JP2896374B1 - 地震計 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】剛体板に圧力変化に反応する光ファイバーロー
ルを設けた力センサを積層配設し、検出感度の向上と、
サーボ機能を発揮させる。 【解決手段】中空の方形柱状荷重体１及び筒体２と、筒
体２及び中実荷重体３との対向間隙に、剛体板に圧力変
化に敏感に反応する円筒状の光ファイバーロールを設け
た力センサ５乃至１２を積層配設し、光ファイバーロー
ルの各出力光を加算平均した位相変位光を出力する。ま
た、光ファイバーロールの持つ弾性機能により、荷重体
２、３と剛体板との変位による加圧力とバランスする位
置にて荷重体２、３と剛体板との変位を停止させるサー
ボ機能を発揮させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、相対変位する荷重
体の間隙に、光伝播特性が圧力変化に応答して変化する
光ファイバーロールを剛体板に設けてなる力センサを積
層配設し、直交水平２成分の加速度や、垂直方向の加速
度を検出する地震計に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁式加速度計には、振子の周囲に電磁
石を配置するとともに、振子にコイルを巻回し、振子か
ら得られる地動の加速度成分を電気信号として検出し、
振子位置の変位に比例したバランス電流を振子コイルに
フィードバックし、振子を無地動の際の位置近傍に保持
して加速度を検出するサーボ式タイプの加速度計が用い
られているが、この種の加速度計を用いた観測システム
では、機器輸送や、設置作業時には、地震計の振子をロ
ックして衝撃等から観測センサを保護し、観測状態で
は、振子をフリーにするために使用するセンサ制御機構
に対し、陸上から制御コマンド信号を送信するため、光
／電変換器とモータ等によるセンサ制御機構部が必要で
ある。

【０００３】そこで、かかる問題を解消するために、本
出願人が出願した特願平９−６０１５３号明細書には、
一例として以下の構成を有する地震計が開示されてい
る。これを図１７（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する
と、立方体形状に形成した枠体１０５の内側中心部に配
設した四角柱状荷重体１００の６個の面１０１のそれぞ
れには、光ファイバー巻線１０３を、例えば、蛇行状
（あるいは、ループ状）に配設した光ファイバーロール
１０２の計４個を１個づつ対向配設し、この光ファイバ
ーロール１０２の背面に加圧板１０４をそれぞれ配設す
る。この加圧板１０４の背面中央部に植設したボルト１
０６をそれぞれ上記枠体１０５の各面を貫通させ、そし
て、ナット１０７と枠体１０５との間に、見掛け上のサ
ーボ回路として機能する螺旋状バネ１０８を介在させ、
ナット１０７の螺合度を調整することで、加圧力Ｓを発
生させて光ファイバーロール１０２に適正な加圧バイア
スを付与する。このような構成であるため、荷重体１０
０自体は、各光ファイバーロール１０２を介在させた６
個の各加圧板１０４により保持されているため、衝撃を
付与されると、加圧力Ｓの印加方向とは逆方向のバネ１
０８に抗して東西南北方位、及び上下方位に変位され
る。

【０００４】この構成により、東西南北（ＸＹ）方位、
もしくは上下方位から加速度を加えられた場合には、東
西南北方位、もしくは上下方位に変位する荷重体１００
により、バイアス加圧力を加えられた光ファイバーロー
ル１０２に荷重を与え、これによる光ファイバーロール
１０２の光伝播特性の変動から加速度を検出するように
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光ファ
イバーロールを用いたこの発明においては、東西南北方
位、及び垂直方位に１個づつ光フィバーロールを配設し
てその出力信号を検出、処理する関係上、光ファイバー
ロールの検出感度に劣る場合には、その出力信号が低
く、検出感度に劣るばかりか、ファイバーロールの製造
上の特性の不均一がある場合には、各光ファイバーロー
ルの出力が等しくならず、検出誤差を発生するととも
に、その誤差に基づいて演算処理するため、ひいては計
測精度が低いという問題がある。さらに、光ファイバー
ロール１０２に適正な加圧バイアスを付与するためのサ
ーボ機能部材として、加圧板、螺旋状バネ、及びナット
による部材が必要となる問題がある。

【０００６】本発明は、上記した課題を解決するもの
で、相対変位する荷重体の対向間隙に、剛体板に光伝播
特性が圧力変化に敏感に反応する光ファイバーロールを
設けてなる力センサを積層配設し、検出感度を向上させ
るとともに、特別の部材を組み付けることなくサーボ機
能、又はフィードバック機能を発揮し得る２成分地震
計、及び３成分地震計を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのために、請求項１記
載の本発明は、中空の方形柱状荷重体の内側に間隙を介
在して配設された方形筒状荷重体の内側に、さらに間隙
を介在させて中実の方形柱状荷重体を配設し、上記中空
荷重体及び筒状荷重体とが相対向する四つの間隙と、筒
状荷重体を介在させて四つの間隙に対向するとともに、
筒状荷重体及び中実荷重体が相対向する四つの間隙と
に、剛体板に、光伝播特性が加速度印加に基づく荷重体
の相対変位による圧力変化に反応して光の伝送位相が変
位し、かつ、荷重体及び剛体板よりも小さい弾性定数を
有する円筒状、又は蛇行状の光ファイバーロールを設け
てなる力センサを積層配設し、力センサを直交する水平
（ＸＹ）四方位の各方位に向くよう位置させて配設する
地震計であって、荷重体が相対変位する二方位の各方位
における力センサの光ファイバーロールの出力光を、光
ファイバーロールの出口側にて加算平均した合成位相変
位光と、基準光との位相差出力をそれぞれ求め、位相差
出力の差に基づいて中実荷重体の変位方向における印加
加速度を求める計測回路を備えることを特徴とする。

【０００８】請求項２記載の本発明は、中空の方形柱状
荷重体の内部に、間隙を介在させて中実の方形柱状荷重
体を配設し、上記中空荷重体と中実荷重体との相対向す
る六つの各間隙に、剛体板に、光伝播特性が加速度印加
に基づく荷重体の相対変位による圧力変化に反応して光
の伝送位相が変位し、かつ、荷重体及び剛体板よりも小
さい弾性定数を有する円筒状、又は蛇行状の光ファイバ
ーロールを設けてなる力センサを積層配設し、力センサ
を上記座標系の水平（ＸＹ）四方位、及び垂直（Ｚ）二
方位に向くよう位置させて配設する地震計であって、荷
重体が相対変位する二方位の各方位における力センサの
光ファイバーロールの出力光を、光ファイバーロールの
出口側にて加算平均した合成位相変位光と、基準光との
位相差出力をそれぞれ求め、相対変位する二方位の各方
位における位相差出力の差に基づいて中実荷重体の変位
方向における印加加速度を求める計測回路を備えること
を特徴とする。

【０００９】請求項３記載の本発明は、ＸＹＺの直交座
標系において、垂直二方位に向くよう配設したＺ方向加
速度計の中空の方形柱状荷重体の内部空間に、中実の方
形柱状荷重体を垂直長軸方向に変位可能に配設し、中実
荷重体の変位方向の両端面に向け、剛体板に、光伝播特
性が加速度印加による荷重体の相対変位による圧力変化
に反応して光の伝送位相が変位し、かつ、荷重体及び剛
体板よりも小さい弾性定数を有する円筒状、又は蛇行状
の光ファイバーロールを設けてなる力センサを積層配設
するとともに、Ｚ方向加速度計の外周面の水平Ｘ方向に
向け、Ｘ方向の加速度を検出する一対のＸ方向加速度計
を配設し、外周面の水平Ｙ方向に向け、Ｙ方向の加速度
を検出する一対のＹ方向加速度計を配設し、Ｘ方向加速
度計の内部空間に、中実の方形柱状荷重体を水平長軸方
向に変位可能に配設すると共に、中実荷重体の変位方向
の両端面の長軸方向に、剛体板に、光伝播特性が加速度
印加による荷重体の相対変位による圧力変化に反応して
光の伝送位相が変位し、かつ、荷重体及び剛体板よりも
小さい弾性定数を有する円筒状、又は蛇行状の光ファイ
バーロールを設けてなる力センサを積層配設し、Ｙ方向
加速度計の内部空間に、中実の方形柱状荷重体を水平長
軸方向に変位可能に配設すると共に、中実荷重体の変位
方向の両端面の長軸方向に、剛体板に、光伝播特性が加
速度印加による荷重体の相対変位による圧力変化に反応
して光の伝送位相が変位し、かつ、荷重体及び剛体板よ
りも小さい弾性定数を有する円筒状、又は蛇行状の光フ
ァイバーロールを設けてなる力センサを積層配設した地
震計であって、一対のＸ方向加速度計の各中実荷重体の
一方の端面に対設した力センサの光ファイバーロールの
出力光を光ファイバーロールの出口側にて加算平均した
合成位相変位光のそれぞれを、さらに加算平均して求め
た再合成値及び基準光の位相差出力と、各中実荷重体の
他方の端面に対設した力センサの光ファイバーロールの
出力光を光ファイバーロールの出口側にて加算平均した
合成位相変位光のそれぞれを、さらに加算平均して求め
た再合成値及び基準光の位相差出力とをそれぞれ求め、
位相差出力同士の差に基づいてＸ方向の印加加速度を計
測し、一対のＹ方向加速度計の各中実荷重体の一方の端
面に対設した力センサの光ファイバーロールの出力光を
光ファイバーロールの出口側にて加算平均した合成位相
変位光のそれぞれを、さらに加算平均して求めた再合成
値及び基準光の位相差出力と、各中実荷重体の他方の端
面に対設した力センサの光ファイバーロールの出力光を
光ファイバーロールの出口側にて加算平均した合成位相
変位光のそれぞれを、さらに加算平均して求めた再合成
値及び基準光の位相差出力とをそれぞれ求め、位相差出
力同士の差に基づいてＹ方向の印加加速度を計測し、Ｚ
方向加速度計の中実荷重体の両端面にそれぞれ対向位置
する力センサの光ファイバーロールの出力光を光ファイ
バーロールの出口側にて加算平均した合成位相変位光
と、基準光との位相差出力をそれぞれ求め、位相差出力
の差に基づいてＺ方向加速度を計測する計測回路を備え
ることを特徴とする。

【００１０】請求項２又は３に従属する請求項４記載の
本発明は、地中に穿設したボアホールの底面に配設した
収納容器に、水平４方位の加速度を計測するとともに、
垂直２方位の加速度を計測する地震計が収納されるよう
構成することにより、収納容器内の光ファイバーロール
に及ぼす温度変動の影響を排除することを特徴とする。

【００１１】請求項１乃至３の何れか１つに従属する請
求項５記載の本発明は、上記蛇行状の光ファイバーロー
ルは、粘性液体を充填された袋体内部に浸漬配設され、
外部から袋体を介在させて内部の光ファイバーロールに
付与される圧力を、袋体内部の粘性液体が動圧を付与せ
ずに、静水圧を保持しながら、光ファイバーロールの外
周面に一様な法線応力を付与してその断面積を一様に縮
小するとともに、光ファイバーロールの軸方向の長さ変
化に変換することを特徴とする。

