张衡地动仪通过机械结构捕捉地震波信号，利用纵波（P波）传播速度快的特性，早于人类感知横波（S波）触发震动。

一、地震波传播速度差异

地震波分为纵波（P波）与横波（S波），两者传播速度与破坏力不同。地动仪通过感知P波提前预警，而人类通常在S波到达后才有震感。

二、地动仪的设计原理

1. 机械感应系统
   地动仪内部设置“都柱”（惯性摆）与八组杠杆机构。当地震P波到达时，惯性摆受震动偏移，触发对应方向的龙口铜球掉落，通过声音与视觉信号示警。
2. 惯性原理应用
   都柱的悬挂设计使其对微小震动敏感，可捕捉到人类难以感知的低频地震波信号。
3. 方向判断机制
   八条轨道对应八个方位，铜球掉落位置可初步判断震源方向，为早期定位提供参考。

三、历史记录与验证

据《后汉书》记载，公元138年地动仪曾成功检测到陇西地震（今甘肃地区），而当时洛阳居民未察觉震动。这一事件表明，地动仪对远距离地震的感知能力远超人类感官极限。

四、技术局限性

地动仪虽能感知地震波，但其功能限于示警与方向判断，无法测量震级或深度。现代地震仪通过电子传感器与数据分析技术，实现了更高精度的监测，但其原理仍部分继承了地动仪的机械感应逻辑。