监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和结构的制作方法

监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和结构
1.(1)本发明所属技术领域
2.本发明属于地球科学、大地震监测预报、电子信息领域，具体涉及可监测大地震的天空监测方式的地上铁塔顶架设椭圆形监测仪器的结构方案和电路。
3.(2)该行业的技术发展现状
4.目前大地震提前监测预报仍是国际难题，原因是大地震产生机理不明。大地震监测预报仍在探索之中。总之，目前尚无准确、科学、有效监测预报大地震的理论模型和监测方案及仪器系统。
5.目前探索性监测地震前参数变化的仪器有多种，主要有地磁监测、地电监测、地壳相对位移监测、地下氡气监测等。但都是用于探索性监测地震前后数据变化，用于总结探索规律。现有探索性监测地震的仪器主要还有：精确监测地面相对位置变化；地磁变化、地电及地下导电率变化；地下氡气产生情况；地震卫星探测等，这些探索性的仪器监测目标主要是探测地下参数，但因大地震机理不明，这些精密仪器都没有作用。
6.总之，目前虽有多类精密仪器设备，但都是监测地下参数，无监测效果，目前仍无有效预测大地震的理论方案和监测仪器方案及系统，尚无地面上空监测形式和仪器。
7.(3)现有技术中存在的缺陷
8.近年国外出现有提前十几秒监测大地震到来的仪器方案，其实是大地震发生后，根据地震声波与地震射线波传播速度差，提前约十几秒监测到大地震射线，用来提前十几秒预警大地震。原理是：地震射线地下传播速度是接近光速，每秒约30万公里；而地震波是机械波，传播速度近似声波，每秒约1km左右。一般大地震的震源深度为10km左右，破坏性的机械波传到地面约需十秒左右，射线到地面时间可忽略，由此可提前十几秒监测到。实质还是震后提前十几秒监测到。提前十几秒基本没作用，从告知到疏导人们躲避已来不及，对预防灾害作用不大。
9.近年中国发射地震探测卫星，也是用于探索地震前地下辐射及高空电离层变化情况，发现大地震前有电离层波动现象，但没能从理论角度揭示出地震孕育发展过程模型，认为电离层变化和天气变化属于巧合。
10.虽然早年已有监测地磁变化来总结地磁与大地震发生前的变化规律，总结多次后，有时大地震前监测的地磁方向、强度并无变化，又认为地磁变化与大地震无直接关系。虽地磁、地电变化都探索性测试多年，但仍无有效提前监测预报大地震的理论方案及仪器设备；地电探索主要是监测地下电阻率变化，迄今也未总结出切实可靠的规律来预测大地震。
11.总之，现技术缺陷是：无有效的监测方案，更无提前有效监测大地震的仪器设备方案。
12.(4)本发明要解决的技术问题或发明目的
13.本发明根据新地震理论成果
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揭示地震孕育过程和机理，设计出可提前有效监测大震地的系列仪器设备方案。而本专利申请案是本系列专利中的地上铁塔顶空架圆球形监测仪器方案和结构。
14.本发明系列专利总体分为：天空监测形式、地下监测形式、综合监测形式；其天空监测形式又分为铁塔空间架设监测仪器结构方式和天空气球架设监测仪器结构方式；以监测不同高度空间参数，达到提前1天有效监测大地震的效果。
15.本专利目的是提供天空监测方式的铁塔顶架设监测仪器的结构方案，配合总体方案，全面监测地面上空多维空间参数。其它方案，另案申请。
16.(5)本发明的内容
17.本发明的监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和结构，是根据新地震理论，探测或监测地面上空的空间新参数，用于数据分析。其特征是，通过地面架设铁塔，将空间参数监测仪器安装于顶端，探测地面上空多种空间参数，经数据采集，无线网络，将数据传到数据云中心，供系统分析大地震孕育发展情况。
18.空间参数监测仪器有圆球形、椭圆形、方形几种结构形式，本发明为椭圆形监测仪器结构方案；其圆形、方形监测仪器方案另案申请。
19.本发明实施案例是铁塔上装太阳能不间断电源和网络数据传输设备，将空间新理论参数的数据经网络线或无线网络和天线，传到数据云中心。不间断电源有多种供电方式。
20.本案的椭圆形监测仪器有横向椭圆形和竖向椭圆形2种结构方案，其椭圆形监测仪器以描述横向圆柄状椭圆形方案为主，其竖向椭圆形监测仪器在实施案例2中简述。
21.椭圆形监测仪器的总体结构形式是：由地下水泥基座；地下接地铁条，空架铁塔；不间断电源；空间微电流监测器；椭圆球形或其他不规则形状空间参数监测仪器；数据采集器；数据编码发射器，无线数据传输网络；传感与控制电路；多芯电缆屏蔽线；网络天线；避雷设施或避雷针所组成，具体见图1。
22.本发明的联接关系：空架铁塔用于将空间参数监测仪器稳靠架设于地面上空，铁塔可由铁塔身和铁塔座两部分组成，铁塔顶安装空间参数监测仪器(简称监测仪器)，和避雷针，空间参数监测仪器内安置轴心套筒，穿入避雷针下端铁杆，固定于铁塔顶端，避雷针尖端高出空间参数监测仪器2米左右；空间参数监测仪器内装几种空间参数传感器和监测控制电路；空间参数监测仪器形状一般为椭圆球形和稍改变的不规则形状，也可是圆形或方形；铁塔主要是稳靠支撑空间参数监测仪器到空中，其材料还可用铝合金或其他金属合金材料制作，也可用高强度的非金属非导电材料制作；铁塔高度无限制，根据安装地理位置决定，高山上安装可低些。铁塔形状和结构无严格限定，能保证稳靠支撑空间参数监测仪器到空中；塔身与塔座中间放置绝缘板，用螺丝联接；也可塔身与塔座焊接一体，铁塔座与地下固定水泥座之间放置绝缘板，用螺丝固定。