【００１２】請求項１乃至３の何れか１つに従属する請
求項６記載の本発明は、上記蛇行状の光ファイバーロー
ルは、粘性液体を充填された袋体内部に浸漬配設される
とともに、外部から袋体を介在させて内部の光ファイバ
ーロールに付与される圧力を、袋体内部の粘性液体が動
圧を付与せずに、静水圧を保持しながら、光ファイバー
ロールの外周面に一様な法線応力を付与してその断面積
を一様に縮小するとともに、光ファイバーロールの軸方
向の長さ変化に変換するよう形成され、かかる光ファイ
バーロールを計測用光ファイバーロールとなし、基準光
の通過する光ファイバーロールを剛性を有する管体内に
収納して基準光ファイバーロールとなし、剛体板に、計
測用光ファイバーロールと基準光ファイバーロールとを
対となして並設することを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１乃至図３は本発明の地震計
の第１の実施の形態を示す図で、図１は中空の方形柱状
荷重体１の一部４を切り欠き、矢印方向に分離、後退さ
せてその内部状態を示す斜視図、図２は図１における地
震計の荷重体１を矢印Ａ方向から眺めた図、図３（Ａ）
は光ファイバーロール８Ａをモールド加工した力センサ
８の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の矢印Ａ´方向からモール
ド８Ｃを透視し、内部の光ファイバーロール８Ａを眺め
た側面図、（Ｃ）は複数の光ファイバーロールを剛体板
８Ｂに配設した力センサ８の平面図、（Ｄ）は蛇行型の
光ファイバーロールを設けた別のタイプの力センサ８´
の平面図である。図示しない支持架台に固定されている
中空の方形柱状荷重体１の内部空間には、中実の方形柱
状荷重体３を間隙を介在させて包囲する方形状の筒状荷
重体２が、荷重体１に対し間隙を介在させて配設されて
いる。そして、その水平方向２方位、即ち、±Ｘ方向の
各間隙には、光ファイバーケーブルの一部をなすもの
で、例えば、プラスチックファイバーよりなり、圧力を
付与されると光の伝播特性が変わり、光の伝送位相を変
位させる機能を持つとともに、鉄等の金属体により形成
される荷重体１、筒体２、中実体３、及び剛体板が持つ
弾性定数よりも小さい弾性定数を有し、上述した円筒
状、又は蛇行状に形成された光ファイバーロールの持つ
弾性機能によりバネ部材として作用する光ファイバーロ
ール５Ａ、６Ａ、７Ａ、８Ａを、剛体板５Ｂ、６Ｂ、７
Ｂ、８Ｂに設けてなる力センサ５、６、７、８が配設さ
れる。そして、垂直方向２方位、即ち、±Ｙ方向には、
各剛体板９Ｂ、１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂに同様の機能を
有する光ファイバーロール９Ａ、１０Ａ、１１Ａ、１２
Ａを設けてなる力センサ９、１０、１１、１２が配設さ
れている。ちなみに、鉄の弾性定数は、例えば１〜２×
１０¹¹Ｎ／ｍ² であり、光ファイバーロールの弾性定数
として１０⁸ 〜１０¹⁰Ｎ／ｍ² のものを利用する。

【００１４】上記した円筒型光ファイバーロールを備え
る力センサは、以下のように構成される。即ち、図示し
ない円筒状の型枠の外周に光ファイバーケーブルを多数
回巻回した後、この型枠を引抜き、残された光ファイバ
ーケーブルを、図３（Ｂ）に示すように、モールド８Ｃ
により型形成し、図３（Ａ）に示すように、円筒状の光
ファイバーロール８Ａを形成する。そして、例えば、図
３（Ｃ）に示すように、複数の円筒状の光ファイバーロ
ール８Ａの端面を鉄等の金属体により形成された剛体板
８Ｂの表面に固定設置し、各光ファイバーロール８Ａ同
士を接続させて力センサ８を構成し、矢印方向から入射
した光は各光ファイバーロール８Ａを通過し、矢印方向
に向け出射される。

【００１５】上記した円筒型の光ファイバーロールは、
そのファイバー線がある曲率半径以下で曲げると折損す
る場合があるため、曲率半径を大きくしたファイバー線
を蛇行形状に形成した光ファイバーロールを設けた力セ
ンサを用いる場合がある。また、ファイバー線の特定領
域に応力が加わらないようにする目的で、換言すると、
ファイバー線に応力が一様に加わるようにするために、
「配線面」上でファイバー線が相互に重なり合わないよ
うにする配線方式を採用することがある。この種の力セ
ンサ８´は、例えば、図３（Ｄ）に示すように、剛体板
８Ｂの表面に光ファイバーを蛇行状に配設し、図示しな
いモールドにより剛体板８Ｂに固設されることにより形
成される。

【００１６】また、各センサ５乃至１２の光ファイバー
ロール５Ａ乃至１２Ａでは、図４に示すように、光源１
５からの分割光が個別に送光されるとともに、その出口
側では、各力センサにて発生する圧力成分ｆ１、ｆ１´
と、ｆ２、ｆ２´と、ｆ３、ｆ３´と、ｆ４、ｆ４´と
をそれぞれ並列加算し、平均化した各合成位相変位光ｆ
ｅ、ｆｗ、ｆｎ、ｆｓと、基準回路１６からの基準光と
を成分検出回路（１８−１）乃至（１８−４）に入力す
るよう構成されている。

【００１７】（１）Ｘ方向に加速度を印加する例の説明 いま、図２において、荷重体１に矢印Ｆ方向から水平加
速度が印加されると、筒状荷重体２、中実荷重体３は矢
印Ｆ方向とは逆方向、即ち、図中、荷重体１の右側の辺
部分に対して圧力を加えるよう急激に変位するととも
に、剛体板もその質量による慣性力にて急激に変位し、
これにより、センサ５、６の各光ファイバーロール５
Ａ、６Ａには、筒状荷重体２、中実荷重体３と、各セン
サ５、６の剛体板５Ｂ、６Ｂとによる大きな圧力が確実
に伝達、付与され、圧力成分ｆ１、ｆ１´が発生され
る。その際、光ファイバーロール５Ａ、６Ａの持つ弾性
機能、換言すると、バネ機能は、筒状荷重体２、中実荷
重体３と、各センサ５、６の剛体板５Ｂ、６Ｂとによる
加圧力とバランスする位置にて、筒状荷重体２及び中実
荷重体３と、各センサ５、６の剛体板５Ｂ、６Ｂとによ
る変位を停止させるサーボ機能を特別の部品を追加せず
に発揮させる。

【００１８】他方、図中、左側の筒状荷重体２、中実荷
重体３は、荷重体１の左側の辺部分から離反する方向に
変位し、このため、荷重体１と筒状荷重体２との間に介
在するセンサ７と、筒状荷重体２と中実荷重体３との間
に介在するセンサ８とに予め付与されていた加圧力が低
減し、センサ７、８に発生する圧力成分ｆ２、ｆ２´は
逆センス（方向）に変化する。

【００１９】このため、図４に示すように、これらの圧
力成分ｆ１、ｆ１´を加算平均した合成位相変位光ｆｅ
と基準光との位相差を示す圧力成分Ｆｅ、及びｆ２、ｆ
２´を加算平均した合成位相変位光ｆｗと基準光との位
相差を示す圧力成分Ｆｗの差（Ｆｅ−Ｆｗ）を求めるこ
とで、矢印Ｆ方向から印加される加速度が検出される。
その際、各センサの出力を合成して加算平均出力を求め
るよう構成されているため、或るセンサの感度が不良で
あっても、その他のセンサの出力により平均化されて補
正されるため、感度よく加速度が検出される。

【００２０】ところで、Ｙ方向に存在するセンサ９、１
０と、センサ１１、１２とは、中実荷重体３及びＹ方向
の剛体板９Ｂ、１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂが各センサに加
圧力を及ぼすように変位せずに横方向に変位するため、
等しい圧力変化ｆ３、ｆ３´、ｆ４、ｆ４´を受け、こ
のため、圧力変化ｆ３、ｆ３´を加算平均した合成位相
変位光ｆｎと基準光との位相差を示す圧力成分Ｆｎ、及
び圧力成分ｆ４、ｆ４´を加算平均した合成位相変位光
ｆｓと基準光との位相差を示す圧力成分Ｆｓの差（Ｆｎ
−Ｆｓ）を求めることで、両者の圧力成分はキャンセル
される。

【００２１】（２）Ｙ方向に加速度を印加する例の説明 次に、図２において、矢印Ｇ方向から水平面Ｙ方向の加
速度を加えられると、筒状荷重体２と中実荷重体３とは
矢印Ｙ方向とは逆方向に急激に変位するとともに、剛体
板もその慣性力により変位し、このため、図中、中実体
３の上方部分のセンサ９の光ファイバーロール９Ａと、
センサ１０の光ファイバーロール１０Ａとには、筒状荷
重体２、及び中実荷重体３と、センサ９、１０の各剛体
板９Ｂ、１０Ｂとによる大きな圧力が確実に伝達付与さ
れ、圧力成分ｆ３、ｆ３´を発生する。その際、光ファ
イバーロール９Ａ、１０Ａの持つ弾性機能により、筒状
荷重体２、中実荷重体３と各センサ９、１０の剛体板と
による加圧力とバランスする位置にて、筒状荷重体２、
中実荷重体３と各センサ９、１０の剛体板９Ｂ、１０Ｂ
との変位を停止させるサーボ機能が特別の部品を追加せ
ずに発揮される。

【００２２】また、中実荷重体３の下方のセンサ１１
と、センサ１２とに付与された圧力成分ｆ４、ｆ４´は
逆センス（方向）に変化する。このため、センサ９、１
０の圧力成分ｆ３、ｆ３´を加算平均した合成位相変位
光ｆｎと基準光との位相差を示す圧力成分Ｆｎと、セン
サ１１、１２との圧力成分ｆ４、ｆ４´を加算平均した
合成位相変位光ｆｓと基準光との位相差を示す圧力成分
Ｆｓとの差（Ｆｎ−Ｆｓ）を求めることで、矢印Ｇ方向
から印加される加速度成分を感度よく求めることができ
る。

【００２３】そして、Ｘ方向に位置するセンサ５乃至８
は、中実荷重体３及びＸ方向の剛体板が上記各センサに
加圧力を及ぼすように変位せずに横方向に変位するた
め、等しい圧力成分ｆ１、ｆ１´、ｆ２、ｆ２´を付与
され、このため、ｆ１、ｆ１´を加算平均した光ファイ
バーロールの合成位相変位光ｆｅ及び基準光の位相差を
示す圧力成分Ｆｅと、ｆ２、ｆ２´を加算平均した光フ
ァイバーロールの合成位相変位光ｆｗ及び基準光の位相
差を示す圧力成分Ｆｗとの差（Ｆｅ−Ｆｗ）を求めるこ
とで、両出力はキャンセルされる。

【００２４】（３）ＸＹ方向への印加加速度の計測の全
般的説明 さて、センサ５、６をＸの方位に、センサ７、８を（−
Ｘ）の方位に合わせた場合、センサ５、６の圧力成分ｆ
１、ｆ１´を加算平均した合成位相変位光ｆｅ及び基準
光の位相差を示す出力Ｆｅと、センサ７、８の圧力成分
ｆ２、ｆ２´を加算平均した合成位相変位光ｆｗ及び基
準光の位相差を示すＦｗとの差（Ｆｅ−Ｆｗ）を求め、
Ｘ方向の印加加速度を求めることができる。

