JP2007198812A - 震度計 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ハードウエアへの負担の小さい震度の算出方法によって、震度を表示することができる震度計を提供することを課題とする。
【解決手段】上記課題を解決するため、本発明に係る震度計１は、加速度を検出してこれを電気信号に変換する加速度センサ２と、加速度センサ２に電気的に接続されて特定の周波数領域を除去するフィルタ回路３と、フィルタ回路３に電気的に接続されてＡ／Ｄ変換をした後に震度計算をする演算部６と、演算部６に電気的に接続されて算出された震度を表示する表示部７とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、地震を検出してその震度を演算する震度計に関するものである。

従来から、計測震度は、震度計内部で以下のようなデジタル処理によって計算されていた（以下、「気象庁アルゴリズム」という）。
１．デジタル信号に変換された水平方向（Ｘ，Ｙ軸方向）及び上下方向（Ｚ軸方向）の加速度データのそれぞれに、フーリエ変換・フィルタ処理・逆フーリエ変換の手順で、所定のフィルタを掛ける。
２．得られたフィルタ処理済みのデータ３成分から、ベクトル波形を合成する。
３．ベクトル波形の絶対値がある値ａ以上となる時間の合計を計算したとき、これがちょうど０．３秒となるようなａを求める。
４．このａからI＝２log a＋０．９４により計測震度Ｉを計算する。

例えば、以下の特許文献１で開示された地震計においても、上記気象庁アルゴリズムに基づき地震の震度が算出されている。
特開２００３−３０２４７４号公報

しかし、上記震度の算出方法では、フーリエ変換、逆フーリエ変換を行うため、ハードウエアへの負担が大きかった。また、所定期間の加速度データを計測した後でなければ、震度を算出することができないため、リアルタイムで震度の表示をすることができなかった。

そこで本発明は、ハードウエアへの負担の小さい震度の算出方法によって、震度を表示することができる震度計を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、加速度を検出してこれを電気信号に変換する加速度センサと、加速度センサに電気的に接続されて特定の周波数領域以外を除去するフィルタ回路と、フィルタ回路に電気的に接続されてＡ／Ｄ変換をした後に震度計算をする演算部と、演算部に電気的に接続されて算出された震度を表示する表示部とを有することを特徴とする。

これにより、演算部でフーリエ変換及びフーリエ逆変換を行うことなく、フィルタ処理を行うことが可能となり、ハードウエアに対する負担を軽減することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、演算部において一定数の加速度データが保持され、前記保持された加速度データのうち最も加速度の絶対値が小さなものと、新たに入力された加速度データとの加速度の絶対値の大きさが比較され、新たな加速度データの方が大きければ、演算部で保持されている最小の加速度データの削除及び新たに入力された加速度データの保持が行われ、新たに演算部で保持されることとなった一定数の加速度データのうち、加速度の絶対値の大きさが最小のものが決定され、その最小の加速度の絶対値に基づいて震度が算出されることを特徴とした。

これにより、演算部では、保持されている一定数の加速度データよりも大きな加速度データが新たに入力された場合にのみ震度の算出を行う。そのため、請求項２の発明に係る震度計では、サンプリング時間毎に震度を算出する必要がないため、演算部での演算量を減らしてハードウエアに対する負担を軽減させることができるとともに、計測期間内における最大の震度を表示させることができる。

請求項３の発明では、請求項１の発明において、演算部で一定数の加速度データが保持され、演算部に新たな加速度データが入力されると、古いものから順に保持されている加速度データが削除され、新たに演算部で保持されることとなった一定数の加速度データのうち、加速度の絶対値の大きさが所定の順位である加速度データが決定され、その加速度データの加速度の絶対値に基づいて震度が算出されることを特徴とした。

これにより、請求項３の発明に係る震度計は、所定の時間前から現在までのデータに基づき、所定のサンプリング時間毎に震度を算出することができる。そのため、リアルタイムで震度の算出を行うことができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３の発明において、震度の時間変化を記憶する記憶部を有することを特徴とした。

これにより、地震の震度の履歴が記憶部に保存され、過去に発生した地震の震度を時系列で知ることができる。その結果、過去に発生した地震によって建築物に及ぼされた被害の程度を的確に把握することが可能となる。

本発明の地震計は、加速度センサから出力された加速度データを演算部に入力する前に、フィルタ回路によってフィルタ処理を行うため、演算部においてフーリエ変換・フーリエ逆変換を行う必要がなく、ハードウエアに負担をかけずに震度を算出することができる。

（第一実施形態）
図１は、本発明を実施した震度計１の回路構成図である。震度計１は、地震を検出してその震度を算出するものであり、建築物の内壁等に設置される。図１に示すように、本実施形態に係る震度計１は、加速度を検出する加速度センサ２と、加速度センサ２から出力された電気信号による加速度データから所定周波数領域以外を除去するフィルタ回路３と、フィルタ回路３を介して出力された信号をＡ／Ｄ変換してデジタル信号とするＡ／Ｄ変換回路５と、震度を演算する演算部６、震度等の地震情報を表示する表示部７及び地震のデータを書き込む記憶部８で構成されている。

