JP2009092384A - 地震計 - Google Patents

Abstract

【課題】人的及び機械的要因による影響を受けることなく、迅速かつ正確に姿勢制御を行うことができる地震計を提供することにある。
【解決手段】外枠体２及び内枠体４の回動停止が解除されている場合、フィードバック制御手段（ＣＰＵ４１、フィードバック制御プログラム４３ａ）によって、内枠体４が重力方向に対して水平となるようにフィードバック制御し、判断手段（ＣＰＵ４１、判断プログラム４３ｂ）によって、内枠体４が水平になったと判断された場合、回動停止制御手段（ＣＰＵ４１、回動停止制御プログラム４３ｃ）によって、内枠体４の回動を停止し、切替手段（ＣＰＵ４１、切替プログラム４３ｅ）によって、地震動計測制御手段（ＣＰＵ４１、地震動計測制御プログラム４３ｄ）による制御に切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、地震計に関する。

従来から、地中や海底等に埋設され、地震を検出する地震計が知られている。ところで、従来の地震計では、計測場所である地盤が傾斜している場合には、センサ自体も傾斜してしまい、地震による振動を正確に測定することができないという問題があった。

そこで、例えば、ジンバル装置を用いてセンサを正しい姿勢へ移行させるための姿勢制御を行った後、クランプ機構により同センサを固定する地震計が知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。
特開平０８−３２６７１５号公報 特開平１１−６３９９８号公報

しかしながら、従来の地震計の姿勢制御においては、調整作業を作業者が目視で確認しながら行っているため、調整作業に時間がかかってしまう。また、ジンバル装置が安定して静止するまで待たなければならず時間がかかってしまう。さらには、作業者の技能やジンバル装置自体の個体差により、静止状態の信頼性に問題があった。

本発明の課題は、上記課題を解決するためになされたものであり、人的及び機械的要因による影響を受けることなく、迅速かつ正確に姿勢制御を行うことができる地震計を提供することにある。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、
ケースの内部に第１回動軸を介して支持された外枠体と、当該外枠体の内側に第２回動軸を介して支持された内枠体と、を備えたジンバル機構と、
前記外枠体及び前記内枠体を回動させる回動手段と、
前記外枠体及び前記内枠体の回動を停止させる回動停止手段と、
前記内枠体に設置された状態で、地震動を計測する機能と重力方向に対する傾斜を検知する機能とを備えるセンサと、
前記センサの出力結果に基づいて、前記内枠体が重力方向に対して水平となるように前記回動手段を回動させるフィードバック制御を行うフィードバック制御手段と、
前記センサの出力結果に基づいて、前記内枠体が水平となったか否かを判断する判断手段と、
前記判断手段により前記内枠体が水平になったと判断された場合に、前記回動停止手段により前記外枠体及び前記内枠体の回動を停止させる回動停止制御手段と、
前記センサに地震動の計測を行わせる地震動計測制御手段と、
前記回動停止制御手段により前記回動停止手段による前記外枠体及び前記内枠体の回動停止が解除されている場合、前記フィードバック制御手段による制御に切り替えるとともに、前記回動停止制御手段により前記回動停止手段による前記外枠体及び前記内枠体の回動が停止された場合、前記地震動計測制御手段による制御に切り替える切替手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の地震計において、
前記センサは、互いに直交する３軸の加速度を計測するサーボ型加速度計であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載の地震計において、
前記回動手段は、
前記第１回動軸を介して前記外枠体を回動させる第１駆動モータと、
前記第２回動軸を介して前記内枠体を回動させる第２駆動モータと、
を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、フィードバック制御手段によって、センサの出力結果に基づいて、内枠体が重力方向に対して水平となるように回動手段を回動させることができ、判断手段によって、センサの出力結果に基づいて、内枠体が水平になったか否かを判断することができ、判断手段により内枠体が水平になったと判断された場合に、回動停止制御手段によって、回動停止手段により外枠体及び内枠体の回動を停止させることができ、地震動計測制御手段によって、センサに地震動の計測を行わせることができ、回動停止制御手段により回動停止手段による外枠体及び内枠体の回動停止が解除されている場合、切替手段によって、フィードバック制御手段による制御に切り替えるとともに、回動停止制御手段により回動停止手段による外枠体及び内枠体の回動が停止された場合、切替手段によって、地震動計測制御手段による制御に切り替えることができる。
従って、センサが有する重力方向に対する傾斜を検知する機能を利用することによって、姿勢制御を自動化し、アクティブに姿勢制御を行うことにより、人的及び機械的要因による影響を受けることなく、迅速かつ正確に姿勢制御を行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、センサには、互いに直交する３軸の加速度を計測するサーボ型加速度計を用いることによって、フィードバック制御により姿勢制御を行うことができることとなり、より一層、迅速かつ正確に姿勢制御を行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明と同様の効果が得られることは無論のこと、回動手段には、第１回動軸を介して外枠体を回動させる第１駆動モータと、第２回動軸を介して内枠体を回動させる第２駆動モータと、を備えることにより、好適にセンサの姿勢制御を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明である地震計の最良の形態について詳細に説明する。
図１に示すように、地震計１００は、ジンバル機構１０と、クランプ機構２０と、サーボ型加速度計３０と、制御部４０と、を備えている。

