DE69017672T2

DE69017672T2 - Erdbebenmessgerät.

Info

Publication number: DE69017672T2
Application number: DE69017672T
Authority: DE
Inventors: Hiroo Iwabuchi; Ryoichi Koga; Tokuyoshi Oohashi; Takashi Uno
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-01-25
Filing date: 1990-12-26
Publication date: 1995-11-09
Anticipated expiration: 2010-12-27
Also published as: US5396223A; EP0464212A4; WO1991011737A1; EP0464212B1; DE69017672D1; JPH03219517A; EP0464212A1; KR920701838A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Erdbeben nachweisende Einrichtung, die einen Vibrationssensor zum Messen einer Erdbebenvibration bzw. Erdbebenschwingung und eine Signal verarbeitende Einrichtung zum Verarbeiten eines Signals von diesem Vibrationssensor aufweist.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Üblicherweise werden für einen Vibrationssensor zum Messen von Erdbebenvibrationen Kombinationen von zwei Vibrationssystemen mit natürlichen Vibrationsfrequenzen in zwei Frequenzbändern verwendet, um sich zunutze zu machen, daß andere Vibrationen als Erdbebenvibrationen in allgemeinen höhere Frequenzen haben als diejenigen einer Erdbebenvibration, um dadurch eine Erdbebenvibration von einer Schockvibration bzw. Stoßvibration zu unterscheiden, die durch eine Kollision eines Gegenstandes mit einer Ausrüstung verursacht wird, die einen Vibrationssensor enthält.
Fig. 10 zeigt ein Beispiel dafür. Ein Vibrationssensor 20 weist auf: eine konische Vibrationsfläche 23 mit einer Aussparung 22, deren oberes Endteil einen kleinen Durchmesser aufweist und die in dem mittleren Teil der inneren Bodenfläche eines Gehäuses 21 ausgebildet ist; eine vergleichsweise große Stahlkugel 24 zum Durchführen einer Hin- und Herbewegung auf eine Weise, daß sie in der Lage ist, auf dieser Vibrationsfläche 23 zu rollen; ein gleitendes Teil 25, das durch die Rollbewegung der Stahlkugel 24 nach oben bewegt wird; Gleitteilführungen 25a und 25b, die dieses gleitende Teil 25 auf eine Weise tragen, daß es in der vertikalen Richtung gleiten kann; ein beweglicher Kontakt 26, der durch das gleitende Teil 25 nach oben gedrückt wird; und ein fester Kontakt 27 zum in-Kontakt-kommen mit dem beweglichen Kontakt 26, wenn dieser nach oben gedruckt wird.
Wenn in dem oben genannten Aufbau die Stahlkugel 24 in der zentralen Aussparung 22 der konischen Vibrationsfläche 23 einer Vibration oberhalb eines bestimmten Wertes in Gal unterworfen wird, läuft sie aus dieser Aussparung 22 hinaus und führt eine sich hin- und herbewegende Bewegung auf der Vibrationsfläche 23 durch. Gleichzeitig wird der bewegliche Kontakt 26 durch die Rollbewegung der Stahlkugel 24 nach oben gedrückt, kommt in Kontakt mit dem festen Kontakt 27, und ein An/Aus-Signal wird von Zuführungen 28 erzeugt.
Das durch die Bewegung der Stahlkugel 24 dieses konventionellen Vibrationssensors 20 bestimmte Vibrationssystem ist, wie in Fig. 11 gezeigt, mit einem Vibrationssystem A aufgebaut, das eine vergleichsweise niedrige natürliche Frequenz bzw. Eigenfrequenz (z. B. etwa 4 Hz) hat, die von der Krümmung einer sphärischen Oberfläche, die anstelle der Vibrationsfläche 23 angeordnet ist, und der Größe der Stahlkugel 24 bestimmt ist, und weist weiterhin ein Vibrationssystem B mit einer vergleichsweise hohen natürlichen Frequenz bzw. Eigenfrequenz (z. B. etwa 12 Hz) auf, das durch den Durchmesser des oberen Endteils der mittleren Aussparung 22 der Vibrationsfläche 23 und der Größe der Stahlkugel 24 bestimmt ist. Dementsprechend läuft bei einem Betrieb in dem Erdbebenwellenband (1 bis 4 Hz) die Stahlkugel 24 aus der Aussparung 22 auf dem Niveau des Vibrationssystem B hinaus und bewegt sich daraufhin aufgrund des niedrigeren Betriebsniveaus des Vibrationssystems A zu dem System A und führt eine Hin- und Herbewegung auf der Vibrationsfläche 23 durch. Wenn die Stahlkugel 24 in dem Schock- bzw. Stoßwellenband (z. B. 5 Hz oder mehr), das anders ist als die Erdbebenvibration, betrieben wird, wird, auch wenn sie aus der Aussparung 22 bei dem Niveau des Vibrationssystems B zu dem Vibrationssystem A hinausläuft, keine Hin- und Herbewegung auf der Vibrationsfläche 23 durchgeführt, bis eine Vibrationskraft oberhalb des Betriebsniveaus des Vibrationssystems A angelegt wird, da das Betriebsniveau des Vibrationssystems A höher als dieses ist.
