專利名稱：顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量擺動與震動及用于顯示與報告設(shè)有減震器或基礎(chǔ)隔離器的結(jié)構(gòu)中所測得的擺動數(shù)據(jù)的裝置，減震器或基礎(chǔ)隔離器在地震中抑制或減弱建筑物或建筑結(jié)構(gòu)的擺動、震動與沖擊并用于提高該結(jié)構(gòu)的性能特征與結(jié)構(gòu)安全性。
某些近年來建成的高層建筑物與塔樓等建筑物設(shè)有減震器或基礎(chǔ)隔離器以減小地震引起的擺動、震動與沖擊。
在這里，減震器是定義為在諸如建筑物這樣的結(jié)構(gòu)上作用一個預應力以減小地震引起的擺幅的一種裝置?；A(chǔ)隔離器則定義通過防止由地震引起的地面擺動或震動傳播到諸如建筑物等結(jié)構(gòu)的一種擺動傳播隔絕裝置。然而，過去在發(fā)生地震時，在設(shè)有這些裝置的結(jié)構(gòu)中，沒有過直接顯示與報告減震效果或基礎(chǔ)隔離效果的裝置。
傳統(tǒng)上，實踐中是根據(jù)設(shè)有減震器或基礎(chǔ)隔離器的結(jié)構(gòu)的地震觀察記錄，來估計與計算假定該結(jié)構(gòu)沒有設(shè)置減震器或基礎(chǔ)隔離器時，該帶有減震器或基礎(chǔ)隔離器的結(jié)構(gòu)的反應，并將比較結(jié)果在文件或錄象帶錄象中加以報告。
因此，對于工作或居住在帶有減震器或基礎(chǔ)隔離器的一座建筑物或一座高層塔樓中的人們而言，只能輕微地感覺到地震引起的擺動或者有感擺動的持續(xù)時間是非常短的。結(jié)果，地震本身的強度不能很好地認識，也不可能正確評價帶有減震器或基礎(chǔ)隔離器的結(jié)構(gòu)的好處。
本發(fā)明的一個目的為提供一種裝置，它是(a)直接顯示一個結(jié)構(gòu)中的減震效果或基礎(chǔ)隔離效果;
(b)地震發(fā)生后盡可能快地顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果;以及(c)為了向工作或居住在建筑物中的人們給出對地震的全面了解與認識，多方面地顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果。
為了達到上述目的及提高結(jié)構(gòu)的附加值，根據(jù)本發(fā)明的裝置包括反應波計算裝置，用于響應測量結(jié)構(gòu)的正下方或附近地面的擺動的一個地動傳感器的輸出信號以計算假定所述結(jié)構(gòu)未設(shè)有減震器或基礎(chǔ)隔離器時，所述結(jié)構(gòu)對所述地動的反應，及用于得出一個計算的反應;以及設(shè)置在所述結(jié)構(gòu)中預定位置上的顯示裝置，使用作為一個反應傳感器的一個輸出信號的測量得的反應波以測定當來自所述地動的擺動作用在所述結(jié)構(gòu)上時，所述結(jié)構(gòu)的實際反應波，以及來自所述反應波計算裝置的所述計算反應波，將所述實際反應波與所述計算反應波進行比較并顯示它們。
通常，本發(fā)明的顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果的裝置的主要部分的電源是關(guān)閉的，但一旦發(fā)生地震，便立即接通該裝置中每一個部件的電源使它們能夠工作，并且可以在該結(jié)構(gòu)中或一個監(jiān)視中心的大眾廣播系統(tǒng)上顯示數(shù)據(jù)。


圖1為本發(fā)明的一個實施例的方框圖，其中示出了使用一臺大型通用計算機的一個例子;
圖2為展示圖1的實施例的操作的流程圖;
圖3為本發(fā)明的另一實施例的方框圖，其中示出了使用遠程監(jiān)視中心的一臺專用計算機的一個例子;
圖4為展示圖3的實施例的操作的流程圖;
圖5為本發(fā)明的又另一個實施例的方框圖，其中示出了使用安裝在一個結(jié)構(gòu)中的一臺專用計算機;
圖6為展示圖5的實施例的操作的流程圖;
圖7為上述實施例中的計算機的后處理流程圖;
圖8表示實施例中的計算機的實時處理的流程圖;
圖9為展示本發(fā)明的實施例所完成的圖像處理顯示的一個實例的圖;
圖10為展示本發(fā)明的實施例所完成的圖象處理顯示的另一個實例的圖;
圖11為展示本發(fā)明的實施例所完成的數(shù)字顯示的一個實例的圖;
圖12示出本發(fā)明的實施例所完成的聲音廣播的一個實例;
