地震响应记录仪、地震响应记录方法及展台

摘要

本发明涉及一种地震响应记录仪、地震响应记录方法及展台，记录仪包括设置于展台中心的中心感应器及设置于展台边缘的边端感应器，及记录器，中心感应器及边端感应器用于监测运动响应并生成响应信号发送记录器；记录器用于将响应信号转换为中心感应器及边端感应器所在监测点的动位移，并判断当两个动位移中任一个超过第一预设阈值时，开始记录；当两个动位移均持续低于第二预设阈值超过预设时间范围时，记录器停止记录数据，并将数据保存。本实施例提供的地震响应记录仪，记录展台及展品在地震作用下的运动状态，实现对地震作用下可移动展品及展台的运动状态及工作能力的监测。

说明书

技术领域

本发明属于可移动展品防震保护监测技术领域，特别涉及一种记录地震作用下展台振动响应的地震响应记录仪、地震响应记录方法及展台。

背景技术

目前，博物馆内馆藏文物防震保护的研究与应用较少，国内多次地震表明，博物馆馆舍结构及人员均安全，但馆内较多珍贵文物却遭到损毁，使得人们对馆藏文物的防震安全日益重视。博物馆馆藏文物的防震措施主要采用抗震和隔震两类方法，抗震即通过加固等措施将文物与展台固定，但是由于对展台的运动状态把握不足，难以实现真正防震；隔震即采用隔震专用设备将文物托起，将展台较大的振动能量隔断，减小文物在地震下的运动响应，但是由于展台的应用状态不同，隔震效果不一定能够充分发挥，不经过详细的设计难以实现真正的防震。为此，不管采取何种防震措施和设备，均需通过监测手段来充分保证防震效果，保障文物安全。国内外现有文物展台尚无相关运动状态监测记录仪。

运动状态监测是利用现场的无损传感技术，对被监测对象实时的运动状态进行监测，并给出安全性评估建议。目前，对于建筑结构的振动及健康状态监测发展较为完善，针对可移动展品及展台防震的运动状态监测研究和实践较少，可移动展品及展台在地震作用下的运动状态及工作能力目前研究不够充分，切实可行的可移动展品及展台地震下监测方法及系统不完善，没有实际的工程应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种地震响应记录仪、地震响应记录方法及展台，要解决可移动展台在地震作用下的运动状态无法监测记录的问题。

为解决上述发明目的，本发明提供了一种地震响应记录仪，包括设置于展台中心的中心感应器及设置于所述展台边缘的边端感应器，与所述中心感应器及所述边端感应器连接的记录器，所述中心感应器及所述边端感应器用于监测运动响应并生成响应信号发送至所述记录器；所述记录器用于接收所述响应信号，将所述响应信号转换为所述中心感应器及边端感应器所在监测点的动位移，并判断当两个所述动位移中任一个超过第一预设阈值时，开始记录；当两个所述动位移均持续低于第二预设阈值超过预设时间范围时，所述记录器停止记录数据，并将数据保存；所述第一预设阈值大于所述第二预设阈值。

作为上述技术方案的优选，所述记录器还用于计算并保存展台6个方向的动位移，包括：中心感应器所在监测点的三方向动位移作为展台的X向、Y向和Z向三方向平动位移；中心感应器和边端感应器所在监测点在水平面上同一方向上的动位移二者做差，并除以中心感应器和边端感应器所在监测点在上述动位移法线方向的投影长度，作为展台的Z向扭转动位移；将中心感应器所在监测点的竖向动位移和边端感应器所在监测点的竖向动位移二者做差，并分别除以两监测点在X方向和Y方向上的投影长度，作为展台的Y向扭转动位移和X向扭转动位移。

作为上述技术方案的优选，所述地震响应记录仪还包括与所述记录器连接的存储终端；所述存储终端包括：与所述记录器连接的无线发射器，与所述无线发射器通过无线信号传输连接的终端接收器及与所述终端接收器连接的终端存储器；

所述记录器还用于将展台6个方向的动位移发送至所述无线发射器，所述无线发射器用于将所述展台6个方向的动位移发送至所述终端接收器，所述终端接收器还用于接收所述展台6个方向的动位移并发送至所述终端存储器，所述终端存储器用于存储所述展台6个方向的动位移。

