無(wú)線“土地電”設(shè)計(jì)研究

蔣敏

摘要：文章對(duì)無(wú)線“土地電”設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，利用仿生學(xué)原理將土地電、大氣電、電子指南針、4G-GSM開(kāi)關(guān)、高低頻率無(wú)線發(fā)射、接收、WiFi開(kāi)關(guān)有機(jī)結(jié)合起來(lái)。理論上采用了麥克斯韋方程中電磁感應(yīng)方法結(jié)合各種軟件，如小波變換、Matlab仿真組態(tài)軟件等制作簡(jiǎn)易儀器設(shè)備。經(jīng)過(guò)多年的測(cè)試，設(shè)備以每分鐘多次開(kāi)通（5s以上）檢測(cè)城市周邊電磁場(chǎng)異常，并將異常情況轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)3 km 315 MHz發(fā)射器、WiFi開(kāi)關(guān)器遠(yuǎn)程報(bào)警，利用4G通信網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程告知控制主機(jī)。安放一套就能了解整座城市范圍電磁場(chǎng)異常。麥克斯韋方程組是設(shè)備的理論依據(jù)。實(shí)踐檢驗(yàn)表明，該方法不但可以用于地震預(yù)報(bào)，還可以綜合確定震中位置所在。在地震前幾天遠(yuǎn)程發(fā)現(xiàn)電磁場(chǎng)異常并及時(shí)知道該地震即將發(fā)生，并可以確定震中位置。

關(guān)鍵詞：地震預(yù)報(bào)；無(wú)線發(fā)射模塊；超外差接收模塊；電磁蜘蛛網(wǎng)：土地電

1 無(wú)線“土地電”原理

我們?cè)O(shè)計(jì)的無(wú)線“土地電”每點(diǎn)安放于地下1-3 m，一般兩點(diǎn)相距（30-300 m）甚至更遠(yuǎn)，每個(gè)相距的鉛塊，分別使用無(wú)線發(fā)射裝置將兩端分別連接到電流表（毫安表）或電壓表（毫伏表），自動(dòng)記錄觀察指針變化的變化，可以對(duì)大地天然電磁場(chǎng)直接觀察。我們用到的方法簡(jiǎn)單地說(shuō)是遠(yuǎn)程接收電磁場(chǎng)，將接收端檢測(cè)到異常信號(hào)由數(shù)字0，l路輸出啟動(dòng)GSM開(kāi)關(guān)、WiFi開(kāi)關(guān)。裝置實(shí)用新型使用方便，成本低，用途廣，而WiFi遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)的半徑可達(dá)幾百公里，適合在辦公室及寢室樓層內(nèi)部使用。在半徑分別是（幾十米、幾百米、幾千米和幾十千米多組）距離，通常選擇樹(shù)干“土地電”或普通金屬塊“土地電”，安放多級(jí)無(wú)線遙控發(fā)射器，其組合WiFi接收機(jī)電路包括在整個(gè)寧波大市范圍內(nèi)電磁感應(yīng)電磁異常范圍蛛網(wǎng)輕微變化的主要原理，預(yù)警裝置利用電磁蜘蛛網(wǎng)通常是在微電備用設(shè)備，發(fā)送和接收各種頻段的電磁場(chǎng)每小時(shí)接收遙控信號(hào)或未關(guān)閉信號(hào)自動(dòng)遠(yuǎn)程報(bào)警、多個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接的群體一旦電磁檢測(cè)，通常利用組態(tài)軟件，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)實(shí)時(shí)顯示。通過(guò)專(zhuān)門(mén)的小波變換軟件進(jìn)行分析判斷，可以準(zhǔn)確地確定地震的震中位置。這種方法能用來(lái)確定電磁異常的范圍，確定地震的類(lèi)型、震中位置。自制的設(shè)備成本低，可靠性高，可用于檢測(cè)實(shí)時(shí)電磁場(chǎng)的變化[1]。世界上有4G網(wǎng)絡(luò)地區(qū)都可使用此設(shè)備，在正常電磁時(shí)遙控報(bào)警電路不啟動(dòng)WiFi開(kāi)關(guān)，當(dāng)異常電磁產(chǎn)生時(shí)就遠(yuǎn)程自動(dòng)報(bào)警，報(bào)警自鎖后設(shè)備中自動(dòng)定時(shí)裝置能釋放遙控器恢復(fù)原狀。GSM開(kāi)關(guān)或WiFi開(kāi)關(guān)內(nèi)部電源在一次充電后可連續(xù)報(bào)警200次以上，非常節(jié)省電源，方便操作。平時(shí)電磁蜘蛛網(wǎng)中地電檢測(cè)每分鐘開(kāi)通掃描多次，每次接通Ss以上檢測(cè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)異常。假如對(duì)多個(gè)電磁蜘蛛網(wǎng)組連接成群，結(jié)合GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備或WiFi開(kāi)關(guān)，可以方便地用軟件確定地震震中位置，進(jìn)行地震三要素準(zhǔn)確的分析[2]。