圖13為一個方框圖，其中示出在地震發(fā)生時立即向主要部件供給電源電壓并中斷大眾廣播系統(tǒng)而廣播本系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)的一臺地震觀察設(shè)備的配置實例。
下面參照圖1至圖13給出本發(fā)明的用于顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果的一臺裝置的實施例的說明。
圖1為本發(fā)明的用于顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果的裝置的一個實施例的方框圖。在圖1中，以參照數(shù)字10表示作為一座建筑物的結(jié)構(gòu)，但這也可以是另一種形式的結(jié)構(gòu)，諸如一座塔。假定該結(jié)構(gòu)10設(shè)有一個減震器12或一個基礎(chǔ)隔離器14，或者兩者都有。在圖中兩種設(shè)備都示出了，但在大多數(shù)情況下只設(shè)置其中的一種。一個地動傳感器16是用于通過測量結(jié)構(gòu)10的正下方或附近的地面的運動或擺動得到輸出信號的。一個擺動傳感器可以用作地動傳感器16，它具有三個地震檢波器單元，用于測量X、Y與Z三個方向上的加速度并提供三種輸出信號。在結(jié)構(gòu)10的一個預定的位置上設(shè)有一個反應傳感器18。與地動傳感器16相似，一個擺動傳感器也可用作反應傳感器，它具有三個地震檢波器單元，用于分別測量X，Y與Z三個方向中的加速度并提供三種輸出信號。
一臺地震觀察設(shè)備20處理與記錄以地動傳感器16及反應傳感器18的輸出信號所表示的各時間點上對結(jié)構(gòu)10的輸入地震波及該結(jié)構(gòu)的反應波，并由一個通信系統(tǒng)通過公用電話線30將結(jié)果送至一臺計算機。
該通信系統(tǒng)包含控制器22及26?？刂破?2及26包括接口、調(diào)制解調(diào)器、存儲器等。在圖1中，以虛線示出的框32表示裝設(shè)在結(jié)構(gòu)10內(nèi)或附近的該系統(tǒng)的一個部分，而另一個以虛線示出的框則表示一個監(jiān)視中心，它向多個結(jié)構(gòu)發(fā)送數(shù)據(jù)及接收來自它們的數(shù)據(jù)。在監(jiān)視中心34中采用了一臺大型通用計算機28A作為該計算機。
計算機28A應用結(jié)構(gòu)10的動力學特征及接收的記錄中的輸入地震波計算假定該結(jié)構(gòu)10未設(shè)有減震器或基礎(chǔ)隔離器的情況下的反應，計算輸入地震波、觀察到的減震后或基礎(chǔ)隔離后的反應波，不減震或未基礎(chǔ)隔離的計算反應波以及減震與基礎(chǔ)隔離效果，并由通信系統(tǒng)經(jīng)由公用電話線30將這些數(shù)據(jù)送至顯示器單元24。也可采用一條專用的數(shù)字通信線來代替該公用電話線。
作為顯示器單元24，可采用陰極射線管作為視覺設(shè)備，也可同時使用LED(發(fā)光二極管)顯示器單元。作為聲音設(shè)備，可使用一個放大器、帶有揚聲器的一個功率放大器單元、話音合成器、中斷無線電與電視系統(tǒng)的廣播的設(shè)備。
為了獲得結(jié)構(gòu)10的動力學特征，在初始階段應用計算值或從擺動實驗中得出的模型值。以后用每次地震中得到的具有更高的精確度的地震反應觀察數(shù)據(jù)的分析結(jié)果的值來代替它們。
減震效果或基礎(chǔ)隔離效果是通過將假定該建筑物不設(shè)減震器或基礎(chǔ)隔離器的情況中的反應波、最大反應值及有感擺動的延續(xù)時間與設(shè)有減震器或基礎(chǔ)隔離器的情況中的這些值進行比較來表示的。比較方法如下(a)將減震效果與實際發(fā)生的地震波進行比較;及(b)事先求出不是對實際發(fā)生的地震波而是對標準地震波的減震效果或基礎(chǔ)隔離效果，并用一個與實際發(fā)生的地震波的最大輸入值成正比的值來表示它。
圖2為展示圖1的實施例的操作的流程圖。當在步驟S1中獲得地震數(shù)據(jù)時，在步驟S2中經(jīng)由公用電話線30將這些數(shù)據(jù)送至一個監(jiān)視中心34。在步驟S3-S5中用一臺計算機28A對這些數(shù)據(jù)進行處理，并在步驟S6中接收這些經(jīng)處理的數(shù)據(jù)及在步驟S7中給出充分的顯示。