23.其不间断电源内置蓄电池一般外接太阳能板，还可外接其他电源，如市电、风力发电或其他特种电源如原子能电池等，保证阴雨天正常供电，实施案例是用太阳能电池。
24.其空间参数监测仪器的其他结构形状，如圆球形和方形，另案申请。
25.本发明创新特点：是提出地面上空架设铁塔，铁塔顶安置空间参数监测仪器，更有效地监测大地震孕育过程中的各种空间参数变化；且塔身与塔座之间安置绝缘层，监测地面铁塔顶尖吸收电荷引入地下的电流变化；为提前1至2天有效监测大地震孕育发展情况，实现提前预报大地震，提供有效的结构形式和电路原理方案。
(6)附图说明
26.附图1是提前监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和系统的总体结构示意图。
27.图1中右下角的gnd为地面；gdls为铁塔底座固定螺栓；taz为铁塔底座(铁塔分为铁塔身和铁塔底座)；tas为铁塔身；图中左下角的gndl为地下接地铁条，用作接地线，为地下钢筋网构成；gdz为地下固定底座，一般为水泥基座；tgnd为接地端子线，是连接铁塔底座与电流监测器jci接地端子的联接线；jyd为绝缘垫片，使得联接螺丝与铁塔间绝缘；jyt为绝缘筒，套在联接螺丝杆上，使得联接螺栓与铁塔间绝缘；jyb为绝缘板，用于绝缘隔离铁塔座与铁塔身的联接铁板；ljs为连接螺栓，两边的ljs均是用于联接铁塔身与铁塔座的螺栓；fhz为防护罩，保护底座上放置的电流监测器jci和不间断电源dy；dy为不间断电源，内含蓄电池，放置在铁塔底座上方；jci为电流监测器，放置在铁塔底座上方；dlx为多芯电缆屏蔽线，用于连接不间断电源dy、电流监测器jci、太阳能光伏板gvb和塔顶上的监测传感电路cgq；gvl为光伏板连接线；gvb为光伏板；gvj为光伏板固定架；atx为天线馈线；atj为天线支撑座架；at为发射天线；cgq为监测传感电路；tykt为椭圆形监测仪器，此为横向椭圆形，装于铁塔顶；最上边的blz为避雷针。
28.图2为椭圆形监测仪器tykt的内部结构图。其中：
29.图2a为横向椭圆形监测仪器tykt上半球中心上方水平面剖切图，向下看的剖视图；
30.图2b是横向椭圆形监测仪器tykt后半椭圆球竖直面剖切图，向后看的剖视图。
31.图2c是横向椭圆形监测仪器tykt下半球中心下方水平面剖切图，向下看的剖视图；
32.图2d是横向椭圆形监测仪器tykt前半椭圆球竖直面剖切图，向后看的剖视图。
33.图2a中，tyk为椭圆中部圆壳，与tykt不同的是，tykt是椭圆形监测仪器，tyk仅表示椭圆中部圆壳剖面；zcb1、zcb2、zcb3、zcb4为隔离支撑板，分别是中心固定套筒zxt到仪器上半球壳的4个扇形隔离支撑板；zxt为中心固定套筒，穿于铁塔顶避雷针blz铁柱上用于固定；dlg为电缆穿线管；lls为多个联接螺栓；yqs1、yqs2、yqs3、yqs4分别为位于上半球4个区域的空间参数传感器，其中；yqs1为空间磁场矢量传感器；yqs2为空间磁场移动方向矢量传感器；yqs3为空间有源电场矢量传感器；yqs4为空间无源电场矢量传感器。
34.图2b中，tyks为上半椭圆壳；tykx为下半椭圆壳；zcby为圆形支撑板，是椭圆球壳到中心固定套筒zxt之间的圆形支撑板；yqs1、yqs2为上半球后方的2个空间参数传感器，yqs1为空间磁场矢量传感器；yqs2为空间磁场移动方向矢量传感器；gds1、gds2分别为上半球后方的2个空间参数监测仪yqs1、yqs2的固定板；yqx5、yqx6分别为下半球后方的2个空间参数监测仪，yqx5为空间微电流矢量传感仪器；yqx6为三频段无线杂波探测仪；gdx5、gdx6分别为下半球后方的2个空间参数监测仪yqx5、yqx6的固定板；dlg为电缆穿线管；zxt为中心固定套筒；lls为联接螺栓；dlx为多芯电缆屏蔽线；lkb为固定底盘，用于固定塔顶监测仪器。
35.图2c与图2a对称相似，只是下方腔体安置的仪器传感器标号不同。
36.图2c中，tyk为椭圆中部圆壳；zcb5、zcb6、zcb7、zcb8为中心固定套筒zxt到仪器下半球壳的4个扇形隔离支撑板；zxt为中心固定套筒，穿于铁塔顶避雷针blz铁柱上用于固
定；dlg为电缆穿线管；lls为多个联接螺栓。yqx5、yqx6、yqx7、yqx8分别为位于下半球4个区域的空间传感器和控制电路部分，其中：yqx5是空间微电流矢量传感仪器；yqx6是三频段无线杂波探测仪；yqx7为多路数据采集器，yqx8为数据编码发射电路；
37.图2d与图2b对称相似，只是前方腔体安置的仪器传感器标号不同。
38.图2d中，tyks为上半椭圆壳；tykx为下半椭圆壳；zcby为圆形支撑板，是椭圆壳tykx到中心固定套筒zxt之间的圆形支撑板；yqs3、yqs4为上半球前方的2个监测传感仪器；其yqs3为空间有源电场矢量传感器；yqs4为空间无源电场矢量传感器；gds3、gds4分别为上半球前方的2个传感器yqs3、yqs4的固定板；yqx7、yqx8为下半球前方的2个控制仪器，yqx7为多路数据采集器；yqx8为数据编码发射电路；gdx7、gdx8为下半球前方的2个控制仪器yqx7、yqx8的固定板；dlg为电缆穿线管；zxt为中心固定套筒；lls为联接螺栓；dlx为多芯电缆屏蔽线；lkb为固定底盘。
39.附图3是监测电路系统原理方框图。