ジンバル機構１０は、例えば、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、地震計１００のケース１の内部に第１回動軸３を介して支持された外枠体２と、外枠体２の内側に第２回動軸５を介して支持された内枠体４と、外枠体２を回動させる第１駆動モータ６と、内枠体４を回動させる第２駆動モータ７と、を備えている。
これにより、第１駆動モータ６及び第２駆動モータ７は、回動手段として機能する。
また、内枠体４には、台部材が用いられ、サーボ型加速度計３０を設置することができる構成となっている。

第１回動軸３は、ケース１と第１回動軸３との間に軸受け３ａが組み込まれることにより回動可能となるとともに、第２回動軸５は、外枠体２と第２回動軸５との間に軸受け５ａが組み込まれることにより回動可能となる。また、第１回動軸３と第２回動軸５とは直交しているので、第２回動軸５を介して支持された内枠体４は、所要の姿勢へ好適に制御を行うことができる。

クランプ機構２０は、例えば、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、クランプ力発生機構としてのモータ２１と、モータ２１により駆動する第１クランプ片２２と、第１回動軸３に板バネ２４を介して取り付けられた中間摩擦片２３と、内枠体４に固着された第２クランプ片２５とが設けられている。

モータ２１は、例えば、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、地震計１００のケース１の内壁に装着されている。

第１クランプ片２２は、例えば、図２（ａ）に示すように、第１回動軸３の両側方に夫々設けられ、モータ２１により、第１回動軸３の軸方向（図中、Ｙ軸方向）に駆動する。

中間摩擦片２３は、例えば、図２（ａ）に示すように、第１回動軸３に関して対称に対をなし、第１クランプ片２２の夫々と対向する位置に設けられている。また、中間摩擦片２３は、外枠体２に設けられた孔部２ａをくぐるように配設されるとともに、中間摩擦片２３の両端部が夫々第１回動軸３に備えられた板バネ２４を介して取り付けられている。

第２クランプ片２５は、例えば、図２（ａ）に示すように、内枠体４の両端部に設けられるとともに、中間摩擦片２３の夫々と接触し得る位置に設けられている。

そして、モータ２１により、第１クランプ片２２、中間摩擦片２３及び第２クランプ片２５を介して、第２クランプ片２５が固着された内枠体４にクランプ力が伝達され、外枠体２及び内枠体４の回動を停止させることができる。
これにより、クランプ機構２０は、回動停止手段として機能する。

