JP3589950B2

JP3589950B2 - 地震検出システム

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Publication number: JP3589950B2
Application number: JP2000171013A
Authority: JP
Inventors: 貴簗田; 洋之古川; 光田久保; 善久清水; 健一小金丸
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd; Azbil Corp
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd; Azbil Corp
Priority date: 2000-06-07
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: JP2001349772A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、振動を検出する振動センサと、この振動センサの検出信号に基づいて演算処理を行い当該演算処理結果を２値信号（デジタル信号）として出力可能な演算処理回路とを備えた地震検出装置及び該地震検出装置からの一連の出力信号に基づいて設備機器に動作指令を与える地震検出システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１１−１１８９３６号公報には、ガス配管ガバナ毎に設置されて、地震発生時に地震を検出する地震検出装置を備え、この地震検出装置からの地震検出信号に基づきガス供給の緊急遮断の要否を判定して必要時には遮断を行い、ガス漏れによる被害の拡大や２次災害の発生を防止する地震検出システムが提供されている。上記地震検出装置には、地震発生時に感震信号を出力する他、自らの故障を報知する信号を出力可能なものが用いられる。また、この地震検出装置に搭載されている振動センサは、例えば特開平１１−１９４１３９号公報に開示されているような加速度センサであって、固定基板上に設けられた固定電極と該固定電極に対向する複数の可動電極とによって、地震発生時の振動による固定電極と各可動電極間の静電容量の変化に基づいて加速度を検出するものである。
【０００３】
そして、この地震検出装置を含む地震検出システムが地震発生時に的確に動作することが必要なので、作業員が定期的に巡回して保守点検作業を実施している。上記地震検出装置は、通常はボルト・ナット等により建物に固定されており、これを保守点検するには該地震検出装置を設置場所から取り外す必要がある。次に、１人の作業員が加速度センサを揺り動かして地震発生と同様な状態を作るとともに、地震検出装置からの感震出力信号を表示装置を用いて確認する。
【０００４】
また、上記地震検出システムは、信頼性向上のために、上記の地震検出装置とは別に機械式地震センサ（振動子によってスイッチ接点が動作するもの）を備えており、両者が規定値以上の振動を検出したときだけ、地震が発生したと判断して遮断弁に遮断信号を送るようになっている。
【０００５】
このように異なる位置に設置された２つの振動センサ（機械式地震センサと地震検出装置内の加速度センサ）を有する地震検出システムの動作確認を行うには、１人の作業員が機械式地震センサを揺り動かして地震発生と同様な状態を作ると同時に、他の１人の作業員が地震検出装置（加速度センサ）を揺り動かして地震発生と同様な状態を作り、両者から出力信号を得た結果として遮断信号が出力されることを表示装置を用いて確認する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の地震検出装置及び地震検出システムは以上のように構成されているので、保守点検作業においては、第一に、地震検出装置が単体で正常に動作するかどうかを確認することが必要である。そのために、地震検出装置を設置場所から取り外して地震発生による振動が作用したのと等価な状態を与える必要があった。しかしながら、地震と等価な振動を発生させるためには大がかりな振動発生装置が必要であり、点検作業の度にこれを地震検出装置の設置場所へ移送することは実質的に不可能であって、地震検出装置を手で揺らすことで代用せざるを得なかった。したがって、作業の度に振動条件が異なってしまうので、必ずしも十分に正確な診断が行われているとは言えなかった。
【０００７】
第二に、地震検出装置からの感震信号を受けたときに地震検出システム全体が正常に動作するかどうかを確認することが必要である。そのために、地震検出装置から感震信号を強制的に出力させる必要があった。もし地震検出装置内に搭載されている振動センサが故障していたら、地震検出装置を手で揺らしても感震信号が出力されないので、感震信号に基づく地震検出システム全体の動作確認ができなくなるという問題もあった。
【０００８】
この発明は上記のような従来の課題を解決するためになされたもので、特別な試験装置を用いることなく、簡単な操作で、装置及びシステム全体の良否診断を精度良く行うことのできる地震検出装置及び地震検出システムを得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１に係る地震検出システムは、振動に関する特性値を検出する振動センサと、この振動センサの検出信号に基づいて演算処理を行い当該演算処理結果を２値信号として出力可能な演算処理回路とを備えた地震検出装置と、外部からの診断指令信号の入力に応じて予め定められた動作手順に従い一連の動作を実行しその結果を出力し、上記振動センサの検出状態にかかわらず、所定の出力信号を出力するように上記動作手順が定められている動作手段を備えた前記演算処理回路と、前記地震検出装置からの出力信号と機械式地震センサからの出力信号に基づいて、設備機器に動作指令を与える制御装置とを備えた地震検出システムにおいて、前記制御装置は前記地震検出装置へ所定の診断指令信号を与え、その結果として、前記制御装置は前記地震検出装置からの一連の出力信号を受け、この出力信号と前記機械式地震センサからの出力信号に基づいて設備機器に動作指令を与えるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次の事項を実施するための発明の実施の一形態を説明する。