40.图3中：yqs1为空间磁场矢量传感器；yqs2为空间磁场移动方向矢量传感器；yqs3为空间有源电场矢量传感器；yqs4为空间无源电场矢量传感器；yqx5是微电流矢量传感仪器；yqx6是三频段无线杂波探测仪；yqx7为多路数据采集器电路，左虚线框内为yqx7所包含的电路部分是；左虚线框内的add为单片机控制的模拟\数字转换器，dpzy为数字幅度监测与控制电路，dpjfx为数据暂存与预处理电路；yqx8为数据编码发射器电路，是右虚线框中的电路组合；右虚线框中的bmjm为数据发送前的编码处理器电路，cksf为数据传输接口电路，wjk为对外网络接口；jci为电流监测器；gnd为塔身接线端子线；tgnd为接地端子线；at为发射天线；kzzx为控制总线，用于对各监测传感器的控制，为简明，用带箭头单线标示；dy为不间断电源；dc+为dy的正电源输入端；dc-为dy的负电源输入端；ec为储能电池；gvb为光伏板；atx为天线馈线。
41.图4为另一种椭圆形的竖向椭圆形监测仪器组成的整体结构图，图4中，stykt为竖向椭圆形监测仪器，其他标注与图1相同。
42.图5为另一种椭圆形的竖向椭圆形监测仪器内部结构示意图。其中：
43.图5a为竖向椭圆形监测仪器后部垂向剖切面图；图5a中，tyks为上半椭圆壳；tykx为下半椭圆壳，其他标注与图2b相同，不再多述。
44.图5b为竖向椭圆形监测仪器前部垂向剖切面图；图5b中，tyks为上半椭圆壳；tykx为下半椭圆壳。其他标注与图2d相同，不再多述。
45.7、实施方案
46.实施方案1：
47.本发明的监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和结构，其整体结构如图1，其特征是由：铁塔身tas；铁塔底座taz；铁塔顶安装的椭圆形监测仪器tykt；内置的监测传感电路cgq；铁塔顶安置的避雷针blz；发射天线at；天线馈线atx；天线支撑座架atj；内含储能电池的不间断电源dy；太阳能光伏板gvb；光伏板固定架gvj；光伏板连接线gvl；多芯电缆屏蔽线dlx；塔座上方安装的电流监测器jci；塔座上方安置的电源防护罩fhz；联接螺栓ljs；联接螺栓绝缘垫jyd；绝缘筒jyt；绝缘板jyb；铁塔底座固定螺栓gdls；地下固定底座gdz；地下接地铁条gndl所组成；其中：电流监测器jci、内置的监测传感电路cgq、不间断电源dy及太阳能光伏板gvb组成整体监测电路系统，其电路原理示意图见说明书附图3；其
中，椭圆形监测仪器tykt。有另种椭圆形状形成竖向椭圆形监测仪器stykt，组成提前监测大地震的地上铁塔顶空架竖向椭圆形监测仪器方案和系统，其整体结构见图4、内部结构见图5，见案例2。
48.其联接关系是：铁塔底座taz，深埋于地面下，一般为水泥墩，上平面露出地面；铁塔底座固定螺栓gdls预制埋放于地下固定底座gdz中并上方露出螺杆；铁塔底座固定螺栓gdls下方深处稳靠联接或焊接于地下接地铁条gndl，地下接地铁条gndl以网状焊接使其与大地接触面大，接地良好；铁塔底座taz，通过铁塔底座固定螺栓gdls紧固于地下固定底座gdz上；整个铁塔垂直于地面安装；铁塔底座taz上方铁板与铁塔身tas下方铁板之间放置绝缘板jyb，通过联接螺栓ljs将铁塔身tas与铁塔底座taz紧固联接，并且专用的绝缘筒jyt套在联接螺栓ljs的螺丝杆外，保证螺丝杆与铁塔之间绝缘；联接螺栓ljs的上、下螺丝帽与铁塔之间放置绝缘垫jyd，保证上、下螺丝帽与铁塔之间绝缘；电流监测器jci和不间断电源dy，固定于铁塔底座taz上方的塔身下端铁板上；电源防护罩fhz安置于铁塔身tas底部外围和不间断电源dy上方，以有效防护电流监测器jci和不间断电源dy不受雨淋；太阳能光伏板gvb安装于光伏板固定架gvj上，紧固于铁塔身tas上的适当位置，使光伏板gvb朝向太阳且感光效果最佳为宜；光伏板连接线gvl连接光伏板gvb到不间断电源dy；多芯电缆屏蔽线dlx穿入保护套管固定于铁塔身tas轴心；不间断电源dy内置储能蓄电池，其输出直流电源通过多芯电缆屏蔽线dlx，连接电流监测器jci内部电路和铁塔上方的监测传感电路cgq中各部分电路；椭圆形监测仪器tykt内置监测传感电路cgq，安装于铁塔顶；监测传感电路cgq内含有网线接口和无线网接口，可直接联接有线网线，也可联接无线网双用，其无线网接口通过连接天线馈线atx，连接到发射天线at；发射天线at通过天线支撑座架atj紧固于铁塔身上方适当位置，以发射信号效果佳为宜；铁塔顶紧固联接或焊接联接避雷针blz铁杆，避雷针blz铁杆顶端为尖针状，顶端可设置单针，也可焊接多个尖针，根据实际地形情况设置；椭圆形监测仪器tykt内有竖直轴向铁管，铁管内径略大于避雷针blz铁杆，套于避雷针blz铁杆上，铁管上端通过径向螺丝与避雷针blz铁杆紧固；椭圆形监测仪器tykt下方带有小固定盘lkb，通过螺丝与铁塔顶紧固。其中：电流监测器jci、监测传感电路cgq、不间断电源dy及太阳能光伏板gvb组成整体监测电路系统，其电路原理见说明书附图3。
49.本发明的提前监测大地震的地上铁塔空架式椭圆形监测仪器结构方案和系统，上述的椭圆形监测仪器tykt，其内部结构如图2a、图2b、图2c、图2d所示，其结构特征是：由椭圆壳tyk；6种空间参数传感器：空间磁场矢量传感器yqs1；空间磁场移动方向矢量传感器yqs2；空间有源电场矢量传感器yqs3；空间无源电场矢量传感器yqs4；空间微电流矢量传感仪器yqx5；三频段无线杂波探测仪yqx6；及多路数据采集器yqx7；数据编码发射电路yqx8；及上区间4个传感器的联接固定板gds1、gds2、gds3、gds4；下区间4个传感器的联接固定板gdx5、gdx6、gdx7、gdx8；上半椭圆球中的4个扇形隔离支撑板zcb1、zcb2、zcb3、zcb4；下半椭圆球中的4个扇形支撑板zcb5、zcb6、zcb7、zcb8；圆形支撑板zcby；中心固定套筒zxt；多芯电缆屏蔽线dlx；电缆穿线管dlg；联接螺栓lls；仪器固定底盘lkb，所构成。其椭圆壳由上半椭圆壳tyks和下半椭圆壳tykx构成。
