CN107710022A - 震感传感器及地震判断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抑制震感传感器的耗电的震感传感器。震感传感器在省电模式以及功耗大于所述省电模式的测量模式下进行动作。此外，震感传感器具备：测量部，其对加速度进行测量；滤波部，其在测量部所测量出的加速度超过预定阈值的情况下，从省电模式移至测量模式，对所测量出的加速度实施滤波；地震判断部，其基于经过滤波的加速度来判断是否发生了地震；指标计算部，其在地震判断部判断出发生了地震的情况下，计算表示地震规模的指标值，并且在地震判断部判断出未发生地震的情况下，从测量模式移至省电模式。
Description
技术领域
本发明涉及一种震感传感器及地震判断方法。
背景技术
一直以来，提出一种如下的电子设备的控制方法，即，计算通过加速度传感器而被计量出的在预定时间内的震动的加速度数据的平均值，并且反复计算平均值且通过移动平均法时常对恒定状态下的基础震动数据即基准值进行计算，并通过地震发生判断部来对照在基准值计算部中被计算出的基准值与通过加速度传感器而被计量出的实时的加速度数据，从而在实时的加速度数据与基准值的差量超过预定的阈值的情况下判断为地震(例如专利文献1)。此外，还提出了一种如下的地震仪，即，对噪声电平是否超过固定的阈值进行监视，若噪声电平超过阈值，则地震的检测会产生延迟，并会向构成地震仪异常监视系统的中央控制装置发送异常通知信号的地震仪(例如专利文献2)。此外，还提出了一种将电源接通后的从输出单元输出的输出值设定成振动为零的零电平的技术(例如专利文献3)。在此技术中，还提出了一种对电源接通后输出值是否在预定时间以上连续地在预定电平以下变动进行判断，在判断出稳定的情况下实施设定。此外，还提出了一种对由滤波器单元过滤了的信号各自是否超过预定电平进行判断的技术(例如专利文献4)。在此技术中，具备高通滤波器和低通滤波器，从而不使用傅立叶变换便提取出用于检测预定的震度的频带。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-088314号公报
专利文献2:日本特开2013-108847号公报
专利文献3:日本专利第4096401号公报
专利文献4:日本专利第4427911号公报
发明内容
本发明要解决的问题
使用了微控制器的震感传感器能够通过运算处理来获得用于评价地震规模的指标值，而与一直以来所利用的通过振动来通电的机械式的震感传感器相比较功耗容易变得较大。此外，在如地震发生时用于阻断煤气、电器的震感传感器那样的、例如被设置于电表箱(Meter box)等中并电池驱动那样的装置的情况下，尤其优选为使待机电力降低。然而，根据设置装置的环境，由车辆的通行、施工等而产生的噪声也被测量，并且被测量的噪声的程度也会各种各样。当反复进行这样的环境噪声的误检测时，震感传感器的耗电将增大。然而，现有的震感传感器几乎是以半永久性供电为前提的震感传感器，而几乎未提出过使耗电降低的技术。
本发明为鉴于上述那样的问题而完成的发明，其目的在于抑制震感传感器的耗电。
用于解决问题的手段
本发明所涉及的震感传感器在省电模式以及功耗大于所述省电模式的测量模式下进行动作。此外，震感传感器具备：测量部，其对加速度进行测量；滤波部，其在测量部所测量出的加速度超过预定的阈值的情况下，从省电模式移至测量模式，对所测量出的加速度实施滤波；地震判断部，其基于经过滤波的加速度来判断是否发生了地震；指标计算部，其在地震判断部判断出发生了地震的情况下，计算表示地震规模的指标值，在地震判断部判断出未发生地震的情况下，从测量模式移至省电模式。
通过采用这种结构，从而在判断出未发生地震的情况下，不实施由指标计算部实施的指标值的计算而移至省电模式，因此可抑制额外的耗电。尤其能够通过相对于加速度的滤波来去除噪声成分以提高地震判断部的判断精度，因此适当地且快速地移向省电模式，能够使功耗降低。
此外，也可以采用如下方式，即，滤波部求取加速度的移动平均。通过采用这种方式，滤波部具有低通滤波器那样的特性，从而能够去除加速度的噪声成分。
此外，也可以采用如下方式，即，在预定期间内测量出且经过滤波的加速度的最大值与最小值之差、平均值、或者平均值与方差值之和大于预定阈值的情况下，地震判断部判断为发生了地震。具体而言，利用经过滤波的加速度来对上述中任一值进行计算，从而能够实施是否发生了地震的判断。
