公元132年（东汉阳嘉元年），太史令张衡制造成功地动仪，同时制造完成的还有观测风向的候风仪。地动仪以精铜制成，圆径八尺，形似酒樽，外设八个龙头，对着八个方向，龙嘴各衔一个铜珠，内设巧妙机关。当某个方向地震动传来，机关被触动，对应方向的龙嘴张开吐出铜珠，落到之下的蟾蜍口中，发出声响，告知地震发生。
当时，地震迭起，人命和财产损失严重，而太史令的职责是“凡国有端应灾异时记之”。张衡既是一位多才艺之人，他通晓天文历算，擅长机械原理，再加上他又身担太史令职责，故而先后制作了用于天文观测的“浑天仪”、用于气象观测的“候风仪”和用于地震观测的“地动仪”。
地动仪被安置在当时京城洛阳的灵台，公元138年3月1日，陇西发生地震（今甘肃临洮、兰州附近，震级6 级），洛阳无震感，但是地动仪被触发，检测到了千里之外的地震。几天之后快马来报得到验证，京师学者无不佩服它的奇妙。这是人类历史上第一次用仪器检测到地震，因此，地动仪被公认为世界上第一套观测地震的装置。
地动仪是汉代科学家张衡的又一传世杰作。在张衡所处的东汉时代，地震比较频繁。据《后汉书·五行志》记载，自和帝永元四年（公元92年）到安帝延光四年（公元125年）的三十多年间，共发生了二十六次大的地震。地震区有时大到几十个郡，引起地裂山崩、房屋倒塌、江河泛滥，造成了巨大的损失。
张衡对地震有不少亲身体验。为了掌握全国地震动态，他经过长年研究，终于在阳嘉元年（公元132年）发明了候风地动仪──世界上第一架地震仪。在通信不发达的古代，地震后，为人们及时知道发生地震和确定地震大体位置有一定的作用。它有八个方位，每个方位上均有一条口含铜珠的龙，在每条龙的下方都有一只蟾蜍与其对应。
任何一方如有地震发生，该方向龙口所含铜珠即落入蟾蜍口中，由此便可测出发生地震的方向。当时利用这架仪器成功地测报了西部地区发生的一次地震，引起全国的重视。这比起西方国家用仪器记录地震的历史早一千多年。据《后汉书·张衡传》记载，候风地动仪“以精铜铸成，圆径八尺”，“形似酒樽”，上有隆起的圆盖，仪器的外表刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形。
仪器的内部中央有一根铜质“都柱”，柱旁有八条通道，称为“八道，还有巧妙的机关。樽体外部周围有八个龙头，按东、南、西、北、东南、东北、西南、西北八个方向布列。龙头和内部通道中的发动机关相连，每个龙头嘴里都衔有一个铜球。对着龙头，八个蟾蜍蹲在地上，个个昂头张嘴，准备承接铜球。
当某个地方发生地震时，樽体随之运动，触动机关，使发生地震方向的龙头张开嘴，吐出铜球，落到铜蟾蜍的嘴里，发生很大的声响。所以人们就可以知道地震发生的方向。张衡设计的地动仪，是当时浑天学说的体现。浑天说认为，天地是浑为一体的，天圆得像鸡蛋，地像包在里面的蛋黄，日、月、星辰都在蛋壳上不断地转动。
张衡设计的地动仪体似酒樽（卵形），象征浑天说的天；立有都柱的平底，表示大地，笼罩在天内；仪器上雕刻的山龟鸟兽等可能象征着山峦和青龙、白虎、朱雀、玄武等二十八宿，所刻篆文可能表示八方之气；八龙在上象征阳；蟾蜍居下象征阴，构成阴阳上下的动静的辩证关系；都柱象征天柱，居于顶天立地的地位。
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