專利名稱：一種磁懸浮重錘顫動動能原理的大地震預測儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用液浮水平臺和磁懸浮裝置支撐重錘的大地震預測儀。具體的 說，是采用液浮加磁懸浮支撐的重錘顫動沖擊感應動能傳感器，以動能傳感器準確記錄重 錘顫動沖擊動能的大小和釋放方向數值，并通過計算機內地震模型數字化信息處理軟件的 計算得出地球整體顫動的速率和方向參數值之后，最終得出將發生強震的區域、時刻、震級 數據的大地震預測儀。該儀器適用于儀表設備制造領域。
背景技術：
公元132年，中國人張衡(Zhang Heng 78-139)發明候風地動儀開創了人類對地 震的研究。基于對地震波的認識，19世紀下半葉人們發明了地震儀(seismograph)。地震 儀利用實物體的慣性原理記錄地震波引起的地面位移運動。在近十幾年，人們將傳感器和電子技術引入到地震儀，人們用這些寬頻帶、高精度 的地震儀在對地震波的研究中逐步的了解了地球內部的結構。但是，現有地震儀無法區別 哪一個震動波信號與即將發生的大地震有關聯。以致至今人們都不能對大地震進行臨震的 短期預報。用儀器捕捉地震前兆信號，需要在理論上明確哪一個震動波信號是確定性的地震 前兆信號。在此之前，由于沒有人知道地震發生的機理，因此，有關地震前兆信號的信息還 是一片空白。受中國汶川“5. 12”大地震的震撼，中國地震學會會員董長軍(DongChang Jun 1953-)對地震的成因提出了一個具有因果關系數學解的地震模型，并總結出“由于太陽 的活動引起地球一太陽動力系統瞬間調整角動量平衡，地球向系統質心位移或反方向位移 速率的突然變化產生整體顫動，造成地球內部流體物質相對地球引力場流動擠壓地球外殼 并使外殼破裂產生震動波形成地震”的理論。該理論的核心要點是1地一太行星動力系統質心模型董長軍描述的地一太行星動力系統質心模型是依據高順福等學者提出的氫原子 質心模型建立的。如
圖1、圖2所示，在地球和太陽之間的萬有引力作用下，地球和太陽共同 繞質心c運動，其系統內有兩個轉動分量。一個是地球md的角動量pd，另一個則是太陽mt 的角動量Pt。地一太行星動力系統的總角動量Pz和總動能Ez等于地球和太陽二者的角動 量和動能的總和Pz = G mdrd2 ω d+G mtrt2 ω t(2-1)Ez = G l/2mdrd2cod2+G l/2mtrt2cot2(2-2)(式中md和mt分別表示地球和太陽的質量，rd和rt分別為地球和太陽到它們的 質心C的距離，COt分別是地球和太陽繞著質心C運動的角速度，G是引力常數)。如果用r表示地球與太陽之間的距離，那么r = rd+rt(2-3)根據質心的定義，可得
rd = mt/ (md+mt) X r(2-4)rt = md/ (md+mt) X r(2-5)按照角動量守恒定律，這兩個角動量的數值應該是相等的，即Pd = Pt(2-6)或G mdrd2 ω d = G mtrt2 ω t(2-7)由于已知地球md = 5. 976X 1024kg，地球ω, = 2. 0Xl(T7rad· S、地球與太陽之 間的距離 r = 1. 496 X IO11M0于是，根據式(2-4)，地球到質心c的距離有 rd = mt/ (md+mt) Xr = 2. OX 103Clkg/ (5. 976 X 1024kg+2. 0 X 103Clkg) XL 496 X IO11M =0. 999997 X 1. 496 X IO11M = 1. 495995 X IO11M計算太陽mt相對和md共同的質心c的距離rt，根據式(2_5)，太陽到質心c的距