Wenn jedoch die tatsächliche Vibration bzw. Schwingung bei einem Schock, Stoß oder dergleichen manchmal eine Frequenz nahe dem Erdbebenwellenband hat, und auch eine Frequenz oberhalb von 5 Hz manchmal eine Vibrationskraft hervorruft, die das Betriebsniveau des Vibrationssystems A überschreitet, ist dementsprechend, wie in Fig. 12 gezeigt, eine Signal verarbeitende Einrichtung 29 mit den Zuführungen 28 des Vibrationssensors 20 verbunden, und dadurch wird ein An/Aus-Signal des Vibrationssensors verarbeitet; und wenn die Impulse der An-Zeit oberhalb einer vorbestimmten Zeitbreite (z. B. 30 ms) mit einer vorbestimmten Anzahl (z. B. 5 mal) innerhalb einer vorbestimmten Zeit (z.B. 3 Sekunden) mit Aus-Zeiten oberhalb einer vorbestimmten Zeitlänge (z.B. 40 ms) dazwischenliegend erzeugt werden, wird diese Vibration als eine Erdbebenvibration beurteilt. Die vorbestimmte Zeitbreite jeder An-Zeit und Aus-Zeit wird auf einen Wert gesetzt, bei welchem ein Signal bei einer Schockwelle oder dergleichen mit einer höheren Frequenzkomponente als die Erdbebenwelle nicht wahrgenommen wird, aber da die Längen der An-Zeit und Aus-Zeit gestreut sind, haben sie einen gewissen Abstand. Zum Beispiel gilt in den Fall, wo die vorbestimmten Zeitbreiten der An-Zeit und Aus-Zeit auf jeweils 50 ms und 60 ms gesetzt sind das folgende:
und dementsprechend wird prinzipiell irgendeine Vibration bzw. Schwingung, die eine Frequenz oberhalb von 5 Hz hat, nicht wahrgenommen; aber tatsächlich sind die Längen der An-Zeit und Aus-Zeit gestreut und dementsprechend besteht eine Sorge dahingehend, daß die Haupterdbebenvibration nicht wahrgenommen wird.
Dementsprechend werden die obengenannten vorbestimmten Zeitbreiten der An-Zeit und Aus-Zeit jeweils auf 30 ms und 40 ms eingestellt, mit einem gewissen Abstand bzw. einer gewissen Breite, und aus der Relation
wird jede Vibration mit einer Frequenz 7 Hz nicht wahrgenommen. Auch wird die Anzahl der An-Impulse und die vorbestimmte Zeit, während derer diese Impulse gezählt werden, auf Werte eingestellt, bei denen die Schockwelle oder dergleichen mit einer Frequenz nahe dem Erdbebenwellenband nicht wahrgenommen wird.
Der sogenannte konventionelle Vibrationssensor hat in wesentlichen ein Element zum Hervorrufen einer instabilen Vibration, da zwei Vibrationssysteme auf der gleichen Vibrationsfläche vorhanden sind. Dies ist deswegen der Fall, da, wenn die Stahlkugel 24 in den Vibrationssystem A vibriert bzw. schwingt, es in dem mittleren Moment der Schwingung einen Moment gibt, in dem die Kugel durch die zentrale Aussparung 22 der Vibrationsfläche 23 gelangt, und dementsprechend kehrt sie wiederum zu dem Vibrationssystem B zurück und dies bewirkt eine Interferenz zwischen den zwei Vibrationssystemen; und wenn die Stahlkugel 24 in dem Vibrationssystem A vibriert, wirkt aufgrund des kleinen Durchmessers des oberen Endteils der Aussparung 22 der Mittelpunkt der Schwerkraft der Stahlkugel 24 immer außerhalb des Bereichs der Aussparung 22; und wenn die Stahlkugel 24 durch die Auswuchtung hindurchgelangt, ändert dies die Richtung der Bewegung der Kugel oder bewirkt eine Drehbewegung der Kugel.
Auch beinhalten die für das Erdbeben nachweisende System erforderlichen Funktionen die Fähigkeit, die Erdbebenwelle von Vibrationen unterscheiden zu können, die durch eine Kollision eines Objekts mit der Ausrüstung, die den Vibrationssensor beinhaltet, hervorgerufen worden ist, zusätzlich zu der Funktion, die Erdbebenwelle zuverlässig wahrzunehmen. Wenn die den Vibrationssensor enthaltende Ausrüstung fest angebracht wird, ist die durch einen Schock bzw. Stoß hervorgerufene Vibration gering; und die Frequenz dieser Vibration ist groß genug im Vergleich mit der Erdbebenwelle, und eine Unterscheidung zwischen diesen kann leicht durchgeführt werden. Auf der anderen Seite ist die Vibration groß und die Frequenz nimmt einen Wert nahe derjenigen der Erdbebenwelle an, wenn diese Ausrüstung locker, wie z. B. mittels einer Rohrleitung oder dergleichen, befestigt wird, und dementsprechend wird eine Unterscheidung zwischen ihnen schwierig. Um die Erdbebenwelle zuverlässig wahrnehmen zu können und die Erdbebenwelle von der Schockwelle zu unterscheiden, ist es erforderlich, daß die Frequenz, die für