JPS5856092B2 - 振動検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、並進的振動の３戊分の中の２戊分合戊値が、
設定値に到達したか否かを検出する振動検出装置に関す
る。

従来の振動検出装置の代表例は次のとおりである。

（１）単一成分のみを検出する在来の振動計２台を２成
分検出に適するように配置し、前記２台の振動計の電気
出力を自乗和平古根回路に供給して得られる出力によっ
て、設定値に到達したか否かを検出する振動検出装置。

（２）近似的な一平面を振動し得る振り子を可動電極と
し、一方前記振り子の定常位置で振り子を中心とする円
筒状振り子支持体を固定電極とした構造において、振動
が設定値に到達すれば、可動電極と固定電極が接触して
電気回路が閉成される振動検出装置。

（３）第（２）項の可動電極および固定電極のかわりに
、振り子または円筒状振り子支持体のいずれかの円周上
に電気接点を多数配置した構造とし、振動が設定値に到
達すれば、電気接点が閉成される振動検出装置。

次に上記３例の各々を地震計によって水平動成分を検出
する場合について具体的に説明する。

前厄１）の例を第１図に示す。

第１図において１ａは地動の東西成分を検知するように
設置された地震計変換器、２ａは地動の南北成分を検知
するように設置された地震計変換器、３ａは自乗和平古
根回路、４ａは振幅判定回路、５ａはリレー回路、６ａ
はリレー接点出力である。

第１図の振動検出装置は水平面内の地動を検出する。

東西成分検知用地震計変換器１ａは地動の東西成分振幅
に相当する電気出力を自乗和平古根回路３ａに供給し、
一方、南北成分検知用地震計変換器２ａは地動の南北成
分振幅に相当する電気出力を自乗和平古根回路３ａに供
給する。

自乗和平古根回路３ａは前記２人力の自乗和平古根を演
算し、水平面内地動振幅に相当する電気出力を振幅判定
回路４ａに加える。

振幅判定回路４ａは、いま検出しようとしている地動振
幅に相当する電気入力をこえる電気入力が加えられると
出力を生じる。

該出力によってリレー回路５ａは動作しリレー接点出力
６ａは定常状態から反転した状態になる。

リレー回路５ａが自己保持形であれば、前記反転状態も
保持される。

このように地震計変換器２台を必要とするばかりでなく
、様々な機能の電子回路を備えなければならない。

従って本装置には複雑で高価であるという欠点がある。

次に前記（２）の例を第２図に示す。

第２図において１ｂは基台、２ｂは支柱、３ｂは振り子
、４ｂは可動電極、５ｂは固定電極、６ｂは絶縁座、７
ｂ 、８ｂは接続電線、９ｂはリレー回路、１０ｂはリ
レー接点出力である。

基台１ｂを水平に保持した場合、振り子３ｂに取付けら
れた可動電極４ｂは、定常状態では固定電極５ｂの中心
にある。

地動があれば振り子３ｂと基台１ｂとの間には相対的変
位が生じる。

振り子３ｂは水平面内全方向に振動し得るように支柱２
ｂに支持されているから、固定電極５ｂの内径寸法で定
まる地動があれば、可動電極４ｂは固定電極５ｂの内周
面のどこかに接触する。

固定電極５ｂおよび可動電極４ｂは、接続電線８ ｂ
、７ ｂにより、リレー回路９ｂに接続されているから
、可動電極４ｂと固定電極５ｂの接触によりリレー回路
９ｂは動作し、リレー接点出力１０ｂは定常状態から反
転した状態になり、地動が設定値に達したことが検出さ
れる。

