寧波職業(yè)技術(shù)學院 蔣 敏

1.引言

有資料介紹：在1976年7月28日唐山市7.8級大地震前，在震中處存在強大的地震波電磁場，在收音機的接受端，強大的地震波電磁場就淹沒了各個廣播電臺發(fā)出的無線電波，所以唐山市在大地震前收音機收不到廣播節(jié)目，又因為強大的地震波是外來的地下電磁場，它不是廣播電臺發(fā)出來的的聲音、音樂等等，它是屬于一種雜波，所以收音機收到的是一些亂七八糟的雜音，聽不到一點電臺廣播的聲音。如果地下發(fā)出的電磁波是比較弱的電磁波，將在收音機里調(diào)制在電臺發(fā)出的調(diào)幅波上不是原來的聲音，聽起來有些失真，聲音變味了。

2.理論基礎(chǔ)：麥克斯韋方程組

臨近主震發(fā)生前，在震源區(qū)附近將不斷地產(chǎn)生許多新的裂縫，裂縫的兩側(cè)帶有相反的電荷，它相當于一個電偶極子充放電，向外發(fā)射電磁信號。這可由麥克斯韋方程組(1)、(2)、(3)得到解釋，方程組是由高斯通量定理、磁通連續(xù)性原理(又稱為磁場的高斯通量定理)、法拉第電磁感應(yīng)定律和全電流定律(又稱為一般形式下的安培環(huán)路定理)4個方程式所組成的：

上式中

是自由空間中的光速。請讀者注意麥克斯韋方程組各方程式的積分限：

第1式和第2式中，等號左邊是場矢量在封閉曲面S上對坐標的曲面積分，等號右邊是在S所包圍的體積V內(nèi)的體積分；

第3式和第4式中，等號左邊是場矢量在任意形狀閉合曲線L上對坐標的曲線積分，等號右邊的曲面S是以L為周界的任意形狀的曲面，S的正方向與L的環(huán)繞方向呈右手螺旋關(guān)系。把磁感應(yīng)強度矢量B的一般形式下的安培環(huán)路定理推廣到連續(xù)介質(zhì)的情況，就可以得到一般形式下磁場強度矢量H的安培環(huán)路定理。對于連續(xù)介質(zhì)，麥克斯韋方程組可以寫成

這樣改寫之后，麥克斯韋方程組的物理意義就更加完善了。

3.電磁蜘蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)

蜘蛛網(wǎng)是由部分種類的蜘蛛吐絲所編成的網(wǎng)狀物，用以捕獲昆蟲、小型脊椎動物等作食物，或用以結(jié)巢居住。蜘蛛可以感應(yīng)到獵物沖撞或受困于蜘蛛網(wǎng)上時所產(chǎn)生的震動；在完成它們的網(wǎng)后，蜘蛛會在網(wǎng)上或附近等待獵物落入陷阱。蜘蛛網(wǎng)里有些絲有黏性，有些沒有。由于蜘蛛本身的行動也會受自己的黏液所影響，因此當它們在網(wǎng)上移動時，會避免踩到帶有黏液的絲線。有一些蜘蛛絲的強度比同等重量的鋼絲還要強，彈性也較高。圓形蜘蛛網(wǎng)是蜘蛛進化中期出現(xiàn)的蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如今在蛛網(wǎng)中非常普遍，具有典型的研究意義，圓形蜘蛛網(wǎng)常呈圓形，并具有一定的對稱性，其上半部比下半部小蛛網(wǎng)的網(wǎng)眼大小分析。

4.電磁蜘蛛網(wǎng)工作原理

電磁蜘蛛網(wǎng)由30米、300米、3000米無線發(fā)射器各6～8組組成。

由ASK無線發(fā)射模塊（300米）是一款性能優(yōu)越的ISM頻段的發(fā)射模塊。采用歐洲品牌工業(yè)級射頻無線數(shù)據(jù)傳送接收芯片，具有較強的發(fā)射功率，低電壓供電，無需外加任何電路即可以做到數(shù)據(jù)信號輸入到無線信號輸出。用戶只需要外加簡單的數(shù)據(jù)解碼電路，即可輕易實現(xiàn)無線產(chǎn)品的開發(fā)。采用晶體穩(wěn)頻(+-30KHZ)，工作頻率穩(wěn)定，靜態(tài)功耗低發(fā)射時電流消耗：10mA。