作为上述技术方案的优选，所述记录器、所述中心感应器及所述边端感应器的外部均设置有保护壳，所述保护壳可承受的加速度不小于3倍重力加速度，可承受的外力不小于5吨。

作为上述技术方案的优选，所述中心感应器及所述边端感应器的质量均不大于所述展台承载质量的1%。 

本发明技术方案还提供了一种应用上述所述的地震响应记录仪的记录方法，包括：

步骤一：中心感应器及边端感应器监测所在展台的运动响应并生成响应信号发送记录器；

步骤二：所述记录器接收所述响应信号，并将所述响应信号转换为所述中心感应器及边端感应器所在监测点的动位移；

步骤三：判断当两个所述动位移中任一个超过第一预设阈值时，所述记录器开始记录；当两个所述动位移均持续低于第二预设阈值超过预设时间范围时，所述记录器停止记录数据，并将数据保存；

步骤四：计算并保存展台6个方向的动位移，包括：中心感应器所在监测点的三方向动位移作为展台的X向、Y向和Z向三方向平动位移；中心感应器和边端感应器所在监测点在水平面上同一方向上的动位移二者做差，并除以中心感应器和边端感应器所在监测点在上述动位移法线方向的投影长度，作为展台的Z向扭转动位移；将中心感应器所在监测点的竖向动位移和边端感应器所在监测点的竖向动位移二者做差，并分别除以两监测点在X方向和Y方向上的投影长度，作为展台的Y向扭转动位移和X向扭转动位移；

步骤五：所述记录器将展台6个方向的动位移发送至所述无线发射器，所述无线发射器将所述展台6个方向的动位移发送至所述终端接收器，所述终端接收器接收所述展台6个方向的动位移并发送至所述终端存储器，所述终端存储器存储所述展台6个方向的动位移。

本发明技术方案还提供了一种应用上述所述的地震响应记录仪的展台，所述展台为矩形，所述展台顶面的几何中心设置有与中心感应器相适应的第一凹槽，所述展台的边端设置有与所述边端感应器相适应的第二凹槽，所述第二凹槽的设定位置与所述矩形中心正交的两个轴线间距离分别不小于四分之一倍的对应边的边长，其中，与所述矩形中心正交的两个轴线分别平行于所述矩形的边，且通过展台顶面的几何中心。

作为上述技术方案的优选，所述展台顶面受力变形不大于1/1000。

作为上述技术方案的优选，所述中心感应器与所述第一凹槽，及所述边端感应器与所述第二凹槽之间为可拆卸连接。

作为上述技术方案的优选，所述可拆卸连接为螺纹连接。

本发明的效果在于：

本发明提供的地震响应记录仪、地震响应记录方法及展台，记录仪包括设置于展台中心的中心感应器及设置于所述展台边缘的边端感应器，与所述中心感应器及所述边端感应器连接的记录器，所述中心感应器及所述边端感应器用于监测运动响应并生成响应信号发送至所述记录器；所述记录器用于接收所述响应信号，将所述响应信号转换为所述中心感应器及边端感应器所在监测点的动位移，以此记录展台及展品在地震作用下的运动状态，实现对地震作用下可移动展品及展台的运动状态及工作能力的监测。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是本发明一实施例提供的地震响应记录仪的结构示意图；

图2是本发明再一实施例提供的应用地震响应记录仪的展台布置结构示意图；

图3为图2中感应器与展台连接关系示意图。

其中：1-中心感应器；2-边端感应器；3-展台；4-记录器；5-无线发射器；6终端接收器；7-终端存储器；8-螺纹连接。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例提供的地震响应记录仪的结构示意图，如图1所示，一种地震响应记录仪，包括设置于展台3中心的中心感应器1及设置于展台3边缘的边端感应器2，与中心感应器1及边端感应器2连接的记录器4，中心感应器1及边端感应器2用于监测运动响应并生成响应信号发送记录器4。边端感应器2与中心感应器1型号相同，通过中心感应器1和边端感应器2分别测得监测点的运动响应，且中心感应器1及边端感应器2通过信号传输线连接至记录器4，或者，中心感应器1及边端感应器2通过无线发射的方式将信号传至记录器4。中心感应器1及边端感应器2具体可以为位移传感器或速度传感器一种或两种结合，使用速度传感器时需要对测得的速度进行积分计算出相应的动位移，如果是多种传感器的结合，需要对于测得的数据再进行计算分析，从而获取监测点的动位移。