本装置は簡単な構成ではあるが、設定値は固定電極５ｂ
の寸法で１つにきまってしまい変更出来ないという欠点
がある。

次に前記（３）の例を第３図に示す。

第３図において１ｃは筐体、２ｃは振り子、３ｃは接点
、４ｃは設定値調整ねじ、５ｃはリレー回路、６ｃはリ
レー接点出力である。

筐体１ｃを水平に保持した場合、定常状態では振り子２
ｃは直立している。

振り子２ｃ上部円周上に取付けられた複数の接点３ｃは
、それぞれ設定値調整ねじ４ｃに正対し、かつ接点３ｃ
と設定値調整ねじ４ｃとの距離は、すべて相等しく、か
つその値は現在検出しようとしている水平動で丁度、接
点３ｃが閉或されるように、設定値調整ねじ４ｃにより
調整される。

設定値に達する地動があれば、複数の接点３ｃのうちの
いずれかが閉或し、リレー回路５ｃは動作し、リレー接
点出力６ｃは定常状態から反転した状態になり、地動が
設定値に達したことが検出される。

本装置は、設定値調整ねじ４ｃによって設定値を変える
ことができる利点を有するが、多数の設定値調整ねじ４
ｃについて微細な調整を要するという欠点にも通じる。

また接点３ｃと設定値調整ねじ４ｃとの個数により設定
値誤差がきまるから、誤差を少なくしようとすれば、個
数を増加しなければならず、したがって、調整の手数も
増加するとい・う欠点につながる。

以上の欠点を改善するために、本出願人及び発明者は特
願昭５１−１２２９００及び特願昭５１１５５６７６に
より、振り子の振動を光線により検出する振動検出装置
を提案した。

本発明はこれらの技術を更に発展させたもので、その目
的は振動検出設定値の変更が容易で、構造が単純であり
、安価で調整の手数のかからない振動検出装置を提供す
ることにあり、本発明の特徴は振り子の振動を反射鏡、
および光ファイバーを介して光学的に検出し、その出力
を電気信号に変換することにある。

以下図面により本発明の実施例を詳細に説明する。

第４図ないし第６図は本発明の実施例であって、１は倒
立振り子重錘、２はケース、３は振り子支持ばね、４は
発光器、５は円形開口板、６は集光レンズ、７〜１１は
光束、１２はレンズ保持枠、１３−（１）〜１３−（ｎ
）は直接受光面、１４は光ファイバー、１５−（１）〜
１５−（ｎ）は光フアイバ一群別端面、１６−（１）〜
１６−（ｎ）は光電変換素子による受光器、１７は制振
器、１８−（１）〜１８−（ｎ）は受光器の電気端子、
１９および２０は増幅器、２１および２２はリレー、２
３および２４はリレー接点、２５は反射鏡である。

第４図ないし第６図によって、地動の水平動が設定値に
到達したか否かを検出する動作を説明する。

はじめにケース２は水平に置かれているものとする。

定常状態においては第４図のように、振り子支持ばね３
により振り子重錘１は鉛直方向に支持されている。

発光器４から輻射された光束７は円形開口板５で制限さ
れた光束８となる。

集光レンズ６の焦点が円形開口板５の中央の開口にある
ように配置されているから、光束８は集光レンズ６をと
おった後は平行光線の光束９となる。

光束９は振り子重錘１に取り付けられている反射鏡２５
によって反射され光束１０となる。

光束１０はレンズ１２で集光され光束１１となる。

直接受光面１３−（１）〜１３（ｎ）はレンズ１２の焦
点位置にあるから、直接受光面１３−（１）〜１３−（
ｎ）には円形開口板５の開口が結像する。

定常状態では振り子重錘１は直立しており、光束１１は
直接受光面１３−（１）〜１３−（ｎ）の中心部に投射
されている。

地動があれば、その水平動成分に相当して振り子重錘１
とケース２の間の相対的な運動が生じる。

制振器１７によって、この運動は地動をほぼ忠実に表わ
すものとなる。

また割振器１７は振り子重錘１の振れ過ぎを機械的に制
限する。

第５図は振り子重錘１とケース２の間に相対的な運動が
生じた状態の瞬間を例示しＣいる。

第４図は定常状態における場合で、既に述べたようにこ
の場合には光束１１は直接受光面１３−（１）〜１３−
（ｎ）の中心部に投射されるが、第５図のごとき状態で
は光束１１は直接受光面１３−（１）〜１３−（ｎ）の
中心部からかたよった部分に投射される。