【００２５】同様に、センサ９、１０をＹ方位に、セン
サ１１、１２を（−Ｙ）方位に合わせてあるため、セン
サ９、１０の圧力成分ｆ３、ｆ３´を加算平均した合成
位相変位光ｆｎ及び基準光の位相差を示すＦｎと、セン
サ１１、１２の圧力成分ｆ４、ｆ４´を加算平均した合
成位相変位光ｆｓ及び基準光の位相差を示すＦｓとの差
（Ｆｎ−Ｆｓ）からＹ方向の印加加速度が求められる。

【００２６】次に、図４に示す各圧力成分を計測する計
測回路を参照して、第１の実施の態様の作用を説明す
る。まず、Ｘ方位に位置するセンサ５、６と、−Ｘ方位
に位置するセンサ７、８の出力特性を正確に一致させて
おくために、計測開始前の加速度を印加しない時に、成
分検出回路（１８−１）乃至（１８−４）において、入
光された各光ファイバーロール５Ａ乃至１２Ａの合成位
相変位光と基準光とを電気信号に変換した上、両者の位
相を一致させ、位相差に基づく出力が発生しないよう設
定しておく事とする。

【００２７】さて、光源１５からの光を入射される基準
回路１６は、光ファイバーロール５Ａ乃至１２Ａの出力
光と参照するため、基準位相に設定された基準光を生成
する。成分検出回路（１８−１）乃至（１８−４）は、
光源１５の送光光を分割入射される光ファイバーロール
５Ａ乃至１２Ａの各位相変位光を加算平均した合成位相
変位光ｆｅ、ｆｗ、ｆｎ、ｆｓと、基準回路１６からの
基準光とを参照し、位相差Ｆｅ、Ｆｗ、Ｆｎ、Ｆｓを求
めることで、圧力変化成分Ｆｅ、Ｆｓ、Ｆｗ、Ｆｎを検
出する。そして、Ｘ方向に加速度が印加されたときに
は、計測演算回路１９のＸ方向の加速度演算部（１９−
１）において圧力成分Ｆｅ、Ｆｗの差（Ｆｅ−Ｆｗ）を
抽出することにより、Ｘ方向の印加加速度を求める。ま
た、Ｙ方向に加速度が印加されたときには、Ｙ方向の加
速度演算部（１９−２）において圧力成分Ｆｎ、Ｆｓの
差（Ｆｎ−Ｆｓ）を抽出することにより、Ｙ方向の印加
加速度を求める。勿論、上述したように、Ｘ方向の印加
加速度を検出する際には、Ｙ方向の出力はキャンセルさ
れ、また、Ｙ方向の印加加速度を検出する際には、Ｘ方
向の出力はキャンセルされる。

【００２８】なお、この実施の形態において、中空荷重
体１及び筒状荷重体２と、筒状荷重体２と中実荷重体３
との間隙には、単一の力センサを設けた例について述べ
たが、上記間隙毎に、多数の力センサを積層配設するよ
う構成する事も出来る。

【００２９】また、光ファイバーロールの持つ光伝播特
性の温度依存性を考慮し、荷重体１としての容器の熱容
量を可能な限り大きくするか、あるいは、例えば、断熱
材や、真空ガラス球を埋め込んだりして、容器自体を熱
伝導率の小さな材料から形成し、温度の影響を受けない
ようにし、光ファイバーロールの光伝播特性が外部の温
度変化により変動しないように配慮する必要がある。

【００３０】さらに、上記地震計を用いて光信号変化を
精密に計測するには、温度の影響を極力除去する必要が
ある。このため、基準光と計測光とが通過する各光ファ
イバーケーブルを、なるたけ同一雰囲気位置に配設する
ことで、同一温度条件で、かつ、同一圧力条件の下に置
き、加速度を正確に求めることが出来る。なお、その
際、基準光ファイバーに測定圧力が印加されて位相変位
が発生しないようにするために、剛性を有する管中に挿
入保持することが必要となる。

【００３１】次に、水平２方向の４方位、及び垂直方向
の２方位の加速度を計測する本発明の地震計の第２の実
施の形態を説明する。図５は、中空の方形柱状荷重体２
１の一部２３を切欠いて矢印方向に分離、後退させると
ともに、Ｙ方向のセンサを取り除いて示した地震計の斜
視図、図６は図５の矢印Ｂ方向から、ＸＹ方向４方位の
加速度を計測する地震計を眺めた図、図７は図５の矢印
Ｃ方向から、Ｚ方向２方位の加速度を検出する地震計を
眺めた図である。

【００３２】図示しない支持架台に固定された中空の方
形柱状荷重体２１の内部には、方形状の中実荷重体２２
が、ＸＹＺの直交座標軸方向に向け、間隙を介在させて
配設されるとともに、±Ｘ方向２方位の間隙には、図６
に示すように、剛体板２４Ｂ・・・の表面に、既に述べ
たように、加圧力に対応して伝送される光の位相を変位
させる機能と、それ自体バネ材として作用する弾性機能
とを有する円筒状、又は蛇行状の光ファイバーロール２
４Ａ・・・を設けてなる力センサ２４・・・と、剛体板
２５Ｂ・・・に同様の光ファイバーロール２５Ａ・・・
を設けてなる力センサ２５・・・とが、光ファイバーケ
ーブルの有する弾性機能によりガタを生じないように同
数づつ積層配設される。さらに、図６に示すように、±
Ｙ方向２方位の間隙には、同様の機能を有する光ファイ
バーロール２６Ａ・・・、及び２７Ａ・・・をそれぞれ
剛体板２６Ｂ・・・、２７Ｂ・・・の表面に設けてなる
力センサ２６・・・と、２７・・・とが、同様に光ファ
イバーロール２６Ａ、２７Ａとの持つ弾性機能により、
相互にガタを生じないよう同数づつ積層配設されてい
る。

【００３３】また、図７に示すＺ（垂直）方向の間隙に
積層配設された力センサについて説明すると、中実荷重
体２２と中空荷重体２１との間隙には、上述したと同様
の機能を有する光ファイバーロール２８Ａ、及び２９Ａ
をそれぞれ剛体板２８Ｂ・・・、２９Ｂ・・・の表面に
設けた力センサ２８と、２９とが、光ファイバーロール
２８Ａ、及び２９Ａの持つ弾性機能により、ガタを生じ
ないように同数づつ積層配設される。そして、上記した
光ファイバーロール２４Ａ、２５Ａと、２６Ａ、２７Ａ
と、光ファイバーロール２８Ａ及び２９Ａとは、上述し
たセンサ５乃至１２の光ファイバーロールと同様に弾性
機能を有し、サーボ機能を有するものである。

【００３４】なお、図６、図７における符号１３は、中
実体３の６端面のうちの１つの端面を示し、符号３０
は、中空荷重体２１の内部の４隅であって、かつ、力セ
ンサ２４、２５、２６、２７、２８、及び２９の各側面
と、中空荷重体２１の内側辺との間に配設され、各セン
サを中実荷重体２２上に位置するよう位置決め設定する
スペーサである。さらに、本実施形態においても、図４
に示すように、各センサ２４乃至２９における各光ファ
イバーロール２４Ａ乃至２９Ａには、光源１５からの分
割光がそれぞれ送光されると共に、その出口側にて各光
ファイバーロールの出力光を加算、平均した合成位相変
位光を形成する事は勿論である。

【００３５】次に、図８に示す計測回路を参照してその
作用を、ＸＹＺ方向の加速度の計測順に説明する。な
お、この場合においても、成分検出回路（３０−１）乃
至（３０−６）において、無負荷時の各光ファイバーロ
ールからの合成出力光と、基準光との位相を一致させ、
その差が出力されないよう調整しておく事は勿論であ
る。

【００３６】（４）Ｘ方向の加速度の計測作用の説明 図６において、センサ２４、２５を（Ｘ）及び（−Ｘ）
方位に、センサ２６、２７を（Ｙ）及び（−Ｙ）方位
に、センサ２８、２９を垂直方位（Ｚ、−Ｚ）に向くよ
うに地震計を配設する。いま、Ｘ方向、即ち、矢印Ｈ方
向から加速度を印加されると、中実荷重体２２は矢印Ｈ
方向とは逆方向に急激に変位するとともに、センサ２４
も剛体板２４Ｂと共に急激に変位し、このため、センサ
２４の各光ファイバーロール２４Ａには、中実荷重体２
２の加圧力と各剛体板２４Ｂの加圧力とによる加圧力を
確実に伝達、付与される。その際、円筒状の光ファイバ
ーロール２４Ａの持つバネ機能により、上記荷重体及び
剛体板による加圧力とバランスする位置にてその変位を
停止させるサーボ機能が発揮される。また、中実荷重体
２２は矢印Ｈ方向とは逆方向に変位するため、センサ２
５の光ファイバーロール２５Ａに予め付与されていた加
圧力が低減する。

【００３７】ところで、Ｙ方向のセンサ２６及び２７
と、Ｚ方向のセンサ２８及び２９とには、中実荷重体２
２及びＹ、Ｚ方向の剛体板２６Ｂ、２７Ｂ、２８Ｂ、２
９Ｂが加圧力を及ぼすＹＺ方向に変位せず、ＹＺ方向の
センサに対し横方向に変位するため、同じ加圧力が及ぼ
され、このため、Ｙ方向のセンサ２６の光ファイバーロ
ール２６Ａと、センサ２７の光ファイバーロール２７Ａ
との出力の差を求めることで、Ｙ方向の出力をキャンセ
ル出来、同様に、Ｚ方向のセンサ２８の光ファイバーロ
ール２８Ａと、センサ２９の光ファイバーロール２９Ａ
との差を求めることによりＺ方向の出力はキャンセルさ
れることとなる。

【００３８】そこで、図８に示すように、Ｘ方向センサ
２４の光ファイバーロール２４Ａの各出力光を出口側で
加算平均した合成位相変位光ｆｅと基準光とを成分検出
回路（３０−１）にて位相比較し、その位相差出力Ｆｅ
（Ｘ方位）を求める。同様に、Ｘ方向センサ２５の光フ
ァイバーロール２５Ａの加算平均した合成位相変位光ｆ
ｗを基準光とともに、成分検出回路（３０−２）に入力
し、合成位相変位光と基準光との位相差出力Ｆｗ（−Ｘ
方位）を求め、これらＦｅ、Ｆｗを計測演算回路３２に
入力し、その演算部（３２−１）にてその差（Ｆｅ−Ｆ
ｗ）を求め、Ｘ方向の印加加速度を計測する。