サーボ型加速度計３０は、例えば、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、互いに直交する、東西方向（ｘ成分）用のサーボ型加速度計３０ａと、南北方向（ｙ成分）用のサーボ型加速度計３０ｂと、上下方向（ｚ成分）用のサーボ型加速度計３０ｃと、を備えており、内枠体４に設置されている。
サーボ型加速度計３０は、バネにより往復可能に支持された振子が中立位置に設けられている。そして、地震が発生して振子に加速度が加えられ、振子が中立位置からずれると、当該サーボ型加速度計３０に備えられた変位検出器により、変位が検出され、検出された当該変位に応じて、当該サーボ型加速度計３０に備えられたサーボアンプは、振子を絶えず中立位置に保持するように、当該振子に備えられたコイルに電流を流してフィードバック制御を行い、この時のコイルに供給された電流の値に比例した電圧、あるいは電流を出力し、この出力を計測することによって、加速度を検出する。
従って、サーボ型加速度計３０は、サーボ型加速度計３０ａと、サーボ型加速度計３０ｂと、サーボ型加速度計３０ｃの各振子の中立位置からの変位に応じて、当該振子を絶えず中立位置に保持するようにフィードバック制御を行い、地震による振動を計測するとともに、サーボ型加速度計３０ａと、サーボ型加速度計３０ｂの各振子の中立位置からの変位に基づき、重力方向に対する傾斜を検知することが可能である。
これにより、サーボ型加速度計３０は、内枠体４に設置された状態で、地震動を計測する機能と重力方向に対する傾斜を検知する機能とを備えるセンサとして機能する。

制御部４０は、図１に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１、ＲＡＭ（Random Access Memory）４２、記憶部４３等を備えて構成され、記憶部４３に記憶された所定のプログラムが実行されることにより、所定の動作を行うため予め設定された所定の動作条件に基づく各部の動作制御を行う機能を有する。

ＣＰＵ４１は、記憶部４３に格納された処理プログラム等を読み出して、ＲＡＭ４２に展開して実行することにより、地震計１００全体の制御を行う。

ＲＡＭ４２は、ＣＰＵ４１により実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ４２内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。

記憶部４３は、例えば、プログラムやデータ等が予め記憶されている記録媒体（図示省略）を有しており、この記録媒体は、例えば、半導体メモリ等で構成されている。また、記憶部４３は、ＣＰＵ４１が地震計１００全体を制御する機能を実現させるための各種データ，各種処理プログラム，これらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶する。より具体的には、記憶部４３は、例えば、図１に示すように、フィードバック制御プログラム４３ａ、判断プログラム４３ｂ、回動停止制御プログラム４３ｃ、地震動計測制御プログラム４３ｄ、切替プログラム４３ｅ等を格納している。

フィードバック制御プログラム４３ａは、ＣＰＵ４１に、フィードバック制御を行う機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、サーボ型加速度計３０ａ及びサーボ型加速度計３０ｂにより重力方向に対する傾斜が検知された場合、サーボ型加速度計３０ａ及びサーボ型加速度計３０ｂからの出力結果に基づいて、ＣＰＵ４１は、フィードバック制御プログラム４３ａを実行することにより、内枠体４に設置されたサーボ型加速度計３０ａ及びサーボ型加速度計３０ｂが重力方向に対して水平となるように第１駆動モータ６及び第２駆動モータ７を駆動させてフィードバック制御を行う。
ＣＰＵ４１は、かかるフィードバック制御プログラム４３ａを実行することで、フィードバック制御手段として機能する。

判断プログラム４３ｂは、ＣＰＵ４１に、内枠体４が水平になったか否かを判断する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、ＣＰＵ４１がフィードバック制御プログラム４３ａを実行した際、サーボ型加速度計３０ａ及びサーボ型加速度計３０ｂからの重力方向に対する傾斜についての出力結果に基づいて、内枠体４が水平になったか否かを判断する。
ＣＰＵ４１は、かかる判断プログラム４３ｂを実行することで、判断手段として機能する。

回動停止制御プログラム４３ｃは、ＣＰＵ４１に、回動停止制御する機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、判断プログラム４３ｂの実行により内枠体４が水平になったと判断された場合に、ＣＰＵ４１は、回動停止制御プログラム４３ｃを実行することによって、クランプ機構２０により外枠体２及び内枠体４の回動を停止させる。
ＣＰＵ４１は、かかる回動停止制御プログラム４３ｃを実行することで、回動停止制御手段として機能する。