此外，本发明的另一侧面所涉及的地震判断方法为，由在省电模式以及功耗大于所述省电模式的测量模式下进行动作的震感传感器所执行。具体而言，地震判断方法包括：测量步骤，对加速度进行测量；滤波步骤，在测量步骤中测量出的加速度超过预定阈值的情况下，从省电模式移至测量模式，对所测量出的加速度实施滤波；地震判断步骤，基于经过滤波的加速度来判断是否发生了地震，在地震判断步骤中未判断出发生了地震的情况下，从测量模式移至省电模式，并停止滤波。
根据这样的地震判断方法，在判断出未发生地震的情况下，不实施指标计算步骤中的指标值的计算而移至省电模式，因此可抑制额外的耗电。尤其能够通过相对于加速度的滤波来去除噪声成分以提高地震判断步骤中的判断精度，因此适当地且快速地移向省电模式，能够使功耗降低。
另外，用于解决问题的手段中所记载的内容在不脱离本发明的技术问题、技术构思的范围内能够尽可能地组合。
发明效果
能够抑制震感传感器的耗电。
附图说明
图1为表示震感传感器的一个示例的装置结构图。
图2为表示震感传感器的一个示例的功能框图。
图3为用于对由本实施方式所测量出的加速度和阈值进行说明的图。
图4为表示震感处理的一个示例的处理流程图。
具体实施方式
以下，参照附图的同时对本发明的实施方式所涉及的震感传感器进行说明。但是，以下所说明的实施方式为表示震感传感器的一个示例的方式，本发明所涉及的震感传感器并不限定于以下的结构。
＜装置结构＞
图1为表示本实施方式所涉及的震感传感器的一个示例的装置结构图。震感传感器1具有加速度传感器11、微控制器12、存储部13、输出部14、输入部15。加速度传感器11例如为使用了压电元件的加速度传感器或对电极间的静电电容进行检测的加速度传感器。另外，加速度传感器11所测量(也称为“采样”)出的加速度被输出至微控制器12。微控制器12例如为通用的集成电路，并且以预定周期来取得对加速度传感器11所测量的加速度，并基于加速度来检测地震的发生或者计算表示地震规模的指标值。此外，微控制器12根据状况而在主动模式(Active Mode)或睡眠模式这样不同的形式下进行动作。睡眠模式是指，通过微控制器12接受中断的同时停止命令的执行或者停止时钟的供给等对功能进行限制来进行动作，从而与主动模式相比较使功耗降低的动作形式。微控制器12在主动模式下实施地震或噪声的判断处理，或者计算表示地震规模的指标值。存储部13为RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)等暂时存储单元、EPROM(Erasable Programmable Read OnlyMemory，可抹除可编程只读存储器)等非易失性存储器，例如保持所测量出的加速度、用于地震判断的阈值等。另外，存储部13也可以是内置有加速度传感器11、微控制器12的存储器。此外，输出部14例如为微控制器12所具有的输出端子。微控制器12例如在判断为发生了地震的情况下，经由输出部14向其他的装置输出表示地震的发生、其规模的信息。此外，输入部15为微控制器12所具有的输入端子。也可以采用如下方式，即，微控制器12经由输入部15来接受例如未图示的开关的操作、来自其他的装置的指令的输入等。另外，也可以采用如下方式，即，加速度传感器11与微控制器12之间设置未图示的高通滤波器来去除重力成分。此外，也可以采用其他方式，即，微控制器12通过将加速度传感器11所测量出的加速度变换成以预定的偏移作为基准的加速度的绝对值来使用。
＜功能结构＞
图2为表示震感传感器1的一个示例的功能框图。震感传感器1具有加速度测量部101、加速度存储部102、起动判断部103、基准值存储部104、地震判断部105、评价指标计算部106、输出部107、偏移调节部108、判断存储部109、滤波部110。另外，加速度测量部101、起动判断部103、地震判断部105、评价指标计算部106、偏移调节部108及滤波部110通过图1所示的加速度传感器11或微控制器12基于预定程序进行动作而实现。此外，加速度存储部102、基准值存储部104及判断存储部109由图1的存储部13构成。另外，至少地震判断部105、评价指标计算部106通过微控制器12在主动模式下进行动作而实现。此外，输出部107通过图1的微控制器12及输出部14基于预定程序进行动作而实现。
