JP2009156743A - 感震器、緊急遮断システム及び緊急遮断システムの使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検出対象とする構造物毎、或いは、構造物が建てられている地盤毎の固有振動周期に応じたＳＩ値を検出可能な感震器を提供する。
【解決手段】感震器５０が、地震動を検出するセンサ部５１、５２と、センサ部５１、５２で検出された地震動に基づく速度応答スペクトルについての設定周期範囲の積分値の平均値であるＳＩ値を演算するＳＩ値演算部５９と、ＳＩ値を演算するための設定周期範囲を、入力手段６２を用いて入力された値に基づいて設定する周期範囲設定手段５８と、を備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、地震動を検出してそのＳＩ値を演算する感震器、並びに、感震器からの遮断信号に応じて構造物の内部におけるユーティリティの流通を遮断する緊急遮断システム及びその使用方法に関する。

計測された地震動の最大加速度、加速度波形に重み付けした計測震度、ＳＩ値（速度応答スペクトルの周期０．１秒〜２．５秒までの積分値の平均値）などを演算する感震器がある。ビルなどの構造物に感震器を設ける目的の一つは、例えば、感震器が大きな揺れを検出したときに、構造物内に設置されているガス管へのガスの流通を遮断する遮断弁を作動させる緊急遮断システムを構築することにある。特許文献１に記載の感震器は、速度応答スペクトルの積分範囲を短周期側（例えば、周期０．１秒〜２．５秒）に設定したＳＩ値を導出している。このような感震器は全国各地の構造物に設置されており、その結果、全国各地で地震動が同様の基準で検出されることになる。また、公的機関から感震器の種類や設置場所が指定されることもあり、その場合には公的機関の要求に従う必要がある。

特開２００７−３３４２８号公報

但し、近年増加傾向にある超高層建物、大型橋や巨大タンクなどの巨大構造物は、従来からある建物と異なり、固有振動周期が長いものが多く、長周期の地震動に対して共振現象を起こし、加速度の割には非常に大きく揺れることになる。ところが、特許文献１に記載のような、速度応答スペクトルの積分範囲を短周期側（例えば、周期０．１秒〜２．５秒）に設定したＳＩ値では長周期の地震動を適切に測定できない。
また、検出対象とする構造物には固有の構造物固有振動周期があり、構造物が建てられている地盤にも固有の地盤固有振動周期がある。但し、検出対象とする構造物毎に上記構造物固有振動周期は様々であり、構造物が建てられている地盤毎に地盤固有振動周期は様々である。そのため、構造物に発生する長周期の大きな揺れを検出するためには、ＳＩ値を演算する際の速度応答スペクトルの積分範囲の中に上記構造物固有振動周期又は上記地盤固有振動周期が含まれていることが必要である。

ところが、従来の感震器では、ＳＩ値を演算する際の速度応答スペクトルの積分範囲が固定されているため、その積分範囲が、検出対象とする構造物毎、或いは、構造物が建てられている地盤毎に異なっている固有振動周期を含んだものとならない可能性がある。よって、従来の感震器では、検出対象とする構造物毎、或いは、構造物が建てられている地盤毎の固有振動周期に応じたＳＩ値を検出できないという問題がある。

ところで、ＳＩ値を演算するにあたって速度応答スペクトルの積分範囲が周期の長い方に拡大されて設定されていれば、長周期ＳＩ値と呼ばれる指標を得ることは可能である。例えば、長周期ＳＩ値を演算するには、速度応答スペクトルの積分範囲が長周期側（例えば、周期２．５秒〜１０秒など）に長く設定されていればよい。つまり、短周期側から長周期側にまで広い範囲（例えば、周期０．１秒〜１０秒など）で速度応答スペクトルの積分を行うような汎用の感震器であれば、従来から行われていた短周期側の地震動に加えて長周期側の地震動について考慮したＳＩ値を得ることもできる。

しかしながら、その場合には、短周期側の地震動に加えて長周期側の地震動について考慮した幅広い地震動の周期範囲におけるＳＩ値が演算されることになるため、短周期地震動から長周期地震動まで含む様々な周期の地震動の大きさが合わせて検出される。但し、ＳＩ値を演算するとき、その演算ロジックには平均化処理が含まれているため、幅広い周期範囲の中の特定の周期範囲に速度応答スペクトルのピークが存在していたとしても、即ち、特定の周期範囲の地震動に対して地盤や構造物が大きく揺れていたとしても、その揺れの大きさが平均化されることで、演算されたＳＩ値にそのピークの存在が明確に現れ難いという問題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出対象とする構造物毎、或いは、構造物が建てられている地盤毎の固有振動周期に応じたＳＩ値を検出可能な感震器及びその感震器を用いた緊急遮断システムを提供する点にある。更に他の目的は、特定の周期範囲の地震動のみを選択的に検出しつつ、それ以外の地震動についても検出して、ユーティリティ遮断手段を遮断作動させるか否かの判定を行える緊急遮断システム及びその使用方法を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る感震器の特徴構成は、地震動を検出するセンサ部と、
前記センサ部で検出された地震動に基づく速度応答スペクトルについての設定周期範囲の積分値の平均値であるＳＩ値を演算するＳＩ値演算部と、
前記ＳＩ値を演算するための前記設定周期範囲を、入力手段を用いて入力された値に基づいて設定する周期範囲設定手段と、を備える点にある。

上記特徴構成によれば、周期範囲設定手段によって、ＳＩ値を演算するための上記設定周期範囲を変更することができる。つまり、検出対象とする構造物に固有の構造物固有振動周期又はその構造物が建てられている地盤に固有の地盤固有振動周期が上記設定周期範囲に含まれるように設定できる。その結果、検出対象とする構造物毎、或いは、構造物が建てられている地盤毎の固有振動周期に応じたＳＩ値を検出できる。

