地震仪

监视地震的发生、记录地震相关参数的仪器

地震仪是一种监视地震的发生，记录地震相关参数的仪器。我国东汉时代的科学家张衡，在公元132年就制成了世界上最早的“地震仪”－－地动仪。

最早地震仪

世界最早地震仪是张衡发明的。地震仪是铜铸的，形状像一个酒樽，四周有八个龙头，龙头对着东、南、西、北、东南、西南、东北、西北八个方向。龙嘴是活动的，各自都衔着一颗小铜球，每一个龙头下面，有一个张大了嘴的铜蛤蟆，仪器的内部中央有一根铜质“悬垂摆”，柱旁有八条通道，称为“八道，还有巧妙的机关。经过公元134年的甘肃西南部的地震试验，完全证实了它检测地震的准确性。它比欧洲创造的类似的地震仪早了1700多年。可惜的是东汉地动仪早已失传，我们看到的地动仪都是后人根据史籍复原的。

地震仪制成后，安置在洛阳。在公元138年的一天，京都和往常一样，周围并没有什么动静，但是小钢球却异乎寻常地从龙口里吐了出来，落到蛤蟆嘴里。激扬的响声，惊动了四周，人们纷纷议论，大地并没有震动，地震仪为什么会报震呢？大概是地震仪不灵吧？谁知过了没有几天，陇西（今甘肃省西部）发生地震的消息便传来了，事实生动地证明了地震仪是何等的灵敏、何等的准确！

由于地动仪只是记录了地震的大致方向，而非记录地震波，所以相当于是验震器，而非真正意义上的地震仪。张衡发明的地震仪开创了人类使用科学仪器测报地震的历史。对此，长期以来中外科学家一直给予极高的评价。认为它是利用惯性原理设计制成的，能探测地震波的主冲方向。在科学技术还很落后的2世纪初能做到这一点，是极其难能可贵的。它和国外类似的地震仪相比，早了1千多年。

近代的地震仪在1880年才制成，它的原理和张衡地动仪基本相似，但在时间上却晚了1700多年。

中国第一个地震观测台是1930年由著名地震学家李善邦主持建立的，位置在北京鹫峰。经过半个多世纪的奋斗，中国地震台由一个发展到几百个，已拥有全国基本台网，大地震速报台网，都可以由地震仪记录下来，并报送到中国地震局分析预报中心，使中国地震观测技术处于世界前列。

地震仪发展史

第一台真正意义上的地震仪由意大利科学家卢伊吉·帕尔米里于1855年发明，它具有复杂的机械系统。这台机器使用装满水银的圆管并且装有电磁装置。当震动使水银发生晃动时，电磁装置会触发一个内设的记录地壳移动的设备，粗略地显示出地震发生的时间和强度。

第一台精确的地震仪，于1880年由英国地理学家约翰·米尔恩在日本发明，他也被誉为“地震仪之父”。在帝国大学的同事詹姆斯·尤因和托马斯·格雷的帮助下，约翰·米尔恩发明出多种检测地震波的装置，其中一种是水平摆地震波检测仪。这个精妙的装置有一根加重的小棒，在受到震动作用时会移动一个有光缝（一个可以通过光线的细长缝）的金属板。金属板的移动使得一束反射回来的光线穿过板上的光缝，同时穿过在这块板下面的另外一个静止的光缝，落到一张高度感光的纸上，光线随后会将地震的移动“记录”下来。大部分地震仪仍然按照米尔恩和他助手的发明原理进行设计。科学家将继续通过研究地壳的移动和摆锤的摆动的关联性来探测地球的震动。

1906年俄国王子鲍里斯·格里芩发明了第一台电磁地震仪，在这台机器的设计中，他利用了19世纪由英国物理学家迈克尔·法拉第提出的电磁感应原理。法拉第的感应原理认为磁铁磁力线密度的改变可以产生电荷。在此基础上，格里芩制造出一种仪器，可以在感受到震动时将一个线圈穿过磁场，产生电流并将电流导入检流计中，检流计可以测量并直接记录电流。电流随后移动一面镜子，如同米尔恩所制作的引导光线的金属板一样。这个电子装置的优点在于记录器可以放置在实验室里，而地震仪可以被安放在比较偏僻的的可能会发生地震的地点。

20世纪时，核能测试检测系统的出现促进了现代地震仪的发展。尽管地震会对人身和财产安全造成巨大损失，直到地下核爆炸的威胁促使世界性的地震监测仪网络（WWSSN）于1960年建立后，地震仪才被大规模地投入使用，在60多个国家共设立了120多台地震仪。

发展于第二次世界大战后，普雷斯·尤因地震仪使研究者能够记录长周期地震波－－波在相对较慢的速度下传递很长时间。这种地震仪使用的摆与米尔恩模型中所使用的类似，不同的是使用一条有弹性的金属线代替枢轴支撑加重的小棒以减少摩擦。战后还对地震仪进行了以下改进，引进自动计时器使计时更加准确，使用狮子读出器，可以将数据放入计算机中进行分析等。现代地震仪最重要的发展是应用地震检波器组合。这种组合，有些由几百个地震仪组成，都连接到一个单独的中心记录器上。通过对不同地点产生的地震波图的进行比较，研究者可以确定震中位置。