【００３９】上述したように、Ｙ方向のセンサの光ファ
イバーロールには同じ加圧力が及ぼされている。そこ
で、光ファイバーロール２６Ａ乃至２９Ａの出口側で加
算平均した合成位相変位光ｆｎ、ｆｓ、ｆｕ、ｆｄを、
基準光とともに成分検出回路（３０−３）乃至（３０−
６）にそれぞれ入力する。成分検出回路（３０−３）で
は、Ｙ方向センサ２６の光ファイバーロール２６Ａの合
成位相変位光ｆｎと基準光の位相差出力Ｆｎを求め、ま
た、成分検出回路（３０−４）では、（−Ｙ）方向セン
サ２７の光ファイバーロール２７Ａの加算平均した合成
位相変位光ｆｓと基準光との位相差出力Ｆｓを求め、こ
れら位相差出力Ｆｎ、Ｆｓを計測演算回路３２の演算部
（３２−２）に入力し、その差（Ｆｎ−Ｆｓ）を求める
事でＹ方向の出力をキャンセルする。

【００４０】同様に、Ｚ方向のセンサの光ファイバーロ
ールには同じ加圧力が及ぼされている。そこで、Ｚ方向
センサ２８の光ファイバーロール２８Ａの加算平均した
合成位相変位光ｆｕが基準光とともに成分検出回路（３
０−５）に入力され、また、センサ２９の光ファイバー
ロール２９Ａの加算平均した合成位相変位光ｆｄと基準
光とが成分検出回路（３０−６）に入力される。成分検
出回路（３０−５）では、Ｚ方向のセンサ２８の光ファ
イバーロール２８Ａの加算平均した合成位相変位光ｆｕ
と基準光との位相差Ｆｕを求める。成分検出回路（３０
−６）では、（−Ｚ）方向センサ２９の光ファイバーロ
ール２９Ａの加算平均された合成位相変位光ｆｄと基準
光との位相差Ｆｄを求め、これら位相差Ｆｕ、Ｆｄを計
測演算回路３２の演算部（３２−３）に入力し、その差
（Ｆｕ−Ｆｄ）を求めることで、Ｚ方向の出力をキャン
セルする。

【００４１】（５）Ｙ方向の加速度の計測作用の説明 次に、図６において、Ｙ方向、即ち、矢印Ｊ方向から加
速度が印加されると、中実荷重体２２は矢印Ｊ方向とは
逆方向、即ち、図中上方に急激に変位するとともに、セ
ンサ２６も剛体板２６Ｂと共に急激に変位し、このた
め、中実荷重体２２の大きな加圧力と各剛体板２６Ｂの
加圧力とがセンサ２６の光ファイバーロール２６Ａに確
実に伝達、付与される。その際、光ファイバーロール２
６Ａの持つバネ機能により、上記荷重体及び剛体板によ
る加圧力とバランスする位置にてその変位を停止させる
サーボ機能が発揮される。他方、中実荷重体２２は矢印
Ｊ方向とは逆方向に変位するため、センサ２７に予め付
与されていた加圧力は低減する。そして、センサ２６の
光ファイバーロール２６Ａの各出力の加算平均した合成
位相変位光ｆｎと基準光との位相差Ｆｎ、センサ２７の
光フィアバーロール２７Ａの各出力の加算平均した合成
位相変位光ｆｓと基準光との位相差Ｆｓを求め、そし
て、その差（Ｆｎ−Ｆｓ）からＹ方向の印加加速度を計
測する。

【００４２】ところで、Ｘ方向のセンサ２４、及び２５
と、Ｚ方向のセンサ２８、及び２９とは、中実荷重体２
２及びＸ、Ｚ方向の剛体板２４Ｂ、２５Ｂ、２８Ｂ、２
９Ｂが加圧力を及ぼす方向に変位せずに上記センサに対
して横方向に変位するため、同じ加圧力が及ぼされる。
このため、Ｘ方向のセンサ２４の光ファイバーロール２
４Ａと、Ｘ方向のセンサ２５の光ファイバーロール２５
Ａとの出力の差を求めてその出力をキャンセルし、同様
に、Ｚ方向のセンサ２８の光ファイバーロール２８Ａ
と、Ｚ方向のセンサ２９の光ファイバーロール２９Ａと
の差を求めることで、その出力をキャンセルする。

【００４３】そこで、Ｙ方向の印加加速度計測の際に
は、Ｙ方向のセンサ２６の光ファイバーロール２６Ａの
位相変位し、加算平均された合成位相変位光ｆｎと、−
Ｙ方向のセンサ２７の光ファイバーロール２７Ａの位相
変位し、加算平均された合成位相変位光ｆｓとを、基準
光とともに成分検出回路（３０−３）、（３０−４）
（図８）にそれぞれ入力する。成分検出回路（３０−
３）では、各光ファイバーロール２６Ａの合成位相変位
光と基準光との位相差Ｆｎ（Ｙ方位）を求め、成分検出
回路（３０−４）では、センサ２７Ａの光ファイバーロ
ール２６Ａの合成位相変位光と基準光との位相差位相差
Ｆｓ（−Ｙ方位）とをそれぞれ求め、さらに、計測演算
回路３２の演算部（３２−２）にて、その差（Ｆｎ−Ｆ
ｓ）を求め、Ｙ方向の印加加速度を計測する。

【００４４】上述したように、Ｘ方向のセンサの光ファ
イバーロールには同じ加圧力が及ぼされている。そこ
で、Ｘ方向の光ファイバーロール２４Ａの加算平均した
合成位相変位光ｆｅと、基準光とを成分検出回路（３０
−１）に入力して位相差Ｆｅを求め、また、−Ｘ方向の
光ファイバーロール２５Ａの加算平均した合成位相変位
光ｆｗと、基準光とを成分検出回路（３０−２）に入力
して位相差Ｆｗを求める。また、Ｚ方向のセンサの光フ
ァイバーロールには同じ加圧力が及ぼされている。そこ
で、Ｚ方向の光ファイバーロール２８Ａの加算平均した
合成位相変位光ｆｕと、基準光とを成分検出回路（３０
−５）に入力して位相差Ｆｕを求める。−Ｚ方向の光フ
ァイバーロール２９Ａの加算平均した合成位相変位光ｆ
ｄと、基準光とを成分検出回路（３０−６）に入力して
位相差Ｆｄを求める。位相差Ｆｅ、Ｆｗと、同様に位相
差Ｆｕ、Ｆｄとを計測演算回路３２に入力し、その演算
部（３２−１）、（３２−３）にて出力差（Ｆｅ−Ｆ
ｗ）、（Ｆｕ−Ｆｄ）をそれぞれ求め、これにより両出
力はキャンセルされる。

【００４５】（６）Ｚ方向の加速度の計測作用の説明 次に、図７において、Ｚ（垂直）方向、即ち、矢印Ｋ方
向から加速度が印加されると、中実荷重体２２は矢印Ｋ
方向とは逆方向、即ち、上方に急激に変位するととも
に、センサ２８も各剛体板２８Ｂと共に急激に変位し、
このため、中実荷重体２２の大きな加圧力と、各剛体板
２８Ｂの加圧力とがセンサ２８の光ファイバーロール２
８Ａに確実に伝達、付与される。その際、光ファイバー
ロール２８Ａの持つバネ機能により、上記荷重体２２及
び剛体板２８Ｂによる加圧力とバランスする位置にてそ
の変位を停止させるサーボ機能が発揮される。一方、中
実荷重体２２は矢印Ｋ方向とは逆方向に変位するため、
センサ２９の光ファイバーロール２９Ａに予め付与され
ていた加圧力が低減する。

【００４６】ところで、中実荷重体２２及びＸ、Ｙ方向
の剛体板２４Ｂ、２５Ｂ、２６Ｂ、２７Ｂは加圧力を及
ぼすＸＹ方向には変位せずに、横方向に変位するため、
Ｘ方向のセンサ２４及び２５と、Ｙ方向のセンサ２６及
び２７とには同じ加圧力を及ぼされる。このため、Ｘ方
向のセンサ２４の光ファイバーロール２４Ａの加算平均
した合成位相変位光ｆｅと基準光との位相差Ｆｅと、セ
ンサ２５の光ファイバーロール２４Ａの加算平均した合
成位相変位光ｆｗと基準光との位相差Ｆｗとの差（Ｆｅ
−Ｆｗ）を求めることで、その出力はキャンセルされ
る。また、Ｙ方向のセンサ２６の光ファイバーロール２
６Ａの加算平均した合成位相変位光ｆｎと基準光との位
相差Ｆｎと、センサ２７の光ファイバーロール２６Ａの
加算平均した合成位相変位光ｆｓと基準光との位相差Ｆ
ｓとの差（Ｆｎ−Ｆｓ）を求めることで、その出力はキ
ャンセルされることとなる。

【００４７】そこで、Ｚ方向の印加加速度を計測する際
には、Ｚ方向センサ２８の光ファイバーロール２８Ａの
加算平均した合成位相変位光ｆｕと、センサ２９の光フ
ァイバーロール２９Ａの位相変位された加算平均した合
成位相変位光ｆｄとを、基準光とともに成分検出回路
（３０−５）、（３０−６）にそれぞれ入力し、光ファ
イバーロール２８Ａ、２９Ａの加算平均した合成位相変
位光ｆｕ、ｆｄと、基準光との位相差Ｆｕ、Ｆｄとを求
める。そして、計測演算回路３２の演算部（３２−３）
において、その差（Ｆｕ−Ｆｄ）を求め、Ｚ方向の印加
加速度を算出する。

【００４８】上述したように、Ｘ方向センサ２４、２５
の光ファイバーロールには同じ加圧力が及ぼされてい
る。そこで、Ｘ方向センサ２４の光ファイバーロール２
４Ａからの加算平均した合成位相変位光ｆｅと、基準光
とを成分検出回路（３０−１）に入力し、また、Ｘ方向
センサ２５の光ファイバーロール２５Ａの加算平均した
位相変位光ｆｗと、基準光とを成分検出回路（３０−
２）に入力し、基準光との位相差を示す出力Ｆｅ、Ｆｗ
を求める。また、Ｙ方向センサ２６、２７の光ファイバ
ーロールには同じ加圧力を及ぼされている。そこで、Ｙ
方向センサ２６の光ファイバーロール２６Ａの加算平均
された合成位相変位光ｆｎと、基準光とが成分検出回路
（３０−３）に入力され、また、Ｙ方向センサ２７の光
ファイバーロール２７Ａの加算平均した合成位相変位光
ｆｓと、基準光とが成分検出回路（３０−４）に入力さ
れ、基準光との位相差Ｆｎ、Ｆｓをそれぞれ求める。こ
れらの出力Ｆｅ、Ｆｗ及びＦｎ、Ｆｓを計測演算回路３
２の演算部（３２−１）、（３２−２）にそれぞれ入力
し、その出力差（Ｆｅ−Ｆｗ）、（Ｆｎ−Ｆｓ）を求め
ることで、両出力はキャンセルされる。

【００４９】次に、水平２方向、及び垂直方向の印加加
速度を検出する本発明の地震計の第３の実施の形態を説
明する。図９は、垂直（Ｚ）方向の加速度計６０の周囲
に、井桁状に水平（ＸＹ）２方向加速度計４０、５０を
組付けた地震計の斜視図、図１０はその２辺の壁面４１
Ａ、４１Ｂを取り除き、内部の状態を示すＸ方向加速度
計４０の斜視図、図１１は同様に、その２辺の壁面５１
Ａ、５１Ｂを取り除き、内部の状態を示すＹ方向加速度
計５０の斜視図、図１２は２辺の壁面６１Ａ、６１Ｂを
取り除き、内部の状態を示すＺ方向加速度計６０の斜視
図である。

