张衡是中国东汉时期著名的科学家、文学家和天文学家，他最杰出的成就之一是发明了世界上第一架地震仪器——候风地动仪（简称“地动仪”）。地动仪的设计和建造体现了张衡对地震现象的深刻理解和对机械结构的巧妙运用。

地动仪的基本原理是基于惯性和重力的概念。它主要由两个部分组成：内部是一个复杂的铜质容器，里面装满了液体；外部则是一个圆形的底座和一个倒立的酒杯状结构。当发生地震时，地面震动会导致液体的晃动，而内部的装置会检测到这种晃动并触发相应的机制。

具体来说，地动仪内部有一个中央悬挂的重锤，这个重锤在不受外力干扰的情况下保持静止状态。当地震波传来导致液体摇晃时，重锤会由于惯性的作用偏离中心位置，从而触动机关，使连接重锤的指针指向震中的方向。同时，位于外部酒杯状结构内的一个小球会被弹出，指示地震发生的方位。通过这种方式，地动仪可以直观地向人们展示地震的发生及其大致的方向。

地动仪的设计不仅能够记录地震的发生，还可以提供关于地震来源和方向的宝贵信息。这在当时的技术条件下是一项极为先进的发明，也是人类历史上第一次成功地将地震这一自然现象转化为可以被观察和测量的数据。尽管原始的地动仪已经失传，但它的设计理念和技术对于后世的地震研究和监测设备的开发具有深远的影响。