加速度测量部101以设定的周期来测量加速度。另外，加速度测量部101通常以较低速(即，较大的测量周期。也称为“第1周期”)反复进行加速度的测量。另外，在实施这样的低速采样的情况下，微控制器12基本上在睡眠模式下进行动作。也将这样的功耗较小的动作状态称为“省电模式”或“待机状态”。换言之，“省电模式”是指，实施低速采样的动作状态，此时微控制器12在功能被限制了的睡眠模式下进行动作，因此耗电得到抑制。此外，加速度测量部101在对与预先设定在基准值存储部104中的阈值相比较大的振动进行检测的情况下，以与低速采样时相比高速(即，较小的周期。也称为“第2周期”)的方式反复进行加速度的测量。实施这样的高速采样时，微控制器12在睡眠模式或主动模式下进行动作。另外，在地震判断部105、评价指标计算部106实施处理的情况下，微控制器12在主动模式下进行动作。也将这样的高速采样时的动作状态称为“测量模式”，将从省电模式向测量模式的、动作状态的转移称为“起动”。换言之，“测量模式”是指实施高速采样的动作状态，若此时微控制器12包括在功能被限制了的睡眠模式下进行动作的情况，则也包括以最大限度的计算能力在可进行动作的主动模式下进行动作的情况。测量模式中，微控制器12从睡眠模式切换至主动模式，从而功耗大于省电模式。
滤波部110相对于加速度测量部101所测量出的加速度的值实施滤波处理而使经过滤波的加速度保持在加速度存储部102中。本实施方式中，滤波部110作为所谓的数字滤波器来工作。滤波的具体的方法可采用现有的技术。滤波部110例如通过对加速度的绝对值的移动平均进行计算，从而作为低通滤波器发挥功能。
此外，加速度存储部102保持加速度测量部101所测量出的加速度的值、或滤波部110所滤波出的加速度的值。起动判断部103将加速度测量部101所测量出的加速度的值与被保持在基准值存储部104中的起动阈值进行比较，从而在加速度的值超过起动阈值的情况下，从省电模式移向测量模式并进行起动。此外，地震判断部105使用加速度测量部101在测量模式下所测量出的加速度和预先设定在基准值存储部104中的阈值来判断所测量出的加速度表示地震还是噪声。
在地震判断部105判断出地震的情况下，评价指标计算部106计算表示地震规模的评价指标。例如，对作为地震评价指标的SI(Spectrum Intensity)值进行计算。而且，输出部107将所计算出的SI值向外部的装置进行输出。
另一方面，在地震判断部105判断出振动为噪声的情况下，偏移调节部108实施所谓的偏移调节。在本实施方式中，将伴随着传感器的经时变化所产生的测量值的变化量、伴随着温度变化而产生的测量值的变化量、在所设置的传感器的姿态因某种原因而倾斜的情况下相对于传感器的重力加速度的方向发生变化而产生的测量值的变化量等、经过测量的加速度中所含有的噪声成分称为偏移成分。偏移调节部108例如将判断为噪声的加速度的最大值及最小值的中央值、加速度的平均值作为偏移成分来进行计算。图3为用于说明本实施方式中所测量的加速度和偏移成分及阈值的图。图3的曲线图中，纵轴表示加速度的大小，横轴表示时间的经过。如图3的(1)所示，在由粗实线所示的振动被测量出的情况下，偏移成分例如能够作为由单点划线所表示那样的加速度的平均值来求取。计算出的偏移成分被储存在基准值存储部104中，并被用于起动判断部103所执行的起动判断、地震判断部105所执行的地震判断。此外，如图3的(2)所示，在由粗实线所示的振动被测量出的情况下，如虚线所示那样阈值作为偏移成分的相对值而被规定。
＜震感处理＞
图4为表示震感处理的一个示例的处理流程图。首先，震感传感器1的加速度测量部101在省电模式下测量加速度(图4：S1)。在省电模式下，加速度测量部101实施低速采样。此外，震感传感器1的起动判断部103实施是否进行起动(即，移向测量模式)的判断(S2)。本步骤中，S1中所测量出的加速度在图3所示的阈值(起动阈值，例如50gal)以下的情况下(S2：否)，处理转移至S1，并继续省电模式(低速采样)。另一方面，S1中所测量出的加速度大于图3所示的阈值的情况下(S2：是)，加速度测量部101移至测量模式。另外，如图3中(3)所示，起动阈值为以偏移作为基准的相对的值。在测量模式中，加速度测量部101实施高速采样。
然后，加速度测量部101在测量模式下以高速采样来测量加速度，滤波部110相对于所测量出的加速度实施滤波处理，并使作为结果的值存储在加速度存储部102中(S3)。此外，震感传感器1的地震判断部105实施地震判断(换言之，噪声判断)(S4)。另外，滤波既可以采用微控制器12移向主动模式来执行，也可以采用微控制器12保持睡眠模式来执行加速度传感器11。本步骤中，对检测出的振动是由地震引起的振动还是噪声进行判断。例如，若振动持续预定时间以上，则判断为S1中所测量出的振动不是地震而是噪声。具体而言，利用以高速而被多次采样得到的加速度的绝对值的移动平均(也称为“滤波器值”)，来求取例如预定期间(例如1秒)中的滤波器值的最大值与最小值之差、滤波器值的平均值、或滤波器值的平均值与方差值(或标准偏差值)之和。而且，在所求取出的值大于预定阈值(地震判断阈值，例如100gal)的情况下判断为地震。