圖3為展示類似于圖1的另一個實施例的方框圖，所不同的是在圖1中所用的是一臺大型通用計算機28A，而這里所用的是一臺專用計算機28B。
圖4表示圖3的實施例的操作的流程圖。由于它基本上與圖2的相同，所以在這里沒有必要給出其詳細說明。
在計算機是裝設(shè)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的情況中，便有可能比較減震后的或基礎(chǔ)隔離的數(shù)據(jù)與非減震的或非基礎(chǔ)隔離的數(shù)據(jù)，并在地震中實時計算及顯示結(jié)果。
圖5為展示在這種情況中的一個實施例的方框圖。與上述那些實施例不同的是，它采用了一臺裝設(shè)在該結(jié)構(gòu)中的個人計算機28C。因此，不需要通信系統(tǒng)。圖6表示圖5的實施例的操作的流程圖。除了通信操作外，它與圖2與圖4的實施例相同，所以在這里無需給出其詳細說明。
圖7與圖8各表示展現(xiàn)上述實施例中計算機28A、28B及28C的主要步驟的流程圖。在圖7的例中，示出一個用于立即檢測所有觀察數(shù)據(jù)并對它們進行處理的一個過程，而圖8的例子則給出一步步地讀取與處理觀察數(shù)據(jù)的過程。在圖8的例子中，處理是重復地在其它操作步驟中執(zhí)行的直到最終判定步驟結(jié)果了所有步驟的輸出為止。
在上述實施例中，當圖象顯示器單元用作顯示器單元24時，將所接收的波形對準或重疊在一起來進行比較，并且有可能與其它地震數(shù)據(jù)(諸如發(fā)生時間、震源、震級與地震強度)一起來比較最大反應值與有感擺動持續(xù)時間。然而，由于通常地震數(shù)據(jù)必須是根據(jù)來自氣象機構(gòu)所公布的數(shù)據(jù)的，所以在地震后立即顯示“正在調(diào)查中”字樣，并且在得到信息時立即顯示精確的數(shù)據(jù)。通過數(shù)字數(shù)值顯示器單元或通過聲音廣播單元，由合成話音與其它地震數(shù)據(jù)一起顯示或廣播最大反應值比較或有感擺動持續(xù)時間的比較結(jié)果。在圖象顯示器的情況中，有可能在地震發(fā)生后每時每刻地實時顯示帶有或不帶減震器或基礎(chǔ)隔離器的結(jié)構(gòu)的反應。
圖9示出顯示器單元24的顯示圖形的一個例子。較大幅度的波是假定該結(jié)構(gòu)為沒有減震器情況的，而較小幅度的波則是反應傳感器18實際測得的，將它們互相重疊在一起供比較。通過改變這兩種波形的顏色，便可容易地識別這兩種波形。這些波形的峰值到達用虛線示出的有感幅度極限值時定義為有感擺動的持續(xù)時間。
從幅度峰值的比較中可以得出下列數(shù)據(jù)(D/C)×100＝擺動降低比(%)(B/A)×100＝有感擺動持續(xù)時間的降低比(%)其中A不帶減震器的有感擺動持續(xù)時間B帶減震器的有感擺動持續(xù)時間C不帶減震器時的擺動(峰值)D帶減震器時的擺動(峰值)這些數(shù)據(jù)能夠容易地由上述實施例的計算機28A、28B與28C計算出來。
圖10為一個結(jié)構(gòu)的示意性圖形表示，帶有最大的幅度來顯示減震效果。具體地說，事先在顯示器單元24的屏幕上顯示兩條實時地擺動的條形圖形36與38。通過象動畫那樣顯示條形圖形36與38的擺動，可以有效地顯示帶與不帶減震器情況中的減震效果。并且，還有可能與擺動降低比或有感擺動持續(xù)時間降低比一起顯示地震數(shù)據(jù)，或者連續(xù)地顯示這些數(shù)據(jù)。
圖11是在減震效果作為數(shù)字值的比效與地震數(shù)據(jù)一起顯示的情況中顯示器單元24的顯示圖形的一個例子。
另外，圖12示出了用聲音報警系統(tǒng)來代替或附加在顯示器單元24上時發(fā)布的內(nèi)容的一個例子。圖中，用OOO標記的地震數(shù)據(jù)或計算結(jié)果是以合成話音的形式作為數(shù)字值輸入的。
為了節(jié)省能源的目的，對本發(fā)明的裝置的供電通常是關(guān)斷的，然而，一旦發(fā)生地震，便立即將電源接通到裝置的所有部件進行操作，并且裝置可以設(shè)計成這樣的，使之能夠中斷該結(jié)構(gòu)或監(jiān)視中心中的電視、無線電等大眾廣播系統(tǒng)并在這些系統(tǒng)上進行顯示。
