技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種供人體驗(yàn)地震的地震模擬裝置

背景技術(shù)

地震是地球上自然災(zāi)害之一，造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失巨大。我國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家，在環(huán)太平洋地震帶和喜馬拉雅——地中海地震帶上，目前我國(guó)又處于地震活躍期，地震發(fā)生頻繁。普及地震知識(shí)、掌握避震抗震技巧是預(yù)防地震災(zāi)害的重要手段，與每個(gè)人息息相關(guān)，地震體驗(yàn)可以寓教于樂(lè)，提高全民防震抗震意識(shí)。地震體驗(yàn)裝置廣泛應(yīng)用于大型科學(xué)館，教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，地震預(yù)防館，建筑材料研究展覽館。

傳統(tǒng)的地震體驗(yàn)設(shè)備多采用簡(jiǎn)單機(jī)械式的振動(dòng)模擬地震的效果，此類設(shè)備振動(dòng)簡(jiǎn)單，不能復(fù)現(xiàn)真實(shí)地震，體驗(yàn)者體驗(yàn)一次后即少了份新鮮感甚至毫無(wú)地震震撼的感覺(jué)，不能帶給體驗(yàn)者真實(shí)的地震感受。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有地震體驗(yàn)設(shè)備的模擬簡(jiǎn)單、不能復(fù)現(xiàn)真實(shí)地震、體驗(yàn)效果差的不足，本發(fā)明提供一種能夠較好復(fù)現(xiàn)真實(shí)地震、結(jié)構(gòu)合理、增強(qiáng)體驗(yàn)效果的地震體驗(yàn)裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種地震體驗(yàn)裝置，包括體驗(yàn)房、第一油缸、電液伺服閥、液壓動(dòng)力源和用于保證液壓恒定輸出的油源輔助設(shè)備，所述體驗(yàn)房安裝在臺(tái)架上，所述臺(tái)架可水平滑動(dòng)地安裝在第一運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上，所述第一油缸的其中一桿與臺(tái)架剛性連接，所述第一油缸為雙出桿缸，所述第一油缸連接電液伺服閥，所述電液伺服閥連接液壓動(dòng)力源，所述液壓動(dòng)力源連接油源輔助設(shè)備，所述電液伺服閥連接用于根據(jù)地震位移數(shù)據(jù)計(jì)算閥口開(kāi)度信號(hào)，并將閥口開(kāi)度信號(hào)輸出到電液伺服閥的地震模擬控制器。

作為優(yōu)選的一種方案：所述的臺(tái)架包括上臺(tái)架和下臺(tái)架，所述下臺(tái)架可水平滑動(dòng)地安裝在第一運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上，所述下臺(tái)架的上方設(shè)有第二運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，所述上臺(tái)架可水平滑動(dòng)的安裝在第二運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌上，所述上臺(tái)架的底部?jī)啥嗽O(shè)有限位塊，所述下臺(tái)架上兩側(cè)設(shè)有緩沖支架，所述緩沖支架上安裝芯棒，所述芯棒上安裝緩沖機(jī)構(gòu)，所述緩沖機(jī)構(gòu)與所述限位塊正對(duì)，所述上臺(tái)架上安裝體驗(yàn)房。

作為優(yōu)選的另一種方案：所述第一油缸的活塞桿的另一桿安裝位移傳感器，所述地震模擬控制器還包括：用于根據(jù)位移傳感器的反饋信號(hào)，閉環(huán)控制第一油缸的活塞桿位移的閉環(huán)控制模塊；所述位移傳感器連接閉環(huán)控制模塊。

作為優(yōu)選的再一種方案：所述地震體驗(yàn)裝置還包括第二油缸和電磁換向閥，所述第二油缸為單出桿缸，所述液壓動(dòng)力源連接電磁換向閥，所述電磁換向閥連接第二油缸，所述第二油缸固定安裝在所述下臺(tái)架上其中一側(cè)的緩沖支架上，所述第二油缸的活塞桿與限位塊正對(duì)。

進(jìn)一步，所述緩沖機(jī)構(gòu)包括彈簧和墊片，所述彈簧底端套裝在所述芯棒上，所述彈簧頂端安裝所述墊片。

再進(jìn)一步，所述地震模擬控制器包括電液伺服控制器和工控機(jī)，所述的電液伺服控制器包括用于和工控機(jī)聯(lián)系的串口通訊模塊，用于控制電液伺服閥的控制PID算法和功率放大模塊，用于控制電磁換向閥的控制和功率放大模塊和用于實(shí)時(shí)采集臺(tái)架位移信號(hào)的數(shù)據(jù)采集模塊，所述的電液伺服控制器分別和工控機(jī)、電液伺服閥電連接。

更進(jìn)一步，所述工控機(jī)包括串口通訊單元和人機(jī)交互單元，所述串口通訊單元連接電液伺服控制器；在所述體驗(yàn)房?jī)?nèi)安裝顯示器，所述人機(jī)交互單元連接顯示器。

所述工控機(jī)還包括用于根據(jù)模擬地震的強(qiáng)度選擇恰當(dāng)?shù)牡卣鹇曇簟⒁曨l進(jìn)行播放的實(shí)時(shí)播放單元。

所述上臺(tái)架、第一運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、第一油缸、下臺(tái)架、第二運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和第二油缸位于同一中心線上。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：工控機(jī)內(nèi)的原始地震位移數(shù)據(jù)，通過(guò)串口通訊單元發(fā)送給電液伺服控制器；激振油缸尾部的位移傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量激振缸活塞桿的位移，即體驗(yàn)房的位移，并實(shí)時(shí)反饋給電液伺服控制器，該模擬量經(jīng)過(guò)濾波、A/D轉(zhuǎn)換成當(dāng)前體驗(yàn)房位移數(shù)字量；以當(dāng)前時(shí)刻原始地震位移數(shù)據(jù)為輸入量，體驗(yàn)房位移數(shù)據(jù)為反饋量，通過(guò)電液伺服控制器閉環(huán)PID控制算法計(jì)算出2D電液數(shù)字伺服閥的閥口開(kāi)度，2D電液數(shù)字伺服閥實(shí)時(shí)改變閥口流量和方向，從而實(shí)現(xiàn)激振油缸內(nèi)壓力大小和方向的瞬態(tài)變化，推動(dòng)上、下臺(tái)架和體驗(yàn)房位移發(fā)生變化，模擬地震振動(dòng)；電液伺服控制器還將位移傳感器測(cè)得的體驗(yàn)房模擬地震位移數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給工控機(jī)。

工控機(jī)實(shí)時(shí)顯示原始地震位移數(shù)據(jù)和當(dāng)前模擬地震位移數(shù)據(jù)，并根據(jù)當(dāng)前地震強(qiáng)度選擇恰當(dāng)?shù)牡卣鹇曇簟⒁曨l在體驗(yàn)房?jī)?nèi)的第二顯示器上播放，力求給體驗(yàn)者多方位的感官刺激。