JP2017166832A - 感震センサ及び地震検知方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】適切に地震の振動を検知できる感震センサを提供する。【解決手段】感震センサは、所定規模以上の地震を検知して所定の信号を出力する感震センサであって、感震センサが受ける加速度を測定する加速度測定部と、加速度測定部が測定した加速度を用いて速度応答値を算出する速度算出部と、速度応答値が所定の閾値以上であるか判断する地震判定部と、速度応答値が所定の閾値以上であると判断された場合、所定の信号を出力する出力部とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、感震センサ及び地震検知方法に関する。
従来、加速度を測定し、感震遮断命令等を出力する感震センサが提案されていた。
特開２０００−２０５９２１号公報
従来、警告や機器の稼働停止、エネルギー供給の遮断等を行うための適切な地震判定を、加速度に基づいて行う場合、設置環境において発生したノイズのような振動を排除できないことがあった。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、適切に地震の振動を検知できる感震センサを提供することを目的とする。
本発明に係る感震センサは、所定規模以上の地震を検知して所定の信号を出力する感震センサであって、感震センサが受ける加速度を測定する加速度測定部と、加速度測定部が測定した加速度を用いて速度応答値を算出する速度算出部と、速度応答値が所定の閾値以上であるか判断する地震判定部と、速度応答値が所定の閾値以上であると判断された場合、所定の信号を出力する出力部とを備える。
このようにすれば、速度応答値に基づいて地震判定を行うことができ、加速度に含まれるノイズのような振動を排除した地震判定ができるようになる。
また、速度算出部は、加速度に含まれる周波数成分について周波数分解した速度応答値を算出し、地震判定部は、特定の周波数について算出された速度応答値が、当該特定の周波数に対して設定された所定の閾値以上であるか判断するようにしてもよい。例えば特定の周波数として構造物の固有振動数を採用することができ、感震センサは、構造物が共振して被害を受ける可能性のある卓越周期を含む振動を検知した場合に所定の信号を出力できるようになる。
また、地震判定部は、加速度測定部が測定した加速度をさらに用いて判断を行うようにしてもよい。このようにすれば、地震判定の精度を向上させることができる。
また、特定の周波数に対して設定された所定の閾値は、周期が０．３秒且つ最大加速度が２５０ｇａｌの正弦波を検知可能な値であってもよい。一般に、波形の周期が０．３秒且つ最大加速度が２５０ｇａｌ以上の場合に、地震と判定して機器の稼働やエネルギーの供給を停止できることが望ましい。
また、本発明の他の側面に係る地震検知方法は、加速度を測定するステップと、加速度を用いて速度応答値を算出する速度算出ステップと、速度応答値が所定の閾値以上であるか判断する地震判定ステップと、速度応答値が所定の閾値以上であると判断された場合、
所定の信号を出力する出力ステップとをセンサモジュールが実行するようにしてもよい。
このような地震検知方法によっても、速度応答値に基づいて地震判定を行うことができ、加速度に含まれるノイズのような振動を排除した地震判定ができるようになる。
なお、課題を解決するための手段に記載の内容は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。
適切に地震の振動を検知できる感震センサを提供することができる。
感震センサの一例を示す装置構成図である。 感震センサの一例を示す機能ブロック図である。 感震処理の一例を示す処理フロー図である。 加速度の一例を示すグラフである。 速度応答値の一例を示すグラフである。 感震センサの変形例を示す機能ブロック図である。 感震処理の変形例を示す処理フロー図である。 速度応答値の一例を示すグラフである。 固有周期に対する速度応答値の最大値のある時点におけるスペクトル分布の一例である。