由ASK(幅度調(diào)制)無線發(fā)射模塊，工作頻率：315MHZ；433MHZ，特點：小體積、大功率、遠距離(空曠地3000米)。通信方式：單發(fā)；調(diào)制速率：3KHz；輸入信號接口：TTL電平；輻射功率：1.5w@9V。

由調(diào)頻遙控器，調(diào)制方式：FSK(頻率調(diào)制)，其特點是：小體積、中功率、遠距離(空曠地500米)。發(fā)射頻率：315/426/433/447/868/915Mhz(軟件調(diào)整)。遙控距離：100M,200M,500M,1KM,2KM，有無線認證：CE、FCC、KCC、VCCI。按鍵個數(shù)：1,2,3,4,5,6,8,10,12個遙控發(fā)射距離遠接收功耗低、尺寸小、靈敏度高遙控器和接收模塊都能通過美國FCC(part 15)和歐洲CE(R&TTE)無線標準認證。表1是無線電波長與傳播方式。

表1 無線電波長與傳播方式

5.實驗的理論依據(jù)

電磁波產(chǎn)生本身存在著不同步現(xiàn)象，有人對巖樣施加壓力，使巖樣產(chǎn)生破裂和摩擦滑動，以模擬地震孕震區(qū)構(gòu)造斷裂帶的活動。實驗結(jié)果表明：不同方位、不同頻率的天線接收的信號到時不同步、信號幅度也有差異，位于裂隙處的天線接收的信號最大。這說明巖石破裂產(chǎn)生的電磁輻射本身存在著方向性。因此，即使觀測網(wǎng)內(nèi)各個觀測點都采用同一觀測頻率和同一靈敏度，也會出現(xiàn)有的觀測點記錄到電磁異常信息，有的觀測點根本收不到任何異常信號；有的觀測點電磁異常信息出現(xiàn)的早，有的觀測點電磁異常信息出現(xiàn)的晚。盡管如此，在不同時間內(nèi)各觀測點所觀測到的異常信號來源方向仍大體與震中方位一致。從上面的典型震例可以看出，MS5級左右地震電磁異常有的觀測點在地震前半個月左右就可能出現(xiàn)，而反應(yīng)較遲的觀測點在震前數(shù)天或數(shù)小時才出現(xiàn)異常。

6.電磁蜘蛛網(wǎng)制作方法

在空曠地上放置6～8個ASK(幅度調(diào)制)無線發(fā)射模塊(3KM)，就可以在方圓約30平方公里范圍內(nèi)感應(yīng)到大地電磁場變化，改變FSK(頻率調(diào)制)模塊電阻，就能在中央接收端上分別收到信號，利用專門的定時器，就能每10秒接收一路信號，再由51系列單片機軟件判斷大地電磁場異常與報警。專門用來地震前監(jiān)視空間電場變化，這是一種有希望的地震短臨預(yù)報方法。

7.小結(jié)

在當今世界上地震頻繁，破壞力很大。如果地震前幾個小時，知道地震發(fā)生時，可以避免許多可怕的事情。地球是一個復(fù)雜的巨系統(tǒng)，建立一個非常精確動力學方程是無法實現(xiàn)的。利用空間電場變化設(shè)計的地震臨震預(yù)報器，該電場參數(shù)測量是不必要的進入地球內(nèi)部，技術(shù)上容易實現(xiàn)，已經(jīng)制成的電磁蜘蛛網(wǎng)地震預(yù)報器由多路發(fā)射、單路接收機電路組成。由麥克斯韋方程組具體展示臨震動力學方程、電磁場規(guī)律建立有點復(fù)雜的，但利用空間電場變化而設(shè)計制成的地震臨震預(yù)測控制系統(tǒng)則是很簡單。利用每10秒接收一路信號循環(huán)檢測制成的臨震預(yù)報器將地震前電場變化參數(shù)轉(zhuǎn)換為電參數(shù)，初步實驗測試證明可以用于震前電磁場異常預(yù)報。

[1]蔣敏.聲光指示電子指南針[J].電子世界,1996.

[2]蔣敏.利用空間電場和大地磁場變化設(shè)計的地震臨震預(yù)報器[J].科技與企業(yè),2012:306-308.

[3]蔣敏.低功耗長時效大地磁場偏移檢測器(地震臨震預(yù)報器)[J].電子世界,2012.