直接受光面１３（１）〜１３−（ｎ）は光ファイバー１
４の一端面で、もう一方の端面は光フアイバ一群別端面
１５−（１）〜１５（ｎ）になっている。

光フアイバ一群別端面１５−（１）〜１５−（ｎ）の各
々には個々に独立した受光面を有する受光器１６−（１
）〜１６−（ｎ）が光学的に結合している。

光ファイバーの群別の方法は第１の実施例ではつぎのと
おりである。

直接受光面１３−（１）〜１３−（ｎ）を数個の仮想の
同心円で分割したとして得られる中心の円および数個の
同心円環に属する光ファイバーに群別する。

中心円に属する直接受光面は１３−（１）、中心円を直
接にかこむ同心円環を１３−（２＞とじ以下同様にして
最外周の同心円環を１３−（ｎ）とすれば、光フアイバ
一群別端面１５（１）〜１５−（ｎ）および受光器１６
−（１）〜１６−（ｎ）のそれぞれの添文字（１）〜（
ｎ）は１対ｌに対応するように群別されている。

したがって定常状態では光束１１は直接受光面の中心円
１３−（１）に投射され光ファイバー１４を経由して光
フアイバ一群別端面１５−（１）から受光器１６−（１
）に投射される。

地動により中心部から片寄って直接受光面１３−（１）
をはずれて投射された光束１１は、直接受光面に仮想さ
れた同心円環１３−（２）〜１３（ｎ）のいずれかに投
射され、前記と同様の経路を経て、受光器１６−（２）
〜１６（ｎ）の対応するいずれかに投射される。

直接受光面に仮想された中心円および同心円環１３−（
１）〜１３−（ｎ）は中心について点対称であるから、
地動の水平動の振幅が同じであれば、水平面内のいずれ
の方位の地動であっても、同じ同心円環に光束１１は投
射される。

受光器１６−（１）〜１６ （ｎ）からは電気端子１
８−（ｉ）〜１８−（ｎ）が引き出されている。

第６図は水平動の振幅を２段階において検出しようとす
る例であって、電気端子１８−（ｋ）は増幅器１９に接
続され、電気端子１８−（ｍｌは増幅器２０に接続され
ている。

勿論、必要あれば電気端子１８−（ｋ）、１８−（ｍｌ
以外の端子からの電気出力も利用して、地動の水平動を
より多段階に検出することもできる。

第６図の場合、電気端子１８−（ｋ）に電気出力が得ら
れるような地動が到来すれば、増幅器１９で増幅してリ
レー２１が動作し、リレー接点２３が閉成され、地動が
設定値に到達したことが検出される。

さらに地動の振幅が増減をくり返して、ついに電気端子
１８−（ｍｌに電気出力が現われるに至れば、増幅器２
０で増幅されリレー２２が動作し、リレー接点２４が閉
成され、地動がもう一つの設定値に到達したことが検出
される。

以上の説明は振り子１が倒立振り子のばあいであるが、
第４図および第５図において、ケース２の上下をさかさ
まにし、振り子１を懸垂状態にして、水平面内全方位に
振動し得るように構成した場合についても、同様に適用
することができる。

また発光器４には発光ダイオードは勿論、レーザー光を
適用しうることは、いうまでもない。

以上の実症例は、第６図及び第７図Ａにも示したごとく
、光ファイバーの直接受光面を中心円と数個の同心円環
に群別し、これを受光器に結合した振動検出装置を説明
したが、第７図Ｂに示すごとく、光ファイバーの直接受
光面を扇形に群別すれば、１台の振動検出装置によって
平面内の振動の時間的推移状態を検出しうる効果を生じ
る。