加速度センサ２は、半導体加速度センサからなり、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度を検出することができ、例えば、ピエゾ抵抗式若しくは静電容量式のものを用いることができる。加速度センサ２に振動による加速度が加わると、その加速度データが加速度の大きさに応じた電圧レベルで電気信号として出力される。

フィルタ回路３としては、既知のフィルタ回路３が使用される。例えば、ＬＣフィルタ、ＬＣフィルタ、アクティブフィルタ、メカニカルフィルタ、クリスタルフィルタ、セラミックフィルタ等を用いることができる。

加速度センサ２から出力された加速度データは、地震に由来する加速度データのみを取り出すため、フィルタ回路３で特定の周波数領域の信号には所定の定数を乗じられるとともに、特定の周波数領域以外の信号は除去される。具体的には、０．５〜１０Ｈｚの範囲外の加速度データは、フィルタ回路３によって除去される。気象庁アルゴリズムに従った従来技術では、加速度センサ２から出力された加速度データをＡ／Ｄ変換回路５によりデジタル加速度データに変換し、フーリエ変換によって時間領域から周波数領域に変換した後に、フィルタ処理を行っていた。しかし、本発明ではフィルタ回路３を用いて、加速度センサ２から出力された加速度データをデジタル加速度データに変換する前にフィルタ処理を行うこととした。このため、震度を算出する際に、フーリエ変換・フーリエ逆変換を行う必要がなく、ハードウエアへの負担が減らすことができる。

フィルタ回路３を介して出力された電気信号は、既知のＡ／Ｄ変換器によってデジタルの加速度データとされ、演算部６に入力される。本実施形態では、サンプリング間隔を０．０１秒としているが、サンプリング間隔は、任意に設定することができる。サンプリング間隔を小さくすれば震度の算出の精度を上げることができる。

次に、演算部６において行われる震度算出処理について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。まず、演算部６に加速度データが入力されると、一定数（例えば、サンプル３０個分）の加速度データが演算部６において保持される。保持される加速度データの数は、上記サンプリング間隔との関係で決定される。具体的には、サンプリング間隔と演算部６で保持される加速度データの数との積が、０．３秒となる数である。０．３秒は、気象庁アルゴリズムで用いられる閾値に対応させたものである。そして、新たに加速度データが入力されると、演算部６で保持された加速度データのうち加速度の絶対値が最も小さなものと、新たに入力された加速度データとの加速度の絶対値の大きさが比較される（ステップ１）。その結果、新たな加速度データの方が大きければ、演算部６で保持されている最小の加速度データは削除され、新たな加速度データが演算部６において保持される（ステップ２）。その後、新たに演算部６で保持されることとなった３０個の加速度データうち、加速度の絶対値の大きさが最小のものが決定される（ステップ３）。そして、その最小の加速度の絶対値ａに基づいて震度が算出される（ステップ４）。震度の計算は、気象庁アルゴリズムで使用される「I＝２log a＋０．９４」の式に基づき計算される。

一方、演算部６で保持されている加速度データの方が新たに入力された加速度データよりも大きければ、演算部６の加速度データがそのまま保持され、震度の算出は行われない。すなわち、本実施形態においては、演算部６に保持されている加速度データよりも大きな加速度データが新たに入力されない限り、震度の算出は行われない。そのため、本実施形態における震度計１では、常に、最大の震度が更新されることとなる。

なお、上記処理は、見方を変えると、気象庁アルゴリズムにおいて、ベクトル波形の絶対値がある値ａ以上となる時間の合計を計算したとき、これがちょうど０．３秒以上となるようなａを求めることと等価である。また、本実施形態では、サンプリング間隔を０．０１秒としたため、演算部６で保持するサンプル数は３０個となったが、サンプリング間隔が小さくなれば、演算部６で保持するサンプル数は増加し、サンプリング間隔が大きくなれば、演算部６で保持するサンプル数は減少することとなる。

演算部６に保持されている加速度データは、所定時間経過後（例えば３分）自動的に消去されリセットされる。これにより、本震だけでなく余震の震度も算出することができる。また、複数の地震の加速度データに基づいて震度を算出することを防止することもできる。なお、本発明におけるリセットに要する時間は３分に限られるわけではなく、任意に設定することができる。

その後、演算部６から震度データ、図示しない電波時計から日時のデータがそれぞれ表示部７に送られ、表示部７において表示される（ステップ５）。なお、電波時計は、地震が発生しているか否かに拘わらず、日付・時刻情報を含む電波に基づいて修正された日付・時刻を表示部７に表示することができる。

