【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地震预警和柔性电子传感器领域，具体涉及一种基于静电感应的地震监测和预警的静电感应型单摆。
技术介绍
1、中国国家铁路集团有限公司申请的专利技术专利“地震监测装置和系统”（申请号：cn202410584297.4，申请公开号：cn118483734a）中提供了一种地震监测装置和系统。装置包括太阳能供电单元、数据采集单元和通信单元，其中，所述太阳能供电单元分别与所述数据采集单元和所述通信单元电性连接，所述太阳能供电单元用于向所述数据采集单元和所述通信单元供电；所述数据采集单元包括mems传感器和定位模块，所述mems传感器用于采集地震信息，所述定位模块用于获取所述地震监测装置的位置信息；所述通信单元与所述数据采集单元电性连接，所述通信单元用于将所述地震信息和所述位置信息无线传输至云端服务器。该装置监测精度高、无需频繁更换电池。然而，该装置的能源供应依赖于太阳能，在光照不足的地区可能会遇到能源供应不稳定的问题，故而受环境影响较大。中铁二院工程集团有限责任公司太极计算机股份有限公司申请的专利技术专利“基于应急信息发布系统的自组织地震监测及预警方法”（申请号：cn202311147435.4，申请公开号：cn117152917a）中公开了一种基于应急信息发布系统的自组织地震监测及预警的方法。其专利技术在被监测的地震区域布置多个监测终端并选出主监测终端，通过选举的方式确定主监测终端，其余从监测终端检测到地震波数据后与主监测终端检测到的地震波数据合并，获得中间结果；将所述中间结果与上一级被监测的地震区域的监测终端检测的地震波数据
2、现有的地震监测方法尽管在地震活动的探测和预警方面取得了一定的进展，但仍面临着多方面的挑战和局限性。首先，成本问题是一个显著的障碍。现有地震监测系统的部署需要大量的硬件设备，这些设备的购置、安装和维护都需要巨额投资。并且系统的运行还需要持续的能源供应和技术支持，这也会带来额外的运营成本。高昂的成本可能会限制地震监测系统的普及，特别是在经济欠发达地区，这些地区可能正是最需要地震预警能力的地区；其次，地震台站之间的距离较远可能导致信息传递延迟，影响预警的时效性；再次，现有的监测技术可能受到环境噪声的干扰，影响数据的准确性和可靠性；最后，地质条件的复杂性也会影响地震波的传播，使得监测数据的解读更加困难。鉴于这些挑战，开发新型地震监测技术变得尤为迫切。
技术实现思路
1、针对上述技术存在的高成本、覆盖不全面以及在偏远地区的部署困难等问题，本专利技术提出了一种基于静电感应的地震监测与预警装置——静电感应摆。
2、本专利技术解决其技术问题采用的技术方案：一种基于静电感应的地震监测和预警的静电感应摆，包括导电摆线和摆锤，导电摆线的一端与摆锤固定连接，其中，摆锤为圆柱状，摆锤中心为重量模块（1），重量模块（1）外侧依次为连接层一（2）、电极层（3）、连接层二（4）、静电交互层（5）；导电摆线与摆锤连接固定时余出来一部分同时与电极层（3）相连，且导电摆线足够长，至少不影响该摆的运动。
3、优选地，所述重量模块（1）的圆柱形模型由3d打印技术制作，其材料为聚乳酸。
4、优选地，所述重量模块（1）的有效投影面积在10-100 cm2之间，质量在10-150 g之间。
5、优选地，所述连接层一（2）和连接层二（4）采用vhb胶带，分别将重量模块（1）和电极层（3）、电极层（3）和静电交互层（5）牢固地粘合在一起。
6、优选地，所述电极层（3）由铜制成，用于检测和转换静电感应信号。当外部振动如地震波引起该摆运动时，电极层（3）与空间分布电荷两者之间产生相对位置变化，这导致电场分布也发生改变，从而在电极层上产生电势差。这种电势差变化被电极层检测并转化为电信号，随后这些信号通过与电极层（3）相连的导线传输至keithley 6517b静电计和dmm6500台式数字触摸屏万用表，进行进一步的处理和分析。
7、优选地，所述静电交互层（5）是由热塑性聚氨酯通过静电纺丝技术制备而成的，热塑性聚氨酯作为关键材料之一，其材料本身带有静电荷，能够有效增强电极层（3）在地震监测过程中的静电感应信号，为后续的地震预警提供了可靠的信号。
8、一种地震监测预警装置，包括前述任一项的静电感应摆，还包括基于静电感应的地震监测和预警的静电感应摆进一步集成了数据采集模块和决策支持系统。这一决策支持系统由六种机器学习算法共同驱动，包括k-最近邻（k-nearest neighbors，knn）、支持向量机（support vector machine，svm）、决策树（decision tree，dt）、随机森林（randomforest，rf）、极端梯度提升（extreme gradient boosting，xgb）、多层感知机（multi-layerperceptron，mpl）。这些算法共同作用，实现了对摆锤运动中产生的电势差信号的实时采集、分析和处理。