现代地震仪

记录地震波的仪器称为地震仪，它能客观而及时地将地面的振动记录下来。其基本原理是利用一件悬挂的重物的惯性，地震发生时地面振动而它保持不动。由地震仪记录下来的震动是一条具有不同起伏幅度的曲线，称为地震谱。曲线起伏幅度与地震波引起地面振动的振幅相应，它标志着地震的强烈程度。从地震谱可以清楚地辨别出各类震波的效应。纵波与横波到达同一地震台的时间差，即时差与震中离地震台的距离成正比，离震中越远，时差越大。由此规律即可求出震中离地震台的距离，即震中距。

值得注意的是，地震仪只能用于测量地震的强度、方向，并不能用于预测地震。

类别

在地震研究中使用的地震仪主要有三种，每一种都有与它们将要测量的地震震动幅度（速度和强度）相应的周期（周期指的是摆完成一次摆动所需的时间长度，或者来回摆动一次所需的时间）。

短周期

一般用于研究初次和二次震动，测量移动速度最快的地震波。这是因为这些地震波移动速度太快，短周期地震仪在不到一秒钟的时间就能完成一次摆动；它同样能够放大记录下来的地震波图，使研究人员能够看出地壳瞬间运动的轨迹。

长周期

使用的摆锤一般需要20秒左右的时间完成一次摆动，可以用来测量跟随在地壳初次和二次震动后的较缓慢的移动。地震检测仪网络使用的就是这种类型的工具。

超长或宽波段

具有最长摆锤摆动周期的地震仪叫超长型或宽波段地震仪。宽波段地震仪的应用越来越广泛，通常能够对全世界范围内的地壳运动提供更为全面的信息。

工作原理

记载的地动仪发机原理是施关发机。整个记载说中有都柱傍行八道施关发机。都柱在地动仪中心位置，它是内部有结构的柱子。所谓的候风机件就在其中。牙机的延伸部分叫关，关注八道之内与候风部件接近。其之间的缝隙不足一毫米。地震波到来，侯风部件摆动到关的位置推动关移动触发牙机。产生机发吐丸的结果。这是其真正的工作原理。牙机可以做到这地震波波前到来时发机。理论上牙机的灵敏度可以做到一个几何点。其它发机方式都不是候风地动仪的。

以下说法不对。请注意对比阅读。

地动仪中有一根倒立的、重心较高的长木椎，处于不稳定状态，这和倒竖一个啤酒瓶相似。当地震波传来时，仪器的底座起始的运动方向是指向震中，向相反方向的。由于本身的惯性作用，这时候木椎倒下的方向，就是指向震中的。木椎倒下触发了这个方向的一个杠杆，杠杆带动这个方向的一个龙头，龙头就释放了口中的木珠，从而指示了震中的方向。

地动仪不能判定震中的距离和大小。

地震仪原理的解释出现在《新概念英语》第四册的一篇课文上。文章的题目为《记录地震》。那么，地震仪是如何工作的呢？最粗糙的测试地震的方法是将不同高度的小圆柱体放在一个水平的平面上，当地震发生时，这些圆柱体会倒下。不同程度的地震会导致不同稳定性的圆柱体倒下。也就是说，当地震不强烈时，仅仅那些最不稳定的圆柱体倒下，而地震很强时，所有的圆柱体都会倒下。这只是简单的一个测试地震的方法，无法精确的记录地震的波动状况。因此，这种测试工具需要进一步改进。

我们知道，当我们写字的时候，笔在纸上移动，从而留下了痕迹。相反，如果我们保持笔不动而纸移动，我们也可以在纸上留下痕迹。这种原理可以用来记录地震的波动情况。有些人会担心，当地震发生时，纸和笔都在动，如何可以精确的记录地震的运动情况呢？我们可以做一个小试验。取一段长线（一米足矣），在线的一头系上一个重物，用手拿住线的另一头，将重物悬于空中，但是保持重物的低段刚好轻轻接触地面，然后轻轻的前后左右的摆动拿着线的手，你会发现重物的低端几乎不会移动。这其中的原理就是惯性。线一端已经随手的移动而移动，但是重物的一端由于惯性的作用，仍然保持在原处。也许移动的手会对重物的位置产生影响，这种影响已经通过长长的线大大地削弱了。同样的道理，如果，我们将纸放在下面，用一支可以书写的笔代替重物，我们就可以记录地震的波动情况了。

事实上，为了记录更精确，平铺的纸可以用一个随着轮子转动的纸圈代替，这样，当地震没有发生的时候，笔会在纸上留下一条直线，当地面发生于此垂直的波动时，就会在纸上留下波浪状的记录。但是，问题是，无法记录与直线同方向的波动。但是，多个不同方向的设备可以削弱这些不利情况。随着科学发着，这些问题已得到解决。

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