本発明に係る感震器の別の特徴構成は、前記入力手段は、検出対象とする構造物に固有の構造物固有振動周期の値、若しくは、前記構造物が建てられている地盤に固有の地盤固有振動周期の値を間に含む前記設定周期範囲の上限値及び下限値の入力を受け付けるように構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、検出対象とする構造物に固有の構造物固有振動周期の値、若しくは、構造物が建てられている地盤に固有の地盤固有振動周期の値が、上記設定周期範囲に含まれるので、構造物における長周期の揺れを確実に検出できる。更に、上記設定周期範囲を狭くすれば、構造物の挙動若しくは地盤の挙動を感度良く代表できるＳＩ値を得ることができる。

本発明に係る感震器の別の特徴構成は、前記ＳＩ値演算部で演算された前記ＳＩ値が設定閾値を超えた場合に、前記センサ部が検出対象とする構造物の内部におけるユーティリティの流通を遮断可能なユーティリティ遮断手段を遮断作動させるための遮断信号を生成する遮断信号生成手段を備える点にある。

上記特徴構成によれば、感震器で生成された遮断信号に基づいてユーティリティ遮断手段を遮断作動させることができる。その結果、大きな揺れを伴う地震動があったときには、その揺れに応じて即座にユーティリティの流通を遮断できる。

上記目的を達成するための本発明に係る緊急遮断システムの特徴構成は、上記感震器と、
前記ユーティリティ遮断手段と、
前記感震器から前記遮断信号を受け入れる遮断信号受入手段を有し、受け入れた前記遮断信号に基づいて、前記ユーティリティ遮断手段に対する遮断作動指令を出力する遮断信号処理手段とを備える点にある。

上記特徴構成によれば、感震器がユーティリティ遮断手段を遮断作動させるか否かの判定を行い、遮断信号処理手段が、感震器からの遮断信号に基づいてユーティリティ遮断手段に対する遮断作動指令を出力することになる。その結果、周期範囲設定手段で設定された設定周期範囲の地震動を選択的に検出して、ユーティリティ遮断手段を遮断作動させるか否かの判定を行える緊急遮断システムを提供できる。

上記目的を達成するための本発明に係る緊急遮断システムの特徴構成は、構造物の内部におけるユーティリティの流通を遮断可能なユーティリティ遮断手段と、
前記構造物に設けられ、地震動を検出して、当該地震動に基づいて前記ユーティリティ遮断手段を遮断作動させるための第１遮断信号を生成する第１感震器と、
前記構造物に設けられ、地震動を検出して、当該地震動に基づく速度応答スペクトルについての任意に設定可能な設定周期範囲の積分値の平均値であるＳＩ値を演算し、当該ＳＩ値が第２閾値を超えた場合に、前記ユーティリティ遮断手段を遮断作動させるための第２遮断信号を生成する第２感震器と、
前記第１遮断信号及び前記第２遮断信号を受け入れる遮断信号受入手段を有し、前記第１遮断信号及び前記第２遮断信号のうち、当該遮断信号受入手段が早く受け入れた方の遮断信号に基づいて、前記ユーティリティ遮断手段に対する遮断作動指令を出力する基準動作モードで動作可能な遮断信号処理手段とを備える点にある。

上記特徴構成によれば、第１感震器と第２感震器とが互いに独立してユーティリティ遮断手段を遮断作動させるか否かの判定を行い、遮断信号処理手段が、第１感震器からの第１遮断信号及び第２感震器からの第２遮断信号のうち、早く受け入れた方の遮断信号に基づいてユーティリティ遮断手段に対する遮断作動指令を出力することになる。つまり、第１感震器と第２感震器とが互いに独立した判定基準を用いた場合には、例えば、第１感震器を用いて地震による様々な形態の揺れを検出し、及び、第２感震器を用いて地震による特定の揺れをＳＩ値に基づいて選択的に検出することが可能となる。

特に、ＳＩ値によって地震の揺れを検出するにあたり、様々な形態の揺れを検出しようとすると、幅広い周期範囲の速度応答スペクトルを積分する必要がある。但し、ＳＩ値を演算するとき、その演算ロジックには平均化処理が含まれているため、幅広い周期範囲の中の特定の周期範囲に速度応答スペクトルのピークが存在していたとしても、即ち、特定の周期範囲の地震動に対して地盤や構造物が大きく揺れていたとしても、その揺れの大きさが平均化されることで、演算されたＳＩ値にそのピークの存在が明確に現れ難いという問題がある。
ところが本特徴構成によれば、第２感震器が、幅広い周期範囲の中の特定の設定周期範囲の地震動の大きさをＳＩ値から選択的に検出するようにできる。よって、第１感震器と第２感震器とを併用することで、上述したように、汎用の第１感震器を用いて地震による様々な形態の揺れを検出し、及び、第２感震器を用いて地震による特定の揺れをＳＩ値に基づいて検出することが可能となる。
従って、特定の設定周期範囲の地震動のみを選択的に検出しつつ、それ以外の地震動についても検出して、ユーティリティ遮断手段を遮断作動させるか否かの判定を行える緊急遮断システムを提供できる。

本発明に係る緊急遮断システムの別の特徴構成は、前記遮断信号処理手段が前記第２感震器に備えられるとともに、当該遮断信号処理手段が、前記基準動作モードと、
前記第１遮断信号を受け入れて、当該第１遮断信号に基づいて、前記ユーティリティ遮断手段に対する遮断作動指令を出力する第１動作モードと、
前記第２遮断信号を受け入れて、当該第２遮断信号に基づいて、前記ユーティリティ遮断手段に対する遮断作動指令を出力する第２動作モードと、の何れかの動作モードに切換動作可能に構成されている点にある。