地震動計測制御プログラム４３ｄは、ＣＰＵ４１に、サーボ型加速度計３０に地震動の計測を行わせる機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、回動停止制御プログラム４３ｃの実行により、クランプ機構２０による外枠体２及び内枠体４の回動が停止され、後述する切替プログラム４３ｅの実行により、地震動計測制御プログラム４３ｄによる制御に切り替えられた場合、ＣＰＵ４１は、地震動計測制御プログラム４３ｄを実行することによって、サーボ型加速度計３０に地震動の計測を行わせる。
ＣＰＵ４１は、かかる地震動計測制御プログラム４３ｄを実行することで、地震動計測制御手段として機能する。

切替プログラム４３ｅは、ＣＰＵ４１に、サーボ型加速度計３０の切替制御を行う機能を実現させるプログラムである。
具体的には、例えば、回動停止制御プログラム４３ｃの実行により、クランプ機構２０による外枠体２及び内枠体４の回動停止が解除されている場合、ＣＰＵ４１は、切替プログラム４３ｅを実行することによって、フィードバック制御プログラム４３ａによる制御に切り替えるとともに、回動停止制御プログラム４３ｃの実行により、クランプ機構２０による外枠体２及び内枠体４の回動が停止された場合、ＣＰＵ４１は、切替プログラム４３ｅを実行することによって、地震動計測制御プログラム４３ｄによる制御に切り替える
ＣＰＵ４１は、かかる切替プログラム４３ｅを実行することで、切替手段として機能する。

次に、地震計１００による姿勢制御方法について、図３のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップＳ１において、作業者は、地震計１００を所望の計測場所に設置する（ステップＳ１）。

次いで、ステップＳ２において、作業者は、クランプ機構２０による外枠体２及び内枠体４の回動の停止を解除する（ステップＳ２）。

次いで、ステップＳ３において、ＣＰＵ４１は、切替プログラム４３ｅを実行することによって、フィードバック制御プログラム４３ａによる制御に切り替える（ステップＳ３）。

次いで、ステップＳ４において、ＣＰＵ４１は、フィードバック制御プログラム４３ａを実行することによって、サーボ型加速度計３０の出力結果に基づいて、内枠体４が重力方向に対して水平となるように第１駆動モータ６及び第２駆動モータ７を回動させるフィードバック制御を行う。

次いで、ステップＳ５において、ＣＰＵ４１は、判断プログラム４３ｂを実行することによって、内枠体４が水平になったと判断した場合（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、ステップＳ６へ移行する。一方、ＣＰＵ４１は、判断プログラム４３ｂを実行することによって、内枠体４が水平になっていないと判断した場合（ステップＳ５；Ｎｏ）、ステップＳ４へ戻る。

次いで、ステップＳ６において、ＣＰＵ４１は、回動停止制御プログラム４３ｃを実行することにより、クランプ機構２０により外枠体２及び内枠体４の回動を停止させる（ステップＳ６）。

次いで、ステップＳ７において、ＣＰＵ４１は、切替プログラム４３ｅを実行することにより、地震動計測制御プログラム４３ｄによる制御に切り替え、本処理を終了する。

本発明に係る地震計１００によれば、ＣＰＵ４１は、フィードバック制御プログラム４３ａを実行することによって、サーボ型加速度計３０の出力結果に基づいて、内枠体４が重力方向に対して水平となるように第１駆動モータ６及び第２駆動モータ７を回動させることができ、ＣＰＵ４１は、判断プログラム４３ｂを実行することによって、サーボ型加速度計３０の出力結果に基づいて、内枠体４が水平となったか否かを判断することができ、判断プログラム４３ｂの実行により内枠体４が水平になったと判断された場合に、ＣＰＵ４１は、回動停止制御プログラム４３ｃを実行することによって、クランプ機構２０により外枠体２及び内枠体４の回動を停止させることができ、ＣＰＵ４１は、地震動計測制御プログラム４３ｄを実行することによって、サーボ型加速度計３０に地震動の計測を行わせることができ、回動停止制御プログラム４３ｃの実行により、クランプ機構２０による外枠体２及び内枠体４の回動停止が解除されている場合、ＣＰＵ４１は、切替プログラム４３ｅを実行することによって、フィードバック制御プログラム４３ａによる制御に切り替えるとともに、回動停止制御プログラム４３ｃの実行により、クランプ機構２０による外枠体２及び内枠体４の回動が停止された場合、ＣＰＵ４１は、切替プログラム４３ｅを実行することによって、地震動計測制御プログラム４３ｄによる制御に切り替えることができる。
従って、サーボ型加速度計３０が有する重力方向に対する傾斜を検知する機能を利用することによって、姿勢制御を自動化し、アクティブに姿勢制御を行うことにより、人的及び機械的要因による影響を受けることなく、迅速かつ正確に姿勢制御を行うことができる。
また、センサとして、互いに直交する３軸の加速度を計測するサーボ型加速度計３０を用いることによって、フィードバック制御により姿勢制御を行うことができることとなり、より一層、迅速かつ正確に姿勢制御を行うことができる。
さらに、回動手段として、第１回動軸３を介して外枠体２を回動させる第１駆動モータ６と、第２回動軸５を介して内枠体４を回動させる第２駆動モータ７と、を備えることにより、好適にサーボ型加速度計３０の姿勢制御を行うことができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、センサは、サーボ型加速度計に限らず、地震動を検知する機能と重力方向に対する傾斜を検知する機能とを備えるものであれば良い。また、クランプ機構は、ステッピングモータを用いることにより、回動手段として機能させるとともに回動停止手段としても機能させる設計であっても良い。その他、本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲内で自由に変更、改良が可能である。

