[发明专利]超声波微型震动检测装置及其在地震检测中的应用

权利要求书

1.超声波微型震动检测装置，其特征在于包括：超声波发生器、补水装置、摄像头、激光发射装置、接收屏、警报装置、GPS装置、供电装置、控制装置，超声波发生器、补水装置、摄像头、激光发射装置、接收屏、警报装置、GPS装置均与控制装置连接；由超声波微型震动检测装置底部的超声波发生器向超声波微型震动检测装置上部发出超声波，由超声波微型震动检测装置顶部的补水装置向下流出的并排式小水滴在由超声波发生器上方的腔室内形成的超声波场域内悬浮，通过设计在超声波微型震动检测装置上的摄像头来实时监控超声波场域内的并排式小水滴的震动变化情况，并实时返送到控制装置，由超声波微型震动检测装置上设置的激光发射装置来向小水滴悬浮的超声波场域内发射激光束，进而将通过小水滴的激光束投影直接被超声波微型震动检测装置上的接收屏接收，接收屏通过光电信号转换来实现对小水滴在超声波场域内的震动变化情况的反映，进而通过对小水滴的震动情况分析来实现对微型震动的判断并直接驱动超声波微型震动检测装置上的警报装置来发出震动警报信息；所述的腔室内为真空环境；补水装置包括：凹形反射底面、电磁阀式补水小孔、储水槽、运水管道，储水槽的底面为凹形反射底面设计，储水槽的凹形反射底面设置有并排式多孔式设计的电磁阀式补水小孔，储水槽的一端部还设计有与外界水体系统有连接口的运水管道；超声波发生器能实时向超声波微型震动检测装置上部发出超声波声源信号，超声波声源到达超声波微型震动检测装置顶部设置的补水装置时，该超声波信号能被补水装置的凹形发射底面反射回来，进而反射回来的超声波能与原超声波声源形成稳定驻波场域，积蓄在补水装置的储水槽内的水能在控制装置的调控下控制储水槽底部设计的并排式电磁阀补水小孔打开，进而由补水小孔流出的并排式小水滴能在超声波发生器形成的超声波场域内静止悬浮，当超声波微型震动检测装置进行了多次工作，补水装置的水槽内水量不足时，控制装置能控制运水管道打开，进而来向储水槽内输送水；

所述的摄像头设置在超声波微型震动检测装置的顶部，且该摄像头可实现360度监控摄像，摄像头对超声波微型震动检测装置的超声波场域内的小水滴的时刻震动变化情况进行实时采拍监控并上传到控制装置，由控制装置接收来自摄像头采拍到的超声波场域内小水滴各个时刻的图像并对各个图像进行图像数据分析，进而通过比对小水滴在超声波场域内的震动位置图像分析来判断物体的震动情况；

所述的激光发射装置设置在超声波微型震动检测装置的左侧，所述的接收屏设置在超声波微型震动检测装置的右侧，接收屏内设有激光信号接收器和光电转换器，该激光发射装置能向小水滴所在的超声波场域内发射激光束，激光束将直接透过并排式的小水滴投影在超声波微型震动检测装置右部的接收屏上，通过接收屏内部的光信号接收器实时接收投影到接收屏上的小水滴的投影激光信号，由光信号接收器接收到的投影激光信号再通过光电信号转换器转变为电信号传输到控制装置，控制装置通过对光电转换器转换的电信号的信号强弱大小来获取小水滴的震动情况，进而来反映物体的震动情况；

所述的接收屏内部的激光信号接收器和光电转换器采用丹倍效应器，丹倍效应器由于光生非平衡载流子扩散速度的差异，直接引起了光照方向的电场和电位差，通过电位差可判断光点的位置和光斑的变化，进而确定水滴震动情况；

所述的摄像头和激光发射装置同时进行工作，并通过控制装置对两个通过不同信号转换获取的震动信息进行集中数据处理分析，进而准确的判断出物体的震动信息，并通过对水滴图像的比对和对光电信号的处理分析实现对震动源大小的计算分析处理；

所述的警报装置和GPS装置均设置在超声波微型震动检测装置的顶部，当控制装置判断出超声波微型震动检测装置所测的物体产生微型震动时，控制装置控制设置在超声波微型震动检测装置上的警报装置发出警报提示，后台控制中心通过警报装置和超声波微型震动检测装置上设计的GPS装置来获取微型震动的位置，进而实现多台超声波微型震动检测装置同时对同一物体或不同物体的不同位置进行检测；