上記特徴構成によれば、ユーティリティ遮断手段に対する遮断作動指令を出力するか否かを、第１遮断信号及び第２遮断信号の両方を用いて判定する基準モードと、第１遮断信号のみを用いて判定する第１動作モードと、第２遮断信号のみを用いて判定する第２動作モードとが切換可能である。つまり、緊急遮断システムを第１動作モードで動作させることで、第１感震器の検出結果に従ってユーティリティ遮断手段を遮断作動させることができ、第２動作モードで動作させることで、第２感震器の検出結果に従ってユーティリティ遮断手段を遮断作動させることができ、基準動作モードで動作させることで、第１感震器及び第２感震器の両方の検出結果に従ってユーティリティ遮断手段を遮断作動させることができる。

本発明に係る緊急遮断システムの別の特徴構成は、検出対象とする構造物に固有の構造物固有振動周期の値、若しくは、前記構造物が建てられている地盤に固有の地盤固有振動周期の値を間に含む上限値及び下限値の入力を受け付ける入力手段と、
前記ＳＩ値を演算するための前記設定周期範囲を、入力される前記上限値及び前記下限値とに基づいて設定する周期範囲設定手段とを備える点にある。

上記特徴構成によれば、第２感震器においてＳＩ値を演算するときの速度応答スペクトルの積分範囲（即ち、上記設定周期範囲）が、入力される上限値及び下限値に基づいて設定される。つまり、構造物又は地盤の揺れが最も大きくなるような周期（構造物固有振動周期又は地盤固有振動周期）を含んだ設定周期範囲の地震動についてのＳＩ値を演算できる。

上記目的を達成するための本発明に係る緊急遮断システムの使用方法の特徴構成は、前記第２感震器を、前記構造物に与えられる長周期地震動を検出可能な位置に取り付けてある点にある。

上記特徴構成によれば、第２感震器が、幅広い設定周期範囲の中の特定の長周期地震動をＳＩ値から検出できる。

本発明に係る緊急遮断システムの使用方法の別の特徴構成は、前記第１感震器を、地震動に対する前記構造物の加速度が最大となる位置に取り付けてある点にある。

上記特徴構成によれば、第１感震器が、構造物の揺れが最も大きく現れる位置で、構造物の揺れを検出できる。

本発明に係る緊急遮断システムの使用方法の別の特徴構成は、前記第２感震器において前記ＳＩ値を演算するための前記設定周期範囲を設定するに、
前記構造物に固有の構造物固有振動周期の値を間に含む前記設定周期範囲の上限値及び下限値を設定する点にある。

上記特徴構成によれば、第２感震器においてＳＩ値を演算するときの速度応答スペクトルの積分範囲（即ち、上記設定周期範囲）が、構造物に固有の構造物固有振動周期を含む設定周期範囲に設定される。つまり、構造物の揺れが最も大きくなるような周期を含んだ設定周期範囲の地震動についてのＳＩ値を演算できる。

本発明に係る緊急遮断システムの使用方法の別の特徴構成は、前記第２感震器において前記ＳＩ値を演算するための前記設定周期範囲を設定するに、
前記構造物が建てられている地盤に固有の地盤固有振動周期の値を間に含む前記設定周期範囲の上限値及び下限値を設定する点にある。

上記特徴構成によれば、第２感震器においてＳＩ値を演算するときの速度応答スペクトルの積分範囲（即ち、上記設定周期範囲）が、構造物が建てられている地盤に固有の地盤固有振動周期を含む設定周期範囲に設定される。つまり、地盤の揺れが最も大きくなるような周期を含んだ設定周期範囲の地震動についてのＳＩ値を演算できる。

本発明に係る緊急遮断システムの使用方法の別の特徴構成は、前記第２感震器において前記ＳＩ値を演算するための前記設定周期範囲を設定するに、
前記構造物に固有の構造物固有振動周期の値を間に含み、且つ、前記構造物が建てられている地盤に固有の地盤固有振動周期の値を間に含む前記設定周期範囲の上限値及び下限値を設定する点にある。

上記特徴構成によれば、第２感震器においてＳＩ値を演算するときの速度応答スペクトルの積分範囲（即ち、上記設定周期範囲）が、構造物に固有の構造物固有振動周期を含み、且つ、前記構造物が建てられている地盤に固有の地盤固有振動周期を含む設定周期範囲に設定される。つまり、構造物及び地盤の揺れが最も大きくなるような周期を含んだ設定周期範囲の地震動についてのＳＩ値を演算できる。

＜第１実施形態＞
以下に図面を参照して第１実施形態の緊急遮断システム及びその使用方法について説明する。
図１は、緊急遮断システムが構造物に設置された状態を説明する図である。図２は、緊急遮断システムの機能ブロック図である。図１及び図２に示すように、緊急遮断システム１００は、地盤２に建てられた構造物１に設置されている。構造物１としては、図示したようなビル、ガスを貯蔵するガスホルダ、原油を貯蔵する原油タンクなど様々なものがある。これら構造物１には、ガス、電気、水道などのユーティリティが供給されており、大きな地震が発生したときに、構造物１の内部におけるユーティリティの供給を遮断可能なユーティリティ遮断手段が設けられている。図１に示した例では、ガス管４を介したガスの供給を遮断するための遮断弁３がユーティリティ遮断手段の一例として設けられている。遮断弁３は、後述するように、第１感震器１０及び第２感震器３０から出力される遮断信号に応じて遮断作動する。また、緊急遮断システム１００は、地震を検出するための第１感震器１０及び第２感震器３０を備える。