離rt有rt = md/ (md+mt) Xr = 5. 976X IO24/ (5. 976 X 1024kg +2. 0 X 103Clkg) XL 496 X IO11M =2. 988X ICT6X 1. 496X IO11M = 4. 47X IO5M計算地球的角動量pd數值，因為有pd = G mdrd2cod，所以pd = 6. 67 X IO-11X 5. 976X 1024kgX (1. 495995 X IO11M)2 X2. OX l(T7rad/s = 1. 784X 103Clkg · M2 ·計算太陽的角速度數值，因為有cot = G mdrd2 d/G mtrt2所以ω t = 1· 784 X 103Clkg · M2 · s-1/6. 67 X X 2. OX 103Clkg X (4. 47 X IO5M)2= 0. 06694rad · s—1計算太陽的角動量pd數值，因為有pt = G mtrt2cot，所以 pt = 6. 67 X ICT11 X 2. OX 103Clkg X (4. 47 X IO5M)2 X 0. 06694rad ·= 1. 784X 1030kg · M2 ·計算所得數據表明pd = pt。如果pd = pt永恒不變，則地_太行星動力系統將永遠 保持穩態運行。但事實上Pd和Pt經常都在變化。例如，地球地表上的水每天的蒸發量都有 1. 17X1015kg。這些蒸發掉的水脫離了地-太行星動力系統，造成了地球質量數值的減小。 當然，停留在地球周圍空間的水蒸氣如遇氣流變化即可產生降雨和降雪。地球每天的降水 量由歷年水文資料統計大約也為1. 17X1015kg，幾乎與每天蒸發量相等。然而，當地球上某 一地區形成颶風和臺風，某一天中的降水量是平常平均每天降水量的5倍，那么，除了其中 一天的降水量與當天的蒸發量相抵銷外，地球將會增加質量4. 68X 1015kg。這樣，由于角動 量守恒，地_太行星動力系統會自行調整角動量的平衡。受8大行星角動量的制約，太陽不 會輕易調整它的總角動量Ptl。最終，地-太行星動力系統只有調整地球的角動量pd。地球 調整Pd是向地_太行星動力系統質心c靠攏縮短距離rd，如圖2所示。根據地球質量md與其到質心c距離的對應關系，地球md每增加1kg，地球rd縮短 Ard，于是Ard = 1. 495995 X 10"M/5. 976 X 1024kg = 0. 25 X ICT13M 所以，rd 縮短的距離 為rdk = 0. 25 X IiT13MX 4. 68X1015kg = 117M當然，地球某一天中增加的4. 68X 1015kg降水是在86400s之內落向地球的。地球 一天內位移117M，其位移速率ν為0.0013M/S。盡管，地球向質心c位移117M后會立刻停止位移。但由于其位移速率ν的數值很小，地球突然停止位移其速率等于零時不會引起數 值巨大的慣性動能釋放。不會造成地球整體的顫動。然而，在某一時刻由于太陽黑子活動等原因引起太陽Pt的數值增大或減小，此 時，由于系統總角動量守恒，地一太行星動力系統中的地球必定迅速調整Pd。如果地球以 50M · s—1的速率向系統質心c的方向或相反方向位移，并在其Pd數值調整到位時位移速率 突然變為零，此時，地球因巨大的慣性動能釋放將產生整體顫動！地球向著系統質心c的 方向或反方向位移顫動的慣性動能Eg可由下式求出Eg = G 1/2 mdv2(2-8)Eg = G 1/2 mdv2 = 6. 67 X IO-nXO. 5X5. 976 X 1024kg X (50M · s—1)2= 4. 98 X1017j(式中G是引力常數，地球只受到萬有引力的作用，因此，式中引入G)。地球整體顫動動能Eg數值的大小，取決于其在位移時速率ν的數值。ν的數值越 大，動能Eg數值越大。地球因整體顫動引起數值為4.98X1017j的Eg，但是Eg的分布區域 大，單位體積中Eg的量值小，因此，Eg的釋放僅僅只會引發地震。地球發生地震的主要原因 還與地球內部流體物質的質量分布有關。2地球內部各層次物質的質量分布目前，國際地球物理學界公認的有關地球內部實體物質結構層次的分布詳細數據 如表2-1所示[1]。表2-1地球內部實體物質結構層次分布數據表
