【摘要】这次设计的电磁蜘蛛网可以长期放置在野外1～2年，在地震活跃发地区放置3组无线发射模块（频率由27Mhz、40Mhz、315Mhz），（距离由30米、300米、3千米）就可以吸收方圆约30平方公里范围内感应到大地电磁场变化，利用定时器，就能每小时扫描各路信号，结合GSM远程报警并以数字信号形式软件判断大地电磁场异常与报警，采用多个电磁蜘蛛网结合GPRS网络进行远程监视，GPRS网络判断，可以在强地震前一个星期测到地震前当地电磁场变化，提前报警，进一步还可分析震中的位置。已经制作成功的设备成本低廉，室外放置设备功耗低，一般5号电池可以用2年，是一种有希望的地震短临预报方法。
【关键词】电磁蜘蛛网;GPRS网络;PLC;无线发射模块;无线接收模块;GSM模块;低功耗
1.引言
临近主震发生前夕，在震源区广大区域内将不断地产生许多新的裂缝，裂缝的两侧带有相反的电荷，它相当于一个电偶极子充放电，向外发射电磁信号。会影响电磁蜘蛛网检测。主要震前电磁效应主要有：压磁效应;地下强大的应力变化使岩石磁性改变引起地磁异常。感应磁效应;地下电导率变化后引起感应电场变化出现磁异常。膨胀磁效应（动电磁效应）;扩容、微破裂-流体扩展引起流动电场变化出现磁异常。热磁效应;深部热能对岩石磁性影响异常量，震时有一定突变。压电效应;石英体岩石改变地下应力状态时产生电场。动电效应;液体通过毛细管和岩体微孔， 在其表面形成双电层。微机电转换体;激发机制（大气电场）空间上分立的异性电荷或者机电转换激发时电荷的移动。这些可由下面一组麦克斯韦方程组得到解释，方程组是由高斯通量定理、磁通连续性原理（又称为磁场的高斯通量定理）、法拉第电磁感应定律和全电流定律（又称为安培环路定理）4个方程式所组成的：这些是我们设计的理论基础。
设计中主要是考虑使用了（30米～900米）距离无线遥控，由多路发射、多路接收机电路组合构成电磁蜘蛛网可在100平方公里范围内感应到大地电磁场的变化，利用电磁蜘蛛网制作的预警装置主要原理就是：用各种频段接收大地电磁场，发现异常远程报警，多个电磁蜘蛛网连接成群一旦检测系统跳动起来，利用单片机软件就能方便侦探震中位置。图1是低能耗简易型远程报警电磁蜘蛛网，其工作原理如下：正常电磁时电路每小时开启10秒就自动关闭，以节约电能，一旦电磁异常就自动开启30秒以上，并带动GSM设备工作，远程报警，收到异常信号后，自动记录到存储器后人工发送“输出关”指令，重新恢复正常工作。假如多次收到异常报警后，开启附近电磁蜘蛛网共同参与震中位置的侦测。
2.电磁蜘蛛网、电磁蜘蛛网群和GSM（或GPRS）网络远程控制
由多路发射、接收电路组成的接力电路可以使检测距离大大增加，其组成的电磁蜘蛛网群与计算机连网，由专门软件进行判断就可以准确测定地震震中的位置。电磁蜘蛛网群的原理就是自建多路发射、接收器用计算机软件判断电磁异常范围，确定地震类型、震中位置和报警。
图2 GPRS方框原理图
图2是GPRS网络远程控制方框原理图。最简单GPRS控制我们选择了第二代GSM远程遥控器， GSM的英文全称是Global System for Mobile Communications。在布放实验中我们选用高可靠的GSM芯片技术设计，内部使用通用的工业继电器，内置GSM天线，可以实现手机振铃或手机短信息进行全球超远程遥控开关。成本低廉、可靠性高，平时以每小时检测一次的方式远程了解实时电磁场变化情况。当异常电磁场出现时，就缩短时间，最短可以每分钟问答一次。全国范围均可操作。无距离限制。拥有一个通过移动通讯设备可以控制GPRS终于实现远程无线报警。这里采用了GSM方式控制，可以免去接线的烦琐，在四川、云南布放电磁蜘蛛网就可以在宁波家中了解到该地实时的电磁场情况。然后利用组态软件在电脑上实时判断将要发生地震的时间、地点和地震级别。麦克斯韦方程组组成的一系列电动力学方程是我们设计的理论基础和布放发射器的基础。电子秒表和钟表机芯是设计长效定时发射电路、接收系统的核心其制作原理已经在许多文章中介绍过。简易型电磁蜘蛛网用到3路电场判断电路和1路磁场异常判断电路。实际安装时需要6～8组这样设备。远距离报警电路在正常电磁时不启动GSM，5V稳压电源长期提供小型继电器工作（每小时约10分钟）。异常电磁产生时就远程自动报警，报警自锁后想要解除就由远程控制发射“输出关”指令。常用指令有“输出开”、“输出关”、“点动开”、 “点动关”、“记忆开”、“记忆关”、“回复开”、“回复关”等，非常方便。此电路稍做修改可以有其它应用领域有：