本実施形態では、第１感震器１０が、構造物１の揺れが最も大きく現れる位置で構造物１の揺れを検出可能であるように、第１感震器１０を、地震動に対する構造物１の加速度が最大となる位置（本実施形態では、構造物１の２階部分）に取り付けてある。尚、どの階の加速度が最大となるかは構造物１の設計情報から知ることができるため、他の階の加速度が最大となるような構造物１では、その階に第１感震器１０を取り付ければよい。
また、第２感震器３０が、特定の長周期に限定してその地震動の大きさを良好に検出可能であるように、第２感震器３０を、構造物１に与えられる長周期地震動を検出可能な位置（本実施形態では地下階）に取り付けてある。第２感震器３０は、地盤２の地震動を正確に検出できればよいので、構造物１の１階部分や地盤２に直接第２感震器３０を取り付けてもよい。

第１感震器１０は、地震動を検出して、その地震動に基づいて遮断弁３を遮断作動させるための第１遮断信号を生成する。
第１感震器１０は、冗長性を持たせるため、同一構成の２つのセンサ部１１、１２を備える。各センサ部１１、１２は、Ｘ方向センサ１１ａ、１２ａとＹ方向センサ１１ｂ、１２ｂとを備え、Ｘ方向の地震動とＹ方向の地震動とを検出可能に構成されている。これらセンサ部１１、１２を構成するＸ方向センサ１１ａ、１２ａ及びＹ方向センサ１１ｂ、１２ｂは、地震動の加速度を測定する加速度センサである。例えば、Ｘ方向センサ１１ａ、１２ａ及びＹ方向センサ１１ｂ、１２ｂは、圧電式センサ、サーボ式センサ、ひずみ計式センサおよび静電容量式センサなどである。

また、第１感震器１０は、ハイパスフィルタ１３、ローパスフィルタ１４、アナログ／デジタル（ＡＤ）変換部１５、３つのフィルタ１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、及び、演算制御部１７を備える。ハイパスフィルタ１３は、Ｘ方向センサ１１ａ、１２ａ及びＹ方向センサ１１ｂ、１２ｂから受け取った信号のうち、周波数の低い信号成分、たとえば０．０１Ｈｚ以下の信号成分を遮断する機能を有する。ローパスフィルタ１４は、ハイパスフィルタ１３を通過した信号成分のうち、衝撃波などに基づく周波数の高い信号成分、たとえば３０Ｈｚ以上の信号成分を遮断する機能を有する。ＡＤ変換部１５は、ローパスフィルタ１４を通過した信号成分をアナログ信号からデジタル信号に変換する機能を有する。３つのフィルタ１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、ＡＤ変換後の信号に含まれるノイズ成分を除去する機能を有する。

演算制御部１７は、ＳＩ値演算部１９、加速度演算部２０、速度演算部２１、及び、制御部１８を有する。また、第１感震器１０は、操作入力部２２、記憶部２３、表示部２４、及び、警報部２５を備え、それらは演算制御部１７に接続される。
ＳＩ値演算部１９は、フィルタ１６ａから受け取った信号に基づいて、ＳＩ値を演算する機能を有する。具体的には、ＳＩ値演算部１９は、地震動に基づく速度応答スペクトルについての任意に設定可能な設定周期範囲の積分値の平均値であるＳＩ値を、下記数１に示される数式を用いて演算する。下記数１において、αは設定周期範囲の下限値であり、βは設定周期範囲の上限値であり、Ｓｖは速度応答スペクトルであり、τは周期である。
第１感震器１０では、幅広い周期の地震動を検出することが好ましい。例えば、設定周期範囲は０．１秒から１０秒の値に設定される。つまり、α＝０．１、β＝１０に設定される。

加速度演算部２０は、フィルタ１６ｂから受け取った信号に基づいて、地震動の加速度を演算する機能を有する。具体的には、加速度演算部２０は、センサ部１１、１２が有するＸ方向センサ１１ａ、１２ａ及びＹ方向センサ１１ｂ、１２ｂによって検出されたＸ方向成分の加速度及びＹ方向成分の加速度をベクトル合成した加速度を演算する。
速度演算部２１は、フィルタ１６ｃから受け取った信号に基づいて、地震動の速度を演算する機能を有する。具体的には、速度演算部２１は、センサ部１１、１２が有するＸ方向センサ１１ａ、１２ａ及びＹ方向センサ１１ｂ、１２ｂによって検出されたＸ方向成分の加速度及びＹ方向成分の加速度をベクトル合成した加速度を演算し、その加速度を積分して速度を演算する。

制御部１８は、記憶部２３に対して、ＳＩ値演算部１９、加速度演算部２０及び速度演算部２１において演算されるＳＩ値、加速度及び速度を記憶させると共に、ＳＩ値、加速度及び速度のそれぞれについての設定閾値を記憶させる。これらの設定閾値は、ＳＩ値、加速度及び速度のそれぞれについて一つだけとは限らず、大きさの異なる複数の段階の閾値であってもよい。そして、制御部１８は、ＳＩ値演算部１９、加速度演算部２０及び速度演算部２１において演算されるＳＩ値、加速度及び速度と、上記設定閾値とを比較して、上記設定閾値を上回っている場合には警報を発する。
また、制御部１８は、その警報を発すると共に、遮断弁３を遮断作動させるための第１遮断信号を生成して第２感震器３０へ出力する。

操作入力部２２は、第１感震器１０の使用者が操作するものであり、電源スイッチ及び設定手段などで構成される。設定手段は、上記ＳＩ値、加速度及び速度のそれぞれについての上記設定閾値を指定するときに操作される。表示部２４は、電源スイッチがオン又はオフであること、及び、演算された加速度、速度、ＳＩ値などの値を表示してもよい。警報部２５は、使用者に対して警報を発する機能を有する。例えば、警報部２５は、光や音によって警報を発する。