權利要求
1. 一種磁懸浮重錘顫動動能原理的大地震預測儀包括地殼(1)，液體池0)，防腐液 (3)，緩沖彈簧(4)，水平臺(5)，固定螺絲(6)，絕緣筒(7)，動能傳感器(8)，重錘(9)，壓力 傳感器(10)，凹槽磁鐵(11)，攝像頭(12)，指南針(13)，電磁鐵(14)，磁鐵(15)，蓋板(16)， 照明燈(17)，水平臺磁鐵(18)，潛浮球(19)，法蘭盤(20)，密封圈(21)，法蘭盤02)，固定 螺絲(23)，緩沖彈簧(24)，阻力板(25)，液體(26)，隔艙板(27)，實物體(28)，導線管(29)， 鋼絲繩(30)，密封螺帽(31)，導氣管(32)，導液體管(33)，浮力調節器(34)，電纜(35)，數 據線號(36)，信處理器(37)，計算機(38)，其特征在于地殼(1)是地球表面的硬土層，地 殼(1)深埋液體池0)，液體池O)的底部與地球的穩定積巖固定連接，液體池O)內注入 防腐液體(3)，潛浮球(19)潛浮在防腐液體(3)中，潛浮球(19)由上半球殼和下半球殼對 接組成，潛浮球(19)的下半球殼內側下部焊接一塊圓形的隔艙板(27)，隔艙板(XT)中心 孔與潛浮球(19)的下半球殼中心孔之間連接導線管(四)，導線管09)上端外徑由螺帽固 定連接，導線管09)下端外徑由密封螺帽(31)密封后固定連接，隔艙板(XT)的下部隔艙 內裝載實物體(觀)，實物體08)的質量占潛浮球(19)總質量的3/5，潛浮球(19)下半球 殼內注滿液體(26)，液體06)的液面上漂浮水平臺(5)，水平臺(5)的底部固定連接若干 個方向不同的阻力板(25)，水平臺(5)的上部中間位置由螺絲(6)固定連接絕緣筒(7)，絕 緣筒(7)的內側底部固定連接水平臺磁鐵(18)，絕緣筒(7)的筒壁內側按均等的角度固定 連接若干個動能傳感器(8)，若干個動能傳感器(8)之間的空隙豎直置放圓柱體形的重錘 (9)，重錘(9)的外徑表面固定連接磁性物質，重錘(9)的外徑表面與若干個動能傳感器(8) 之間留有間隙，重錘(9)的下端面固定連接磁鐵(15)，磁鐵(1 下端面的磁極與水平臺磁 鐵(18)上端面的磁極極性相同，重錘(9)整體懸浮在水平臺磁鐵(18)上端面的空間，重錘 (9)上端面中心有半球形的凹槽，凹槽內固定安裝凹槽磁鐵(11)，絕緣筒(7)的蓋板(16) 的下端面中間部位固定連接一個電磁鐵(14)，電磁鐵(14)的下端面為半球形，電磁鐵(14) 的半球形下端面與重錘(9)的半球形凹槽之間留有間隙，電磁鐵(14)的外徑固定安裝繞組 線圈，若干個壓力傳感器(10)的上端與絕緣筒(7)的上端面蓋板(16)的內側固定連接，若 干個壓力傳感器(10)的下端面與重錘(9)的上端面之間留有間隙，蓋板(16)的上端面中 間部位固定安裝一個指南針(13)，蓋板(16)的上端面刻劃若干條刻度線，潛浮球(19)上 半球殼內側中心部位由螺絲固定連接一個攝像頭(12)，攝像頭(1 旁邊由螺絲固定連接 一個照明燈(17)，潛浮球(19)的上半球殼的接口外邊緣焊接固定一個法蘭盤(20)，潛浮球 (19)的下半球殼的接口外邊緣焊接固定一個法蘭盤(22)，上、下法蘭盤00)、(22)的端面 