50.其连接关系是：中心固定套筒zxt垂直紧固于圆形支撑板zcby孔中；圆形支撑板zcby平面放置，4个扇形支撑隔离板zcb1、zcb2、zcb3、zcb4以相差90度紧固于圆形支撑板zcby上方和中心固定套筒zxt侧方，形成4个上区间；同理，4个扇形支撑隔离板zcb5、zcb6、
zcb7、zcb8以相差90度紧固于圆形支撑板zcby下方和中心固定套筒zxt侧方，形成4个下区间；空间磁场矢量传感器yqs1、空间磁场移动方向矢量传感器yqs2、空间有源电场矢量传感器yqs3、空间无源电场矢量传感器yqs4分别紧固于4个仪器固定板gds1、gds2、gds3、gds4上；仪器固定板gds1、gds2、gds3、gds4分别通过联接螺丝lls，紧固安装于圆形支撑板zcby上方已分隔的4个区间；同理，空间微电流矢量传感仪器yqx5、三频段无线杂波探测仪yqx6、多路数据采集器yqx7、数据编码发射电路yqx8分别紧固于于4个仪器固定板gdx5、gdx6、gdx7、gdx8上，4个仪器固定板gdx5、gdx6、gdx7、gdx8分别通过联接螺丝lls，紧固安装于圆形支撑板zcby下方已分隔的4个区间；电缆穿线管dlg紧靠中心固定套筒zxt，设置于球形下区间，联通8个传感器区间；多芯电缆屏蔽线dlx穿入电缆穿线管dlg，联接椭圆形仪器上下8个区间的监测传感器和控制电路；下半椭圆壳tykx底部设有中心孔和穿线管孔，穿入中心固定套筒zxt下端和电缆穿线管dlg下端，下半圆壳上口边缘紧固于圆形支撑板zcby边缘；同理，上半椭圆壳tyks的中心孔穿入中心固定套筒zxt上端，与下半椭圆壳tykx严合联接，并紧固于圆形支撑板zcby边缘，用小螺丝紧固；固定底盘lkb有中心固定孔和穿线孔，穿入中心固定套筒zxt下端和电缆穿线管dlg下端，紧固于下半椭圆壳tykx底部；固定底盘lkb边沿有固定螺丝孔，以固定于铁塔上端铁板；中心固定套筒zxt略大于避雷针blz铁柱直径，用于穿入避雷针blz铁柱，固定于铁塔顶部；其中监测传感电路cgq与上述的电流监测器jci、不间断电源dy及太阳能光伏板gvb组成整体监测电路系统，其电路原理图见说明书附图3。
51.本发明的地面上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和系统，所述的整体监测电路系统；原理方框图如附图3，其电路结构特征是：由空间磁场矢量传感器yqs1；空间磁场移动方向矢量传感器yqs2；空间有源电场矢量传感器yqs3；空间无源电场矢量传感器yqs4；空间微电流矢量传感仪器yqx5；三频段无线杂波探测仪yqx6；电流监测器jci；单片机控制的模拟\数字转换器add；数字幅度监测与控制电路dpzy；数据暂存与预处理电路dpjfx；数据发送前的编码处理器电路bmjm；数据传输接口电路cksf；对外网络接口wjk；多路控制总线kzzx；天线馈线atx；发射天线at；不间断电源dy；储能电池ec；光伏板gvb；接地端子线tgnd；塔身接线端子线gnd；接线端子dc+、dc-所组成；其中：单片机控制的模拟\数字转换器add、数字幅度监测与控制电路dpzy、数据暂存与预处理电路dpjfx构成多路数据采集器yqx7；数据发送前的编码处理器电路bmjm、数据传输接口电路cksf、对外网络接口wjk构成数据编码发射电路yqx8。
52.其连接关系是：不间断电源dy的正电源输入端dc+连接储能电池ec正极，不间断电源dy的负电源输入端dc-连接储能电池ec负极；光伏板gvb的2个电流输出端连接不间断电源dy的2个光伏板输入端子；不间断电源dy的稳定电压输出端，分别连接各种空间参数传感器yqs1、yqs2、yqs3、yqs4、yqx5、yqx6和电流监测器jci及多路数据采集器yqx7、数据编码发射电路yqx8等各电路部分的电源输入端；空间磁场矢量传感器yqs1是监测x、y、z三维方向上的磁场分量，输出的3路信号，连接到单片机控制的多路模拟\数字转换器add的多路信号输入端；空间磁场移动方向矢量传感器yqs2探测输出的3路信号，连接到多路模拟\数字转换器add的多路信号输入端；同理，空间有源电场矢量传感器yqs3探测输出的3维信号；空间无源电场矢量传感器yqs4探测输出的3维信号；空间微电流矢量传感仪器yqx5探测输出的3维信号；三频段无线杂波探测仪yqx6输出的3路信号；电流监测器jci输出的1路信号；都通过信号线连接到单片机控制的多路模拟\数字转换器add的多路信号输入端；经模拟\数字
转换器add转换成数字信号，add的数据线连接数据识别控制电路dpzy；dpzy输出的控制信号，经多路并行或串行控制总线kzzx分别接yqs1、yqs2、yqs3、yqs4、yqx5、yqx6、jci的控制总线输入端；add的数据线同时联结数据暂存与预处理电路dpjf；dpjf输出数据联接数据发射前的编码处理电路bmjm；经bmjm编码处理数据转换成串行发送信号传送到串行数据接口电路cksf；cksf输出的调制信号一路经天线馈线atx接发射天线at，另一路联接网线接口wjk，两路网络传输方式供选择。
