智能避震床的設(shè)計

陳波 張滿滿 馬惜平 周紫婧 鄭鐵俠

摘 要：智能避震床的設(shè)計能夠幫助人們在地震中逃生，能夠?yàn)榈卣鹬械娜颂峁┮欢ǖ纳婵臻g和生命必需的生存環(huán)境，并且在地震發(fā)生后受困人員可以向外界發(fā)送求救信號，協(xié)助救援人員救援。文章對具體的設(shè)計進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：地震;生存環(huán)境;智能避震床

中圖分類號：TB535?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?收稿日期：2018-10-16

作者簡介：陳 波（1997—），男，吉林蛟河人，北華大學(xué)電氣信息工程學(xué)院通信工程專業(yè)本科在讀。

地震的地震波是由地震的震源震動時向四周傳播造成的。一般把地震波分為三種，即橫波（S波）、縱波（P波）、面波（L波）。縱波在地殼的傳播速度是5.5～7KM/h，是三種波傳播最快的，最先抵達(dá)震中，但是縱波的危害是三種波中危害最小的，只能使地面發(fā)生上下的震動。其次是橫波，在地殼中的傳播速度為3.2～4.0KM/h，橫波能夠使地面發(fā)生上下前后的震動，是三種波中破壞性最強(qiáng)的。面波是由縱波和橫波在地表相遇后形成的合波，是造成建筑物破壞的主要波。

一、 國內(nèi)外研究概況

調(diào)查顯示：配備地震逃生工具的家庭不足 1%，擁有防震床的家庭更是不足 0.4%，這主要是因?yàn)楝F(xiàn)有的地震床存在很多缺點(diǎn)，只能為受困人員提供一定的生存空間和一定的食物和水，不能為受困人員提供足量的氧氣。結(jié)構(gòu)上，避震床折疊之后都是長方體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)承受外界的沖擊力小，對低層建筑有一定的作用，但是高層建筑需要更好的結(jié)構(gòu)和抗壓力，而且不能向外界發(fā)送求救信號。

所以設(shè)計一款既能為受困人員提供必要的生存環(huán)境，又能有效地發(fā)送求救信號，引導(dǎo)救援人員施救的智能地震床勢在必行。

二、折疊式避震床設(shè)計原理

1.地震床外形的設(shè)計

設(shè)計的地震床摒棄了傳統(tǒng)的長方體設(shè)計，為了使床身能夠抵抗更大的壓力，采用先進(jìn)的組合圖形的設(shè)計，折疊后上半部分呈四面體結(jié)構(gòu)（四面體結(jié)構(gòu)能夠更好地分解壓力，具有更好的抗壓能力），下半部分采用長方體結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)槭芾藛T提供生存空間。

翻轉(zhuǎn)裝置利用無縫鋼管制作，作為承載結(jié)構(gòu)，兩個 U 型架被8個支撐桿所支撐，其中外側(cè)的4支撐桿帶有開口，U 型架上設(shè)定有滑槽，滑槽用于防護(hù)網(wǎng)的滑下，U 型架端部的突出部分為床板的著力點(diǎn)，翻轉(zhuǎn)時床板壓住著力點(diǎn)，使 U 型架繞軸轉(zhuǎn)動，著力點(diǎn)也隨之向外滑動，壓縮回位彈簧。當(dāng)床板下降至最低點(diǎn)時，回位彈簧達(dá)到最大預(yù)緊力，U型架垂直地面，達(dá)到平衡位置。此時回位彈簧發(fā)揮作用，把U型架推離平衡位置，使U型架繼續(xù)轉(zhuǎn)動，最終轉(zhuǎn)過 125°使兩 U 型架合攏，合攏處有凸起和凹槽用于外形自鎖。合攏時U型架的端部滑入床板的凹槽內(nèi)，彈簧和卡塊使裝置機(jī)械自鎖。此時，卷起的防護(hù)網(wǎng)被置于三角架的頂部，在重力的作用下沿U型架上的滑槽滑下，滑入槽中的凹坑中，也可以利用外形自鎖，避免地震中床身歪斜使防護(hù)網(wǎng)脫出。

裝置為避免人在下墜的過程受到撞擊，在裝置四周采用類似于汽車安全氣囊的裝置同時設(shè)置有排氣口。

2.地震的檢測

根據(jù)地震三種波的特點(diǎn)和傳播速度，我們可以設(shè)計一套地震監(jiān)測裝置。在橫波和面波到來之前觸發(fā)。采用9V的堿性電池供能，電源開關(guān)用于語音報警后防止誤觸發(fā)而暫時關(guān)閉電路。普通情況下處于常開狀態(tài)，電磁鐵用于驅(qū)動“扳機(jī)”，可變電阻用于設(shè)定震動的強(qiáng)度閾值（五級地震的震烈強(qiáng)度為6），語音報警模塊在震動到達(dá)閾值時發(fā)出警報，重錘和壓電陶瓷用于感應(yīng)震動發(fā)出電荷信號。

3.供電設(shè)備

裝置采用5V直流電源供電，主要為信號發(fā)送設(shè)備供電。由于信號發(fā)送設(shè)備是12V直流電源供電，所以供電設(shè)備可以內(nèi)置為5V轉(zhuǎn)12V。這樣既可以達(dá)到供電設(shè)備電壓需求，又能節(jié)省電量，能夠長時間為信號發(fā)送設(shè)備供電，解決問題。