另外，本步骤中所使用的地震判断阈值优选为与起动阈值不同的值，但也可以是与起动阈值相同的值。此外，也可以在采用平均值与方差值(或标准偏差值)之和的情况下，例如，在标准偏差设为σ时，将σ乘以预定的系数而得到的值作为方差值来使用。通过采用这种方式，从而能够在对按照正态分布的噪声成分进行检测的情况下，抑制由噪声引起的起动。另外，在地震或噪声的判断中所使用的值并未限定于上述的示例。也可以是如下值，例如，通过加减乘除而将滤波器值的最大值、滤波器值的最小值、滤波器值的平均值、滤波器值的方差值(标准偏差值)各自、或其中2以上的值进行组合而得到的值。在S4中，这样的值与地震判断阈值存在预定的大小关系时，判断为地震。
在S4中判断出地震的情况下(S4：是)，震感传感器1的评价指标计算部106对表示地震规模的评价指标进行计算(S5)。另外，在实施评价指标的计算时，微控制器12在主动模式下进行动作。本步骤中，求取例如SI值。SI值是指，地震评价指标的一个示例，并且为可确认出与建物所受到的损害的程度相关的值。另外，震感传感器1的输出部107为所计算出的评价指标向其他的装置进行输出的单元。具体而言，能够通过以下的算式1来求取SI值。
[算式1]
上述的SI值为，通过刚性较高的结构物的固有周期即0.1秒～2.5秒之间的速度响应谱(response spectrum)积分值的平均来作为表示地震活动的破坏力的指标。另外，Sv为速度响应谱，T为周期，h为衰减常数。
另一方面，在S4中判断出并非地震的情况下(S4：否)，震感传感器1的偏移调节部108调节偏移(S6)。本步骤中，求取作为偏移的、例如图3的(1)中由单点划线所表示的加速度的平均值。采用这种方式，可调节阈值的基准。
＜效果＞
根据上述那样的实施方式，通过滤波部110对加速度进行滤波，从而可去除极大的噪声。而且，使地震判断的精度提高，从而在判断为并非地震的情况下，可迅速地返回至省电模式。因此，可抑制随意地判断为地震而对评价指标进行计算进而浪费电力的情况。即，能够抑制震感传感器的耗电。
＜变形例＞
也可以在图4所示的处理流程图中不实施偏移的动态的调节(例如S6)。即使采用这种方式，也能够通过由滤波实现的地震判断的精度提高来降低震感传感器的功耗。
此外，也可以采用如下方式，即，在上述的S5中，输出部107不仅直接输出评价指标，而且在评价指标超过预定阈值的情况下，会产生预定的脉冲图形，或者输出On/Off、High/Low这2值信号，并将会发生预定的大小以上的地震的情况通知给外部设备。震感传感器1输出评价指标或者输出脉冲图形等，只要通过设定可进行切换，则能够提供出具有与现有的装置的兼容性的震感传感器。
符号说明
1 震感传感器
11 加速度传感器
12 微控制器
13 存储部
14 输出部
15 输入部
101 加速度测量部
102 加速度存储部
103 起动判断部
104 基准值存储部
105 地震判断部
106 评价指标计算部
107 输出部
108 偏移调节部
109 判断存储部
110 滤波部
Claims (4)
1.一种震感传感器，其在省电模式以及功耗大于所述省电模式的测量模式下进行动作，
所述震感传感器具备：
测量部，其对加速度进行测量；
滤波部，其在所述测量部所测量出的加速度超过预定阈值的情况下，从所述省电模式移至所述测量模式，对所测量出的加速度实施滤波；
地震判断部，其基于经过滤波的加速度来判断是否发生了地震；以及
指标计算部，其在所述地震判断部判断出发生了地震的情况下，计算表示地震规模的指标值，
在所述地震判断部判断出未发生地震的情况下，从所述测量模式移至所述省电模式。
2.根据权利要求1所述的震感传感器，其中，
所述滤波部求取所述加速度的移动平均。
3.根据权利要求1或2所述的震感传感器，其中，
在预定期间内测量出且经过滤波的加速度的最大值与最小值之差、平均值、或者平均值与方差值之和大于预定阈值的情况下，所述地震判断部判断为发生了地震。
4.一种震感传感器实行的地震判断方法，所述震感传感器在省电模式及功耗大于所述省电模式的测量模式下进行动作，
所述地震判断方法包括：
测量步骤，对加速度进行测量；
滤波步骤，在测量出的所述加速度超过预定阈值的情况下，从所述省电模式移至所述测量模式，对所测量出的所述加速度实施滤波；
地震判断步骤，基于经过滤波的加速度来判断是否发生了地震；以及
指标计算步骤，在判断出发生了地震的情况下，计算表示地震规模的指标值，
在所述地震判断步骤中判断出未发生地震的情况下，从所述测量模式移至所述省电模式。
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