53.上述的空间磁场移动方向矢量传感器yqs2；空间有源电场矢量传感器yqs3；空间无源电场矢量传感器yqs4；空间微电流矢量传感仪器yqx5；三频段无线杂波探测仪yqx6；电流监测器jci，其内部具体电路较复杂，分别另案申请。
54.电路原理：经模拟\数字转换器add转换成数字信号，add的数据线连接数据识别控制电路dpzy；dpzy经分析判别，识别信号强弱，输出的控制信号，控制相应传感器中的数控增益放大器，使输出模拟信号达到最佳模数/转换幅度，实际数据再根据该数据的增益数据，还原实际数据，是监测精度提高；数据识别控制电路dpzy输出的控制信号，还可选择控制各个传感器工作状态，其控制总线可用串行总线，也可用并行总线，各个传感器内由单片机控制，可有效分辨和接收控制信号；暂存与预处理电路dpjf主要是分析数据，加地址码，用以辩别数据信号是哪种传感器的数据；编码处理电路bmjm主要是发射数据前，加数据编码，使接收端有效识别出地震系统数据，起到数据保护作用。
55.实施案例2：
56.根据实施案例1的提前监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和系统，将其中的椭圆形监测仪器tykt外形结构形状变为竖向椭圆形状，构成：提前监测大地震的地上铁塔顶空架竖向椭圆形监测仪器方案和系统，其特征是：将上述实施案例1中的椭圆形监测仪器tykt，换成另一种椭圆形状的横向椭圆形监测仪器htykt，其它各部分与实施案例1的结构和连接关系相同，不再重复描述。其总体结构见附图4。
57.上述的横向椭圆形监测仪器htykt的内部结构，见图5a、图5b，其结构特征是由：将椭圆形监测仪器tykt内部结构中的椭圆壳tyk改为竖向椭圆壳styk；上半椭圆壳tyks和下半椭圆壳tykx分别换为上半竖向椭圆壳styks和下半竖向椭圆壳stykx，其他部分类同于椭圆形监测仪器tykt内部结构；竖向椭圆壳styk由上半椭圆壳styks和下半椭圆stykx构成；其联接关系与椭圆形监测仪器tykt类同，不多描述。
58.上述2个实施案例结构形式的扩展
59.本发明的提前监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和系统，所述的空架铁塔，其特征是：其高度未有严格限定，可根据不同现场情况设置。因山地用低高度铁塔，比山下高铁塔还会高。
60.本专利案所述的地面上空铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和系统，所述的铁塔空架监测方式，其监测形式特征是：用铁塔将监测仪器架设于地面上空，传感监测空间参数，数据通过网络传送到数据中心，分析大地震；铁塔高度无严格限定，可根据不同现场情况设置；其铁塔材料和结构形式无严格限定，可以有多种结构形式，可铁塔底座和铁塔身可焊接为一体，构成一体式铁塔结构，顶端安置监测仪器，铁塔底座taz与地下地下固定底座gdz之间放置绝缘支撑板，用铁塔底座固定螺栓gdls将一体式铁塔固定于地下固定底座gdz；电流监测器jci的接地端子线tgnd，通过铁塔底座固定螺栓gdls，联接到地下接地线gngl；电流
监测器jci、不间断电源dy、防护罩fhz安装于地下固定底座gdz上方适当位置；其他与上述附图1的结构形式相同。
61.本发明的电地面上空铁塔空架监测仪器的总体结构安装方案与系统，其特征是：铁塔材料不受限制，铁塔材料还可以是铝合金材料或其他导电合金材料，也可是高强度非导电材料，可用槊料材料或其他高强度非导电材料制作，顶端避雷针仍用金属导电材料，用粗联接导线代替铁塔导电，将空中电流引入地下；根据野外场地情况和工程成本及轻便性能要求，选用其他金属或非金属材料制作的塔形支撑架代替铁塔仍属该专利保护范围。
62.本发明的提前监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和系统，所述的椭圆形监测仪器tykt，其特征是：将椭圆形监测仪器tykt用铁塔架设于地面上空，探测空间参数变化预报大地震，是一种优化的结构形式，将椭圆形监测仪器tykt形状改变为类似椭圆球形的不规则形状，仍可有效监测空间参数；其空间架设的监测仪器还可有其他多种结构形状，可以是方形或椭圆形或不规则形状；其方形和椭圆形的结构形状，见另案申请；其椭圆形监测仪器tykt略改派生出的不规则结构形状，仍属该专利保护范围。
63.本发明的提前监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和系统，所述的不间断电源dy，其特征是：由内部蓄电池和稳压电路及输入电压自适应切换电路所组成，其连接关系是：输入电压自适应切换电路的供电输入端联接光伏板gvb输出端，不间断电源dy输出端联结仪器各部分电路的电源输入端；根据不同现场需要，不间断电源dy的输入端可分别联接市电供电、风力发电供电、原子能电池供电、及其他新能源供电，构成自适应供电方式，同时联接输入电压自适应切换电路，自动切换为相应的供电电压；不用太阳能光伏板，换用市电供电或风力发电供电或原子能电池供电，仍属本专利结构形式。
64.本发明的提前监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和系统，其特征是：所述的其他各部分，在符合发明总体设计基础上各部分细节还可优化和改动完善，本案不可能更详尽描述，同行人员在仿照本发明整体方案实质性基础上做的细节改动，仍属该专利保护范围。如不装太阳能板，用风力发电，或用原子能电池供电等，以及其他细节的完善和改动，仍属本专利保护范围。
65.(8)本发明的先进优特点