2無(wú)線“土地電”設(shè)備

無(wú)線“土地電”記錄及簡(jiǎn)單電路設(shè)備如圖l所示，地電流和地磁場(chǎng)有著非常密切的聯(lián)系。

我們這里設(shè)計(jì)的記錄時(shí)間一般為每15 min開(kāi)通LED-次，發(fā)現(xiàn)電流小于15 uA就啟動(dòng)3 km 315 MHz發(fā)射器向WiFi主機(jī)告警一次，遠(yuǎn)程記錄設(shè)備自動(dòng)記錄備案，可以對(duì)一個(gè)地區(qū)的千萬(wàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，整套裝置配合三維電子指南針制作成本很低，運(yùn)行可靠。在幾年測(cè)試中取得很滿(mǎn)意的效果，有效防止了雷電等對(duì)設(shè)備的損壞。

3 配套檢測(cè)磁場(chǎng)設(shè)備

通常地震前家用電器等會(huì)出現(xiàn)異常。與簡(jiǎn)單“土地電”同時(shí)放置電子設(shè)備有單天線電路（用來(lái)給設(shè)備提供能量，見(jiàn)圖2）和電子指南針（進(jìn)行磁場(chǎng)檢測(cè)，見(jiàn)圖3）。

4 簡(jiǎn)單無(wú)線“土地電”主電路

這里用到無(wú)線“土地電”記錄及簡(jiǎn)單電路設(shè)備在電磁蜘蛛網(wǎng)是很重要的測(cè)量電場(chǎng)異常環(huán)節(jié)，結(jié)合3D電子指南針做成三維立體檢測(cè)方法測(cè)定地震三要素，比采用點(diǎn)測(cè)試、線測(cè)試檢測(cè)更先進(jìn)。特別是將遠(yuǎn)程接收到的各路信號(hào)使用小波變換和Matlab仿真進(jìn)行分析用到了多路信號(hào)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)綜合分析技術(shù)。假如要方便分析出震中的位置，就必須知道多組遠(yuǎn)程WiFi記錄數(shù)據(jù)，并安放多個(gè)電磁蜘蛛網(wǎng)。電磁蜘蛛網(wǎng)簡(jiǎn)單控制主電路原理如圖4所示，主要用來(lái)檢測(cè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)分布，初步實(shí)驗(yàn)己達(dá)到基本設(shè)計(jì)要求。發(fā)現(xiàn)電磁異常后就遠(yuǎn)程報(bào)警。一旦發(fā)現(xiàn)電磁異常后啟動(dòng)利用專(zhuān)門(mén)定時(shí)器每小時(shí)啟動(dòng)設(shè)備多次，等待遠(yuǎn)程控制信號(hào)。有效地保障了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。布放在地震多發(fā)地區(qū)的無(wú)線傳輸模塊通常由相距幾十米、幾百米、幾千米和幾十千米多組，主機(jī)上使用相應(yīng)的WiFi開(kāi)關(guān)與超外差接收裝置接收信號(hào)，無(wú)線“土地電”與3D電子指南針?lè)謩e安放多組，用來(lái)知道地球電磁場(chǎng)異常?；贕PRS網(wǎng)絡(luò)、WiFi技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，一般在大地震前幾天就能測(cè)量到局部電磁場(chǎng)變化并預(yù)警，還可以分析地震震中位置所在。此設(shè)備非常節(jié)能，設(shè)計(jì)的控制中就盡量選擇無(wú)源（從天線上獲取）或低能耗電路，二節(jié)5#電池可以使用半年，唯一缺陷是每半年要更換一次電池。

5結(jié)語(yǔ)

本文提出了如何研究設(shè)計(jì)無(wú)線“土地電”，自動(dòng)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)，普通采用地電結(jié)合城市自來(lái)水或煤氣管道做零線的設(shè)備設(shè)計(jì)方案，以電磁預(yù)警方式在大地震前幾天進(jìn)行地震預(yù)報(bào)，相信可以在一定范圍內(nèi)很好地保護(hù)人們生命及財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1ljIANG M.Multi point timing control circuit[Jl.Electric World. 1992 （ 4） ： 42.

[2ljIANG M.Sound and light indicator of electronic compass[Jl.Electric World. 1996 （ 2） ： 33