二是放大擺動的杠桿放大原理，支點為萬向節，主動臂長度為蓮葉擺的重心到支點的距離， 從動臂的長度為蓮葉擺的蓮桿端到支點的距離，放大系數等于從動臂的長度比主動臂的長度，蓮葉擺的從動臂比主動臂長，放大系數大于一，即蓮葉擺具有放大其重心擺動距離的功能；其三是向相關方向開閘的閘門原理，蓮葉擺的蓮桿端上托天洞丸，即把天洞丸堵在天洞里，當蓮葉擺因震動而擺動時，蓮桿端的擺動更大，蓮桿端按震動的相關方向移離天洞口， 天洞丸從蓮桿端移離的相反方向下落，天洞丸下落代表著探測出地震，天洞丸下落的方位代表著地震的相關方向，至此，蓮葉候風地動儀完成一次地震的探測和指示；其四是外部復位方式，無需如背景技術所述的公知方案那樣要打開買個蓋子，只需要把下落的天洞丸從外部放進天洞，就可以完成蓮葉候風地動儀的復位，重新開始下一次的地震或模擬地震的
4探測。在圖2所示的實施例中，都柱(1)上頂蓮葉擺(2)，都柱(1)與蓮葉擺之間為萬向節連接，蓮葉擺(2)的蓮桿上穿著配置(8)和鎖定件(9)，蓮葉擺(2)的蓮桿端設置套頭(7)， 套頭(7)上托天洞丸(3)，天洞丸(3)處于天洞(4)內，天洞(4)上下貫通于蓋(5)的中央， 蓋(5)表面有槽道(6)通向天洞(4)，都柱四周等分為八個向外傾斜的旁道(10)，旁道(10) 斜導向對應的龍頭(12)，龍頭(12)里有通道，龍丸(11)停在通道的凹坑上，八個龍頭(12) 下方對應八只蟾蜍(15)，鐘體(14)表面按八個旁道(10)對應的方位設置鐘乳(13)。當發生地震或模擬地震時，鐘體發生水平震動，蓮葉擺因慣性而繞都柱擺動，蓮葉擺的蓮桿同樣發生擺動，當蓮桿端的套頭擺動移離天洞口時，天洞丸從套頭擺動移離的相反方向落下來， 天洞丸先落在蓮葉擺上，發出激揚的響聲，然后天洞丸落入蓮葉擺下方的八個旁道之一，旁道的坡道引導天洞丸進入龍頭，天洞丸把龍頭里面的龍丸撞出，天洞丸則停留在龍頭里面的凹坑而成為新的龍丸，被撞出的龍丸成為新的天洞丸，被撞出的龍丸落入趴在鐘體下部的蟾蜍的口中，至此，蓮葉候風地動儀完成一次地震的探測和指示；只需要把蟾蜍口中的天洞丸取出，不用打開蓋，把天洞丸從外部沿槽道放入天洞，這樣就完成蓮葉候風地動儀的復位，蓮葉候風地動儀重新開始下一次的地震探測。在圖2所示的實施例中，蓋(5)表面有槽道(6)通向天洞(4)，這樣為把天洞丸放進天洞的操作提供便利。在圖2所示的實施例中，蓋(5)的制作材料為不透明或透明，蓋透明便于蓮葉候風地動儀調鉛垂，或便于指示蓮葉候風地動儀的運作。在圖2所示的實施例中，蓮葉擺(2)的蓮桿端設置套頭(7)，這樣的方案便于更換各種大小形狀不同的套頭，達到不同的開閘效果。在圖3所示的套頭實施例中，套頭(7)的