66.本发明的监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪结构方案和结构，从新地震理论角度出发，设计出可监测大地震前地震孕育期间的地面上空参数变化情况的结构方案，配合地下监测参数，高空气球探测参数，监测大地震孕育发展过程情况，为监测分析大地震，提供地面上空监测数据；本发明的先进优特点1是用铁塔将空间参数监测传感仪器架设到地面上空可有效监测大地震前的空间参数变化，属尚未有的新型监测方式方案；先进优特点2是为监测新理论的空间参数提供地面监测结构方案；先进优特点3是椭圆形仪器结构稳固空间风阻力小。
67.(9)意义和积极效果
68.本发明的监测大地震的地面上空铁塔空架椭圆形监测仪器方案和结构，主要提供监测和探测空间新参数的新型监测形式和结构方案及原理电路，配合其他专利的几种参数传感仪器和已申请的地下监测分布式方案及监测仪器方案，可监测大地震前的地震孕育发展过程情况，为提前有效监测大地震，提供新的监测形式和结构方案。据新地震理论，大地震前几天地面上空的空间参数会明显变化，用铁塔空中架设空间参数传感仪器形式方案，
可有效监测空间参数变化；用本发明的新监测形式及安装结构方案，各种仪器将可发挥应有的作用。配合其他专利的传感仪，才能达到有效的监测数据。仪器上各种监测数据通过无线网络，送云数据中心分析，配合多个监测点数据，可望有效监测分析出大地震孕震中心位置及发展情况。

技术特征：
1.监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和结构，目前大地震提前监测预报仍是国际难题，原因是大地震机理不明，已有仪器不能有效提前监测，本发明根据新地震理论，提出地上铁塔顶空架圆球形监测仪器方案和电路系统，其特征是由：铁塔身tas；铁塔底座taz；铁塔顶安装的椭圆形监测仪器tykt；内置的监测传感电路cgq；铁塔顶安置的避雷针blz；发射天线at；天线馈线atx；天线支撑座架atj；内含储能电池的不间断电源dy；太阳能光伏板gvb；光伏板固定架gvj；光伏板连接线gvl；多芯电缆屏蔽线dlx；塔座上方安装的电流监测器jci；塔座上方安置的电源防护罩fhz；联接螺栓ljs；联接螺栓绝缘垫jyd；绝缘筒jyt；绝缘板jyb；铁塔底座固定螺栓gdls；地下固定底座gdz；地下接地铁条gndl所组成；其中：电流监测器jci、内置的监测传感电路cgq、不间断电源dy及太阳能光伏板6vb组成整体监测电路系统，其电路原理示意图见说明书附图3；其中：椭圆形监测仪器tykt，有另种竖向椭圆形状，构成竖向椭圆形监测仪器stykt，组成提前监测大地震的地上铁塔顶空架竖向椭圆形监测仪器方案和系统，其整体结构见图4；其联接关系是：铁塔底座taz，深埋于地面下，一般为水泥墩，上平面露出地面；铁塔底座固定螺栓gdls预制埋放于地下固定底座gdz中并上方露出螺杆；铁塔底座固定螺栓gdls下方深处稳靠联接或焊接于地下接地铁条gndl，地下接地铁条gndl以网状焊接使其与大地接触面大，接地良好；铁塔底座taz，通过铁塔底座固定螺栓gdls紧固于地下固定底座gdz上；整个铁塔垂直于地面安装；铁塔底座taz上方铁板与铁塔身tas下方铁板之间放置绝缘板jyb，通过联接螺栓ljs将铁塔身tas与铁塔底座taz紧固联接，并且专用的绝缘筒jyt套在联接螺栓ljs的螺丝杆外，保证螺丝杆与铁塔之间绝缘；联接螺栓ljs的上、下螺丝帽与铁塔之间放置绝缘垫jyd，保证上、下螺丝帽与铁塔之间绝缘；电流监测器jci和不间断电源dy，固定于铁塔底座taz上方的塔身下端铁板上；电源防护罩fhz安置于铁塔身tas底部外围和不间断电源dy上方，以有效防护电流监测器jci和不间断电源dy不受雨淋；太阳能光伏板gvb安装于光伏板固定架gvj上，紧固于铁塔身tas上的适当位置，使光伏板gvb朝向太阳且感光效果最佳为宜；光伏板连接线gvl连接光伏板gvb到不间断电源dy；多芯电缆屏蔽线dlx穿入保护套管固定于铁塔身tas轴心；不间断电源dy内置储能蓄电池，其输出直流电源通过多芯电缆屏蔽线dlx，连接电流监测器jci内部电路和铁塔上方的监测传感电路cgq中各部分电路；椭圆形监测仪器tykt内置监测传感电路cgq，安装于铁塔顶；监测传感电路cgq内含有网线接口和无线网接口，可直接联接有线网线，也可联接无线网双用，其无线网接口通过连接天线馈线atx，连接到发射天线at；发射天线at通过天线支撑座架atj紧固于铁塔身上方适当位置，以发射信号效果佳为宜；铁塔顶紧固联接或焊接联接避雷针blz铁杆，避雷针blz铁杆顶端为尖针状，顶端可设置单针，也可焊接多个尖针，根据实际地形情况设置；椭圆形监测仪器tykt内有竖直轴向铁管，铁管内径略大于避雷针blz铁杆，套于避雷针blz铁杆上，铁管上端通过径向螺丝与避雷针blz铁杆紧固；椭圆形监测仪器tykt下方带有小固定盘lkb，通过螺丝与铁塔顶紧固。其中：电流监测器jci、监测传感电路cgq、不间断电源dy及太阳能光伏板gvb组成整体监测电路系统，其电路原理见说明书附图3。2.根据权利要求1所述的监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和结构，所述的圆球形监测仪器yqkt，其结构特征是：由椭圆壳tyk；6种空间参数传感器：空间磁场矢量传感器yqs1；空间磁场移动方向矢量传感器yqs2；空间有源电场矢量传感器yqs3；空间无源电场矢量传感器yqs4；空间微电流矢量传感仪器yqx5；三频段无线杂波探测仪yqx6；及