本発明に係る地震計のブロック図である。 本発明に係る地震計におけるジンバル機構及びクランプ機構の主要部を説明する図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその縦断面図である。 本発明に係る地震計の姿勢制御方法を説明するフローチャート図である。

符号の説明

１００ 地震計
１０ ジンバル機構
１ ケース
２ 外枠体
３ 第１回動軸
４ 内枠体
５ 第２回動軸
６ 第１駆動モータ（回動手段）
７ 第２駆動モータ（回動手段）
２０ クランプ機構（回動停止手段）
２１ モータ（クランプ力発生機構）
３０ サーボ型加速度計（センサ）
４０ 制御部
４１ ＣＰＵ（フィードバック制御手段、判断手段、回動停止制御手段、地震動計測制御手段、切替手段）
４３ 記憶部
４３ａ フィードバック制御プログラム（フィードバック制御手段）
４３ｂ 判断プログラム（判断手段）
４３ｃ 回動停止制御プログラム（回動停止制御手段）
４３ｄ 地震動計測制御プログラム（地震動計測制御手段）
４３ｅ 切替プログラム（切替手段）

Claims (3)

1. ケースの内部に第１回動軸を介して支持された外枠体と、当該外枠体の内側に第２回動軸を介して支持された内枠体と、を備えたジンバル機構と、
   前記外枠体及び前記内枠体を回動させる回動手段と、
   前記外枠体及び前記内枠体の回動を停止させる回動停止手段と、
   前記内枠体に設置された状態で、地震動を計測する機能と重力方向に対する傾斜を検知する機能とを備えるセンサと、
   前記センサの出力結果に基づいて、前記内枠体が重力方向に対して水平となるように前記回動手段を回動させるフィードバック制御を行うフィードバック制御手段と、
   前記センサの出力結果に基づいて、前記内枠体が水平となったか否かを判断する判断手段と、
   前記判断手段により前記内枠体が水平になったと判断された場合に、前記回動停止手段により前記外枠体及び前記内枠体の回動を停止させる回動停止制御手段と、
   前記センサに地震動の計測を行わせる地震動計測制御手段と、
   前記回動停止制御手段により前記回動停止手段による前記外枠体及び前記内枠体の回動停止が解除されている場合、前記フィードバック制御手段による制御に切り替えるとともに、前記回動停止制御手段により前記回動停止手段による前記外枠体及び前記内枠体の回動が停止された場合、前記地震動計測制御手段による制御に切り替える切替手段と、
   を備えることを特徴とする地震計。
2. 前記センサは、互いに直交する３軸の加速度を計測するサーボ型加速度計であることを特徴とする請求項１に記載の地震計。
3. 前記回動手段は、
   前記第１回動軸を介して前記外枠体を回動させる第１駆動モータと、
   前記第２回動軸を介して前記内枠体を回動させる第２駆動モータと、
   を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の地震計。

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