记录器4用于接收响应信号，将响应信号转换为中心感应器1及边端感应器2所在监测点的动位移，并判断当两个动位移中任一个超过第一预设阈值时，开始记录；当两个动位移均持续低于第二预设阈值超过预设时间范围时，记录器4停止记录数据，并将数据保存；第一预设阈值大于第二预设阈值。

记录仪工作时，记录器4接收中心感应器1和边端感应器2测得的运动响应，并将其转换为两个测点的动位移值。记录器4具有地震触发功能，使得本实施例提供的地震响应记录仪，在一般情况下仅监测但不存储数据，地震发生时，当展柜展台动位移达到第一预设阈值时，记录器开始记录数据，动位移持续一定时间，例如3分钟，低于第二预设阈值时，记录器停止记录数据，并将数据保存。优选的，记录器4内置电池，电池持续供电时间不少于1年。

本实施例提供的地震响应记录仪，记录展台及展品在地震作用下的运动状态，实现对地震作用下可移动展品及展台的运动状态及工作能力的监测。

作为上述技术方案的优选，记录器4还用于计算并保存展台6个方向的动位移，包括：中心感应器1所在监测点的三方向动位移作为展台3的X向、Y向和Z向三方向平动位移；中心感应器1和边端感应器2所在监测点在水平面上同一方向上的动位移二者做差，并除以中心感应器1和边端感应器2所在监测点在上述动位移法线方向的投影长度，作为展台3的Z向扭转动位移；将中心感应器1所在监测点的竖向动位移和边端感应器2所在监测点的竖向动位移二者做差，并分别除以两监测点在X方向和Y方向上的投影长度，作为展台3的Y向扭转动位移和X向扭转动位移。

具体的计算方法为：将记录器中保存的中心感应器1监测点的三方向动位移作为展台的X向、Y向和Z向三方向平动位移，分别为X1，Y1，Z1；边端感应器2监测点的X向、Y向和Z向三方向平动位移，分别为X2，Y2，Z2；将中心感应器1监测点和边端感应器2监测点X方向上的水平动位移二者做差，X1-X2得到ΔX，并除以X0，得到ΔX/X0作为展台的Z向扭转动位移，或者中心感应器1监测点和边端感应器2监测点Y方向上的水平动位移二者做差，Y1-Y2得到ΔY，并除以Y0，得到ΔY/Y0作为展台的Z向扭转动位移；将中心感应器1监测点和边端感应器2监测点的竖向动位移二者做差，Z1-Z2得到ΔZ，ΔZ/X0作为展台的Y向扭转动位移，ΔZ/Y0作为展台的X向扭转动位移。

作为上述技术方案的优选，地震响应记录仪还包括与记录器4连接的的存储终端；所述存储终端包括：与所述记录器连接无线发射器5，与无线发射器5通过无线信号传输连接的终端接收器6及与终端接收器6连接的终端存储器7，即无线发射器5、终端接收器6和终端存储器7三者可以集成为一体；记录器4还用于将展台6个方向的动位移发送无线发射器5，无线发射器5用于将展台6个方向的动位移发送终端接收器6，终端接收器6还用于接收展台6个方向的动位移并发送终端存储器7，终端存储器7用于存储展台6个方向的动位移。无线发射器5将所测得的信号传给终端接收器6，并最终存入终端存储器7。无线发射器5与终端接收器6之间可以通过蓝牙、wifi、红外等无线通信方式连接。

作为上述技术方案的优选，记录器4、中心感应器1及边端感应器2的外部均设置有保护壳，保护壳可承受的加速度不小于3倍重力加速度，可承受的外力不小于5吨。保护壳未在附图中示出，其材质可以为钢、工程塑料等。保护壳可防冲击，用于保护记录器4、中心感应器1及边端感应器2在承受3倍重力加速度的地震作用下不破坏且能够不间断存储数据、监测数据，承受5吨的外力作用不破坏且能够不间断存储数据、监测数据。