多路数据采集器yqx7；数据编码发射电路yqx8；及上区间4个传感器的联接固定板gds1、gds2、gds3、gds4；下区间4个传感器的联接固定板gdx5、gdx6、gdx7、gdx8；上半椭圆球中的4个扇形隔离支撑板zcb1、zcb2、zcb3、zcb4；下半椭圆球中的4个扇形支撑板zcb5、zcb6、zcb7、zcb8；圆形支撑板zcby；中心固定套筒zxt；多芯电缆屏蔽线dlx；电缆穿线管dlg；联接螺栓lls；仪器固定底盘lkb，所构成。其椭圆壳由上半椭圆壳tyks和下半椭圆壳tykx构成。其连接关系是：中心固定套筒zxt垂直紧固于圆形支撑板zcby孔中；圆形支撑板zcby平面放置，4个扇形支撑隔离板zcb1、zcb2、zcb3、zcb4以相差90度紧固于圆形支撑板zcby上方和中心固定套筒zxt侧方，形成4个上区间；同理，4个扇形支撑隔离板zcb5、zcb6、zcb7、zcb8以相差90度紧固于圆形支撑板zcby下方和中心固定套筒zxt侧方，形成4个下区间；空间磁场矢量传感器yqs1、空间磁场移动方向矢量传感器yqs2、空间有源电场矢量传感器yqs3、空间无源电场矢量传感器yqs4分别紧固于4个仪器固定板gds1、gds2、gds3、gds4上；仪器固定板gds1、gds2、gds3、gds4分别通过联接螺丝lls，紧固安装于圆形支撑板zcby上方已分隔的4个区间；同理，空间微电流矢量传感仪器yqx5、三频段无线杂波探测仪yqx6、多路数据采集器yqx7、数据编码发射电路yqx8分别紧固于于4个仪器固定板gdx5、gdx6、gdx7、gdx8上，4个仪器固定板gdx5、gdx6、gdx7、gdx8分别通过联接螺丝lls，紧固安装于圆形支撑板zcby下方已分隔的4个区间；电缆穿线管dlg紧靠中心固定套筒zxt，设置于球形下区间，联通8个传感器区间；多芯电缆屏蔽线dlx穿入电缆穿线管dlg，联接椭圆形仪器上下8个区间的监测传感器和控制电路；下半椭圆壳tykx底部设有中心孔和穿线管孔，穿入中心固定套筒zxt下端和电缆穿线管dlg下端，下半圆壳上口边缘紧固于圆形支撑板zcby边缘；同理，上半椭圆壳tyks的中心孔穿入中心固定套筒zxt上端，与下半椭圆壳tykx严合联接，并紧固于圆形支撑板zcby边缘，用小螺丝紧固；固定底盘lkb有中心固定孔和穿线孔，穿入中心固定套筒zxt下端和电缆穿线管dlg下端，紧固于下半椭圆壳tykx底部；固定底盘lkb边沿有固定螺丝孔，以固定于铁塔上端铁板；中心固定套筒zxt略大于避雷针blz铁柱直径，用于穿入避雷针blz铁柱，固定于铁塔顶部；其中监测传感电路cgq与上述的电流监测器jci、不间断电源dy及太阳能光伏板gvb组成整体监测电路系统，其电路原理图见说明书附图3。3.根据权利要求1或2所述的监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和结构，所述的整体监测电路和系统，其电路结构特征是：由空间磁场矢量传感器yqs1；空间磁场移动方向矢量传感器yqs2；空间有源电场矢量传感器yqs3；空间无源电场矢量传感器yqs4；空间微电流矢量传感仪器yqx5；三频段无线杂波探测仪yqx6；电流监测器jci；单片机控制的模拟\数字转换器add；数字幅度监测与控制电路dpzy；数据暂存与预处理电路dpjfx；数据发送前的编码处理器电路bmjm；数据传输接口电路cksf；对外网络接口wjk；多路控制总线kzzx；天线馈线atx；发射天线at；不间断电源dy；储能电池ec；光伏板gvb；接地端子线tgnd；塔身接线端子线gnd；接线端子dc+、dc-所组成；其中：单片机控制的模拟\数字转换器add、数字幅度监测与控制电路dpzy、数据暂存与预处理电路dpjfx构成多路数据采集器yqx7；数据发送前的编码处理器电路bmjm、数据传输接口电路cksf、对外网络接口wjk构成数据编码发射电路yqx8。其连接关系是：不间断电源dy的正电源输入端dc+连接储能电池ec正极，不间断电源dy的负电源输入端dc-连接储能电池ec负极；光伏板gvb的2个电流输出端连接不间断电源dy的2个光伏板输入端子；不间断电源dy的稳定电压输出端，分别连接各种空间参数传感器
yqs1、yqs2、yqs3、yqs4、yqx5、yqx6和电流监测器jci及多路数据采集器yqx7、数据编码发射电路yqx8等各电路部分的电源输入端；空间磁场矢量传感器yqs1是监测x、y、z三维方向上的磁场分量，输出的3路信号，连接到单片机控制的多路模拟\数字转换器add的多路信号输入端；空间磁场移动方向矢量传感器yqs2探测输出的3路信号，连接到多路模拟\数字转换器add的多路信号输入端；同理，空间有源电场矢量传感器yqs3探测输出的3维信号；空间无源电场矢量传感器yqs4探测输出的3维信号；空间微电流矢量传感仪器yqx5探测输出的3维信号；三频段无线杂波探测仪yqx6输出的3路信号；电流监测器jci输出的1路信号；都通过信号线连接到单片机控制的多路模拟\数字转换器add的多路信号输入端；经模拟\数字转换器add转换成数字信号，add的数据线连接数据识别控制电路dpzy；dpzy输出的控制信号，经多路并行或串行控制总线kzzx分别接yqs1、yqs2、yqs3、yqs4、yqx5、yqx6、jci的控制总线输入端；add的数据线同时联结数据暂存与预处理电路dpjf；dpjf输出数据联接数据发射前的编码处理电路bmjm；经bmjm编码处理数据转换成串行发送信号传送到串行数据接口电路cksf；cksf输出的调制信号一路经天线馈线atx接发射天线at，另一路联接网线接口wjk，两路网络传输方式供选择。