den Vibrationssensor charakteristisch ist, in den Erdbebenwellenband (1,4 bis 3,3 Hz) flach ist, und vor dem Schockwellenband (z. B. 5 Hz oder mehr) scharf ansteigt. Es ist schwierig, eine derartige Charakteristik durch ein einzelnes Vibrationssystem zu realisieren, und das Vibrationssystem des oben beschriebenen Vibrationssensors ist darauf ausgerichtet, diese Eigenschaft durch eine Kombination von zwei Vibrationssystemen zu realisieren. Im folgenden wird eine Beschreibung auf die Eigenschaften des Vibrationssystems dieses konventionellen Vibrationssensors unter Verwendung von Fig. 11 durchgeführt. Die natürliche Frequenz bzw. Eigenfrequenz des Vibrationssystems A ist z. B. etwa 4 Hz, und die Eigenfrequenz des Vibrationssystems B ist z. B. etwa 12 Hz. Beim Betrieb in dem Erdbebenwellenband läuft das Vibrationsglied 24 aus der Aussparung 22 bei dem Niveau des Vibrationssystems B mit einer Eigenschaft einer leichten Steigung in diesem Band, und daraufhin bewegt es sich aufgrund des geringeren Betriebsniveaus des Vibrationssystems A zu dem Vibrationssystem A hin, und es führt eine Hin- und Herbewegung aus, während es den Kontakt 26 anschaltet. Wenn die Frequenz groß wird und das Betriebsriiveau des Vibrationssystems A höher als dasjenige des Systems B wird, bewegt es sich nicht durch die gleiche Vibrationskraft von dem Vibrationssystem B zu den Vibrationssystem A. Wenn sie nicht in dem Vibrationssystem A schwingt bzw. vibriert, ist der Kontakt nicht angeschaltet, und dementsprechend bewegt sich der Betriebspunkt zu den Vibrationssystem A und steigt scharf an.
Dieses verbundene Vibrationssystem hat zwei Vibrationssysteme auf der gleichen Vibrationsfläche, und dementsprechend hat sie ein Element, das die Vibration in wesentlichen unstabil macht. Dies liegt daran, daß das Vibrationsglied 24 ursprünglich einen Freiheitsgrad von 360º bezüglich der Vibrationsrichtung hat, und dementsprechend eine leichte Störung in der Vibrationsrichtung dazu neigt, die Vibration unstabil zu machen, und wie in dem konventionellen Beispiel gezeigt, ändert das Vibrationsglied 24 die Richtung, wenn die Aussparung 22 in der Mitte der Vibrationsfläche 23 vorhanden ist und es durch diese Aussparung 22 gelangt, oder es bewirkt eine Drehbewegung des Vibrationsglieds 24.
Als Mittel zum Unterscheiden einer Erdbebenwelle von einer Schockwelle auf der Seite der Signal verarbeitenden Einrichtung 28 wird ein.derartiges Verfahren angewandt, welches einen unteren Grenzwert der Impulsbreite des An/Aus-Signals von dem Vibrationssensor 20 einstellt und keine Impulse unterhalb dieses unteren Grenzwertes wahrnimmt. Tatsächlich jedoch streut die Impulsbreite des An/Aus-Signals von dem Vibrationssensor, und es ist erforderlich, daß der obengenannte untere Grenzwert mit einem beträchtlichen Abstand eingestellt wird, und dementsprechend wirkt dieses Verfahren mit als Frequenzfilter insbesondere für Schockwellen nahe dem Erdbebenwellenband.
Auch tritt, wie in Fig. 13 gezeigt, vor oder nach dem Auftreten eines Signalimpulses nach einer graduellen Abschwächung der Schockwelle ein nachteilhafter Schockwiderstand in dem tatsächlichen Schocktest auf; und dieses wird in dem Fall hervorgerufen, wo die Bewegung des Vibrationsgliedes schwach und unstabil wird, und die Signalimpulse bleiben aus, und die Frequenz wird dementsprechend verringert, und die Impulse werden nicht von den obengenannten Frequenzfilter gefiltert.
Die GB-A-2 160 319 zeigt eine Vorrichtung zum Wahrnehmen von seismischen Wellen, die einen Vibrationssensor und eine Signal verarbeitende Einrichtung aufweist, wobei der Vibrationssensor die vertikale und horizontale Bewegung des Quecksilbers mißt.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Vibrationssystem zu erreichen, daß die für einen Vibrationssensor erforderlichen Eigenschaften erfüllt, und insbesondere, ein Vibrationssystem zu erreichen, das auch mit einer Vielzahl von Vibrationssystemen stabil ist.
Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, charakteristische Signalimpulse in dem Schockwellenband zu erzeugen, und insbesondere einen Vibrationssensor zu erreichen, in dem ein Signal ausgegeben wird, bei dem die Breite der Aus- Signalimpulse beträchtlich kurz ist, um eine entsprechend hohe Frequenz zu erreichen, und dadurch wird eine Unterscheidung von der Erdbebenwelle leicht durchgeführt, und es findet kaum ein Ausfallen von Signalimpulsen nach einer Abschwächung statt.