9、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
10、低成本：本专利技术采用成本效益高的组件和材料，如使用3d打印技术制作重量模块，这种方法不仅减少了材料浪费，还缩短了生产周期，降低了加工成本；使用广泛可获得的铜材料作为电极层，这种材料不仅导电性能优越，而且成本低廉，进一步减少了整个系统的造价。此外，本专利技术还通过优化设计减少了对复杂电子元件的需求，避免了昂贵的定制组件，使得整个静电感应摆系统更加经济实用。这种低成本的特性使得本专利技术的地震监测设备可以本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于静电感应的地震监测和预警的静电感应摆，包括导电摆线和摆锤，导电摆线的一端与摆锤固定连接，其特征在于，摆锤为圆柱状，摆锤中心为重量模块（1），重量模块（1）外侧依次为连接层一（2）、电极层（3）、连接层二（4）、静电交互层（5）；导电摆线与摆锤连接固定时余出来一部分同时与电极层（3）相连，且导电摆线足够长，至少不影响该摆的运动。
2.根据权利要求1所述的一种基于静电感应的地震监测和预警的静电感应摆，其特征在于：所述重量模块（1）的圆柱形模型由3D打印技术制作，其材料为聚乳酸（PolylacticAcid，PLA），是一种具有良好的机械性能的可生物降解的热塑性聚合物。
3.根据权利要求2所述的一种基于静电感应的地震监测和预警的静电感应摆，其特征在于：所述重量模块（1）的有效投影面积在10-100 cm2之间，质量在10-150 g之间。
4.根据权利要求3所述的一种基于静电感应的地震监测和预警的静电感应摆，其特征在于：所述连接层一（2）和连接层二（4）的材料为VHB胶带（Very High Bond，VHB），分别将重量模块（1）和电极
5.根据权利要求4所述的一种基于静电感应的地震监测和预警的静电感应摆，其特征在于：所述电极层（3）由铜制成。
6.根据权利要求5所述的一种基于静电感应的地震监测和预警的静电感应摆，其特征在于：所述静电交互层（5）是由热塑性聚氨酯通过静电纺丝技术制备而成的。
7.一种地震监测预警装置，包括权利要求1-6中任一项的静电感应摆，其特征在于，还包括基于静电感应的地震监测和预警的静电感应摆进一步集成了数据采集模块和决策支持系统。这一决策支持系统由六种机器学习算法共同驱动，包括K-最近邻（K-NearestNeighbors，KNN）、支持向量机（Support Vector Machine，SVM）、决策树（Decision Tree，DT）、随机森林（Random Forest，RF）、极端梯度提升（Extreme Gradient Boosting，XGB）、多层感知机（Multi-layer Perceptron，MPL）。这些算法共同作用，实现了对摆锤运动中产生的电势差信号的实时采集、分析和处理。
...【技术特征摘要】
1.一种基于静电感应的地震监测和预警的静电感应摆，包括导电摆线和摆锤，导电摆线的一端与摆锤固定连接，其特征在于，摆锤为圆柱状，摆锤中心为重量模块（1），重量模块（1）外侧依次为连接层一（2）、电极层（3）、连接层二（4）、静电交互层（5）；导电摆线与摆锤连接固定时余出来一部分同时与电极层（3）相连，且导电摆线足够长，至少不影响该摆的运动。
2.根据权利要求1所述的一种基于静电感应的地震监测和预警的静电感应摆，其特征在于：所述重量模块（1）的圆柱形模型由3d打印技术制作，其材料为聚乳酸（polylacticacid，pla），是一种具有良好的机械性能的可生物降解的热塑性聚合物。
3.根据权利要求2所述的一种基于静电感应的地震监测和预警的静电感应摆，其特征在于：所述重量模块（1）的有效投影面积在10-100 cm2之间，质量在10-150 g之间。
4.根据权利要求3所述的一种基于静电感应的地震监测和预警的静电感应摆，其特征在于：所述连接层一（2）和连接层二（4）的材料为vhb胶带（very high bond，vhb），分别将重量模块（1）和电极层...
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