以下、本発明の実施形態に係る感震センサについて、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、感震センサの一例を示すものであって、本発明に係る感震センサは、以下の構成には限定されない。
＜装置構成＞
図１は、本実施形態に係る感震センサの一例を示す装置構成図である。感震センサ１は、加速度センサ１１と、マイクロコントローラ１２と、記憶部１３と、出力部１４とを有するセンサモジュールである。
加速度センサ１１は、例えば圧電素子を用いた加速度センサや、電極間の静電容量を検出する加速度センサであり、加速度センサ１１にかかる加速度を継続的に測定する。なお、加速度センサ１１が測定した加速度は、マイクロコントローラ１２に出力される。
マイクロコントローラ１２は、例えば汎用的な集積回路であり、所定の周期で加速度センサ１１が測定する加速度を取得し、加速度を積分して算出した速度応答値に基づいて地震の発生を検知する。
記憶部１３は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一時記憶手段や、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性メモリであり、例えば測定された加速度や地震判定に用いる閾値等を保持する。なお、記憶部１３は、加速度センサ１１やマイクロコントローラ１２が内蔵するメモリであってもよい。
また、出力部１４は、例えばマイクロコントローラ１２が有する出力端子である。マイクロコントローラ１２は、例えば地震が発生したと判断した場合、出力部１４を介して他の装置に地震の発生を示す情報等を出力する。
なお、加速度センサ１１とマイクロコントローラ１２との間には図示していないハイパスフィルタを設けて重力成分を取り除くようにしてもよい。また、マイクロコントローラ１２は、加速度センサ１１が測定する加速度を、所定のオフセットを基準とした加速度の絶対値に変換して扱うものであってもよい。
＜機能構成＞
図２は、感震センサ１の一例を示す機能ブロック図である。感震センサ１は、加速度測定部１０１と、速度応答値算出部１０２と、地震判定部１０３と、記憶部１０４と、出力部１０５とを有する。なお、加速度測定部１０１、速度応答値算出部１０２、地震判定部１０３は、図１に示した加速度センサ１１及びマイクロコントローラ１２が所定のプログラムに基づいて動作することにより実現される。また、記憶部１０４は、図１の記憶部１３によって構成される。また、出力部１０５は、図１のマイクロコントローラ１２及び出力部１４が所定のプログラムに基づいて動作することにより実現される。
加速度測定部１０１は、設定された周期で上述した加速度センサ１１にかかる加速度を継続的に測定する。すなわち、加速度測定部１０１は、感震センサ１の設置場所の振動等で生じる加速度を測定する。また、速度応答値算出部１０２は、加速度に基づいて速度応答値を算出する。具体的には、速度応答値算出部１０２は、加速度測定部１０１が測定した加速度を積分し、振動に含まれる所定の周波数帯における速度応答値を求める。
また、地震判定部１０３は、速度応答値に基づいて地震判定を行う。なお、記憶部１０４は、速度応答値と比較するための所定の閾値を予め記憶しているものとする。本実施形態では、加速度の代わりに又は加速度に加えて、速度応答値を用いて地震判定を行うことにより、適切に地震判定を行うことができる。
また出力部１０５は、例えば、所定の規模以上の地震の発生を検知した旨の信号を出力する。なお、出力部１０５は、ガス等のようなエネルギーの供給を停止させたり、機器の稼働を停止させるための信号等を出力するようにしてもよい。
＜感震処理＞
図３は、感震処理の一例を示す処理フロー図である。
まず、感震センサ１の加速度測定部１０１は、感震センサ１が設置された建物等の構造物にかかる加速度を取得する（図３：Ｓ１）。本ステップでは、加速度測定部１０１は、加速度センサ１１を用いて測定された加速度を示す値を取得する。また、処理フローにおいては１つの工程として示しているが、加速度測定部１０１は、加速度を継続的に取得する。例えば、図４に示すような加速度の値が取得される。図４は、横軸が時間ｔ［ｓ］、縦軸が加速度ｙ（ｔ）［Ｇａｌ］を示すグラフである。