Ein drittes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine optimale Wahrnehmung für eine Signal verarbeitende Einrichtung zu schaffen, um ein Signal von einem solchen Vibrationssensor zu verarbeiten.
Diese Ziele werden durch eine Erdbeben nachweisende Einrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht.
Die Ansprüche 2 bis 4 beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung.
In dem Vibrationssensor gemäß der Erdbeben nachweisenden Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist das Vibrationssystem mit einem zugrundeliegenden Vibrationssysten mittels einer Federwirkung der Oberflächenspannung eines tropfenförmigen Quecksilbers, der auf dem Boden des Systems getragen wird, und einem Vibrationssystem mittels einer Rollbewegung von Quecksilber aufgebaut. Das erstere dieser Vibrationssysteme ist mit einer Art von Federsystem einer Oberflächenspannung ausgestattet, und das letztere wird mittels Schwerkraft betrieben, und die Betriebsprinzipien unterscheiden sich voneinander, und die beiden Systeme wechselwirken nicht miteinander, auch wenn sie auf der gleichen Vibrationsfläche betrieben werden. Auch ist das mittels der Oberflächenspannung aufgebaute Federsystem stabil, da es nur von den physikalischen Werten des Quecksilbers abhängt. Auch liegt in den Vibrationssystem unter Verwendung der Rollbewegung der Bereich der Bewegung des Schwerpunkts der Quecksilberkugel überwiegend innerhalb des Bereichs der zentralen Aussparung der Vibrationsfläche, und die Rollbewegung selbst wird innerhalb eines vergleichsweise stabilen Bereichs durchgeführt.
Auch ist der Aufbau derartig, daß der tropfenförmige Quecksilber die Elektroden kontaktiert und eine Resonanz hervorruft. Dieser Quecksilber wird durch einen Schock der Kollision mit der Elektrode in eine elliptische Form deformiert und bewegt sich daraufhin entlang der Elektroden in einer Form, daß die große Achse und die kleine Achse der Ellipse miteinander vertauscht werden, und dementsprechend wird der Abstand zwischen der Elektrode und dem Quecksilberball auf entsprechende Weise verkürzt, und die Aus-Zeit der Signalimpulse wird beträchtlich verkürzt. Auch wird dieses Resonanzphänomen dadurch hervorgerufen, daß der Quecksilberball Energie von der Elektrode empfängt und dementsprechend wird die Vibration schnell abgeschwächt, und die Quecksilberkugel löst sich wiederum von der Elektrode.
Weiterhin ist die An-Breite und die Aus-Breite der Signalimpulse, die als geeignete Impulse erkannt werden, und die Anzahl der Impulse für die Bewertung, daß ein Erdbeben vorliegt, optimiert, und dementsprechend können die Signalimpulse des Vibrationssensors mit diesen drei Arten von Vibrationssystemen dahingehend beurteilt werden, ob sie durch eine Erdbebenwelle oder eine Schockwelle hervorgerufen worden sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines größeren Teils einer Erdbeben wahrnehmenden Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Betriebs eines Vibrationssystems der gleichen Ausführungsform.
Fig. 3 ist ein Diagramm eines Aufbaus der gleichen Vorrichtung.
Fig. 4 ist eine erläuternde Ansicht von Eigenschaften des gleichen Vibrationssystems.
Fig. 5 ist eine erläuternde Ansicht eines Zustands der Deformation des Quecksilbers in den gleichen Vibrationssystem.
Fig. 6 ist eine erläuternde Ansicht von Schockwelleneigenschaften eines Vibrationssensors des gleichen Systems.
Fig. 7 ist eine vergrößerte erläuternde Ansicht einer Aussparung eines Vibrationssensors einer anderen Ausführungsform.
Fig. 8 ist ein spezifisches Blockdiagramm des Aufbaus von Fig. 3.
Fig. 9 ist ein Zeitdiagramm in dem Blockdiagramm von Fig. 8.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht eines größeren Teils eines Vibrationssensors in einem konventionellen Beispiel.
Fig. 11 ist eine erläuternde Ansicht von Eigenschaften eines Vibrationssystems des gleichen Vibrationssensors.
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm des gleichen.
Fig. 13 ist eine erläuternde Ansicht-von Schockwelleneigenschaften des gleichen Vibrationssensors.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG

Im folgenden wird eine Beschreibung auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf Basis der beiliegenden Zeichnungen abgegeben. Fig. 1 zeigt einen Vibrationssensor 1, der einen Quecksilber 2 enthaltenden Behälter 5, eine Abdeckung 9 des Behälters und Elektroden 6 aufweist, die in dem Behälter 5 angebracht sind. Das tropfenförmige Quecksilber 2 ist in dem Vibrationssensor 1 derartig angebracht, daß es ein Vibrationsglied in einer zentralen Aussparung 4 auf einer Vibrationsfläche 3 des Behälters 5 mit einer ein wenig zu der Mitte hin abfallenden Neigung wird. Die Aussparung 4 ist auf eine Weise ausgebildet, daß der Boden 4a kleiner ist als die Öffnung 4b, um eine sich verjüngende Wandfläche 4c auszubilden, und sie trägt das Quecksilber 2 auch von der Seite, wodurch das Quecksilber 2 stabil gehalten wird.
Ein Gewicht W des Quecksilbers 2, eine Tiefe h der Aussparung 4 und ein Durchmesser D des Bodens 4a, wie in Fig. 2 gezeigt, werden jeweils wie folgt auf eine Weise bestimmt, daß ein Teil des Quecksilbers 2 von der Öffnung 4b vorsteht, wenn das Quecksilber 2 in der Aussparung 4 wie folgt angeordnet ist.
w = 0,4 - 0,5 g
h = 0,45 - 0,55 mm
D = 2,5 - 3,0 mm.
Weiterhin steigt der Umfangsteil der Vibrationsfläche 3 in einer zylindrischen Form an, um den Behälter 5 auszubilden. Und die Elektroden 6, die in einer umfangsartigen Form mit vorbestimmten Abständen gegenüber dem Quecksilber 2 angebracht sind, werden von einer leitenden Stange 7 gehalten, und diese Stange 7 ist weiterhin an der Abdeckung 9 über eine isolierende Glasdichtung 8 befestigt, und weiterhin ist diese Abdeckung 9 auf den Behälter 5 aufgesetzt. Der Behälter 5 ist aus einen leitenden Material (z. B. Eisen) hergestellt, das mit Quecksilber kaum ein Amalgan bildet, und es bildet zusammen mit den obengenannten Elektroden ein Paar von Elektroden. Ein Signal von dem Vibrationssensor 1 wird von an die Stange 7 und den Behälter 5 jeweils angeschlossenen Zuführungsleitungen 10a und 10b entnommen. Die Zuführungsleitungen 10a und 10b sind wie in Fig. 3 gezeigt mit einer Signal verarbeitenden Einrichtung 11 verbunden. Dann wird ein Abstand ds zwischen dem Quecksilber 2 und der Elektrode 6, wie in Fig. 2 gezeigt, wie folgt auf eine Weise bestimmt, daß ein drittes Vibrationssystem, das durch eine Kollision des Quecksilbers 2 mit der Elektrode 6, wie später beschrieben wird, aufgebaut ist, in dem Bereich der Schockwelle, aber nahe der Erdbebenwelle, erzeugt wird:
ds = 0,5 - 1,5 mm.
Als nächstes wird eine Beschreibung auf die Wirkung dieser Ausführungsform abgegeben.
In dieser Ausführungsform ist das Gewicht des Quecksilbers 2 bei dem obengenannten Aufbau auf einen Wert von 0,4 - 0,5 g eingestellt, der ein wenig größer ist als dasjenige Gewicht (etwa 0,3 g), bei welchem das Quecksilber 2 sphärisch ausgebildet wird, und die Größe der Aussparung 4 ist auf eine Weise eingestellt, daß das Quecksilber 2 teilweise von der Öffnung 4b vorsteht, wenn es wie oben beschrieben angeordnet ist, und der Boden 4a der Aussparung 4 ist kleiner ausgebildet als die Öffnung 4b, und die Wandfläche 4c der Aussparung ist in einer sich verjüngenden Form ausgebildet und dadurch wird das Quecksilber 2 stabil gehalten.
Das bedeutet, daß das Quecksilber 2 an der Grenze deformiert ist, die die Öffnung 4b und die Vibrationsfläche 3 verbindet, aber die Oberflächenspannung des Quecksilbers 2 wirkt auf eine Weise, daß diese Deformation entlang der ganzen Peripherie des Quecksilbers 2 gleichmäßig wird; und dementsprechend ist der Quecksilber 2 in der Mitte der Aussparung 4 angeordnet, und die Dämpfbedingung eines Vibrationssystems wird mittels der Oberflächenspannung bestimmt; und somit wird ein erstes Vibrationssystem ausgebildet.
Das erste Vibrationssystem, das die Bewegung des Quecksilbers 2 des Vibrationssensors dieser Ausführungsform bestimmt, ist mit einer Art von Federsystem ausgebildet, das auf der Oberflächenspannung des Quecksilbers beruht, der nur an seinem oberen Teil vibriert, während seine untere Seite in der Aussparung 4 unverändert bleibt.
Weiterhin bildet das Quecksilber 2 ein weiteres Vibrationssystem durch eine Rollbewegung mittels der Vibrationsskraft aus.
Dieses zweite Vibrationssystem wird durch eine Rollbewegung des Quecksilbers ausgebildet, der aus der Aussparung 4 herausrollt.
Das erste dieser zwei Vibrationssysteme wird durch Oberflächenspannung betrieben, während das letztere durch Schwerkraft betrieben wird, und die Betriebsprinzipien von ihnen unterscheiden sich voneinander, und dementsprechend beeinflussen bzw. überlagern sich die Systeme nicht miteinander, auch wenn sie auf der gleichen Vibrationsfläche betrieben werden. Auch hängt die Vibration des Federsystems mittels der Oberflächenspannung überwiegend von den physikalischen Werten des Quecksilbers ab, und dementsprechend ist es stabil. Weiterhin ist für die Vibration mittels der Rollbewegung der Innendurchmesser des Bodens der Aussparung 4 auf 2,5 - 3,0 mm eingestellt, und der Abstand zwischen dem Quecksilber 2 und der Elektrode 6, die darum angebracht ist, ist auf 0,5 - 1,5 mm eingestellt, welches ein kleinerer Wert ist als der Innendurchmesser; und dementsprechend liegt der Bereich der Bewegung des Schwerpunkts der Quecksilberkugel überwiegend innerhalb des Bereichs der zentralen Aussparung der Vibrationsfläche, und sie führt eine vergleichsweise stabile Rollbewegung durch.