【００５０】図９において、図示しない支持架台に固定
されている断面方形状の垂直（Ｚ）方向２方位の加速度
を検出する加速度計６０の下方の外周面の対向面には、
水平２方向、即ち、±Ｘ方位の加速度を検出する一対の
加速度計４０、４０Ａが対向配設され、また、±Ｙ方位
の加速度を検出する一対の加速度計５０、５０Ａも対向
配設されるとともに、支持架台に井桁状に固定されてい
る。

【００５１】（７）ＸＹＺ方向の加速度計の構成の説明 外壁面４１Ａ、４１Ｂを取り除いてＸ方向加速度計４０
の内部を示す図１０を参照すると、断面方形状の中空体
４２の内部中央部には、断面方形状の中実荷重体４３が
長軸方向に変位可能に配設されるとともに、この荷重体
４３の長軸方向の両端面には、長軸方向に向け、剛体板
４４Ｂ・・・に円筒状、又は蛇行状の光ファイバーロー
ル４４Ａ・・・をそれぞれ設けてなる力センサ４４・・
・と、剛体板４５Ｂ・・・に同様の機能を有する円筒状
の光ファイバーロール４５Ａ・・・を設けてなる力セン
サ４５・・・とが、相互にガタを生じることなく同数づ
つ積層配設されている。

【００５２】次に、外壁面５１Ａ、５１Ｂを取り除いて
Ｙ方向加速度計５０の内部を示す図１１を参照すると、
断面方形状の中空体５２の内部中央部には、同様に、断
面方形状の中実荷重体５３が長軸方向に移動自在に配設
されるとともに、この荷重体５３の長軸方向の両端面に
は、長軸方向に向け、剛体板５５Ｂ・・・に円筒状の光
ファイバーロール５５Ａ・・・を設けてなる力センサ５
５・・・と、同様に、剛体板５６Ｂ・・・に円筒状の光
ファイバーロール５６Ａ・・・を設けた力センサ５６・
・・とが、相互にガタを生じることなく同数づつ積層配
設される。

【００５３】なお、上述したＸ方向加速度計４０Ａ、及
びＹ方向加速度計５０Ａは、Ｘ方向加速度計４０、及び
Ｙ方向加速度計５０と全く同一の構成要素にて形成され
ているため、その説明は省略する。このため、Ｘ方向加
速度計４０Ａ、及びＹ方向加速度計５０Ａの構成要素を
引用、説明する際には、Ｘ方向加速度計４０、及びＹ方
向加速度計５０の光ファイバーロール、及び力センサ等
の参照数字にダッシを付して示すこととする。

【００５４】さらに、外壁面６１Ａ、６１Ｂを取り除い
てＺ方向加速度計６０の内部を示す図１２を参照する
と、断面方形状の中空体６２の内部中央部には、断面方
形状の中実荷重体６３が長軸方向に移動自在に配設され
るとともに、この荷重体６３の長軸方向の両端面には、
長軸方向に向けて、剛体板６４Ｂに円筒状の光ファイバ
ーロール６４Ａ・・・を設けてなる力センサ６４・・・
と、剛体板６５Ｂに円筒状の光ファイバーロール６５Ａ
・・・を設けてなる力センサ６５・・・とが、相互にガ
タを生じることなく同数づつ積層配設されている。

【００５５】なお、上記した円筒状に形成された光ファ
イバーロール４４Ａ、４４Ａ´と、４５Ａ、４５Ａ´
と、５５Ａ、５５Ａ´と、５６Ａ、５６Ａ´と、光ファ
イバーロール６４Ａ、及び６５Ａとは、上述したセンサ
５乃至１２の光ファイバーロール５Ａ乃至１２Ａと同様
に、圧力を付与されると光の伝播特性が変わる特性を有
するとともに、バネとして作用する弾性機能を持ち、サ
ーボ機能を発揮するものである。

【００５６】そして、計測回路を示す図１３から明らか
なように、Ｘ方向加速度計４０の光ファイバーロール４
４Ａの出口側で加算平均した合成位相変位光ｆｅ´と、
Ｘ方向加速度計４０Ａの光ファイバーロール４４Ａ´の
出口側で加算平均した合成位相変位光ｆｅ″とを、さら
に加算、平均した再合成値ｆｅを基準光とともに成分検
出回路（７０−１）に入力する。また、Ｘ方向加速度計
４０の光ファイバーロール４５Ａの出口側で加算平均し
た合成位相変位光ｆｗ´と、Ｘ方向加速度計４０Ａの光
ファイバーロール４５Ａ´の出口側で加算平均した合成
位相変位光ｆｗ″とを、さらに加算、平均した再合成値
ｆｗを基準光とともに成分検出回路（７０−２）に入力
する。

【００５７】また、Ｙ方向加速度計５０の光ファイバー
ロール５５Ａの出口側で加算平均した合成位相変位光ｆ
ｎ´と、Ｙ方向加速度計５０Ａの光ファイバーロール５
５Ａ´の出口側で加算平均した合成位相変位光ｆｎ″と
を、さらに加算、加算した再合成値ｆｎを、基準光とと
もに成分検出回路（７０−３）に入力する。また、Ｙ方
向加速度計５０の光ファイバーロール５６Ａの出口側で
加算平均した合成位相変位光ｆｓ´と、Ｙ方向加速度計
５０Ａの光ファイバーロール５６Ａ´の出口側で加算平
均した合成位相変位光ｆｓ″とを、さらに並列加算し、
平均化した再合成値ｆｓを基準光とともに成分検出回路
（７０−４）に入力するよう構成されている。

【００５８】さらに、Ｚ方向加速度計６０の光ファイバ
ーロール６４Ａ、６５Ａから、その出口側で加算平均し
た合成位相変位光ｆｕ、ｆｄが出力され、合成位相変位
光ｆｕ、ｆｄとともに成分検出回路（７０−５）、（７
０−６）にそれぞれ入力するよう構成されている。な
お、光源１５の分割光が、ＸＹＺ方向の力センサの光フ
ァイバーロール毎に個別に入光されることは、勿論であ
る。

【００５９】次に、図１３を参照して、ＸＹＺ方向の加
速度計の作用を、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の加速度の計測順に説
明する。なお、この場合でも、成分検出回路（７０−
１）乃至（７０−６）において、加速度を印加しないと
きに、各光ファイバーロールの合成出力光と基準光との
位相差が発生しないよう位相調整をしておく事は勿論で
ある。

【００６０】（８）Ｘ方向の加速度の計測作用の説明 いま、Ｘ方向の加速度を検出する加速度計４０、４０
Ａ、及びＹ方向の加速度検出用の加速度計５０、５０Ａ
を、図９に示すようにＸＹ方向に向けて配設する。そし
て、一対のＸ方向加速度検出用の加速度計４０、４０Ａ
に、図１０に示すように矢印Ｘ方向から加速度が印加さ
れると、荷重体４３、４３´が矢印Ｘ方向とは逆方向に
急激に変位するとともに、その力センサ４４、４４´も
急激に変位し、このため、質量の大きな荷重体４３、４
３´の変位による大きな加圧力と、各剛体板４４Ｂ、４
４Ｂ´による加圧力とがセンサ４４、４４´の光ファイ
バーロール４４Ａ、４４Ａ´に確実に伝達付与される。
その際、光ファイバーロール４４Ａ、４４Ａ´の持つバ
ネ機能により、上記荷重体及び剛体板による加圧力とバ
ランスする位置でその変位を停止させるサーボ機能が発
揮される。他方、荷重体４３、４３´は、図示の矢印Ｘ
方向とは逆方向に変位するため、センサ４５、４５´の
光ファイバーロール４５、４５Ａ´に予め付与されてい
た加圧力が低減する。

【００６１】ところで、Ｙ方向の加速度計５０、５０Ａ
内の光ファイバーロール５５Ａ、及び光ファイバーロー
ル５５Ａ´と、光ファイバーロール５６Ａ、及び光ファ
イバーロール５６Ａ´とには、荷重体５３、５３´およ
びＹ方向の剛体板５６Ｂ、５６Ｂ´が、加圧力を及ぼす
方向には変位しないため、上記した各光ファイバーロー
ルには同じ加圧力が及ぼされる。そして、Ｚ方向の加速
度計６０の光ファイバーロール６４Ａと、光ファイバー
ロール６５Ａとには、同様に、荷重体６３及びＺ方向の
剛体板６４Ｂ、６５Ｂが加圧力を及ぼす方向には変位し
ないため、各光ファイバーロールには同じ加圧力が及ぼ
される。

【００６２】そこで、一対のＸ方向センサ４０、４０Ａ
内のＸ方位に位置する光ファイバーロール４４Ａと、４
４Ａ´との出力光を加算平均化した各合成位相変位光ｆ
ｅ´、ｆｅ″をさらに加算、平均した再合成値ｆｅを、
基準光とともに成分検出回路（７０−１）に入力する。
成分検出回路（７０−１）では、上記したＸ方位に位置
する光ファイバーロール４４Ａ、４４Ａ´の合成変位光
ｆｅを平均化した再合成値と基準光との位相差Ｆｅを求
める。

【００６３】また、（−Ｘ）方位に位置する光ファイバ
ーロール４５Ａと、４５Ａ´との出力光を加算平均化し
た各合成位相変位光同士ｆｗ´、ｆｗ″を、さらに加
算、平均した再合成値ｆｗを基準光とともに成分検出回
路（７０−２）に入力する。成分検出回路（７０−２）
では、（−Ｘ）に位置する光ファイバーロール４５Ａ、
４５Ａ´の各合成位相変位光を加算平均化した再合成値
ｆｗと基準光との位相差Ｆｗを求める。そして、計測演
算回路７１の演算部（７１−１）に位相差Ｆｅ、Ｆｗを
入力し、その差（Ｆｅ−Ｆｗ）を求めＸ方向の印加加速
度を計測する。

【００６４】他方、上述したように、Ｘ方向に加速度を
印加したときには、Ｙ方向の加速度計５０、５０Ａ内の
荷重体５３、５３´及びＹ方向の剛体板５５Ｂ、５５Ｂ
´、５６Ｂ、５６Ｂ´が加圧力を及ぼす方向には変位せ
ず、また、Ｚ方向の加速度計６０の荷重体６３及びＺ方
向の剛体板６４Ｂ、６５Ｂとが加圧力を及ぼす方向に変
位しないため、センサ５５及び５５´、センサ５６及び
５６´、センサ６４及び６５の各光ファイバーロールに
は、同じ加圧力が及ぼされる。

【００６５】このため、成分検出回路（７０−３）、
（７０−４）では、Ｙ方位に位置する光ファイバーロー
ル５５Ａ、５５Ａ´の合成位相変位光同士ｆｎ´、ｆ
ｎ″を加算して平均化した再合成値ｆｎと、（−Ｙ）方
位に位置する光ファイバーロール５６Ａ、５６Ａ´の合
成位相変位光同士ｆｓ´、ｆｓ″を加算して平均化した
再合成値ｆｓとが、基準光とともにそれぞれ入力され
る。そして、成分検出回路（７０−３）では、光ファイ
バーロール５５Ａ、５５Ａ´の平均化された再合成値ｆ
ｎと基準光との位相差出力Ｆｎを求める。また、成分検
出回路（７０−４）では、光ファイバーロール５６Ａ、
５６Ａ´の再合成値ｆｓと基準光とが入力され、平均化
された再合成値ｆｓと基準光との位相差出力Ｆｓを求め
る。そして、これらの出力Ｆｎ、Ｆｓを計測演算回路７
１の演算部７１−２に入力し、（Ｆｎ−Ｆｓ）の差を求
めることで、Ｙ方向の出力をキャンセルする。