（1）城市路灯、交通灯自动智能控制系统;
（2）电力电子配电系统;
（3）工业电器设备自动控制系统;
（4）人防无线警报控制系统;
（5）城市给排水机房控制系统;
（6）家用电器控制自动化（如空调、电热水器等）;
（7）售票控制工控机、服务器远程开机复位;
（8）大型仓库监控系统或者安防网站服务器的报警及复位等。
3.远程磁场异常报警
电磁蜘蛛网群中另外一部分是由多个发射、接收电路配合工作的低功耗长时效大地磁场偏移检测器，实际布局电磁蜘蛛网时配合使用了大地磁场偏移检测器，在软件设计中也有报警部份与磁场异常程序。磁场异常超再生接收是编解码电路最常见一种形式，价格低廉，灵敏度高，电气性能满足一般的应用环境。除此之外如超外差等也较多见，从根本上说也是一种发展取代的方向。超再生接收电路全称“自息/他熄灭式再生检波电路”，电路调好时，该检波电路有很高的灵敏度指标。自熄式电路简单，配合长时效大地磁场偏移检测器经济效率也高相对提高。低功耗长时效磁场偏移检测器（地震临震预报器）由电子指南针或普通指南针组成。地震前磁场异常现象由大量实例证实。地球是个巨系统，想要建立全面的动力学方程是很难的。这种设计方法技术上容易实现，设备的一大优点是不用调试就能正常工作。由于静态时电路耗电仅为几个微安，每小时接通10秒，工作时电流一般<150mA，故用电很节省，两节新的5号干电池一般可用一年左右时间。限于当今科技水平，要想100%准确预报地震三要素：发生时间、地点、震级还不可能准确做到。但对一些异常现象的研究却能够把地震造成的损失特別是人的生命的损失大大降低，这则是可以肯定的。此设备可以用于实际测量不必进入地球内部。一般四级的地震前，指南针的北极就不停地来回摆动;五级以上的地震，指南针就不停地转圈。我们设计的产品主要是检测五级以上地震。电子指南针做的磁场异常预报电路：主要由DN6851霍尔元件组成，考虑到大地磁场很微弱故使用了左右两条磁棒进行增强，实验中取得了良好的效果。电路也是每小时接通一次，时间约10秒。当地震前出现磁场变动时就报警。经过多年的努力，目前已经成功地制作这样的装置，使电磁蜘蛛网各节点更加完善，震前预报有可能实现。GSM远程报警形式与第2节相同。只需插上SIM卡，通电后就能工作，使用方便，工作可靠。
4.小结
我们设计的电磁蜘蛛网一般在27Mhz～ 49Mhz段最为敏感。每小时扫描一次，就能分别在农村村庄、城市居民小区接收端上分别收到信号，像温度计指示温度一样，指示目前电磁场大小，多个电磁蜘蛛网组合成群，结合GPRS远程监控，就可以判断震中位置所在。当今世界上地震频繁，破坏力很大。此装置可以提前几天～几个小时，知道地震即将发生，能避免许多可怕的事情。利用每小时循环检测一次电磁蜘蛛网，初步实验测试证明可以用于震前电磁场异常预报。而且利用电磁蜘蛛网群可以侦测地震类型和震中位置。稍作修改还可以应用于许多远程控制设备。目前已经成功放置十套，其中四川5套、云南5套，以后准备联系企业资助再投入多套布放到全国各地。
参考文献
[1]李四光，1973，地震地质[M].科学出版社.
[2]蒋敏.如何编织能预测地震的电磁蜘蛛网[J].电子世界，2013，5.
[3]蒋敏.方便实用的共享型地震计[J].电子世界，2013， 10：158-159.
[4]蒋敏.异常电磁场自动远程报警系统[J].电子制作，2014， 4：67-68.