In dem zweiten Vibrationssystem wird das Quecksilber 2 durch die Vibrationskraft in eine Rollbewegung versetzt und neigt dazu, aus der Aussparung 4 herauszutreten, und die Eigenfrequenz dieses Vibrationssystems wird auch von der Form dieser Aussparung 4 und dem Gewicht W des Quecksilbers 2 festgelegt. Die Eigenfrequenz des Quecksilbers 2 beim Heraus laufen aus der Aussparung 4 ist wünschenswerterweise auf 10 Hz oder mehr eingestellt, um die gleichmäßige Sensitivität in dem Erdbebenwellenband herzustellen.
Da das Gewicht des Quecksilbers 2, der Abstand zwischen dem Quecksilber 2 und der Elektrode 6 und dergleichen wie oben beschrieben eingestellt sind, wird in dem Schockwellenband, insbesondere im Fall einer Schockwelle einer Frequenz nahe derjenigen des Erdbebenwellenbandes, ein derartiges Resonanzphänomen hervorgerufen, daß das Quecksilber 2 die Elektrode 6 stark berührt und durch die Elektrode 6 zurückgestossen wird. Dies bildet ein drittes Vibrationssystem mittels der Resonanz des Quecksilbers und der Elektrode; und gleichzeitig wird der Quecksilber 2 in eine elliptische Form definiert, wenn er von oben durch einen Schock einer Kollision mit der Elektrode 6 betrachtet wird, und dementsprechend bewegt er sich zwischen den Elektroden in einer Form, daß die große Achse und die kleine Achse der Ellipse sich miteinander vertauschen.
Wie oben beschrieben, wird in dieser Ausführungsform, wenn eine horizontale Vibrationskraft an den Vibrationssensor 1 angelegt wird, das Quecksilber 2, das ein Vibrationsglied des Vibrationssensors 1 ist, durch die drei Arten von Vibrationssystemen in Schwingung versetzt. Das erste Vibrationssystem ist ein Vibrationssystem, in dem die Oberflächenspannung des Quecksilbers 2 als eine Feder wirkt, und der Resonanzpunkt ist auf etwa 8 Hz - 10 Hz eingestellt, und dementsprechend bewegt sich das Vibrationsglied vergleichsweise schwer in dem Erdbebenwellenband, und es läßt sich leicht bewegen, wenn die Frequenz groß wird. Das zweite Vibrationssystem ist ein System, das als Pendelvibrationssystem bezeichnet wird, das durch eine Rollbewegung des Quecksilbers der Aussparung 4 gebildet wird und tatsächlich derartig funktioniert, daß dadurch, daß die Sensitivität in dem Erdbebenwellenband durch Erhöhen der Frequenz des Resonanzpunkts gleichförmig gemacht wird, das Quecksilber 2 gegen eine gewisse Vibrationskraft gehalten wird.
In dem Erdbebenwellenband werden das erste Vibrationssystem und das zweite Vibrationssystem auf eine miteinander verbundene Weise betrieben. Das bedeutet, daß das Quecksilber 2 eine Rollbewegung durchführt, während es von der Oberflächenspannung bewegt wird, und eine umlaufende Bewegung zwischen den mehreren Elektroden 6 durchführt. Fig. 4 zeigt Betriebseigenschaften des Vibrationssensors 1 bezüglich des ersten und zweiten Vibrationssystems, wenn der Resonanzpunkt des ersten Vibrationssytems auf 10 Hz eingestellt ist. Der Resonanzpunkt des ersten Vibrationssystems ist 10 Hz, und dadurch ist der Betriebspunkt in großem Umfang erhöht, aber der tatsächliche Betriebspunkt wird eingestellt, indem das zweite Vibrationssystem mittels der Rollbewegung hinzugegeben wird. In dem Beispiel von Fig. 4 ist der Abstand zwischen dem Quecksilber 2 und der Elektrode 6 nur 0,7 mm, und die Auswirkung des Abstands zwischen der Elektrode 6 und dem Quecksilber 2 auf die Eigenschaften ist groß. Diese Auswirkung wird größer, wenn das Vibrationssystem eine stärker lineare Eigenschaft gegenüber der Vibrationskraft hat. Der Vibrationssensor 1 wird nicht durch das erste Vibrationssystem mit einer linearen Eigenschaft betrieben, und er wird nur nach Hinzufügen des zweiten Vibrationssystems betrieben, das eine Eigenschaft hat, daß es durch eine bestimmte Vibrationskraft oder größere Arbeiten hinausläuft, und eine Verbreiterung bzw. Zerstreuung des Betriebspunkts aufgrund des Abstandes ds zwischen dem Quecksilber 2 und der Elektrode 6 wird im großen Umfang verringert, da die Bedeutung des zweiten Vibrationssystems mittels der Rollbewegung vergleichsweise groß ist in dem Erdbebenwellenband.
Das dritte Vibrationssystem ist von einer Vibration wie ein Flüssigkeitstropfen, die erzeugt wird durch die Oberflächenspannung des tropfenförmigen Quecksilbers 2, wenn das Quecksilber 2 stark mit der Elektrode 6 kollidiert. In diesem Vibrationssystem empfängt das Quecksilber 2 eine Vibrationsenergie direkt von der Elektrode 6 mit dem Gewicht W und der Oberflächenspannung des Quecksilbers 2, dem Abstand ds zwischen dem Quecksilber 2 und der Elektrode 6, der Form des Quecksilbers 6 und dergleichen als Vibrationsparameter, und dementsprechend wird die Vibration bei einer Resonanz intensiv. Fig. 5 zeigt ein Muster dieser Vibration. Wenn das Quecksilber 2 mit der Elektrode 6 kollidiert, wird es in der Richtung der Elektrode 6 dünn, und dementsprechend wird es aufgrund der Oberflächenspannung zurückgestossen und dehnt sich in eine ellipsoide Form. Dabei ist zu berücksichtigen, daß dieser Vibrationsmodus im wesentlichen auf dem sekundären Modus der Vibration beruht, der durch die Oberflächenspannung eines Flüssigkeitstropfens hervorgerufen wird. Wenn dieser Vibrationsmodus erzeugt wird, wird der Abstand zwischen der Elektrode 6 und dem Quecksilber 2 sehr gering. Dementsprechend ist die Breite der Aus-Zeit und des An/Aus-Signals des Vibrationssensors 1 im großen Umfang verringert, und wenn die Frequenz der Vibration zu dieser Zeit durch die Signal verarbeitende Einrichtung 11 beurteilt wird, wird sie als eine entsprechend hohe Frequenz betrachtet, und dementsprechend wird sie auch in dem Fall einer Schockwelle einer Frequenz nahe dem Erdbebenwellenband nicht fälschlicherweise als ein Erdbeben beurteilt.