【００６６】同様に、成分検出回路（７０−５）では、
光ファイバーロール６４Ａの合成位相変位光ｆｕと基準
光との位相差Ｆｕを求め、また、成分検出回路（７０−
６）では、光ファイバーロール６５Ａの合成位相変位光
ｆｄと基準光との位相差Ｆｄを求める。そして、これら
の位相差出力Ｆｕ、Ｆｄを計測演算回路７１の演算部
（７１−３）に入力し、その差（Ｆｕ−Ｆｄ）を求める
ことで、Ｚ方向の出力はキャンセルされる。

【００６７】（９）Ｙ方向の加速度の計測作用の説明 次に、図９、図１１に示す矢印Ｙ方向に印加された加速
度の検出作用を説明する。Ｙ方向加速度検出用の加速度
計５０、５０Ａに、図１１に示すように矢印Ｙ方向から
加速度を印加されると、荷重体５３、５３´が矢印Ｙ方
向とは逆方向に急激に変位するとともに、センサ５５、
５５´も急激に変位し、このため、質量の大きな荷重体
５３、５３´の変位による大きな加圧力と、各剛体板５
５Ｂ、５５Ｂ´による加圧力とをセンサ５５の光ファイ
バーロール５５Ａ、センサ５５´の光ファイバーロール
５５Ａ´に確実に伝達、付与する。その際、光ファイバ
ーロール５５Ａ、５５Ａ´の持つバネ機能により、上記
荷重体及び剛体板による加圧力とバランスする位置にて
その変位を停止させ、サーボ機能、又はフィードバック
機能が発揮される。他方、荷重体５３、５３´は矢印Ｙ
方向とは逆方向に変位するため、センサ５６の光ファイ
バーロール５６Ａ、センサ５６´の光ファイバーロール
５６Ａ´に予め付与されていた加圧力が低減する。

【００６８】ところで、Ｘ方向の加速度計４０、４０Ａ
内のセンサ４４、及びセンサ４４´と、センサ４５、及
び４５´とに対し、Ｘ方向の加速度計４０、４０Ａの荷
重体４３、４３´及びＸ方向の剛体板４４Ｂ、４４Ｂ
´、４５Ｂ、４５Ｂ´が加圧力を及ぼす方向に変位せ
ず、また、Ｚ方向の加速度計６０のセンサ６４と、６５
とに対し、Ｚ方向の加速度計６０の荷重体６３及びＺ方
向の剛体板６４Ｂ、６５Ｂとが加圧力を及ぼす方向には
変位しない。

【００６９】このため、Ｘ方向加速度計４０、４０Ａ内
の光ファイバーロール４４Ａ、及び光ファイバーロール
４４Ａ´と、光ファイバーロール４５Ａ、及び光ファイ
バーロール４５Ａ´とには同じ加圧力が及ぼされ、ま
た、Ｚ方向加速度計６０の光ファイバーロール６４Ａ、
及び光ファイバーロール６５Ａにも、同じ加圧力が及ぼ
される。

【００７０】そこで、Ｙ方向加速度計測の際には、Ｙ方
向加速度計５０の光ファイバーロール５５Ａの合成位相
変位光ｆｎ´と、Ｙ方向加速度計５０Ａの光ファイバー
ロール５５Ａ´の合成位相変位光ｆｎ″とをその出力側
で再加算・平均化した再合成値ｆｎと、また、Ｙ方向加
速度計５０の光ファイバーロール５６Ａの合成位相変位
光ｆｓ´と、Ｙ方向加速度計５０Ａの光ファイバーロー
ル５６Ａ´の合成位相変位光ｆｓ″とをその出力側で、
再加算・平均化した再合成値ｆｓとを求め、これらを基
準光とともにそれぞれ成分検出回路（７０−３）、（７
０−４）に入力する。

【００７１】成分検出回路（７０−３）では、光ファイ
バーロール５５Ａの合成位相変位光ｆｎ´と、光ファイ
バーロール５５Ａ´の合成位相変位光ｆｎ″とを加算平
均した再合成値ｆｎと、基準光とのＹ方位の位相差Ｆｎ
を求める。また、成分検出回路（７０−４）では、光フ
ァイバーロール５６Ａの合成位相変位光ｆｓ´と、光フ
ァイバーロール５６Ａ´の合成位相変位光ｆｓ″とを加
算平均した再合成値ｆｓと基準光との（−Ｙ）方位の位
相差出力Ｆｓとを求める。そして、計測演算回路７１に
位相差出力Ｆｎ、Ｆｓを入力し、その演算部（７１−
２）にて差（Ｆｎ−Ｆｓ）を求め、Ｙ方向に印加された
加速度を求める。

【００７２】他方、上述したように、Ｘ方向の加速度計
４０、４０Ａ内のセンサ４４及び４４´と、４５及び４
５´と、Ｚ方向のセンサ６４と、６５とには、同じ加圧
力が及ぼされているため、一対のＸ方向加速度計４０、
４０Ａの光ファイバーロール４４Ａ 、４４Ａ´の合成
位相変位光ｆｅ´、ｆｅ″を加算平均した再合成値ｆｅ
と、光ファイバーロール４５Ａ 、４５Ａ´の合成位相
変位光ｆｗ´、ｆｗ″を加算平均した再合成値ｆｗと
を、基準光とともに成分検出回路（７０−１）、（７０
−２）にそれぞれ入力し、その位相差Ｆｅ、Ｆｗを求め
る。同様に、Ｚ（垂直）方向加速度計の光ファイバーロ
ール６４Ａの合成位相変位光ｆｕと、光ファイバーロー
ル６５Ａの合成位相変位光ｆｄとを基準光とともに、成
分検出回路（７０−５）、（７０−６）にそれぞれ入力
し、その位相差Ｆｕ、Ｆｄを求める。そして、これら位
相差出力Ｆｅ、Ｆｗ、Ｆｕ、Ｆｄを計測演算回路７１の
演算部（７１−１）、（７１−３）に入力し、各出力の
差（Ｆｅ−Ｆｗ）、（Ｆｕ−Ｆｄ）を求めることで、Ｘ
方向、Ｚ方向の出力はキャンセルされる。

【００７３】（１０）Ｚ方向の加速度の計測作用の説明 次に、図９に示す矢印Ｚ方向に印加された加速度の検出
作用を、図１２を参照して説明する。Ｚ方向加速度検出
用の加速度計６０に、図１２に示すように矢印Ｚ方向か
ら加速度を印加されると、荷重体６３が矢印Ｚ方向とは
逆方向に急激に変位するとともに、センサ６４も急激に
変位し、このため、質量の大きな荷重体６３の変位によ
る大きな加圧力と、各剛体板６４Ｂによる加圧力とをセ
ンサ６４の光ファイバーロール６４Ａに確実に伝達、付
与する。その際、光ファイバーロール６４Ａの持つバネ
機能により、上記荷重体６３及び剛体板６４Ｂによる加
圧力とバランスする位置にてその変位を停止させるサー
ボ機能が発揮される。他方、荷重体６３は矢印Ｚ方向と
は逆方向に変位するため、センサ６５の光ファイバーロ
ール６５Ａにあらかじめ付与していた加圧力が低減す
る。

【００７４】そこで、Ｚ方向加速度計６０における光フ
ァイバーロール６４Ａの合成位相変位光ｆｕと、光ファ
イバーロール６５Ａの合成位相変位光ｆｄとを基準光と
ともに、それぞれ成分検出回路（７０−５）、（７０−
６）に入力する。そして、光ファイバーロール６４Ａの
合成位相変位光ｆｕと基準光との位相差Ｆｕと、光ファ
イバーロール６５Ａの合成位相変位光ｆｄと基準光との
位相差Ｆｄとを求める。そして、計測演算回路７１の演
算部（７１−３）に入力し、その差（Ｆｕ−Ｆｄ）を求
め、Ｚ方向に印加された加速度を求める。

【００７５】ところで、Ｚ方向に加速度を印加したとき
には、Ｘ方向加速度計４０、４０Ａにおける各荷重体４
３、４３´、及びＸ方向の剛体板４４Ｂ、４４Ｂ´、４
５Ｂ、４５Ｂ´と、Ｙ方向加速度計５０、５０Ａ内の各
荷重体５３、５３´、及びＹ方向の剛体板５５Ｂ、５５
Ｂ´、５６Ｂ、５５Ｂ´とは加圧力を及ぼす方向には変
位しないため、Ｘ方向加速度計４０、４０Ａ内の光ファ
イバーロール４４Ａ、４５Ａ、及び光ファイバーロール
４４Ａ´、４５Ａ´と、Ｙ方向加速度計５０、５０Ａ内
の光ファイバーロール５５Ａ、５６Ａ、及び光ファイバ
ーロール５５Ａ´、５６Ａ´とには、同じ加圧力が及ぼ
される。そして、成分検出回路（７０−１）には、Ｘ方
向加速度計４０、４０Ａの光ファイバーロール４４Ａ、
４４Ａ´の各合成位相変位光ｆｅ´、ｆｅ″を、さらに
再合成して加算平均化した再合成値ｆｅと基準光とが入
力され、その位相差Ｆｅが算出される。また、成分検出
回路（７０−２）には、光ファイバーロール４５Ａ、４
５Ａ´の各合成位相変位光ｆｗ´、ｆｗ″をさらに、再
合成して加算平均化した再合成値ｆｗと基準光とが入力
され、その位相差Ｆｗが算出される。

【００７６】他方、成分検出回路（７０−３）では、Ｙ
方向加速度計５０、５０Ａの光ファイバーロール５５
Ａ、５５Ａ´の各合成位相変位光ｆｎ´、ｆｎ″の再合
成値ｆｎと、基準光とが入力され、その位相差Ｆｎを算
出する。また、成分検出回路７０−４では、光ファイバ
ーロール５６Ａ、５６Ａ´の各合成位相変位光ｆｓ´、
ｆｓ″を再合成値ｆｓと、基準光とが入力され、その位
相差Ｆｓを算出する。

【００７７】そして、位相差ＦｅとＦｗとを計測演算回
路７１の演算部（７１−１）に入力し、その差、即ち、
（Ｆｅ−Ｆｗ）を求めることで、Ｘ方向の出力はキャン
セルされる。さらに、（７１−２）では、上記位相差の
差（Ｆｎ−Ｆｓ）を求めることで、Ｙ方向の出力はキャ
ンセルされる。