第２感震器３０は、地震動を検出して、その地震動に基づく速度応答スペクトルについての任意に設定可能な設定周期範囲の積分値の平均値であるＳＩ値を演算し、そのＳＩ値が第２閾値を超えた場合に、遮断弁３を遮断作動させるための第２遮断信号を生成する。第２感震器３０は、２つのセンサ部３１（３１ａ、３１ｂ）、３２（３２ａ、３２ｂ）、ハイパスフィルタ３３、ローパスフィルタ３４、アナログ／デジタル（ＡＤ）変換部３５、フィルタ３６、及び、演算制御部３７を備える。また、第２感震器３０は、操作入力部４２、記憶部４３、表示部４４、及び、警報部４５を備え、それらは演算制御部３７に接続される。更に、第２感震器３０は、遮断信号処理部（本発明の遮断信号処理手段の一例）４６とそれに接続される操作入力部４２とを備える。第２感震器３０は、演算制御部３７の構成が第１感震器１０の演算制御部１７と異なっており、及び、遮断信号処理部４６及び操作入力部４８を備えている点で第１感震器１０と異なっている。つまり、第２感震器３０が備える２つのセンサ部３１、３２、ハイパスフィルタ３３、ローパスフィルタ３４、ＡＤ変換部３５、操作入力部４２、記憶部４３、表示部４４、及び、警報部４５の構成は、第１感震器１０が備える２つのセンサ部１１、１２、ハイパスフィルタ１３、ローパスフィルタ１４、ＡＤ変換器１５、操作入力部２２、記憶部２３、表示部２４、及び、警報部２５の構成の構成と同様であるため、それらの説明を省略する。

第２感震器３０の演算制御部３７はＳＩ値演算部３９及び制御部３８を有する。このＳＩ値演算部３９の構成は、第１感震器１０の演算制御部１７が有するＳＩ値演算部３９の構成と同様であり、地震動に基づく速度応答スペクトルについての任意に設定可能な設定周期範囲の積分値の平均値であるＳＩ値を、上記数１に示される数式を用いて演算する。

制御部３８は、記憶部４３に対して、ＳＩ値演算部３９において演算されるＳＩ値を記憶させると共に、ＳＩ値についての第２閾値を記憶させる。この第２閾値は、ＳＩ値について一つだけとは限らず、大きさの異なる複数の段階の閾値であってもよい。そして、制御部３８は、ＳＩ値演算部３９において演算されるＳＩ値と、上記第２閾値とを比較して、そのＳＩ値が第２閾値を超えた場合に警報を発する。
また、制御部３８は、その警報を発すると共に、遮断弁３を遮断作動させるための第２遮断信号を生成して遮断信号処理部４６へ出力する。

第２感震器３０が備える遮断信号処理部４６は、第１感震器１０で生成された第１遮断信号を受け入れ、及び、第２感震器３０で生成された第２遮断信号を受け入れる遮断信号受入部（本発明の遮断信号受入手段の一例）４７を有する。遮断信号処理部４６は、遮断信号受入部４７が時間的に早く受け入れた方の遮断信号に基づいて、遮断弁３に対する遮断作動指令を出力する基準動作モードで動作可能である。

但し、第２感震器３０は操作入力部４８を備え、その操作入力手段４８を第２感震器３０の使用者が操作して、遮断信号処理部４６の動作モード設定を行うことができる。具体的には、操作入力部４８は、遮断信号処理部４６の動作モードを、基準動作モードと第１動作モードと第２動作モードの３状態で切換可能に構成されている。第１動作モードは、第１遮断信号を受け入れて、その第１遮断信号に基づいて遮断弁３に対する遮断作動指令を出力する動作モードあり、第２遮断信号に基づく遮断作動を行わない。また、第２動作モードは、第２遮断信号を受け入れて、その第２遮断信号に基づいて遮断弁３に対する遮断作動指令を出力する動作モードであり、第１遮断信号に基づく遮断作動を行わない。

第２感震器３０では、長周期の地震動を選択的に検出することが好ましい。従って、ＳＩ値を演算するための設定周期範囲も長周期側の範囲に限定して設定することが好ましい。長周期地震動を選択的に検出するような設定周期範囲を設定するためには、構造物１又は地盤２がどのような周期の地震動に対して共振するのかを事前に知っておく必要がある。つまり、構造物１に固有の構造物固有振動周期の値、及び、構造物１が建てられている地盤２に固有の地盤固有振動周期の値を事前に知っておく必要がある。構造物１に固有の構造物固有振動周期は構造物１の設計情報から知ることができる。地盤固有振動周期は、例えば、模擬地震動を用いて地盤２の速度応答スペクトルを測定することで知ることができる。或いは、既知の地質情報から、地盤固有振動周期を知ることもできる。

例えば、図３〜図５は、地震動の周期と地盤２における地震動の速度応答スペクトルとの関係を示すグラフである。図３は、地震動の周期が約４．５秒であるときに地盤２における地震動の速度応答スペクトルが極大となるような地盤２の特性を示し、図４は、地震動の周期が約７秒であるときに速度応答スペクトルが極大となるような地盤２の特性を示し、図５は、地震動の周期が約３秒であるときに速度応答スペクトルが極大となるような地盤２の特性を示す。ここで、地盤２における地震動の速度応答スペクトルが極大となるときの地震動の周期が、地盤２に固有の地盤固有振動周期となる。