另一種結構。在圖2所示的實施例中，蓮葉擺(2)的蓮桿設置配重裝置，配重裝置由配重(8)和鎖緊件(9)組成，配重裝置用于調整蓮葉擺的重心位置，從而改變蓮葉擺的擺動放大系數。 鎖緊件可以采用堅固螺栓的形式。在圖2所示的實施例中，蓮葉擺(2)疊放在都柱(1)上，蓮葉擺(2)可繞都柱(1) 擺動，在連接部位，蓮葉擺(2)為凹結構零件，都柱為凸結構零件。在圖4所示的蓮葉擺實施例中，蓮葉擺(2 )為凸結構零件，都柱為凹結構零件。在圖2所示的實施例中，都柱(1)與蓮葉擺(2)為萬向節連接，蓮葉擺(2)可繞都柱(1)擺動，萬向節連接中的凸結構件零件的連接為尖錐形，凹結構零件的連接為凹傘形。 圖5和圖6分別是本發明的都柱與蓮葉擺為萬向節連接的另外的結構，其中萬向節連接中的凸結構零件的零件為萬向節球。在圖2所示的實施例中，鐘體(14)表面按八個旁道(10)對應的方位設置鐘乳 (13)，鐘乳用作敲擊點，用敲擊來模擬地震的震動，便于調試或展示蓮葉候風地動儀的測量效果。在圖7所示的實施例中，蓮葉候風地動儀配置外置式彈射裝置蟾蜍腔底有匯集管(17)，匯集管(17)下連到彈射艙(18)，落下的龍丸(新的天洞丸)(19)經匯集管進入彈射艙(18)，彈射艙(18)上方有引導管(16)，引導管(16)上端與天洞(4)連接。式彈射裝置也可以是內置式。蓮葉候風地動儀在類似博物館等場合給公眾作展示時，彈射裝置為蓮葉候風地動儀的復位提供便利。
權利要求
1.一種機械式探測水平震動的方法及采用此方法的設備方案之一，其特征是都柱 (1)的頂部頂著蓮葉擺(2)，都柱(1)與蓮葉擺(2)萬向節連接，蓮葉擺(2)的蓮桿端上托著天洞丸(3)，天洞丸(3)處于上下貫通的天洞里。
2.根據權利要求1所述的方法及采用此方法的設備方案之一，其特征是蓋的上表面有通向天洞的導槽。
3.根據權利要求1所述的方法及采用此方法的設備方案之一，其特征是蓋的制作材料是不透明或透明。
4.根據權利要求1所述的方法及采用此方法的設備方案之一，其特征是蓮葉擺的蓮桿端有可以更換的套頭。
5.根據權利要求1所述的方法及采用此方法的設備方案之一，其特征是蓮葉擺的蓮桿上有可以調整位置的配重。
6.根據權利要求1所述的方法及采用此方法的設備方案之一，其特征是蓮葉擺疊放在都柱上，蓮葉擺可以繞都柱擺動。
7.根據權利要求1所述的方法及采用此方法的設備方案之一，其特征是鐘體表面八個方位有敲擊點，及鐘乳。
8.根據權利要求1所述的方法及采用此方法的設備方案之一，其特征是鐘體底部有調整水平的腳座。
9.根據權利要求1所述的方法及采用此方法的設備方案之一，其特征是蟾蜍腔底有匯集管，匯集管下接到彈射艙，彈射艙下方有敲擊錘，彈射艙上方有引導管，引導管上端與天洞連接。
全文摘要
本發明提供一種機械式水平震動的探測方法及采用此方法的設備----蓮葉候風地動儀，蓮葉候風地動是張衡“候風地動儀”的一種復原方案。本發明解決其技術問題所采用的工作原理及其技術方案是都柱(1)上頂蓮葉擺(蓮葉狀的感應水平震動的擺)(2)，都柱(1)與蓮葉擺(2)之間萬向節連接，蓮葉擺(2)的蓮桿端上托天洞丸(3)，天洞丸(3)處于上下貫穿的天洞(4)內，上述四個零件均處于同一鉛垂線上。本發明有探測以水平·震動為主的地震波功能并可以指示地震的方位，有一定的抗干擾能力，結構簡單，操作簡單，都柱矗立不動符合中國古代關于都柱的概念。
文檔編號G01V1/18GK102236102SQ20101056854
公開日2011年11月9日 申請日期2010年12月2日 優先權日2010年12月2日
發明者經達華 申請人:經達華