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地动仪用精铜制成，圆经八尺，合盖隆起，形似酒樽。表面作金黄色，上部铸有八条金龙，分别伏在东、西、南、北及东北、东南、西北、西南八个方向。龙倒伏，龙首向下，龙嘴各衔一颗小铜球，与地上仰蹲张嘴的蟾蜍相对。地动仪空腔中央，立一根铜柱，上粗下细。铜柱周围有八根横杆，称为“八道”，各与一龙头相连。铜柱是震摆装置，八道用来控制和传导铜柱运动的方向。在地动仪受到地震波冲击时，铜柱就倒向发生地震的方向，推动同一方向的横杆和龙头，使龙嘴张开，铜球下落到蟾蜍嘴中，并发出响声，以提示人们注意发生了地震及地震的时间和方向。
一颗珠子放在平台上，如果将哪方稍微往下一按，珠于就向哪方滚动。又如我们点亮一支蜡烛，将它放在一张不平的桌子上，它总会向低的一方倒。地动仪就是根据这些简单的原理设计的。地动可以传到很远的地方，只不过太远了人就感觉不到了，但地动仪能准确地测到。
但是中国科学家认定地动仪的工作原理应该是“悬垂摆原理”，即地动仪是利用了一根悬挂柱体的惯性来验震的，而非当今历史教科书所说的在仪器底部简单地竖立一根直立杆。
张衡地动仪之谜初步破解应用“悬垂摆原理”
弄清工作原理
严谨的科学研究证实，地动仪的工作原理应该是“悬垂摆原理”，即地动仪是利用了一根悬挂柱体的惯性来验震的，而非当今历史教科书所说的在仪器底部简单地竖立一根直立杆。这个原理的科学性得到了专家的明确肯定。
由中国科学院、国家博物馆、中国地震局等研究单位数名地震学、考古学、文物学、机械工程学等相关学科的专家组成的验收委员会认为，新模型首次把概念模型复原成了具有验震功能的科学仪器，迈出了复原研究的历史性一步。
新复原地动仪模型是按照史料做的重新设计，其1/3小样目前陈列在河南博物院内。
复原模型频出
张衡地动仪是人类历史上的第一台验震器，在1700多年前神秘消失，它的外观和原理长期成为人们心中的谜团。所幸《后汉书·张衡传》对地动仪作了记载，但总共只有196个字，“……以精铜铸成，圆径八尺，合盖隆起，形似酒尊，饰以篆文山龟鸟兽之形。中有都柱，傍行八道，施关发机。外有八龙，首衔铜丸，下有蟾蜍，张口承之……”根据这一史料，中外科学家一直试图复原它。
19世纪末，日本和英国的科学家先后绘制出复原模型。目前家喻户晓的地动仪模型是中国历史博物馆科技文物专家王振铎于1951年设计的，其内部结构采用直立杆原理。但是，几十年来，国内外地震学界一直对它的科学性表示怀疑，因为它不能检测地震。20世纪70年代后，国内外相继提出了6种新的复原模型，但这些都属于概念模型。
文化遗产“复活”
以中国地震台网中心研究员冯锐为负责人的研究小组，从2002年起开始了地动仪的原理复原研究，还首次利用了《续汉书》和《后汉纪》对地动仪的记载。
研究组利用了唐山、越南、云南等4次实际地震资料，通过计算机的控制，在振动台上实现了相当于当年陇西地震在洛阳的极其微弱的地面振动，然后把新复原模型放到振动台上验证。结果表明，新模型对地震的反应良好，对非地震的人为干扰一直未出现误触发。冯锐表示，目前的复原只是阶段性成果，整个工作还没有结束，内部结构需要优化，外观造型也需要征求公众意见，以便进一步完善，实现整体的统一。
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