所述的供电装置包括电源连接输电线和蓄电池，包括外部电源和蓄电池两种供电方式，且蓄电池直接设计在超声波微型震动检测装置的底面上，在超声波微型震动检测装置的外部设计外接电源的连接输电线，当超声波微型震动检测装置在检测微小震动时，由连接输电线连接外部电源来供电，当对于检测的物体受到外部环境条件限制时，由蓄电池来对进行供电；所述的控制装置包括：单片机、无线通讯模块、计算机信息处理端、云端信息显示平台，在单片机上设置有通信串口，计算机信息处理端通过通信串口与单片机进行连接，单片机通过无线通讯模块与云端信息显示平台进行连接，由单片机进行数据接收与信息控制，由计算机信息处理端进行数据处理与数据分析交流控制，由云端信息显示平台进行最终数据信息的直观显示发布；由单片机获取来自摄像头传送的水滴场域图像信息和接收屏的光电转换器转换的电信号，由计算机信息处理端将单片机接收到的对应信息进行计算判断处理得出水滴的震动信息数据，单片机再通过无线通讯模块将处理的震动信息数据传递给云端信息显示平台，云端信息显示平台根据计算机信息处理端处理的超声波微型震动检测装置各个时段检测的震动信息数据大小，在显示平台上以折线图的显示方式显示出来，云端信息显示平台还可显示若干超声波微型震动检测装置的震动测量信息，进而通过显示平台来直观读取震动信息，计算机信息处理端通过串口通信实现单片机的信息发送指令，进而指令单片机控制警报装置发出语音警报，控制补水装置在水量供应不足时及时进行水量输送和水滴释放，来保证超声波微型震动检测装置的正常运行；

在地震未发生前，安置在地下的超声波微型震动检测装置的超声波发生器发出的超声波声源使超声波微型震动检测装置上部的补水装置的小水滴悬浮在超声波场域内，由超声波微型震动检测装置上设置的摄像头来实时采拍小水滴各个时段的空间运动情况，由激光发射装置来向超声波场域内的小水滴发射激光束，并由超声波微型震动检测装置上的接收屏实时接收激光发射装置照射在小水滴上的激光束投影；

当地震发生时，纵波的传播速度大于横波的传播速度，地震波的纵波提前传送到地下设置的超声波微型震动检测装置处，进而使超声波微型震动检测装置内部的超声波场域发生变化，超声波场域内悬浮的小水滴会受到地震纵波的影响，进而使小水滴震动频繁或直接破碎；

超声波微型震动检测装置的摄像头和接收屏在第一时间内获取到小水滴的震动或破碎信息，并将接收到的震动信息传送到控制装置，控制装置将及时处理获取的地震信息传送到地震监控指挥中心，并通过埋设在不同地域段内的超声波微型震动检测装置探测到地震波信息的时间，来计算震源的位置和爆发的时间，进而地震监控指挥中心可根据控制装置的数据，显示信息及时向外界发出预警信息；

具体控制方法如下：

步骤一：超声波发生器向超声波微型震动检测装置的上部发出超声波声源信息，在控制装置的调控下，补水装置的电磁阀补水小孔向下流出小水滴，超声波在补水装置之间形成稳定驻波，进而使流出的小水滴形成并排式稳定小水滴，悬浮在超声波场域内；

步骤二：由超声波微型震动检测装置上的摄像头实时采集超声波场域内悬浮小水滴的位置图像，并通过控制装置的后台处理获取小水滴各个时段的位置坐标数据；

步骤三：由超声波微型震动检测装置上的激光发射装置向超声波场域内发射激光束，激光束会透过悬浮并排式小水滴对小水滴产生水滴投影，并直接由超声波微型震动检测装置上的投影屏接收；

步骤四：超声波微型震动检测装置在物体或地区段工作受到微小震动时，悬浮在超声波场域内的并排式小水滴发生位置偏移或水滴破碎，进而摄像头会采集到水滴偏移震动或破碎的图像，投影屏接收到小水滴震动或破碎的投影图像并传给控制装置；

步骤五：由控制装置接收来自摄像头和投影屏采集到的小水滴的偏移震动或破碎图像信息，并进行数据分析，控制装置通过比对小水滴在超声波场域内的位置及大小变化情况来确定是否产生了微小震动及震动的各项数据信息；

步骤六：若控制装置检测到了微小震动，控制装置将控制超声波微型震动检测装置的警报装置发出警报提示，同时后台中心通过超声波微型震动检测装置上设置的GPS装置和警报装置查询到震动的位置信息进而实现对震动的检测；

所述的步骤三中，所得的水滴的投影还投影在接收屏上，接收屏内部设置光信号接收器，光信号接收器采用丹倍效应器，通过接收屏内部的光信号接收器实时接收投影到接收屏上的小水滴的投影激光信号，再通过光电信号转换器将激光信号转变为电信号传输到控制装置，控制装置通过光电转换器转换的电信号的信号强弱大小来获取小水滴的震动情况，进而反映物体的震动情况。