よって、第２感震器３０の操作入力部４２には、構造物固有振動周期の値又は地盤固有振動周期の値を知っている使用者から、それらの値（Ｔ０）を間に含む上限値（Ｔｍａｘ）及び下限値（Ｔｍｉｎ）が入力される。そして、制御部３８は、ＳＩ値を演算するための設定周期範囲ΔＴを、入力される上限値（Ｔｍａｘ）及び下限値（Ｔｍｉｎ）に基づいて設定する。以上のように、制御部３８は、本発明の周期範囲設定手段の機能を実現可能であり、操作入力部４２は、本発明の入力手段の機能を実現可能である。

本実施形態において、上限値（Ｔｍａｘ）及び下限値（Ｔｍｉｎ）は、使用者が操作入力部４２を用いて適当に設定可能である。具体的には、構造物１に固有の構造物固有振動周期の値、若しくは、構造物１が建てられている地盤２に固有の地盤固有振動周期の値（Ｔ０）の前後に所定の周期幅ΔＴ１、ΔＴ２を設けた上限値（Ｔｍａｘ）及び下限値（Ｔｍｉｎ）を設定できる。この所定の周期幅ΔＴ１、ΔＴ２は適宜変更可能である。例えば、使用者は、速度応答スペクトルのピークの周期（即ち、固有振動周期）を含む狭い周期範囲におけるＳＩ値を演算する場合には、ΔＴ１、ΔＴ２が小さい値（例えば、０．５秒）となるように上限値（Ｔｍａｘ）及び下限値（Ｔｍｉｎ）を設定することが好ましい。他方で、固有振動周期を含む広い周期範囲におけるＳＩ値を演算する場合には、ΔＴ１、ΔＴ２がそれよりも大きい値（例えば、１秒〜２秒など）となるように上限値（Ｔｍａｘ）及び下限値（Ｔｍｉｎ）を設定することが好ましい。図３では、設定周期範囲ΔＴが３．５秒〜５．５秒の間となるように、上限値（Ｔｍａｘ）が３．５秒及び下限値（Ｔｍｉｎ）が５．５秒に設定されている。そして、上記数１に示された数式において、α＝３．５、β＝５．５としてＳＩ値の演算が行われる。この場合、ΔＴ１及びΔＴ２はそれぞれ１秒である。また、図４及び図５に示す例では、設定周期範囲ΔＴが５秒〜９秒の間、及び、１秒〜５秒の間となるように上限値（Ｔｍａｘ）及び下限値（Ｔｍｉｎ）がそれぞれ設定されている。この場合、ΔＴ１及びΔＴ２はそれぞれ２秒である。

以上のように、緊急遮断システム１００を使用するとき、使用者は、第２感震器３０においてＳＩ値を演算するための設定周期範囲を設定するに、構造物１に固有の構造物固有振動周期の値を間に含む上記設定周期範囲の上限値及び下限値を設定すればよい。これにより、第２感震器３０においてＳＩ値を演算するときの速度応答スペクトルの積分範囲（即ち、上記設定周期範囲）が、構造物１に固有の構造物固有振動周期を含む設定周期範囲に設定される。つまり、第２感震器３０が、構造物１の揺れが最も大きくなるような周期を含んだ設定周期範囲の地震動についてのＳＩ値を演算できる。
或いは、第２感震器３０においてＳＩ値を演算するための設定周期範囲を設定するに、構造物１が建てられている地盤２に固有の地盤固有振動周期の値を間に含む上記設定周期範囲の上限値及び下限値を設定してもよい。これにより、第２感震器３０においてＳＩ値を演算するときの速度応答スペクトルの積分範囲（即ち、上記設定周期範囲）が、構造物１が建てられている地盤２に固有の地盤固有振動周期を含む設定周期範囲に設定される。つまり、第２感震器３０が、地盤２の揺れが最も大きくなるような周期を含んだ設定周期範囲の地震動についてのＳＩ値を演算できる。

また或いは、第２感震器３０の使用者は、第２感震器３０においてＳＩ値を演算するための設定周期範囲を設定するに、構造物１に固有の構造物固有振動周期を含み、且つ、構造物１が建てられている地盤２に固有の地盤固有振動周期を含む上記設定周期範囲の上限値及び下限値を設定してもよい。これにより、第２感震器３０においてＳＩ値を演算するときの速度応答スペクトルの積分範囲（即ち、上記設定周期範囲）が、構造物１に固有の構造物固有振動周期を含み、且つ、前記構造物１が建てられている地盤２に固有の地盤固有振動周期を含む設定周期範囲に設定される。つまり、第２感震器３０が、構造物１及び地盤２の揺れが最も大きくなるような周期を含んだ設定周期範囲の地震動を検出できる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の緊急遮断システムは、遮断信号処理部及びその操作入力部が遮断弁と共に遮断装置７０として別体で設けられている点で上記第１実施形態と異なっている。以下に、第２実施形態の緊急遮断システムについて説明するが、第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図６は、第２実施形態の緊急遮断システム２００の機能ブロック図である。第１感震器１０の構成は、図２に示した第１実施形態の第１感震器１０の構成と同様である。また、第２感震器５０の構成は、図２に示した第１実施形態の第２感震器３０から遮断信号処理部４６及び操作入力部４８が取り除かれた構成となっている。よって、図６に示す第２実施形態の第２感震器５０において、センサ部５１（５１ａ、５１ｂ）、５２（５２ａ、５２ｂ）、ハイパスフィルタ５３、ローパスフィルタ５４、ＡＤ変換部５５、フィルタ５６、演算制御部５７（ＳＩ値演算部５９、制御部５８）、操作入力部６２、記憶部６３、表示部６４及び警報部６５の構成は、図２に示した第１実施形態の第２感震器３０におけるセンサ部３１、３２、ハイパスフィルタ３３、ローパスフィルタ３４、ＡＤ変換部３５、フィルタ３６、演算制御部３７（ＳＩ値演算部３９、制御部３８）、操作入力部４２、記憶部４３、表示部４４及び警報部４５の構成と同様である。

