Прибор для регистрации землетрясения

 

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.

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 I^I_a соответственно.

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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4