4.根据权利要求1所述的监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和结构，将其中的椭圆形监测仪器tykt外形结构形状改为另一种的竖向椭圆形状，组成的提前监测大地震的地上铁塔顶空架竖向椭圆形监测仪器方案和系统，其解构特征是：将权利要求1中的椭圆形监测仪器tykt，换成另一种椭圆形状的横向椭圆形监测仪器htykt，其它各部分与根据权利要求1所述的结构和连接关系相同，其整体结构见说明书附图4。5.根据权利要求1或2或4所述的提前监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和系统，所述的横向椭圆形监测仪器htykt，其结构特征是：将权利要求2中的椭圆壳tyk换为竖向椭圆壳styk；上半椭圆壳tyks和下半椭圆壳tykx分别换为上半竖向椭圆壳styks和下半竖向椭圆壳stykx，其他部分类同于椭圆形监测仪器tykt内部结构；连接关系是：竖向椭圆壳styk由上半椭圆壳styks和下半椭圆stykx构成；其它与权利要求2的椭圆形监测仪器tykt相同，见说明书附图5a、附图5b。6.根据权利要求1或2所述的监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和结构，所述的铁塔空架监测方式，其特征是：用铁塔将监测仪器架设于地面上空，传感监测空间参数，数据通过网络传送到数据中心，分析预测大地震；铁塔高度无严格限定，可根据不同现场情况设置；铁塔组构和结构形式无严格限定，可以有多种结构形式，可铁塔底座和铁塔身可焊接为一体，构成一体式铁塔结构，顶端安置监测仪器，铁塔底座taz与地下地下固定底座gdz之间放置绝缘支撑板，用铁塔底座固定螺栓gdls将一体式铁塔固定于地下固定底座gdz；电流监测器jci的接地端子线tgnd，通过铁塔底座固定螺栓gdls，联接到地下接地线gngl；电流监测器jci、不间断电源dy、防护罩fhz安装于地下固定底座gdz上方适当位置；其他与权利要求1的结构形式相同。7.根据权利要求1或2所述的监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和结构，其特征是：用铁塔将圆球形监测仪器yqkt稳靠架设于地面上空一定高度，探测空间参数变化，监测预报大地震；其铁塔材料不受限制，铁塔材料还可以是铝合金材料或其他导电合金材料，也可是高强度非导电材料，可用槊料材料或其他高强度非导电材料制作，顶端避雷针仍用金属导电材料，用粗联接导线代替铁塔导电，将空中电流引入地下；根据野外场地情
况和工程成本及轻便性能要求，选用其他金属或非金属材料制作的塔形支撑架代替铁塔仍属该专利保护范围。8.根据权利要求1或2所述的监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和结构，所述的圆球形监测仪器yqkt，其特征是：将圆球形监测仪器yqkt用铁塔架设于地面上空，探测空间参数变化预报大地震，是一种优化的结构形式，将圆球形监测仪器yqkt形状改变为非圆球形的不规则形状，仍可有效监测空间参数；其空间架设的监测仪器还可有其他多种结构形状，可以是方形或椭圆形或不规则形状；其方形和椭圆形的结构形状，见另案申请；其圆球形监测仪器yqkt略改派生出的不规则结构形状，仍属该专利保护范围。9.根据权利要求1或2或3所述的监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和结构，所述的不间断电源dy，其特征是：由内部蓄电池和稳压电路及输入电压自适应切换电路所组成，其连接关系是：输入电压自适应切换电路的供电输入端联接光伏板gvb输出端，不间断电源dy输出端联结仪器各部分电路的电源输入端；根据不同现场需要，不间断电源dy的输入端可分别联接市电供电、风力发电供电、原子能电池供电、及其他新能源供电，构成自适应供电方式，同时联接输入电压自适应切换电路，自动切换为相应的供电电压；不用太阳能光伏板，换用市电供电或风力发电供电或原子能电池供电，仍属本专利保护范围。10.根据权利要求1或2或3所述的监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和结构，其特征是：所述的其他各部分，在符合发明整体设计基础上各部分细节还可优化和改动完善，本案不可能更详尽描述，同行人员在仿照本发明整体方案实质性基础上做的细节改动，仍属该专利保护范围。

技术总结
监测大地震的地上铁塔顶空架椭圆形监测仪器方案和结构，目前大地震提前监测仍是难题，原因是机理不明，本发明根据新地震理论设计出铁塔顶架设监测仪器的天空监测方案，其特征是由铁塔身；铁塔底座；铁塔上方安装的椭圆形监测仪器；内置的监测传感电路；塔顶安置的避雷针；发射天线；天线馈线；天线支撑座架；内含储能电池的不间断电源；光伏板；光伏板固定架；光伏板连接线；多芯电缆屏蔽线；塔座上方安装的电流监测器；塔座上方安置的电源防护罩；联接螺栓；联接螺栓绝缘垫；绝缘筒；绝缘板；铁塔底座固定螺栓；地下固定底座；地下接地铁条所组成，将空间新参数传感数据传送云端，为系统提供地面上空间监测数据，配合数据中心有望提前监测大地震。提前监测大地震。提前监测大地震。


技术研发人员：郑五星 郑惠中
受保护的技术使用者：焦作市常通电子科技有限公司
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/9/23