本実施形態において、遮断装置７０は、第１感震器１０及び第２感震器５０と別体に構成され、例えば、図１において遮断弁３の位置に設けられている。遮断装置７０は、遮断弁３と遮断信号処理部（本発明の遮断信号処理手段の一例）７１とそれに接続される操作入力部７２とを備える。遮断信号処理部７１は、第１感震器１０で生成された第１遮断信号を受け入れ、及び、第２感震器５０で生成された第２遮断信号を受け入れる遮断信号受入部（本発明の遮断信号受入手段の一例）７１ａを有する。遮断信号処理部７１、遮断信号受入部７１ａ、操作入力部７２及び遮断弁３の動作は第１実施形態で説明したのと同様である。

以上のように、本実施形態の緊急遮断システム２００では、遮断装置７０に対して、第１感震器１０及び第２感震器５０が並列で接続されている。操作入力手段７２を第２感震器５０の使用者が操作した場合に、遮断信号処理部７１の動作モード設定（基準動作モード、第１動作モード、第２動作モード）が行われる点も上記第１実施形態と同様である。

＜第３実施形態＞
第３実施形態の緊急遮断システムは、感震器が一つで構成されている点で、上記実施形態と異なっている。以下に、第３実施形態の感震器及び緊急遮断システムについて説明するが、上記実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図７は、第３実施形態の緊急遮断システム３００が構造物に設置された状態を説明する図である。図８は、第３実施形態の緊急遮断システム３００の機能ブロック図である。図７及び図８に示すように、緊急遮断システム３００は、地盤２に建てられた構造物１に設置されている。上記実施形態と同様に、構造物１には、ガス、電気、水道などのユーティリティが供給されており、大きな地震が発生したときに、構造物１の内部におけるユーティリティの供給を遮断可能なユーティリティ遮断手段が設けられている。図８に示した例では、ガス管４を介したガスの供給を遮断するための遮断弁３がユーティリティ遮断手段の一例として設けられている。本実施形態において、緊急遮断システム３００は、図６を参照して説明した感震器（第２感震器）５０と、遮断装置７０（遮断弁３、遮断信号受入部７１ａ及び遮断信号処理部７１）とを備えて構成される。
以下に、第３実施形態の感震器（第２感震器）５０及び遮断装置７０の動作について説明するが、第２実施形態と同様の説明は省略する。

図７及び図８に示すように、第３実施形態で用いられる感震器（第２感震器）５０は、
地震動を検出するセンサ部５１、５２と、センサ部５１、５２で検出された地震動に基づく速度応答スペクトルについての設定周期範囲の積分値の平均値であるＳＩ値を演算するＳＩ値演算部５９と、上記設定周期範囲を、操作入力部（本発明の入力手段の一例）６２を用いて入力された値に基づいて設定する制御部（本発明の周期範囲設定手段の一例）５８とを備える。
上記実施形態と同様に、操作入力部６２は、検出対象とする構造物１に固有の構造物固有振動周期の値、若しくは、構造物１が建てられている地盤２に固有の地盤固有振動周期の値を間に含む上記設定周期範囲の上限値及び下限値の入力を受け付けるように構成されている。

また、制御部５８は、記憶部６３に対して、ＳＩ値演算部５９において演算されるＳＩ値を記憶させると共に、ＳＩ値についての設定閾値を記憶させる。この設定閾値は、ＳＩ値について一つだけとは限らず、大きさの異なる複数の段階の閾値であってもよい。そして、制御部５８は、ＳＩ値演算部５９において演算されるＳＩ値と、上記設定閾値とを比較して、そのＳＩ値が設定閾値を超えた場合に警報を発する。更に、制御部５８は、その警報を発すると共に、遮断弁３を遮断作動させるための遮断信号を生成して遮断信号処理部４６へ出力する。つまり、制御部５８は、上記遮断信号を生成する遮断信号生成手段として機能する。

遮断装置７０の遮断信号受入部（本発明の遮断信号受入手段の一例）７１ａは、感震器（第２感震器）５０で生成された遮断信号を受け入れる。そして、遮断信号処理部（本発明の遮断信号処理手段の一例）７１は、受け入れた遮断信号に基づいて、遮断弁３に対する遮断作動指令を出力する。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、ユーティリティとしてのガスの供給を緊急遮断するためのシステムを例示したが、電気や水道などの供給を遮断するための緊急遮断システムであっても同様である。また、ユーティリティとしては、ガス、電気、水道だけでなく、他のものであってもよい。例えば、灯油などの燃料や温水などもユーティリティとして本発明の緊急遮断システムに適用できる。

＜２＞
本発明において、上記第１感震器の構成は上述したものに限定されず、適宜変更可能である。例えば、センサ部に機械式センサ（落球式、転倒棒式など）や、センサ部に電気式センサ（サーボ式、圧電式、ひずみ計式、容量式など）を用いた種々の感震器を採用することもできる。

本発明は、地震動に基づいてユーティリティの流通を遮断する緊急遮断システムに利用できる。

緊急遮断システムが構造物に設置された状態を説明する図 第１実施形態の緊急遮断システムの機能ブロック図 地盤固有振動周期と模擬地震動の速度応答スペクトルとの関係を示すグラフ 地盤固有振動周期と模擬地震動の速度応答スペクトルとの関係を示すグラフ 地盤固有振動周期と模擬地震動の速度応答スペクトルとの関係を示すグラフ 第２実施形態の緊急遮断システムの機能ブロック図 第３実施形態の緊急遮断システムが構造物に設置された状態を説明する図 第３実施形態の緊急遮断システムの機能ブロック図

