[发明专利]基于地震振动能捕获自供电的地震预警系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于地震灾害预警的装置，特别涉及一种地震振动能捕获的触发式地震预警传感器系统。

背景技术

地震灾害是最严重的自然灾害之一，具有突发性、极强破坏性的特点。最近两年发生的汶川地震和玉树地震，造成了数十万的人员伤亡和上千亿的国家财产损失。现有的技术还不能阻止地震灾害的发生，只能积极地应对，将已发生的灾害造成的损失降到最低。目前主流的地震学术界认为，地震预报在全世界都是一个难题，地震成因复杂，前兆有很大的不确定性。因此，目前国内外都把地震的防灾减灾工作重点放在地震预警上。

地震波通常包括纵波（P波）、横波（S波）、拉夫波（L波）、瑞利波（R波）等，通常地震波以前两种为主，因地震区地质构造而异，纵波引起地面上下震动，破坏力较小，横波引起地面水平晃动，破坏力很大。根据破坏力比较，P波﹤S波﹤L波﹤R波。从传播速度看，通常P波﹥S波﹥L波﹥R波。通常纵波（P）的传播速度为7-8千米/秒,横波的速度为3-4千米/秒，而电磁波的传播速度为三十万千米/秒。地震预警系统主要是利用电磁波与地震波，地震纵波与横波的速度差来实现地震发生后的快速预警，类似于“先闪电后雷声”原理，闪电发生后通常要等数秒钟后才听到雷声。

此种预警方式是基于地震已经发生的基础上进行“通知”，不存在误报。通常可赢得数十秒的时间，虽然时间很短，但如果能在地震到来之前启动相应的应急防灾措施，仍可以大大降低人员伤亡和财产损失。根据日本的经验，提前预警时间2秒，人员伤亡率下降率25%，提前预警时间5秒，人员伤亡率下降率80%。

目前国内外有很多关于地震预警系统的发明专利，第一种为基于地震前夕地磁异常原理的，地球磁场发生剧烈变化时，可触发感应器发出预警信号，但是，目前无法确定，地震的发生和地磁异常存在必然联系，地震不一定会导致地磁异常，宇宙的射线如太阳风暴，也会导致地磁的变化。因此，此种基于地磁原理的预警系统可靠性低。另外一种则是基于地震发生后，电磁波和地震波“赛跑”原理的，由于电磁波比地震波的传播速度要快很多，可在地震发生后将地震信息借助电磁波传播到离震中较远的城市地区，载有地震信号电磁波的传播方式有借助电缆、专用电话线路、高频无线中继站，移动通信基站等方式，将地震信号传播到城市控制中心。

地震监测端通常为震动加速度传感器，有压电、电磁、光纤光栅等形式。然而，监测端都需要借助外界电源，如电池或者太阳能、风能等新能源发电补充来支持传感器工作，而地震监测是一项长时间，可达数年甚至更长时间的不间断的工作，因此，此类方法依赖外接电源的监测设备在应用中存在限制。

目前的主流地震预警系统分为两种：一种是利用巧妙的触发机构，如倒立杆、悬垂摆等定性的判断地震的发生，如地动仪；一种是利用精密的力学传感器等定量的测定地震波信息。前者不能定量的描述地震强度和等级，灵敏度和可靠性之间相互矛盾，而后者必须外接电源为传感器、电子设备等供电。此外，两者共同的弱点是，要想实现地震预警的远距离快速传输，必须要依赖电源采用无线电波发射技术，即均需要外接电源为系统进行供电。

发明内容

为了克服目前传统的地震预警系统需要外界提供电源的缺点，本发明提出一种不需要依赖外界电源的，本身可吸收地震波能量并将其转化为电能“自给自足”的地震预警传感器。

本发明采用以下技术方案：

本发明基于地震振动能捕获自供电的触发式地震预警传感器原理，系统捕获地震发生时的振动能，将地震的振动能转化为电能，为电磁发射系统供能，发射出载有地震强度信息的电磁波，使其能够在地震发生后，通过现有的移动通信基站群中继传输，向离震中数十千米至数百千米的人口密集地区发出预警信号，当城市控制中心接收到分布在城市周围的多个地震传感器发出的地震信号后，迅速分析，判断地震强度、传播方向，并通过移动通信基站群向社会公布地震到来的预警信息，可在地震传播到来前争取数十秒的应急避难时间，如将人群转移到空旷地区，切断天然气供应，电梯停止运行，通知高铁列车紧急制动并采取相应的应急逃生措施等，可很大程度地降低人们生命财产损失，具有非常大的社会意义。

本发明所述的地震振动能捕获自供电的地震预警系统埋置于大地中。所述地震预警系统包括地震振动能捕获模块、振动能发电系统、电能管理单元、主控系统、地震参数采集模块和无线电波发射系统，置于圆形或椭圆形抗冲击和抗腐蚀老化保护外壳中。同时配合置于地面的地面天线、已有的地面移动通信基站群、城市控制中心电磁波接收系统和手机用户共同完成地震预警。