Weiterhin wird dieses Resonanzphänomen dadurch hervorgerufen, daß die Quecksilberkugel Energie von der Elektrode empfängt, und dementsprechend schwächt sich die Vibration schnell ab, wie in Fig. 6 gezeigt, wenn die Vibrationskraft abgeschwächt wird und das Quecksilber 2 sich wieder von der Elektrode 6 entfernt. Dementsprechend tritt nicht eine solche Fehlbeurteilung dahingehend auf, daß ein Ausfall von An-Impulsen stattfindet, wenn das An-Impulssignal des Vibrationssensors 1 zu verschwinden beginnt, und die Signal verarbeitende Einrichtung 11 beurteilt das Signal dahingehend falsch als ein Erdbeben von entsprechend niedriger Frequenz.
Weiterhin werden Signalimpulse von dem Vibrationssensor 1 zu der Signal verarbeitenden Einrichtung 11, die aus einem Mikrocomputer besteht, eingegeben. Diese Signal verarbeitende Einrichtung 11 ist, wie in Fig. 8 gezeigt, mit einer Zeitgebereinrichtung 12 zum Ausgeben eines Signals von 3 Sekunden, einem Beurteilungsschaltkreis 13, der einen Filter zur Beurteilung der Breiten von An und Aus der Signalimpulse aufweist, einem Impulszahl zählenden Schaltkreis 14 und einem Umschaltkreis 15 aufgebaut. Wenn Signalimpulse von dem Vibrationssensor 1 eingegeben werden, beurteilt der Beurteilungsschaltkreis 13, ob die An-Breite der Impulse größer ist als ein unterer Grenzwert Tn und die Aus-Breite länger ist als ein unterer Grenzwert Tf; und wenn die Impulse diese Bedingung erfüllen, nimmt der Impulszahl zählende Schaltkreis 14 dies als einen Impuls wahr, und wenn dieses mit einer vorbestimmten Anzahl innerhalb einer vorbestimmten Zeit stattfindet, die durch den 3-Sekunden-Zeitgeber 12 eingestellt ist, wird eine Beurteilung dahingehend gemacht, daß dies eine Erdbebenwelle ist. Wenn das An/Aus-Signal des Vibrationssensors 1 An-Zeit-Impulse von 40 ms oder mehr bei einer Rate von 3 Impulsen oder mehr innerhalb von 3 Sekunden mit einer Aus-Zeit von 40 ms oder mehr dazwischen enthält, wird in dieser Ausführungsform, um nicht die Schockwelle wahrzunehmen, diese Welle als eine Erdbebenwelle beurteilt.
Weiterhin wird die Form der Wandfläche 4c, die das Quecksilber 2 von der Seite her in der Aussparung 4 trägt, insbesondere wichtig; und in der in Fig. 7 gezeigten Aussparung 4 ist der Neigungswinkel θ der Wandfläche 4c insbesondere auf θ = 40º bis 50º eingestellt, was nahe ist an dem eingestellten Winkel des Quecksilbers. Durch diese oben beschriebene Einstellung berührt die Vorderfläche der Wandfläche 4c das Quecksilber 2 gleichmäßig und kann es halten, und dementsprechend ist das Vibrationssystem stabilisiert, und die Vorrichtung kann zuverlässiger arbeiten.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Wie oben beschrieben, weist das Vibrationssystem des Vibrationssensors nach der vorliegenden Erfindung das grundlegende Vibrationssystem mittels einer Feder, die auf Basis der Oberflächenspannung des tropfenförmigen Quecksilbers ausgebildet ist, der auf dem Boden des Systems getragen wird, und das Vibrationssystem mittels einer Rollbewegung des Quecksilbers auf, wobei das letztere der zwei Vibrationssysteme mit einer Art von Federsystem der Oberflächenspannung aufgebaut ist, und das letztere mittels Schwerkraft betrieben wird, und dementsprechend unterscheiden sich die Betriebseigenschaften voneinander, und auch wenn sie auf der gleichen Vibrationsfläche betrieben werden, beeinflussen sich die beiden nicht, und ein stabiles Vibrationssystem wird erreicht.
Auch ist die Vorrichtung auf eine Weise ausgebildet, daß tropfenförmiges Quecksilber eine Elektrode berührt und eine Resonanz hervorruft, und sie kann ein charakteristisches Signal erzeugen, bei dem die Aus-Zeit der Signalimpulse beträchtlich kurz ist. Auch wird dieses Resonanzphänomen dadurch hervorgerufen, daß die Quecksilberkugel Energie von der Elektrode empfängt, und wenn dementsprechend die Vibrationskraft sich abschwächt und die Quecksilberkugel sich wiederum von der Elektrode entfernt, schwächt sich die Vibration schnell ab, und das Muster des charakteristischen Signals in dem Schockwellenband wird nicht unterbrochen.
Weiterhin ist der untere Grenzwert der Aus-Breite der Signalimpulse derartig eingestellt, daß Impulse erkannt werden, die in der Signal verarbeitenden Einrichtung verwendet werden können, und dementsprechend kann das charakteristische Signal im Schockwellenband leicht von der Breite des Erdbebens unterschieden werden.