【００７８】また、図１４に示すように、温度変化が殆
ど生じない地中深さ３０ｍ程度、あるいはそれ以深に穿
孔したボアホール８０の孔底８１上に、円筒状の収納容
器８２を固定し、この容器８２内に、上述した図５乃至
図７に示すような３成分地震計を固定配設したり、ある
いは、水平２成分地震計と、垂直方向成分を計測可能と
する地震計とを固定配設し、地震計により収集したデー
タを信号線８３を経由して地上の観測装置に伝送し、地
震観測をすることも出来る。ここで、地震計の光信号の
位相データは、孔内にて、例えば、地震計真上に併設し
た「データ処理の伝送装置」８４により、３成分地震動
データに変換してから、地上へ送出するのが望ましい。
この場合、収納容器８２内に設置した光ファイバーロー
ルは、周囲温度の変動の影響を受けずに加速度の計測が
可能であるから、正確な観測情報を地上局に伝送するこ
とが出来る。

【００７９】なお、本発明の第１乃至第３の発明の実施
の形態に適用する力センサの剛体板に、円筒状、又は蛇
行状の光ファイバーロールを設ける際、光ファイバーロ
ールの硬度よりも僅かに高い硬度を有する合成樹脂（例
えば、（硬質系）プラスチック、又はガラス材）等でモ
ールドするよう構成することにより、ノイズを低減させ
てＳＮ比を向上させることが出来る。

【００８０】光ファイバーロールをモールドにより設置
する上記方式に代え、例えば、方形状袋体に充填した粘
性液体中に蛇行状の光ファイバーロルを浸漬配設した力
センサについて、以下に図面を参照しながら説明する。
図１５（Ａ）は袋体９０を透視してその内部を眺めた力
センサ８″の平面図、（Ｂ）は袋体を透視し、内部の蛇
行型光ファイバーケーブルの形状を、点線にて鋸歯状に
簡略化して示す光ファイバーロールを眺めた力センサ
８″の斜視図、（Ｃ）は（Ａ）に示す切断線Ｍ−Ｍにて
切断した断面を、矢印Ｐ方向から眺めた光ファイバー９
１の外周面の法線方向から応力を印加された状態を示す
図である。

【００８１】図１５（Ａ）を参照すると、ビニール等に
より形成した方形状の袋体９０内には、袋体９０に外部
圧力を付与されると、内部の光ファイバーロール９１に
動圧を与えずに静水圧を与えるように、この袋体９０の
内容積とほぼ同等程度の体積のシリコン等の粘性液体９
２が充填されている。そして、この袋体９０内には、蛇
行形状を保形するようコーティング材を塗布して固化さ
れた光ファイバーロール９１が浸漬配設されている。

【００８２】内部の蛇行型光ファイバーケーブルの形状
を鋸歯状に簡略化した図１５（Ｂ）に示すように、袋体
９０の表裏面、即ち、矢印Ｒ方向の面には荷重体や、剛
体板が配設されている。そして、図１５（Ｃ）に示すよ
うに、荷重体や剛体板が変位し、その矢印Ｒ方向からそ
の表裏面に一様に外圧が付与されると、内部の粘性液体
９２は殆ど流動せず、動圧を発生しない。このため、光
ファイバーロール９１には、動圧を与えずに、静水圧状
態を与える。このため、光ファイバーロール９１の外周
面全体に、矢印Ｖに示すように、一様に法線方向から応
力が印加される。これにより、光ファイバーロール９１
の断面積は点線から実線位置へ一様に縮小されることと
なる。このため、外部からの圧力変化は光ファイバーケ
ーブルの軸方向の長さ変化に変換することが出来るた
め、光伝播特性の変化に基づいて外圧を測定することが
出来る。このように、光ファイバーケーブルの断面を一
様に変更するとともに、その長さ方向の変化に変換する
ことが出来るため、光ファイバーロールの圧力変化は全
て光ファイバーロールの軸方向の長さ変化に変換され、
このため、位相変化をスムースに計測することが出来、
計測分解能や、精度が向上する。

【００８３】次に、同一剛体板に計測用光ファイバーロ
ールと基準用光ファイバーロールとを並設し、両光ファ
イバーロールを同一雰囲気下に置くことで、計測精度の
向上をはかる実施例の説明をする。図１６に示すよう
に、例えば、図４に示す基準回路１６から出光される基
準光を剛体板の枚数と等しい数に分岐させて基準用の光
ファイバーロール８Ｆとなし、そのうちの１本の基準用
の光ファイバーロール８Ｆを計測用の光ファイバーロー
ル８Ｄと対にして、図３（Ｄ）に代表例として示す剛体
板８Ｂのそれぞれに近接配設する。

【００８４】即ち、力センサ８´の剛体板８Ｂには、同
一形状、同一長さを有するとともに、同一光強度を有す
る光を送光される計測用光ファイバーロール８Ｄと基準
用の光ファイバーロール８Ｆとが近接配置される。そし
て、計測用光ファイバーロール８Ｄは、図１５（Ａ）乃
至（Ｃ）で説明したように、断面円形状の袋体９０´内
に、外圧を付与されても変形しないように十分な量を充
填された粘性液体中に浸漬され、外部から圧力を付与さ
れると、動圧は与えられずに静水圧を与えられ、これに
より、光ファイバーロール８Ｄの直径方向の寸法が縮小
され、その長手方向の寸法が伸長する。他方、上記基準
用光ファイバーロール８Ｆは、上記袋体９０´の直径と
同一直径を有するとともに、圧力を付与されても変形し
ないように剛性を有する管体８Ｇ内に収納されている。

【００８５】このように、剛体板８Ｂに、計測用光ファ
イバーロール８Ｄと、基準用光ファイバーロール８Ｆと
を近接配置し、両ファイバーロールを同一雰囲気下に置
くことで、計測精度を向上させることが出来る。

【００８６】さて、上記した地震計のＸＹ方向加速度計
を必ずしも東西南北方位に向けて配置することなく、任
意の角度に配設し、計測した印加加速度をベクトル計算
により補正し、東西南北方位のの加速度を検知すること
が可能である。さらに、この地震計の用途面は、地表の
みならず、海底、湖底、天体表面等に用いることが出
来、また、ロケット、人工衛星、ジャイロ等や、さらに
は、鉄道、新幹線、自家用車等に搭載して用いることが
出来る。

【００８７】さらに、本発明は、上記した位相変化デー
タのみならず、前方散乱光、後方散乱光、及び透過光強
度の変化データを用い、同様の方法のデータ処理を行う
ことによって印加加速度を求めることが出来る。この場
合、位相変化データ処理の際に用いた基準光との位相比
較処理は、不要であることは勿論である。また、上記し
た加速度を積分処理して速度データ、変位データを得る
ことが可能であるから、この意味で本発明は地震計と言
うことが出来る。

【００８８】

【発明の効果】以上述べたように請求項１、及び２記載
の発明によれば、相対変位する荷重体相互間に形成され
る間隙に、剛体板に光伝播特性が圧力変化に反応して位
相が変位する機能を有するとともに、荷重体及び剛体板
よりも小さな弾性定数を有する円筒状、又は蛇行状の光
ファイバーロールを設けてなる力センサを積層配設する
とともに、相対変位する荷重体と対向する二方位の各方
位における力センサの光ファイバーロールからの位相変
位光を、その出口側で加算平均した合成位相変位光を出
力するよう構成されているので、積層された力センサの
中に検出感度の劣るセンサが存在していても、健全なそ
の他の数多くの力センサの検出出力により平均化され、
検出感度の劣化が補正され、検出感度の向上を可能に
し、計測精度を向上させることが出来、また、加速度印
加により、荷重体の他、各剛体板も共に急激に変位し、
これにより、積層された円筒状の各光ファイバーロール
には荷重体による加圧力と各剛体板による加圧力とが付
与されるため、各光ファイバーロールに、印加加速度を
確実に伝達付与することができ、これにより、各力セン
サから加速度信号を確実に発生させることが出来る。

【００８９】さらに、光ファイバーロールが弾性機能を
有するとともに、円筒状に形成されているため、光ファ
イバーロール自体が地震計の荷重体と剛性板との間で、
言わばバネ部材と同様に機能し、このため、荷重体と剛
体板の変位による加圧力とバランスする位置にて荷重体
と剛体板との変位を停止させることが出来、従って、光
ファイバーロールを見掛け上サーボ機能を有する部材と
して作用させることが出来、しかも、この機能を特別の
部品を付加せずに実現する事が可能となる。

【００９０】また、上述したように円筒状の光ファイバ
ーロールが弾性機能を有するため、それ自身が荷重体と
剛体板との間で弾性材料として振る舞うことが出来、荷
重体及び剛体板に対し、力センサを相互にガタを生じさ
せることなく配設することが出来る。

【００９１】さらに、請求項３記載の３成分地震計の発
明によれば、請求項１、２記載の発明と同様の効果を奏
する他に、一対のＸ方向加速度計における光ファイバー
ロールの合成位相変位光同士をさらに並列加算して平均
化した再合成値を求めるよう構成するとともに、一対の
Ｙ方向加速度計における光ファイバーロールの合成位相
変位光同士を、さらに並列加算して平均化した再合成値
を求めるよう構成されているため、Ｘ、又はＹ方向の印
加加速度を求める際の光ファイバーロールの出力は、一
層平均化されることとなる。

【００９２】また、請求項４記載の発明によれば、光フ
ァイバーセンサを用いた３成分地震計を、地中に穿設し
たボアホールに設置し、これにより、収納容器内の光フ
ァイバーロールの周囲温度を一定に保持し、温度変動に
よる測定誤差の発生を防止することが出来る。

【００９３】さらに、請求項５記載の発明によれば、外
圧を付与されると光ファイバーケーブルに動圧を付与せ
ず、静水圧を付与するよう粘性液体が封入された袋体内
部に蛇行状の光ファイバーロールを浸漬配設し、その外
周面に一様に法線方向から応力を印加されてその断面積
を一様に縮小変化させると共に、その長さ方向の変化に
変換するよう構成してあるため、位相変化をスムースに
計測することが可能となる。

【００９４】請求項６記載の発明によれば、計測用の光
ファイバーロールと基準用の光ファイバーロールとを同
一剛体板に並設するよう構成してあるので、両光ファイ
バーロールが同一雰囲気下に置かれることとなり、この
ため、計測精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る水平２方向の加速度を測定する
地震計の第１の実施の形態を示す図で、方形状中空体よ
りなる荷重体１の一部４を切り欠き、矢印方向に分離、
後退させてその内部状態を示す全体斜視図である。

【図２】 図２は図１における地震計の荷重体１を矢印
Ａ方向から眺めた図である。

【図３】 （Ａ）は図１に示す光ファイバーロール８Ａ
の斜視図、（Ｂ）は図３（Ａ）に示す光ファイバーセン
サのモールドを矢印Ａ´方向から透視するとともに、矢
印Ａ´方向から眺めた光ファイバーロール８Ａの側面
図、（Ｃ）は図３（Ａ）に示す円筒状の光ファイバーロ
ール８Ａの複数を剛体板８Ｂに配設した力センサ８の平
面図、（Ｄ）は光ファイバーロールを蛇行型に配設した
別のタイプの力センサ８´の平面図である。

【図４】 図１に示す水平２方向成分を計測する計測回
路図である。

【図５】 ＸＹＺ３方向の加速度を計測する本発明の地
震計の第２の実施の形態を示すもので、方形状中空体２
１の一部２３を切欠いて矢印方向に分離、後退させると
ともに、Ｙ方向のセンサを取り除いて示した地震計の全
体斜視図である。