4.發(fā)送求救信號

無線電發(fā)射器是由一個能產(chǎn)生等幅振蕩的高頻載頻振蕩器（一般用30～450mhz）和一個產(chǎn)生低頻調(diào)制信號的低頻振蕩器組成。信號發(fā)送設(shè)備發(fā)送的是能與生命探測儀匹配的超寬譜，它的穿透能力強(qiáng)，具備很強(qiáng)的抗干擾能力，并且不受環(huán)境溫度、熱物體和聲音的干擾。

5.供氧設(shè)備

制氧設(shè)備采用雙重制氧模式保證生存所需要的氧氣，其中一種是，利用與反應(yīng)就能生成大量的氧氣和水。既提供了生命必需的氧氣又能保證生存環(huán)境的濕度。第二種是備用制氧設(shè)備，采用液態(tài)氧，體積小、制氧多。

Na2O2是潛水氧氣瓶中用的材料，不僅生成氧氣的類型多樣，而且不會產(chǎn)生有毒物質(zhì)。

6.云服務(wù)平臺

生產(chǎn)商建立 “私有云”服務(wù)器，在生產(chǎn)產(chǎn)品時輸入設(shè)備的序列號。當(dāng)賣出產(chǎn)品時，把產(chǎn)品所在的經(jīng)緯度錄入云平臺，地震床與云平臺之間有數(shù)據(jù)交互功能。當(dāng)?shù)卣饡r，云平臺可以檢測到對應(yīng)經(jīng)緯度的數(shù)據(jù)變化，并向有關(guān)部門報警提供對應(yīng)的坐標(biāo)，能夠更精確地鎖定被困人員的地理位置。

7.總體框架的設(shè)計

地震到來時，地震監(jiān)測裝置發(fā)出報警信號，當(dāng)?shù)卣鸫矙z測到人進(jìn)入地震床時，地震監(jiān)測裝置觸發(fā)開關(guān)啟動，使床身翻轉(zhuǎn)成具有保護(hù)形狀的小房間。同時為了降低下落過程中沖擊對人的危害，設(shè)備中設(shè)置了保護(hù)裝置，啟動保護(hù)設(shè)備，可以防止設(shè)備跌落的過程中人受到?jīng)_擊受傷。地震后，開啟供電設(shè)備可使信號發(fā)送設(shè)備發(fā)送求救信號，同時設(shè)備的制氧設(shè)備開始制氧，為受困人員提供必要的生存環(huán)境。同時翻轉(zhuǎn)的床身中還有人生存必要的水和食物。此外，云平臺檢測到地震床數(shù)據(jù)發(fā)生變化時會發(fā)出警報，輔助救援人員鎖定被困者的地理位置。

三、智能避震床的設(shè)計特點(diǎn)

（1）全新的組合式外形設(shè)計。不僅能夠增強(qiáng)設(shè)備的抗壓能力，還能夠增加被困人員的生存空間，能夠儲存更多的生存必備的生活用品，增加被困人員的生存時間，為救援人員贏得更多的救援時間。

（2）全新的供電電路的設(shè)計。這種供電電路既方便設(shè)備供電，又不會降低信號發(fā)送設(shè)備的功率。

（3）發(fā)送求救信號。地震發(fā)生后災(zāi)區(qū)都會斷網(wǎng)斷電，過去受困人員只能等待救援。而地震床的信號發(fā)送設(shè)備能夠在災(zāi)區(qū)斷網(wǎng)斷電的情況下向救援人員發(fā)送求救信號。

（4）云服務(wù)平臺的構(gòu)建。大數(shù)據(jù)時代云平臺能夠更快地處理大量數(shù)據(jù)。設(shè)備與云服務(wù)平臺連接，通過云平臺監(jiān)控商家賣出的每一個地震床的數(shù)據(jù)。當(dāng)某一些地震床對應(yīng)經(jīng)緯度的數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，云平臺可以監(jiān)控到數(shù)據(jù)變化，并且能夠發(fā)送報警信號。同時云平臺還能夠向救援人員發(fā)送受困人員的地理位置以輔助救援人員救援。

四、預(yù)期前景

信息需求所涉及的學(xué)科多，專業(yè)范圍廣，在資源需求方面：需要建設(shè)專業(yè)全面的電力相關(guān)數(shù)字文獻(xiàn)資源庫。在業(yè)務(wù)需求方面：要以內(nèi)容管理為基礎(chǔ)，包括信息編輯、協(xié)作加工、分類授權(quán)、發(fā)布導(dǎo)航、全文檢索、互動交流等豐富的內(nèi)容管理功能和服務(wù)。在性能需求方面：包括了對系統(tǒng)檢索性能、業(yè)務(wù)流程性能、訪問性能等多個方面的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸基孟，王永剛.地震勘探原理[M].東營：中國石油大學(xué)出版社，2009.

[2]徐德詩.地震應(yīng)急[M].北京：地震出版社，2004.

[3]馬泰泉.中國大地震[M].北京：解放軍文藝出版社，2014.

[4]吳正玲，郭 爽.基于USB的頻率特性測試儀的設(shè)計[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報，2016.

[5]楊 飛，章學(xué)剛，雷海飛，等.地震沉積學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2016.