また、感震センサ１の速度応答値算出部１０２は、取得された加速度を周波数分解する（Ｓ２）。そして、速度応答値算出部１０２は、分解された周波数ごとの加速度を用いて、速度応答値を算出する（Ｓ３）。本ステップでは、振動の開始を検知した時点を起点として、所定期間の加速度を積分し、速度応答値を算出する。例えば、図５に示すような速度応答値が算出される。図５は、横軸が時間ｔ［ｓ］、縦軸が速度応答値ｖ（ｔ）［ｋｉｎｅ］を示すグラフである。なお、Ｓ２とＳ３の処理を逆にして、速度応答値を算出してから周波数分解するようにしてもよい。また、Ｓ２以降の処理は、処理時点前の所定期間に測定された加速度を用いて繰り返し実行するようにしてもよいし、取得された加速度が所定の閾値以上の場合に休止状態から復帰して所定期間に測定された加速度を用いて実行するようにしてもよい。
その後、感震センサ１の地震判定部１０３は、所定の大きさを超える地震の発生を検知した旨の出力を行うか否か判断する（Ｓ４）。具体的には、周波数分解後の周波数毎に求めた速度応答値のいずれかが予め定められた所定の閾値以上であるか判断する。すなわち、上述した周波数帯に含まれる全周波数に対して求めた速度応答値について、所定の閾値以上であるか判断する。
そして、速度応答値が閾値以上であると判断された場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、感震センサ１の出力部１０５は、所定の大きさを超える地震の発生を検知した旨の信号を出力する（Ｓ５）。なお、上述したとおり、出力部１０５は、ガス等の供給や機器の稼働を停止させるための信号や、算出したＳＩ値を出力するようにしてもよい。
また、Ｓ５の後、又はＳ４において速度応答値が所定の閾値以上でないと判断された場合（Ｓ４：ＮＯ）、Ｓ１に戻り感震処理を繰り返す。
なお、Ｓ４においては、さらに加速度を利用して地震判定を行うようにしてもよい。例えば、加速度についても予め閾値を設定しておき、応答速度及び加速度がそれぞれの閾値を超えた場合に所定規模以上の地震が発生したと判定する。
＜効果＞
本実施形態に係る感震センサ１によれば、速度応答値を用いた地震検知を行うことにより、適切に地震を検知できるようになる。また、所定の周波数帯における速度を用いて地震判定を行えば、例えば建物の固有振動数のように、地震の被害の大きさに影響する要素に着目して地震判定を行うことができるようになる。
＜変形例＞
図６は、変形例に係る感震センサの機能ブロック図である。図６の感震センサ１ａは、図２の感震センサ１に加え、ＳＩ値算出部１０６を備えている。ＳＩ値算出部１０６は、地震の規模を示す評価指標であるＳＩ（Spectrum Intensity）値を算出する。その他の処理部については、上述の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
図７は、変形例に係る処理の一例を示す処理フロー図である。本変形例では、上述の実施形態で算出した速度応答値を用いて、ＳＩ値を求める。なお、図７のＳ１１〜１３は、図３のＳ１〜３と同様であるため、説明を省略する。また、ＳＩ値の算出は、既存の技術を用いて行うことができる。
速度応答値算出部１０２は、算出された速度応答値に基づいて、速度応答値の最大値を記憶部１０４に保持させる（Ｓ１４）。例えば、図８において、太い実線で速度応答値の最大値Ｓｖ（ｔ）［ｃｍ／ｓ］を示している。速度応答値の最大値とは、例えば、当該処理時点までの所定期間に算出された速度応答値の最大値をいうものとする。図９に、固有周期に対する速度応答値の最大値のある時点におけるスペクトル分布の一例を示す。図９は、横軸が固有周期Ｔ［ｓ］、縦軸が速度応答値の最大値Ｓｖ（Ｔ）［ｃｍ／ｓ］を示すグラフである。図９は、固有周期が０．１〜２．５ｓの範囲のグラフを示している。Ｓ１４では、図９に示すような速度応答スペクトル求められる。
そして、ＳＩ値算出部１０６は、ＳＩ値を算出する（Ｓ１５）。図９に示したグラフの積分値を積分区間で割ることにより速度応答スペクトルの平均値を算出することで、当該時点におけるＳＩ値を求めることができる。具体的には、次の式（１）によりＳＩ値を求めることができる。
