合盖隆起。
本着节省的原则,没有必要造出许多无用的空间来消耗宝贵的可以造钱的材料。够用就行。由于,牙机巧制和关的必须的数量决定了其位置。

地动仪为什么形似酒樽图。

这是地动议内部能够限制地动仪外形的区域截面图。做个旋转就可以大体得到地动仪外形。构造出包围轮廓,加上必须的吊装用附件。做成两部分时。像我家的一个蒸锅。只是蒸锅的锅钮比较小。中间也不那么高。中间如果不隆起一点,就显得锅盖太厚。隆起的话,有有点不十分像。像当时的一件什么物品?酒樽?如果不看合盖的隆起部分倒是蛮像的。加上这个隆起,也还可以。告诉大家,地动仪的合盖是高出一般酒樽的,形状很像酒樽。
无论是先强调隆起,还是先形似酒樽再告诉你盖子有不同。这只是侧重不同而已。总之你知道什么是隆起和为什么隆起就足够了。
牙机和关。
地动仪何以能够得到地不觉动的灵敏度?这全部仰仗着牙机的结构。没有牙机结构,任何复原都是一场黄粱美梦。机是中国人对可以触发的装置的叫法。慢慢腾腾的不叫机。机字解作“触而即发”就足以说明问题。像球版的设计,有人把它看成关球。就是个怎么触也不发的结构。其从不提牙机。

这是牙机功能示意图。
牙机是由一对杠杆组成,竖直和水平正交搭接成。搭接处设计成特殊的几何形状。短的像齿,长的像牙。故名牙机。竖直的杠杆是可以自行恢复平衡的设计。其下端是叫“关”的一个水平直杆。牙机的搭接部分可以根据需求设计,安装和调试。理论上可以做到任意的灵敏度。仅仅如此还远远不够。要区分地动和非地动也是主要的问题。灵敏可以感知地动。地未动亦要靠关解决。牙机和关的搭配是最完美的方案。如何做到有振则发,无振不发。在它们之间求得一个必须的平衡是最关键的。其它任何设计,实际上都做不到牙机的水平。有振发机是有要求的。不能到共振的状态下去实现。因为还要判别方向。这要求必须在初波到来时发机。而初波是很微弱的。实现这个目标是靠“施关”实现的。就是用施关去管理发机。施关的意思是“在关的近旁,及关(运动到关)”。这个近旁是多少?这要在你完全了解候风感知器件的性能和地震的传播方式之后才能准确地设计它。还好,张衡是这方面的行家里手。计算可能只是小菜一碟。地动仪的存在证明了这一点。
为了精确调整这个“在旁”的间隙。张衡设计了都柱。都柱就是用来悬挂侯风摆和精确调整在旁间隙的外部支撑。

和冯锐最初把侯风摆悬挂在合盖不同。养竹版出于必须的目的需要一个密闭的支撑环境。首先是悬挂。这个不是最主要的。精确悬挂才是目的。侯风摆需要建立一个对关的精确的“在旁”的间隙。这个间隙是只有不到一毫米缝隙。还可以根据需要调整。它使用的是“上坡”原理。这只是一个形象的比喻说明。上坡时,你要走很长一段路,才能爬高不大的高度。养竹版就是使用这个方法。利用改变摆长来改变在旁间隙。
看看候风地动仪都柱底部的详细情形。

注意那个关和侯风摆底部的结合情况。绿色的横杆表示关。它的一端直抵侯风摆的中心处的伸出部分。那个伸出部分叫尾椎。是一个下小的圆台形状。如果侯风摆的摆长改变,势必造成摆的尾椎连同地上下改变位置。对于关来讲好像在上下坡。由于关是相对不动的。因此,那个与侯风摆的间隙发生改变。这个变化的大小和速率都是可以设计的。向上提起侯风摆,间隙变宽。反之变窄。选择圆台面母线的倾斜度可以得到需要的变化速率。
在都柱的顶端设置可调装置。调整摆线的长度,(事先留有参考标记)改变在旁间隙。选择对摆线变化影响小的材料时,可以克服诸如温度湿度的影响。
都柱的存在使得整个摆关装置被密封在内部。这得以克服如风等扰动的影响。
除此之外,在旁间隙还留有足够的余量来避免上述因素的不良影响。同时也用于避免非地震带来的干扰,如:周围的天气的影响。
相对于外部,内部也有不利的情况发生。张衡使用悬挂物,他当然知道悬挂物的性质。当一个悬挂物摆动起来以后,如果没有其它阻力的出现,它会一直摆动下去。对于地动仪来说。就会既推动前边的关,也会反身推动后面的关。这不是我们希望的。
巧制。
如何防止上面描述的情况出现?张衡设计出“巧制”部件。这个巧制部件应该是张衡的一个天才发明。要想驱动巧制部件,必须得有相应的能量来源。同时还要能够最快的实时的反应速度。在这里张衡采取了前所未有的办法。就是利用牙机吐丸时的实时性和龙下颚在吐丸时向下运动这一个事实。设计下颚的质量以获取相应的势能改变时,取得巧制能量。这无疑是开天辟地的创举。今天叫做“反馈”技术,在近2000年前就在地动仪中出现。
这个办法确实巧妙无比。没有其它任何办法会达到这个办法的结果。

这是巧制的示意图。蓝色的部分表示巧制。它是有从龙下颚出发的一个连接杆,连接到一个水平的杠杆上。这个水平杆的另一端有特殊的构形,并且它就在侯风摆下方的“在旁”之处。龙下颚下降之后,会一直保持,这得以一直压住巧制连杆,使巧制横杆一直制止住侯风摆,使得侯风摆不再运动。直到这种情况被解除,侯风摆恢复到初始状态。
这种关巧结构和都柱的要求,使得在设计它们的位置时,地动仪的底面发生变化。
在得到相同摆幅的情况下,越长的摆长会感知更微小的信号。这要求必须充分利用摆长。如果摆长使得摆的下端已经能够足够地靠近底面,这也就是摆能够达到的最低位置。要想再安排关和巧制就必须在底面上开凿出容留它们的空间。这不仅使上面提到的要求得以满足,还会更好地防范外界对摆锤本身的直接干扰。这个开凿出来的空间就是所谓的“傍行八道”中的“道”。在道中有关和巧制平杆。关端经过道端的窄缝与侯风摆的尾椎相“施”。当风来,侯风摆摆动,经过不足一毫米宽的缝隙接触到关。关只是刚刚开始摆动,就发生牙机发动的现象。于是,龙口张开,下颚向下运动,吐丸下落,在下颚下移时带动连杆,巧制里端上抬,侯风摆被锁定。这都是一瞬间的事。侯风摆摆动还不到一毫米。
接下来,应该是史官记录,把吐丸送还龙口,并合上下颚。此时,巧制解除锁定,系统恢复初始化,候风地动仪进入下一个周期。
第二季