符号の説明

１ 構造物
２ 地盤
３ 遮断弁（ユーティリティ遮断手段）
１０ 第１感震器
３８、５８ 制御部（周期範囲設定手段、遮断信号生成手段）
５９ ＳＩ値演算部
３０、５０ 第２感震器（感震器）
４２、６２ 操作入力部（入力手段）
４６、７１ 遮断信号処理部（遮断信号処理手段）
４７、７１ａ 遮断信号受入部（遮断信号受入手段）
１００、２００、３００ 緊急遮断システム

Claims (12)

1. 地震動を検出するセンサ部と、
   前記センサ部で検出された地震動に基づく速度応答スペクトルについての設定周期範囲の積分値の平均値であるＳＩ値を演算するＳＩ値演算部と、
   前記ＳＩ値を演算するための前記設定周期範囲を、入力手段を用いて入力された値に基づいて設定する周期範囲設定手段と、を備える感震器。
2. 前記入力手段は、検出対象とする構造物に固有の構造物固有振動周期の値、若しくは、前記構造物が建てられている地盤に固有の地盤固有振動周期の値を間に含む前記設定周期範囲の上限値及び下限値の入力を受け付けるように構成されている請求項１記載の感震器。
3. 前記ＳＩ値演算部で演算された前記ＳＩ値が設定閾値を超えた場合に、前記センサ部が検出対象とする構造物の内部におけるユーティリティの流通を遮断可能なユーティリティ遮断手段を遮断作動させるための遮断信号を生成する遮断信号生成手段を備える請求項１又は２記載の感震器。
4. 請求項３記載の感震器と、
   前記ユーティリティ遮断手段と、
   前記感震器から前記遮断信号を受け入れる遮断信号受入手段を有し、受け入れた前記遮断信号に基づいて、前記ユーティリティ遮断手段に対する遮断作動指令を出力する遮断信号処理手段とを備える緊急遮断システム。
5. 構造物の内部におけるユーティリティの流通を遮断可能なユーティリティ遮断手段と、
   前記構造物に設けられ、地震動を検出して、当該地震動に基づいて前記ユーティリティ遮断手段を遮断作動させるための第１遮断信号を生成する第１感震器と、
   前記構造物に設けられ、地震動を検出して、当該地震動に基づく速度応答スペクトルについての任意に設定可能な設定周期範囲の積分値の平均値であるＳＩ値を演算し、当該ＳＩ値が第２閾値を超えた場合に、前記ユーティリティ遮断手段を遮断作動させるための第２遮断信号を生成する第２感震器と、
   前記第１遮断信号及び前記第２遮断信号を受け入れる遮断信号受入手段を有し、前記第１遮断信号及び前記第２遮断信号のうち、当該遮断信号受入手段が早く受け入れた方の遮断信号に基づいて、前記ユーティリティ遮断手段に対する遮断作動指令を出力する基準動作モードで動作可能な遮断信号処理手段とを備える緊急遮断システム。
6. 前記遮断信号処理手段が前記第２感震器に備えられるとともに、当該遮断信号処理手段が、前記基準動作モードと、
   前記第１遮断信号を受け入れて、当該第１遮断信号に基づいて、前記ユーティリティ遮断手段に対する遮断作動指令を出力する第１動作モードと、
   前記第２遮断信号を受け入れて、当該第２遮断信号に基づいて、前記ユーティリティ遮断手段に対する遮断作動指令を出力する第２動作モードと、の何れかの動作モードに切換動作可能に構成されている請求項５記載の緊急遮断システム。
7. 検出対象とする構造物に固有の構造物固有振動周期の値、若しくは、前記構造物が建てられている地盤に固有の地盤固有振動周期の値を間に含む上限値及び下限値の入力を受け付ける入力手段と、
   前記ＳＩ値を演算するための前記設定周期範囲を、入力される前記上限値及び前記下限値とに基づいて設定する周期範囲設定手段とを備える請求項５又は６に記載の緊急遮断システム。
8. 請求項５〜７の何れか一項に記載の緊急遮断システムの使用方法であって、
   前記第２感震器を、前記構造物に与えられる長周期地震動を検出可能な位置に取り付けてある緊急遮断システムの使用方法。
9. 前記第１感震器を、地震動に対する前記構造物の加速度が最大となる位置に取り付けてある請求項８記載の緊急遮断システムの使用方法。
10. 請求項５又は６記載の緊急遮断システムの使用方法であって、前記第２感震器において前記ＳＩ値を演算するための前記設定周期範囲を設定するに、
    前記構造物に固有の構造物固有振動周期の値を間に含む前記設定周期範囲の上限値及び下限値を設定する緊急遮断システムの使用方法。
11. 請求項５又は６記載の緊急遮断システムの使用方法であって、前記第２感震器において前記ＳＩ値を演算するための前記設定周期範囲を設定するに、
    前記構造物が建てられている地盤に固有の地盤固有振動周期の値を間に含む前記設定周期範囲の上限値及び下限値を設定する緊急遮断システムの使用方法。
12. 請求項５又は６記載の緊急遮断システムの使用方法であって、前記第２感震器において前記ＳＩ値を演算するための前記設定周期範囲を設定するに、
    前記構造物に固有の構造物固有振動周期の値を間に含み、且つ、前記構造物が建てられている地盤に固有の地盤固有振動周期の値を間に含む前記設定周期範囲の上限値及び下限値を設定する緊急遮断システムの使用方法。

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