同様に、記憶部８にも演算部６から加速度データ及び震度データ、図示しない電波時計から日時のデータがそれぞれ送られ保存される（ステップ５）。なお、記憶部８は、複数のデータを保存することができるものであればよく、本実施形態においては、不揮発性メモリによって構成されている。

（第二実施形態）
次に、第二実施形態について説明する。なお、本実施形態は、第一実施形態に比べ震度の算出処理が異なるだけであり、他の基本的な構成は同一である。よって、本実施形態では、第一実施形態と同一部分については同一符号を付して詳しい説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

第二実施形態では、図３に示すフローチャートのように、第一実施形態とは異なる震度の算出処理が以下のようにして行われる。

演算部６では、一定時間分（例えば、４０秒分）の加速度データ（サンプリング間隔を０．０１秒とするとサンプル数４０００個）を保持することができ、演算部６に新たな加速度データが入力されると、古いものから順に保持されている加速度データは削除される（ステップ１）。新たに保持されることとなった４０００個の加速度データは、加速度の絶対値が大きい順に並び替えられ、３０番目に大きな加速度データが決定される（ステップ２）。その決定された加速度の絶対値ａに基づき震度が算出される（ステップ３）。なお、３０番目に大きな加速度の絶対値ａを求めることは、見方を変えると、気象庁アルゴリズムにおいて、ベクトル波形の絶対値がある値ａ以上となる時間の合計を計算したとき、これがちょうど０．３秒以上となるようなａを求めることと等価である。震度の計算は、気象庁アルゴリズムで使用される「I＝２log a＋０．９４」の式に基づき計算される。

本実施形態における震度計１は、４０秒前から現在までのデータに基づき、０．０１秒毎に震度を算出する。そのため、震度計１は、常にリアルタイムで震度を算出する。なお、地震が発生せず加速度センサ２に加速度が加わっていないときは、加速度の大きさをゼロとして、震度計１は震度を算出する。

また、本実施形態においては、震度は時々刻々と変化するため、算出された震度は、０．０１秒毎に更新されてしまう。そこで、演算部６において、以下のように算出された震度を保持できるようにしてもよい。

まず、演算部６において表示震度として、一つの震度データを保持する。地震発生前は、表示震度はゼロとして、演算部６では震度データが表示震度として保持されている。震度が算出されると演算部６に保持されている表示震度との大きさの比較が行われ（ステップ４）、算出された震度の方が、大きい場合には、演算部６に保持されている表示震度を削除し、新たに算出された震度を表示震度として演算部６で保持する（ステップ５）。一方、表示震度の方が大きい場合には、そのまま表示震度を演算部６で保持する。この作業を繰り返せば、その地震における最大の震度が表示震度として、演算部６で保持されることとなる。そして、震度データが更新されると、そのデータが表示部７及び記憶部８に送られる（ステップ６）。

なお、地震の発生毎に、震度を表示することができるよう、所定時間経過後（例えば３分）、演算部６に保持されている震度データは、自動的に消去されリセットされる。

本発明を実施した震度計の回路構成図である。 第一実施形態における震度の算出処理の一連の流れを示すフローチャートである。 第二実施形態における震度の算出処理の一連の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 震度計
２ 加速度センサ
３ フィルタ回路
５ Ａ／Ｄ変換回路
６ 演算部
７ 表示部
８ 記憶部

Claims (4)

1. 加速度を検出してこれを電気信号に変換する加速度センサと、
   加速度センサに電気的に接続されて特定の周波数領域以外を除去するフィルタ回路と、
   フィルタ回路に電気的に接続されてＡ／Ｄ変換をした後に震度計算をする演算部と、
   演算部に電気的に接続されて算出された震度を表示する表示部と、
   を有することを特徴とする震度計。
2. 演算部において一定数の加速度データが保持され、
   前記保持された加速度データのうち最も加速度の絶対値が小さなものと、新たに入力された加速度データとの加速度の絶対値の大きさが比較され、
   新たな加速度データの方が大きければ、演算部で保持されている最小の加速度データの削除及び新たに入力された加速度データの保持が行われ、
   新たに演算部で保持されることとなった一定数の加速度データのうち、加速度の絶対値の大きさが最小のものが決定され、
   その最小の加速度の絶対値に基づいて震度が算出されることを特徴とする請求項１に記載の震度計。
3. 演算部において一定数の加速度データが保持され、
   演算部に新たな加速度データが入力されると、古いものから順に保持されている加速度データが削除され、
   新たに演算部で保持されることとなった一定数の加速度データのうち、加速度の絶対値の大きさが所定の順位である加速度データが決定され、
   その加速度データの加速度の絶対値に基づいて震度が算出されることを特徴とする請求項１に記載の震度計。
4. 震度の時間変化を記憶する記憶部を有することを特徴とする請求項１〜３に記載の震度計。

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