Claims

1. Eine erdbebennachweisende Einrichtung, die aufweist:

einen Vibrationssensor (1) und eine signalverarbeitende Einrichtung (11) zum Empfangen eines Signals von dem Vibrationssensor (1);

wobei der Vibrationssensor aufweist:

Quecksilber (2), das in der Mitte einer Vibrationsfläche (3) angeordnet ist;

einen Bereich nahe der Mitte der Vibrationsfläche (3), der eine ein wenig abfallende Neigung zu der Mitte hin hat;

eine Detektiereinrichtung (4, 6, 7, 10a, 10b) zum Nachweisen bzw. Feststellen eines Zustands des Quecksilbers (2) auf der Vibrationsfläche (3);

dadurchgekennzeichnet, daß Elektroden (6) vorgesehen sind, um zum Zeitpunkt einer Vibration durch das Quecksilber (2) miteinander in Kontakt gebracht zu werden und dadurch ein Signal auszugeben;

das Quecksilber (2) von Tropfenform ist; das Quecksilber (2) von Tropfenform in einer Aussparung (4) angeordnet ist, die in der Mitte der Vibrationsfläche (3) angeordnet ist, wobei die Aussparung (4) eine ein wenig abfallende Neigung zur Mitte hin hat, wobei ein Teil des Quecksilbers (2) von Tropfenform aus der Aussparung (4) hervorsteht;

ein erstes Vibrationssystem (2, 4) auf Basis einer Oberflächenspannung des Quecksilbers (2) von Tropfenform vorgesehen ist;

ein zweites Vibrationssystem (2) auf Basis einer Roll- bzw. Wälzbewegung des Quecksilbers von Tropfenform (2) vorgesehen ist, um in einem größeren Frequenzbereich von Erdbebenwellen zu schwingen bzw. vibrieren;

ein drittes Vibrationssystem (6) vorgesehen ist, das das Quecksilber (2) von Tropfenform und mehrere Elektroden (6) aufweist, die mit einem vorbestimmten Abstand (DS) von dem Quecksilber (2) angeordnet sind, wobei das dritte Vibrationssystem in der Lage ist, eine Resonanz in einem Frequenzbereich durchzuführen, der höher ist als ein größerer Frequenzbereich einer Erdbebenwelle; und

die signalverarbeitende Einrichtung (11) Signale von den Elektroden (6) empfängt und ein An/Aus-Signal erzeugt.

2. Eine erdbebennachweisende Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die signalverarbeitende Einrichtung (11) die Signale auf eine Weise verarbeitet, daß ein unterer Grenzwert Tf gesetzt ist für die Impulsbreite eines Aus-Signals bei Nachweis von Signalimpulsen, die von dem Vibrationssensor (1) erzeugt worden sind, und wenn die Impulsbreite des Aus-Signals Tf oder weniger ist, die Impulse nicht als Signalimpulse erkannt werden.

3. Eine erdbebennachweisende Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

der Winkel der Wandfläche (4c) der Aussparung (4), die in der Mitte der Vibrationsfläche (3) vorgesehen ist, im wesentlichen gleich dem Benetzungswinkel des Quecksilbers (2) in der Aussparung (4) eingestellt ist.

4. Eine erdbebennachweisende Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

eine Menge des Quecksilbers (2) 0,4 bis 0,5 g, eine Tiefe der Aussparung (4) 0,45 bis 0,55 mm beträgt, der Boden (4a) der Aussparung (4) kleiner als die Öffnung (4b) ausgebildet ist, die Wandfläche (4c) in einer sich verjüngenden oder konischen Form ausgebildet ist, der Innendurchmesser (D) des Bodens (4a) der Aussparung 2,5 bis 3,0 mm und der Abstand (DS) zwischen dem Quecksilber (2) und der Elektrode (6) 0,5 bis 1,5 mm beträgt.

5. Eine erdbebennachweisende Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

der Winkel der Wandfläche (4c) der Aussparung 40º bis 50º beträgt.

6. Eine erdbebennachweisende Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß

die signalverarbeitende Einrichtung (12) ein An/Aus- Signal als zu einem Erdbeben zugehörig einschätzt, wenn es Impulse von einer An-Zeit von 40 ms oder mehr bei einer Rate von 3 Impulsen oder mehr innerhalb von 3 Sekunden und mit einer Aus-Zeit von 40 ms oder mehr zwischen diesen enthält.