上鉆若干個螺絲孔，上、下法蘭盤OO)、(22)之間置放一個密封圈(21)，上、下法蘭盤(20)、 (22)由固定螺絲固定連接，潛浮球(19)的下半球殼的外側用鋼絲繩(30)懸掛一個浮 力調節器(34)，浮力調節器(34)是一個容器，浮力調節器(34)的外殼連接導氣管(32)和 導液體管(33)，導氣管(32)和導液體管(33)沿液體池O)內壁延伸到地殼(1)的面上，照 明燈(17)、動能傳感器(8)、壓力傳感器(10)、攝像頭(12)的電纜(35)和數據線(36)集中 為一束穿過導線管09)內徑并經防水密封處理，電纜(35)和數據線(36)的引出線沿液體 池O)內壁延伸到地殼(1)的面上，電纜(35)與電源插口連接，數據線(36)與安放在地面 工作臺上的信號處理器(37)插口連接，信號處理器(37)的引出數據線與安放在地面工作 臺上的計算機(38)插口連接，計算機(38)硬盤內安裝地球地震模型數據表及地球內部能 量聚集及傳遞的數學計算公式專用程序軟件。
2.根據權利要求1所述的一種磁懸浮重錘顫動動能原理的大地震預測儀，其特征在 于所述的重錘(9)是由無摩擦的磁懸浮非接觸支撐的實物體。
3.根據權利要求1所述的一種磁懸浮重錘顫動動能原理的大地震預測儀，其特征在 于重錘(9)的外徑表面不直接接觸若干個動能傳感器(8)。
4.根據權利要求1所述的一種磁懸浮重錘顫動動能原理的大地震預測儀其特征在于 所述的若干個動能傳感器(8)和若干個壓力傳感器(10)是電磁式傳感器。
5.根據權利要求1所述的一種磁懸浮重錘顫動動能原理的大地震預測儀其特征在于 所述的蓋板(16)上端面刻劃的若干條刻度線分別對應若干個動能傳感器(8)。
6.根據權利要求1所述的一種磁懸浮重錘顫動動能原理的大地震預測儀，其特征在 于所述的蓋板(16)上端面刻劃的若干條刻度線分別編制不同的號碼標記。
7.根據權利要求1所述的一種磁懸浮重錘顫動動能原理的大地震預測儀，其特征在 于所述的攝像頭(1 的鏡頭對準蓋板(16)上端面。
8.根據權利要求1所述的一種磁懸浮重錘顫動動能原理的大地震預測儀其特征在于 所述的電磁鐵(14)的繞組線圈與電源的電路開關在重錘(9)沖擊感應動能傳感器(8)時 延遲k閉合。
9.根據權利要求1所述的一種磁懸浮重錘顫動動能原理的大地震預測儀，其特征在 于所述的潛浮球(19)外徑的四周固定連接若干根緩沖彈簧04)。
10.根據權利要求1所述的一種磁懸浮重錘顫動動能原理的大地震預測儀，其特征在 于所述的浮力調節器(34)外殼連接的導氣管(3 和導液體管(3 可以人為操縱導入、 導出適量的空氣和液體。
全文摘要
一種磁懸浮重錘顫動動能原理的大地震預測儀，核心部件的重錘由絕緣筒內底部的磁懸浮裝置支撐，絕緣筒內壁固定連接若干個動能傳感器，若干個動能傳感器的空隙之間懸浮重錘，若干個動能傳感器不接觸重錘的外徑，絕緣筒蓋板上端面中心部位固定連接指南針，蓋板上端面刻劃分度線，絕緣筒豎直固定在水平臺上部，水平臺置放在潛浮球上部隔艙的液體液面上，潛浮球下部隔艙裝載實物體，潛浮球潛浮在液體池內的液體中，液體池建在地殼中，電纜及數據線由潛浮球底部穿出延伸到地面，電纜與電源連接，數據線與信號處理器連接后與計算機連接，可作為捕獲地震前兆信號進行地震預測、預報的儀器。
文檔編號G01V1/155GK102073062SQ20091022446
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月21日 優先權日2009年11月21日
發明者董長軍 申請人:董長軍
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