作为上述技术方案的优选，中心感应器1及边端感应器2的质量均不大于展台3承载质量的1%。 

本发明技术方案还提供了一种应用上述的地震响应记录仪的记录方法，包括：

步骤1：中心感应器1及边端感应器2监测所在展台3的运动响应并生成响应信号发送记录器4；

步骤2：记录器4接收响应信号，并将响应信号转换为中心感应器1及边端感应器2所在监测点的动位移；

步骤3：判断当两个动位移中任一个超过第一预设阈值时，记录器4开始记录；当两个动位移均持续低于第二预设阈值超过预设时间范围时，记录器4停止记录数据，并将数据保存；

步骤4：计算并保存展台6个方向的动位移，包括：中心感应器1所在监测点的三方向动位移作为展台3的X向、Y向和Z向三方向平动位移；中心感应器1和边端感应器2所在监测点在水平面上同一方向上的动位移二者做差，并除以中心感应器1和边端感应器2所在监测点在上述动位移法线方向的投影长度，作为展台3的Z向扭转动位移；将中心感应器1所在监测点的竖向动位移和边端感应器2所在监测点的竖向动位移二者做差，并分别除以两监测点在X方向和Y方向上的投影长度，作为展台3的Y向扭转动位移和X向扭转动位移；

步骤五5：记录器4将展台6个方向的动位移发送无线发射器5，无线发射器5将展台6个方向的动位移发送终端接收器6，终端接收器6接收展台6个方向的动位移并发送终端存储器7，终端存储器7存储展台6个方向的动位移。

图2是本发明再一实施例提供的应用地震响应记录仪的展台布置结构示意图，结合图2所示，本发明技术方案还提供了一种应用上述的地震响应记录仪的展台，展台3为矩形，展台3顶面的几何中心设置有与中心感应器1相适应的第一凹槽，展台3的边端设置有与边端感应器2相适应的第二凹槽，第二凹槽的设定位置与矩形中心正交的两个轴线间距离分别不小于四分之一倍的对应边的边长，其中，与矩形中心正交的两个轴线分别平行于矩形的边，且通过展台3顶面的几何中心。边端感应器2与中心感应器1型号相同，安装在展台顶面的设定位置的凹槽内，设定位置与展台顶面矩形中心正交的两个轴线间距离X0与Y0分别不小于a/4和b/4，展台顶面矩形中心正交的X轴线和Y轴线分别平行于矩形边a和b，且通过展台顶面几何中心。

作为上述技术方案的优选，展台3顶面受力变形不大于1/1000。

图3为图2中感应器与展台3连接关系示意图，结合图3所示，作为上述技术方案的优选，中心感应器1与第一凹槽，及边端感应器2与第二凹槽之间为可拆卸连接。展台顶面设置有安装中心感应器1、边端感应器2的凹槽；边端感应器2与中心感应器1均通过螺纹连接8与相应凹槽内螺纹固定连接，中心感应器1安装在展台顶面的几何中心的凹槽内，中心感应器1的顶面不突出展台顶面。

作为上述技术方案的优选，可拆卸连接为螺纹连接8。当然也可以选择卡槽等类型可拆卸连接方式。

上述实施例并非具体实施方式的穷举，还可有其它的实施例，上述实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。

此专利说明书使用实例去展示本发明，其中包括最佳模式，并且使熟悉本领域的技术人员制造和使用此项发明。此发明可授权的范围包括权利要求书的内容和说明书内的具体实施方式和其它实施例的内容。这些其它实例也应该属于本发明专利权要求的范围，只要它们含有权利要求相同书面语言所描述的技术特征，或者它们包含有与权利要求无实质差异的类似字面语言所描述的技术特征。

所有专利，专利申请和其它参考文献的全部内容应通过引用并入本申请文件。但是如果本申请中的一个术语和已纳入参考文献的术语相冲突，以本申请的术语优先。

本文中公开的所有范围都包括端点，并且端点之间是彼此独立地组合。

需要注意的是，“第一 ”，“第二”或者类似词汇并不表示任何顺序，质量或重要性，只是用来区分不同的技术特征。结合数量使用的修饰词“大约”包含所述值和内容上下文指定的含义。（例如：它包含有测量特定数量时的误差）