JP2008506967A - 地震を測定するための高効率可搬式地震計 - Google Patents

Abstract

支持体および格納構造物（２）と、２ｘ１０^５ｋｇ／ｍ^２ｓと４ｘ１０^６ｋｇ／ｍ^２ｓの間で変動する地震インピーダンス値を持つ材料でできている底部部分（３）と、お互いに直交して配置され、それぞれ少なくとも一つの電気力学的あるいは容量性変換器を備え、かつ底部部分（３）に取り付けられた、３つのセンサ（４）と、支持体および格納構造物を水平に配置する水準器（１１）と、獲得モードを閲覧して、管理し、データを記録しておよび処理するための、センサ（４）に接続された制御ユニット（５）と、電源（９）と、センサ（４）によって検出可能な地震を擾乱しないように設計されている地面に結合するための手段（１２； ２１）と、を備える、可搬式地震計（１）。
【選択図】図１

Description

この発明は、それが関する特定の技術分野において一般に「ｔｒｏｍｏｇｒａｐｈ」と命名された、地震を測定するための適切な高効率可搬式地震計に関する。

例えば地質技術および土木工学などの分野において、「モード分析」と呼ばれるエンジニアリング手法に従う、その振動の分析を通して構造物の挙動を特徴づける要求は長く知られている。

この手法の範囲内で、構造物の振動は、適切な衝撃的エネルギーソース、一般的に衝撃あるいは小さな爆発によって伝統的に付勢される。

しかし、高感度地震計を使用して、いかなる外部ソースの使用も回避しながら、かつ、時折人間起源を持つが、一般に自然起源（風、波、潮流、火山活動など）を持ち、および、至る所で常に地球の表面に存在する、１０^‐４Ｈｚから１０^２Ｈｚまでの周波数の振動による、地震の「震動」によって引き起こされる、非常に小さいが完全に類似している、振動を研究することが可能であることが最近見いだされた。

地震振動は、通常は標準地震計で測定される振動と比べて非常に小さい振動振幅を持ち、および実際には、地震学では、地震は、地震によって発される波から構成される、関連する「信号」を妨害する「ノイズ」とみなされる。

地震が建物と地盤の共振周波数に対する付勢機能として局所的に働くので、これらの共振周波数を記録しておよび識別することは、完全に受動的な、したがって極めて経済的な方法で、建物の構造上の特性およびそれらの下の地面の構造上の特性を測定することを可能にする。

現在、この種の測定は、標準の地震測定器によってなされ、それが特にこのために設計されなかった事実のために、それは幾分効果がなく、および測定誤差を起こしやすい。さらに、この種の測定器は、一般に重くて、大きくて、高価でおよび複数の作業者の介入を必要とする。

本発明の一目的は、簡単なおよび経済的な方法で、従来技術の問題を克服することができる技術的特徴を備えた地震計を作成することである。

本発明の一目的は、２ｘ１０^５ｋｇ／ｍ^２ｓから４ｘ１０^６ｋｇ／ｍ^２ｓの範囲内の地震インピーダンス値を持つ材料でできている少なくとも一つの底部部分を備える支持体および格納構造物と、お互いに直交して配置され、それぞれ少なくとも一つの電気力学的あるいは容量性変換器を備え、かつ前記底部部分に取り付けられた、３つのセンサと、この格納構造物を水平に配置するための水準器と、前記センサに接続され、および獲得モードを記録して、管理し、かつデータを処理するように設計された、制御ユニットと、独立した電源と、センサによって検出可能な地震ノイズを擾乱しないように設計されている地面に結合するための手段と、を備えることによって特徴づけられる可搬式地震計である。

本発明の好ましい一実施態様によれば、地面への結合のためのこの手段は、支持体および格納構造物の底部部分から突き出るネイルあるいはスクリュー要素を備える。

本発明の更なる好ましい一実施態様によれば、地面への結合のためのこの手段は、粒状形の材料あるいは流動学的な挙動を伴う材料でできており、かつ２ｘ１０^５ｋｇ／ｍ^２ｓと４ｘ１０^６ｋｇ／ｍ^２ｓの間で変動する地震インピーダンスを持つ変形可能な層を備える。

図１内に、本発明の地震計の好ましい一実施態様が、１によって全体として示される。

地震計１は、２ｘ１０^５ｋｇ／ｍ^２ｓと４ｘ１０^６ｋｇ／ｍ^２ｓの間で変動する地震インピーダンス値を持つ材料でできている底部部分３を備える支持体および格納構造物２と、お互いに直交して配置され、かつ底部部分３に強固に取り付けられた３つのセンサ４と、を備える。各々のセンサ４は、電気力学的あるいは容量性変換器を備え、および、構造物２内部の地震計の要素の全てと同様に仮想線で示されている。

地震計１は、センサから来るデータを記録し、獲得し、かつ処理するための制御ユニット５を備え、および、次に、信号増幅およびフィルター処理システム、大容量記憶装置、獲得を調整する外部制御装置６、ディスプレー７および信号を直接処理することができるマイクロプロセッサ（公知でありおよび例示せず）、を備える。

地震計１は、さらに外部にデータを外部に伝送するための装置８、エネルギー源９、ＧＰＳ受信機１０および水準器１１を備える。

最後に、地震計１はそれを地面に結合するパッド１２、次に、粒状の材料あるいは流動学的な挙動を伴い、かつ２ｘ１０^５ｋｇ／ｍ^２ｓと４ｘ１０^６ｋｇ／ｍ^２ｓの間で変動する地震インピーダンスを持つ材料を備える。