また第７図Ｃに示す如く、光ファイバーの直接受光面を
数個の方形に群別することによっても、１台の振動検出
装置によって平面内の振動状態を検出できる効果が生じ
る。

以上説明したように光ファイバーの直接受光面を中心円
と数個の同心円環に群別することによって地動が設定値
に達したことを検出しているから、方向性がなく、した
がってどの方向でも振幅誤差を生じない利点がある。

また多数の同心円環に群別して、そのいずれかを選択す
ることによって、容易に設定値を変え得る利点がある。

また多数の同心円環から複数個を選択することによって
、設定値を複数にすることもできるから、１台の検出装
置で従来の検出装置の複数台の性能を発揮し得る利点が
ある。

さらに、光学的に運動を検出しているから、従来の検出
装置のごとき機械的接触部分がなく、シたがって信頼度
が高まるという利点がある。

又振り子が反射鏡以外に複雑な機構を有せず構造が単純
であることも本発明の特徴のひとつである。

本発明は並進的振動の３成分の中の２成分合或値が設定
値に到達したか否かを検出することができるので、１台
の装置で２台分の性能を有する。

また光学的手段によっているから容易に設定値を変えら
れあるいは複数の設定値を得られる利点があり、地震の
水平最大加速度が設定値に到達したか否かを検知する感
震装置に利用することができる。

また振動検出装置が設置されている台の傾斜が設定値に
到達したか否かを検知する傾斜計に利用することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は従来の振動検出装置の説
明図、第４図および第５図は本発明の振動検出装置の断
面図、第６図は本発明の一実施例の受光面による検出回
路図、第７図Ａ、Ｂ、及びＣは本発明受光面の各種実施
例の説明図である。 １は振り子重錘、２はケース、３は振り子支持ばね、４
は発光器、５は円形開口板、６は集光レンズ、７〜１１
は光束、１２はレンズ、１３−（１）〜１３（ｎ）は直
接受光面、１４は光ファイバー、１５−（１）〜１５（
ｎ）は光フアイバ一群別端面、１６−（１）〜１６（ｎ
）は受光器、１７は制振器、１８−（１）〜１８−（ｎ
）は受光器電気端子、１９，２０は増幅器、２１．２２
はリレー、２３，２４はリレー接点、２５は反射亀

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケースと、該ケースに弾性的に支持され、該ケース
   に振動が付与された時に該ケースに対して相対的に変位
   する振り子と、該振り子の相対的振動平面に平行な表面
   に固定された反射鏡と、前記ケース（こ固定された光源
   と、該光源からの光ビームを反射鏡に投射する第１光学
   手段と、■端面を中心から等距離にある部分を同一群に
   群別した直接受光面とし、他端面を該１端面の群別に対
   応して群別し、かつ前記ケースに固定された光ファイバ
   ーの束と、前記反射鏡からの反射ビームを前記直接受光
   面Ｅに集光し、かつ前記ケースと前記振り子との相対振
   動がない時に前記反射ビームを前記直接受光面の中心に
   集光させる第２光学手段と、前記光ファイバーの束の他
   端面に該他端面の群別に対応して光学的に結合され、受
   光ビームに応じて電気出力を発生する光電変換素子と、
   該光電変換素子の電気出力から前記ケースと前記振り子
   との相対振動の振幅を検出する手段とから構成される振
   動検出装置。 ２ 光ファイバーの束の１端面である直接受光面を複数
   の同心円で分割して、該直接受光面を中心円およびその
   周囲の複数の同心円環に群別した特許請求の範囲第１項
   記載の装置。 ３ 光ファイバーの束の１端面である直接受光面を複数
   の同心円と複数の放射線で分割して、該直接受光面を複
   数の扇形に群別した特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４ 光ファイバーの束の１端面である直接受光面を互い
   に直交する複数の直線で分割して、該直接受光面を複数
   の方形に群別した特許請求の範囲第１項記載の装置。