Figure 2017166832
 上記のＳＩ値は、剛性の高い構造物の固有周期である０．１秒〜２．５秒の間の速度応答スペクトル積分値の平均によって地震動の破壊力を表す指標としたものである。なお、Ｓｖは速度応答スペクトル、Ｔは周期、ｈは減衰定数である。
また、感震センサ１の地震判定部１０３は、所定の大きさを超える地震の発生を検知した旨の出力を行うか否か判断する（Ｓ１６）。具体的には、ＳＩ値が予め定められた第１の閾値以上であるか判断すると共に、周波数分解後の周波数毎に求めた速度応答値のいずれかが予め定められた第２の閾値以上であるか判断する。すなわち、上述した周波数帯に含まれる全周波数に対して求めた速度応答値について、第２の閾値以上であるか判断する。
そして、ＳＩ値及び速度応答値の少なくともいずれかが閾値以上であると判断された場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、感震センサ１の出力部１０５は、所定の大きさを超える地震の発生を検知した旨の信号を出力する（Ｓ１７）。なお、上述したとおり、出力部１０５は、ガス等の供給や機器の稼働を停止させるための信号や、算出したＳＩ値を出力するようにしてもよい。
また、Ｓ１７の後、又はＳ１６においてＳＩ値及び速度応答値のいずれも所定の閾値以上でないと判断された場合（Ｓ１６：ＮＯ）、Ｓ１に戻り感震処理を繰り返す。
このような変形例によれば、上述の実施形態で算出した速度応答値を用いて、ＳＩ値を求めることができ、地震判定の精度が向上する。
＜その他の変形＞
図３のＳ４及び図７のＳ１６において、周波数帯に含まれる全周波数に対して求めた速度応答値について、第２の閾値以上であるか判断するものとしたが、特定の周波数を用いて求めた速度応答値のみについて、第２の閾値以上であるか判断するようにしてもよい。例えば、特定の周波数として感震センサ１を設置する構造物の固有周期と合致する特定の周波数について速度応答値と閾値との比較を行うようにしてもよい。このようにすれば、構造物が共振して被害を受ける可能性のある卓越周期を含む振動を検知できるようになる。また、周波数毎に閾値を設定しておくようにしてもよい。このようにすれば、より適切に地震判定を行うことができる。
１ ：感震センサ
１０１ ：加速度測定部
１０２ ：速度応答値算出部
１０３ ：地震判定部
１０４ ：記憶部
１０５ ：出力部
１０６ ：ＳＩ値算出部

Claims (5)

  1. 所定規模以上の地震を検知して所定の信号を出力する感震センサであって、
    前記感震センサが受ける加速度を測定する加速度測定部と、
    前記加速度測定部が測定した前記加速度を用いて速度応答値を算出する速度算出部と、
    前記速度応答値が所定の閾値以上であるか判断する地震判定部と、
    前記速度応答値が前記所定の閾値以上であると判断された場合、前記所定の信号を出力する出力部と、
    を備える感震センサ。
  2. 前記速度算出部は、前記加速度に含まれる周波数成分について周波数分解した速度応答値を算出し、
    前記地震判定部は、特定の周波数について算出された前記速度応答値が、当該特定の周波数に対して設定された所定の閾値以上であるか判断する、
    請求項１に記載の感震センサ。
  3. 前記地震判定部は、前記加速度測定部が測定した前記加速度をさらに用いて判断を行う
    請求項１又は２に記載の感震センサ。
  4. 前記特定の周波数に対して設定された所定の閾値は、周期が０．３秒且つ最大加速度が２５０ｇａｌの正弦波を検知可能な値である
    請求項２に記載の感震センサ。
  5. 加速度を測定するステップと、
    前記加速度を用いて速度応答値を算出する速度算出ステップと、
    前記速度応答値が所定の閾値以上であるか判断する地震判定ステップと、
    前記速度応答値が前記所定の閾値以上であると判断された場合、所定の信号を出力する出力ステップと、
    をセンサモジュールが実行する地震検知方法。
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