図２内に、本発明の目的の地震計の更なる好ましい一実施態様が、２０によって全体として示される。地震計１のそれらと同じ地震計２０の部品は同じ数字で示され、および再度の説明はなされない。

地震計２０は、それがパッド１２の代わりに地面に装置を結合するための３つのネイル２１（そのうち２つだけを図２内に例示する）を備えるという点で、地震計１と異なる。３つのネイルあるいはねじの総数は例示でありかつ限定ではないものとして意図されなければならない。

本願明細書に例示されない更なる一実施態様は、ネイルおよびパッドの組み合わせられた使用を提供する。本発明の目的の可搬式地震計は、地面のおよび構成材料のそれの双方に類似した地震インピーダンスを持つ底部部分を備え、および、極めて小さい重量（約１ｋｇから２ｋｇまで）を持ち、そこへ何の擾乱もあるいは歪みもなしで地震の振動を追跡する。本発明の地震計によって、したがって、効果的に地震ノイズを測定することが可能であり、および人間のノイズ源からあるいは沿岸から数千キロメートル離れたところでさえも、建物の共振周波数、および地球の表面のあらゆる点における約１０^−１Ｈｚと１０^２Ｈｚの間の地盤のあらゆる共振周波数、を識別することができる。

それが明らかに理解されることができるように、その特にコンパクトな質量のために、この可搬式地震計は、大きな実用性および便宜で使用されることができる。

本発明の目的を形成する地震計の有効性は、パッド１２の存在および／またはネイル２１の存在によって、さらに高められ、それが、潜在的に地震と干渉しておよび測定を擾乱する、組み合わせられた地震計−土壌振動システムの共振の制御に関連する問題を解決することを可能にする。

実際、パッド１２は前述の振動システムの振動の優れた制動を提供することができ、一方、支持構造物２と地面のより堅固な結合をもたらすことによって、ネイル２１は、組み合わせられた地震計−土壌システムの共振周波数を関連する地震の手段のそれらと比べて非常に高い値まで増加させ、したがってたとえ何の特別な制動要素もない場合であっても、地震の測定を擾乱されないままにしておく。

それが明らかに理解されることができるように、ネイルとパッドの組み合わせられた使用は、同時に高水準の制動を獲得し、更に組み合わせられた地震計−土壌システムの共振周波数値をそれら関連する地震の手段のものと比べて非常に高い値まで増加させること、を可能にする。

さらに、本発明の地震計は、電気力学的あるいは容量性変換器の使用、および変換器から発される信号の即時のデジタル化、その全ての計算および記録プロセスをデジタルエレクトロニクスに委任することのおかげで、低エネルギー消費量（１００ｍＷ以下）を獲得することを可能にする。低消費は、特に小さい電池を使用することを可能にし、したがって装置の重量を制限し、センサによって検出可能な地震の擾乱を最小化するためにさらに貢献する事実を可能にする。実際、まさに装置の存在が地震場を擾乱するのであり、そして最高の測定を達成するために、装置質量はゼロにできる限り近くなければならない。

本発明の地震計の更なる利点は、それが電力あるいはデータの伝送目的のための何の外部ケーブルも持たないが、それは、当業者にとって周知であるように、震動のスペクトルにおいて、分離するあるいは後に取り除くことがほぼ不可能な一連のスプリアスピークを発生させる可能性がある、という事実に由来する。

最後に、支持体および格納構造物２は、その測定効率に不利益となるであろう照射によってその内部要素を加熱することを回避するために、ミラーおよび／または金属被覆された仕上げを有する、および／または、反射型シェードによって色づけられた、外面を持つことができる。

以下の例は、例証となるだけであり、および、いかなる形であれ制限することを目的とせず、および、同封の製図の図と共に発明のより良い理解のために設けられる。
本発明に従う可搬式地震計の第１の実施態様の斜視図。 本発明に従う可搬式地震計の第２の実施態様の斜視図。

Claims (5)

1. 可搬式地震計（１）であって、２ｘ１０^５ｋｇ／ｍ^２ｓと４ｘ１０^６ｋｇ／ｍ^２ｓの間で変動する地震インピーダンス値を持つ材料でできている少なくとも一つの底部部分（３）を備える支持体および格納構造物（２）と、お互いに直交して配置され、それぞれ少なくとも一つの電気力学的あるいは容量性変換器を備え、かつ前記底部部分（３）に取り付けられた、３つのセンサ（４）と、前記格納構造物を水平に配置する水準器（１１）と、前記センサ（４）に接続され、かつ獲得モードを記録して、管理し、およびデータを処理するように設計された、制御ユニット（５）と、独立した電源（９）と、前記センサ（４）によって検出可能な地震ノイズを擾乱しないように設計されている地面に結合するための手段（１２； ２１）と、を備えることによって特徴付けられる、可搬式地震計（１）。
   
2. 前記地面に結合するための前記手段は、前記支持体および格納構造物（２）の前記底部部分（３）から突き出たネイルあるいはスクリュー要素（２１）を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の可搬式地震計（１）。
   
3. 前記地面に結合するための前記手段は、粒状の材料でできた、あるいは流動学的な挙動によってでき、かつ２ｘ１０^５ｋｇ／ｍ^２ｓと４ｘ１０^６ｋｇ／ｍ^２ｓの間で変動する地震インピーダンスを持つ、変形可能な層（１２）を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の可搬式地震計（１）。
   
4. 前記地面に結合するための前記手段は、前記ネイルあるいはねじ要素（２１）と前記変形可能な層（１２）とを両方とも備える、ことを特徴とする請求項２および３に記載の可搬式地震計（１）。
   
5. それがＧＰＳ受信機（１０）を備える、ことを特徴とする先行する請求項のいずれかひとつに記載の地震計。

Images