【図６】 図５の矢印Ｂ方向から、Ｚ方向のセンサを取
り除き、ＸＹ方向の加速度を計測する地震計を眺めた図
である。

【図７】 図７は図５の矢印Ｃ方向から、Ｚ方向の加速
度を検出する地震計を眺めた図である。

【図８】 図５に示す本発明の地震計の第２の実施の形
態に用いる計測回路図である。

【図９】 ＸＹＺ３方向の加速度を計測する本発明の地
震計の第３の実施の形態を示すもので、垂直（Ｚ）方向
の加速度計６０の周囲に、井桁状に水平（ＸＹ）２方向
の加速度計４０、４０Ａ、５０、５０Ａを組付けた地震
計４０の全体斜視図である。

【図１０】 図９に示す地震計において、その２辺の壁
面５１Ａ、５１Ｂを取り除いて内部の状態を示すＸ方向
加速度計４０の斜視図である。

【図１１】 図９に示す地震計において、同様にその２
辺の壁面５１Ａ、５１Ｂを取り除き、内部の状態を示す
Ｙ方向加速度計５０の斜視図である。

【図１２】 図９に示す地震計において、同様にその２
辺の壁面６１Ａ：６１Ｂを取り除き、内部の状態を示す
Ｚ方向加速度計６０の斜視図である。

【図１３】 図９に示す地震計に用いる計測回路図であ
る。

【図１４】 地中に穿孔したボアホールに、本発明の地
震計を設置した地震観測系の構成図である。

【図１５】 （Ａ）は粘性液体を封入した袋状体の内部
に蛇行型光ファイバーケーブルを配設した力センサの平
面図、（Ｂ）は上記（Ａ）に示す力センサを、その内部
の蛇行型光ファイバーケーブルの形状を簡略化して示し
た斜視図、（Ｃ）は（Ａ）に示す切断線Ｍ−Ｍにて切断
した断面を矢印Ｐ方向から袋体を透視して眺めた断面図
である。

【図１６】 計測精度の向上をはかるため、同一剛体板
上に計測用光ファイバーロールと基準光用光ファイバー
ロールとを配設し、同一雰囲気下に置いた平面図であ
る。

【図１７】 従来の３方向地震計を示す図で、（Ａ）
は、上下方向の加圧部材等を除去し、水平４方向に加圧
部材等を有する加速度計を上から眺めた図、（Ｂ）は四
角柱状荷重体の一方の面に光ファイバーロール、加圧板
を配設し、その残余の面における光ファイバーロール、
加圧板を省略した分解斜視図ある。

【符号の説明】

１、２１…方形状の中空荷重体、２…方形状の筒状荷重
体、３、２２…方形状の中実荷重体、５Ａ乃至１２Ａ…
光ファイバーロール、５乃至１２…力センサ、１３…中
実荷重体３と２２の端面、２１Ａ乃至２９Ａ…光ファイ
バーロール、２１乃至２９…力センサ、４０、４０Ａ…
Ｘ方向加速度計、５０、５０Ａ…Ｙ方向加速度計、６０
…垂直方向加速度計。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空の方形柱状荷重体の内側に間隙を介
   在して配設された方形筒状荷重体の内側に、さらに間隙
   を介在させて中実の方形柱状荷重体を配設し、 上記中空荷重体及び筒状荷重体とが相対向する四つの間
   隙と、該筒状荷重体を介在させて上記四つの間隙に対向
   するとともに、上記筒状荷重体及び中実荷重体が相対向
   する四つの間隙とに、剛体板に、光伝播特性が加速度印
   加に基づく上記荷重体の相対変位による圧力変化に反応
   して光の伝送位相が変位し、かつ、上記荷重体及び剛体
   板よりも小さい弾性定数を有する円筒状、又は蛇行状の
   光ファイバーロールを設けてなる力センサを積層配設
   し、 上記力センサを直交する水平（ＸＹ）四方位の各方位に
   向くよう位置させて配設する地震計であって、 上記荷重体が相対変位する二方位の各方位における力セ
   ンサの光ファイバーロールの出力光を、該光ファイバー
   ロールの出口側にて加算平均した合成位相変位光と、基
   準光との位相差出力をそれぞれ求め、上記位相差出力の
   差に基づいて上記中実荷重体の変位方向における印加加
   速度を求める計測回路を備えることを特徴とする２成分
   計測用の地震計。
2. 【請求項２】 中空の方形柱状荷重体の内部に、間隙を
   介在させて中実の方形柱状荷重体を配設し、 上記中空荷重体と中実荷重体との相対向する六つの各間
   隙に、剛体板に、光伝播特性が加速度印加に基づく上記
   荷重体の相対変位による圧力変化に反応して光の伝送位
   相が変位し、かつ、上記荷重体及び剛体板よりも小さい
   弾性定数を有する円筒状、又は蛇行状の光ファイバーロ
   ールを設けてなる力センサを積層配設し、 上記力センサを上記座標系の水平（ＸＹ）四方位、及び
   垂直（Ｚ）二方位に向くよう位置させて配設する地震計
   であって、 上記荷重体が相対変位する二方位の各方位における上記
   力センサの光ファイバーロールの出力光を、該光ファイ
   バーロールの出口側にて加算平均した合成位相変位光
   と、基準光との位相差出力をそれぞれ求め、上記相対変
   位する二方位の各方位における位相差出力の差に基づい
   て上記中実荷重体の変位方向における印加加速度を求め
   る計測回路を備えることを特徴とする３成分計測用の地
   震計。
3. 【請求項３】 ＸＹＺの直交座標系において、垂直二方
   位に向くよう配設したＺ方向加速度計の中空の方形柱状
   荷重体の内部空間に、中実の方形柱状荷重体を垂直長軸
   方向に変位可能に配設し、該中実荷重体の変位方向の両
   端面に向け、剛体板に、光伝播特性が加速度印加による
   上記荷重体の相対変位による圧力変化に反応して光の伝
   送位相が変位し、かつ、上記荷重体及び剛体板よりも小
   さい弾性定数を有する円筒状、又は蛇行状の光ファイバ
   ーロールを設けてなる力センサを積層配設するととも
   に、上記Ｚ方向加速度計の外周面の水平Ｘ方向に向け、
   Ｘ方向の加速度を検出する一対のＸ方向加速度計を配設
   し、該外周面の水平Ｙ方向に向け、Ｙ方向の加速度を検
   出する一対のＹ方向加速度計を配設し、 上記Ｘ方向加速度計の内部空間に、中実の方形柱状荷重
   体を水平長軸方向に変位可能に配設すると共に、該中実
   荷重体の変位方向の両端面の長軸方向に、剛体板に、光
   伝播特性が加速度印加による上記荷重体の相対変位によ
   る圧力変化に反応して光の伝送位相が変位し、かつ、上
   記荷重体及び剛体板よりも小さい弾性定数を有する円筒
   状、又は蛇行状の光ファイバーロールを設けてなる力セ
   ンサを積層配設し、 上記Ｙ方向加速度計の内部空間に、中実の方形柱状荷重
   体を水平長軸方向に変位可能に配設すると共に、該中実
   荷重体の変位方向の両端面の長軸方向に、剛体板に、光
   伝播特性が加速度印加による上記荷重体の相対変位によ
   る圧力変化に反応して光の伝送位相が変位し、かつ、上
   記荷重体及び剛体板よりも小さい弾性定数を有する円筒
   状、又は蛇行状の光ファイバーロールを設けてなる力セ
   ンサを積層配設した地震計であって、 上記一対のＸ方向加速度計の各中実荷重体の一方の端面
   に対設した力センサの光ファイバーロールの出力光を該
   光ファイバーロールの出口側にて加算平均した合成位相
   変位光のそれぞれを、さらに加算平均して求めた再合成
   値及び基準光の位相差出力と、上記各中実荷重体の他方
   の端面に対設した力センサの光ファイバーロールの出力
   光を該光ファイバーロールの出口側にて加算平均した合
   成位相変位光のそれぞれを、さらに加算平均して求めた
   再合成値及び基準光の位相差出力とをそれぞれ求め、上
   記位相差出力同士の差に基づいてＸ方向の印加加速度を
   計測し、 上記一対のＹ方向加速度計の各中実荷重体の一方の端面
   に対設した力センサの光ファイバーロールの出力光を該
   光ファイバーロールの出口側にて加算平均した合成位相
   変位光のそれぞれを、さらに加算平均して求めた再合成
   値及び基準光の位相差出力と、上記各中実荷重体の他方
   の端面に対設した力センサの光ファイバーロールの出力
   光を該光ファイバーロールの出口側にて加算平均した合
   成位相変位光のそれぞれを、さらに加算平均して求めた
   再合成値及び基準光の位相差出力とをそれぞれ求め、上
   記位相差出力同士の差に基づいてＹ方向の印加加速度を
   計測し、 上記Ｚ方向加速度計の中実荷重体の両端面にそれぞれ対
   向位置する力センサの光ファイバーロールの出力光を該
   光ファイバーロールの出口側にて加算平均した合成位相
   変位光と、基準光との位相差出力をそれぞれ求め、該位
   相差出力の差に基づいてＺ方向加速度を計測する計測回
   路を備えることを特徴とする３成分計測用の地震計。
4. 【請求項４】 地中に穿設したボアホールの底面に配設
   した収納容器に、水平４方位の加速度を計測するととも
   に、垂直２方位の加速度を計測する地震計が収納される
   よう構成することにより、収納容器内の光ファイバーロ
   ールに及ぼす温度変動の影響を排除することを特徴とす
   る請求項２、もしくは請求項３記載の地震計。
5. 【請求項５】 上記蛇行状の光ファイバーロールは、粘
   性液体を充填された袋体内部に浸漬配設されるととも
   に、 外部から上記袋体を介在させて内部の光ファイバーロー
   ルに付与される圧力を、該袋体内部の粘性液体が動圧を
   付与せずに、静水圧を保持しながら、該光ファイバーロ
   ールの外周面に一様な法線応力を付与してその断面積を
   一様に縮小するとともに、光ファイバーロールの軸方向
   の長さ変化に変換することを特徴とする上記請求項１乃
   至３の何れか１つに従う地震計。
6. 【請求項６】 上記蛇行状の光ファイバーロールは、粘
   性液体を充填された袋体内部に浸漬配設されるととも
   に、 外部から上記袋体を介在させて内部の光ファイバーロー
   ルに付与される圧力を、該袋体内部の粘性液体が動圧を
   付与せずに、静水圧を保持しながら、該光ファイバーロ
   ールの外周面に一様な法線応力を付与してその断面積を
   一様に縮小するとともに、光ファイバーロールの軸方向
   の長さ変化に変換するよう形成され、かかる光ファイバ
   ーロールを計測用光ファイバーロールとなし、 上記基準光の通過する光ファイバーロールを剛性を有す
   る管体内に収納して基準光ファイバーロールとなし、 上記剛体板に、上記計測用光ファイバーロールと基準光
   ファイバーロールとを対となして並設することを特徴と
   する請求項１乃至３の何れか１つに従う地震計。