為了使電源通常不連通到本裝置的主要部件上并在發(fā)生地震時導通，可以這樣來設(shè)計，將電源永久性地連接在地震觀察設(shè)備20上，并且在檢測到地震波時便生成起動信號，從而將電源連接到個人計算機28C及顯示器單元24上。此外，為了中斷電視、無線電等并通過它們進行廣播，可以用類似的起動信號來生成作為中斷信號的包含圖象與聲音的預定頻率的高頻信號。
圖13為展示用于在發(fā)生地震時連通本裝置的主要部件或用于中斷廣播系統(tǒng)的一臺地震觀察設(shè)備20的配置的方框圖。該地震觀察設(shè)備20是設(shè)計成在6-通道配置中對XYZ信號作出響應的，這些信號是地動傳感器16與反應傳感器18的輸出信號。為了簡化說明，它是示出為兩通道配置的，各有一個通道。傳感器16與18的每一個的輸出信號受到放大器40A與40B的放大，然后由A/D轉(zhuǎn)換器42A與42B加以轉(zhuǎn)換與數(shù)字化，并順序地存儲在存儲器44A與44B中。來自電源52的電源電壓永遠作用在放大器40A與40B、A/D轉(zhuǎn)換器42A與42B以及存儲器44A與44B上。來自電源52的電源電壓還永久性地作用在一個比較器46上，該比較器將放大器42B的輸出信號電平與參照電壓Vref進行比較，并當它超過參照電壓Vref時將輸出信號變到H(高)電平，并且還永久性地作用在一個單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器(MSMV)48上，該振蕩器對一個比較器46的輸出作出響應并在一個給定的時間間隔中輸出H電平信號。當MSMV48的輸出信號與H電平一樣時，來自電源52的電源電壓還經(jīng)由一個開關(guān)50作用在個人計算機28C與顯示器單元24上。并且還接通一個中斷信號發(fā)生器54來進行必要的廣播。
有了上述的配置，便有可能節(jié)省能源及做到對廣播系統(tǒng)的中斷。存儲器44A與44B可以是一個單一的存儲器，如果每一通道是以1/100秒的步長存儲數(shù)據(jù)的，則存儲器的容量大約為1MB便足夠了。如果采用了一個多路復用器，可以使用一個單一的A/D轉(zhuǎn)換器來代替圖中所示的A/D轉(zhuǎn)換器來代替圖中所示的A/D轉(zhuǎn)換42A與42B。在傳感器16與18的輸出信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號及如上述那樣序順地存儲時，計算機28C便有可能在地震發(fā)生時立即處理數(shù)據(jù)，而不管地震發(fā)生時電力供給的延時。圖13的配置可以相似地用于圖1與圖2的實施例中。
本發(fā)明的效果如下(a)帶有減震器或基礎(chǔ)隔離器的一個結(jié)構(gòu)中的居民能夠親身感覺到減震或基礎(chǔ)隔離系統(tǒng)的有效性與價值。
(b)能夠立即公布顯示減震或基礎(chǔ)隔離系統(tǒng)的有效性的數(shù)據(jù)。
(c)上述各點將對進一步改進減震或基礎(chǔ)隔離技術(shù)作出貢獻。
權(quán)利要求
1.一種用于顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果的裝置，包括(a)反應波計算裝置，用于對受測量結(jié)構(gòu)的正下方或附近的地擺動的一個地動傳感器的輸出信號作出響應，用于在假定所述結(jié)構(gòu)未設(shè)有減震器或基礎(chǔ)隔離器的情況下計算所述結(jié)構(gòu)對所述地動的反應，及用于得出一個計算的反應；以及(b)設(shè)置在所述結(jié)構(gòu)中一個預定位置上的顯示器裝置，使用一個反應傳感器的輸出信號的一個測量的反應波來測量當來自所述地動的擺動作用在所述結(jié)構(gòu)上時所述結(jié)構(gòu)的實際反應波，以及來自所述反應波計算裝置的所述計算反應波，比較與顯示所述實際反應波與所述計算反應波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種用于顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果的裝置，其中還設(shè)有計算裝置，用于對所述測量的反應波與所述計算反應波作出響應并用于得到各波的最大幅值，并且所述計算裝置的輸出信號是送至所述顯示器裝置的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的一種用于顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果的裝置，其中所述顯示器裝置比較與顯示示意性地表示為圖形顯示的各反應波的最大幅值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的一種用于顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果的裝置，其中還設(shè)有計算裝置，用于響應所述計算裝置的輸出信號及用于得出所述測量的反應波的最大幅值對所述計算反應波的最大幅值之比，所述計算裝置的輸出信號是送至所述顯示器裝置的，并且所述顯示器裝置是設(shè)計為顯示所述比作為擺動的降低比的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的一種用于顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果的裝置，其中還設(shè)有計算裝置，它響應所述測量的反應波及所述計算反應波并用于得出各波的有感擺動的持續(xù)時間，并且所述計算裝置的輸出信號是送至所述顯示器裝置的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的一種用于顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果的裝置，其中還設(shè)有計算裝置，它響應所述計算裝置的所述輸出信號并用于得出所述測量的反應波的有感擺動的持續(xù)時間對所述計算反應波的有感擺動的持續(xù)時間之比，所述計算裝置的輸出信號是送至所述顯示器裝置的，并且所述顯示器裝置是設(shè)計為顯示所述比作為有感擺動的持續(xù)時間降低比的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中之一的一種用于顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果的裝置，其中所述顯示器裝置接收與顯示來自外部的地震數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的一種用于顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果的裝置，其中為了使在一個運程位置上的一臺通用計算機或一臺專用計算機能用作所述反應波計算裝置，設(shè)置了用于響應所述地動傳感器的輸出信號的通信裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的一種用于顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果的裝置，其中還設(shè)有開關(guān)裝置，它響應所述地動傳感器的輸出信號，并且如果所述地動傳感器的輸出信號的電平超過一個預定的值，將來自一個電源的電源電壓作用在所述反應波計算裝置或所述顯示器裝置之一或者兩者上持續(xù)一個預定的時間間隔。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的一種用于顯示減震效果或基礎(chǔ)隔離效果的裝置，其中還設(shè)有存儲器裝置，它臨時存儲所述地動傳感器的輸出信號及所述反應傳感器的輸出信號或者從這些值轉(zhuǎn)換來的數(shù)據(jù)。
全文摘要
用于可見或可聞地顯示帶有減震器或基礎(chǔ)隔離器的結(jié)構(gòu)的擺動減小效果的裝置，減震器與基礎(chǔ)隔離器在地震中減小建筑物結(jié)構(gòu)的擺動并提高該結(jié)構(gòu)的性能特征及結(jié)構(gòu)安全性。該裝置包括一地震觀察設(shè)備、一計算機、一顯示器單元及一通信系統(tǒng)。地震觀察設(shè)備在每一給定的時刻上記錄對結(jié)構(gòu)的輸入地震波及結(jié)構(gòu)的反應波，計算機計算該結(jié)構(gòu)未設(shè)置減震器或基礎(chǔ)隔離器情況下的反應，而顯示器單元上給出減震效果及基礎(chǔ)隔離效果等。
文檔編號G01V1/00GK1094472SQ9410109
公開日1994年11月2日 申請日期1994年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月26日
發(fā)明者石井孝二, 足立憲彥 申請人:鹿島建設(shè)株式會社