（１）地震検出装置自体の故障診断
（２）地震検出システムを制御する制御装置の故障診断
（３）地震検出装置、制御装置及び遮断弁等の設備機器の間の信号配線等の故障診断
参考例１．
図１はこの発明の参考例１による地震検出装置及び地震検出システムを使用するガス供給システムの概略構成を示す説明図である。図１において、１は防爆域を備えたガス製造工場、２はガスタンク、３は高圧導管、４はガバナ、５は防爆域を備えたガバナステーション、６は中圧導管、７はガバナ、７ａは緊急遮断弁、８は監視室、９及び１０はガバナ４および緊急遮断弁７ａに緊急遮断指示を供給する伝送線、１１は防爆域たるガバナ室、１２は緊急遮断機能を有した設備機器としてのガバナである。
【００１３】
２０は加速度センサ３０と演算処理回路４０を密閉保持した防爆ケースである。この加速度センサ３０は、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）方向の加速度の計測が可能なものである。この加速度センサ３０から出力されるのは加速度の経時変化情報であるが、演算処理回路４０を用いてこの情報から振動に関する特性値（方向、変位、速度、周波数等）を算出することも可能である。
演算処理回路４０はガバナ室外壁面（非防爆域）に設けられた外部の制御装置６０から所定の指令信号が入力されたとき、予め定められた動作手順に従い一連の動作を実行してその結果を外部へ順次出力する動作手段４０ａを有している。５０は演算処理回路４０から出力される検出信号としてのデジタル信号（２値信号）を伝送する伝送線である。
【００１４】
上記制御装置６０には、機械式地震センサ（メカスタ）６１と、判定回路６２および電源出力、機械式地震センサ出力、感震出力、液状化出力、重故障出力、軽故障出力、遮断弁動作出力及び自動、手動等を表示する表示手段６８ａ〜６８ｈが設けられている。この判定回路６２には振り子等を利用した機械式地震センサ６１の他、診断開始ボタン７１、リセットスイッチ７２、確認ランプ７３が接続されている。また、上記表示手段６８ａ〜６８ｈはそれぞれ独立した伝送線５１ａ〜５１ｈによって地震検出装置の演算処理回路４０に接続されている。
【００１５】
上記判定回路６２では、演算処理回路４０から伝送線５０を介して地震検出信号（デジタル信号）の供給を受けるとともに、機械式地震センサ６１から地震検出信号の供給を受けたとき、その入力された出力信号がいずれも規定値以上であるときは、直ちに遮断信号６３を発生させ、この遮断信号でガバナ１２を遮断する。これにより、低圧導管６４へのガスの供給が緊急遮断され、ガス漏れによる被害の拡大や２次災害の発生を防止する。
【００１６】
次に診断動作について説明する。
判定回路６２は診断開始ボタン７１の操作信号を受けると、外部から診断指令信号としての所定の指令信号７０の供給を受けると、演算処理回路４０に診断開始信号０１を供給する。６４は低圧導管、６５はガスを供給される家庭、６６はガスを供給される工場である。
【００１７】
図２は加速度センサ３０を示す断面図である。図において、３１は密閉容器である。加速度センサ３０はシリコン製の下部ストッパ３０ａと、この下部ストッパ３０ａ上に配置した台座３０ｂと、この台座３０ｂ上に配置したシリコン製の可動電極３０ｃと、この可動電極３０ｃ上に位置した上部電極３０ｄを備えている。
【００１８】
図３は上記可動電極３０ｃおよび上部電極３０ｄの対向し合う面にそれぞれ設けられた導電体からなる電極パターンを模式的に示す平面図であり、電極パターンはＣ１〜Ｃ５に５分割されている。それぞれの電極パターンはリード線３２を介して容器本体３１ａの外面に設けられた外部接続端子３３に接続されている。可動電極３０ｃにはその中心電極パターンＣ５に振動特性を調整するために重錘体３５が設けられ、この重錘体３５が台座３０ｂの中央に形成された穴３６に配置されている。
【００１９】
上記の各電極パターンＣ１〜Ｃ５は、図４に示すように、それぞれ容量／電圧変換器３８ａ〜３８ｅの入力側に接続され、容量／電圧変換器３８ａ，３８ｃの出力側は減算処理を行うオペアンプ３９ａの入力側に接続され、このオペアンプ３９ａの出力がＸ軸の出力となっている。同様に、容量／電圧変換器３８ｂ〜３８ｄ出力側は減算処理を行うオペアンプ３９ｂの入力側に接続され、このオペアンプ３９ｂの出力がＹ軸の出力となっている。また、容量／電圧変換器３８ｅはその出力がそのままＺ軸の出力となっている。
【００２０】
上記密閉容器３１の内部には、可動電極３０ｃの振動特性を最適に調整するため、乾燥した反応性の低いガス（窒素等）３７が減圧封入されている。すなわち、可動電極３０ｃの振動に対する気流抵抗を小さくしている。加速度センサ３０の固有振動数は測定しようとしている地震の周波数（約５０Ｈｚ程度以下）よりも、大幅に高い周波数に設定してあるので、地震の周波数を充分測定できる構造となっている。
【００２１】
上記構成の加速度センサ３０は地震の振動を受けると、その振動方向が図３に示すようにＸ方向であると、重錘体３５が図５に示すように矢印Ｆｘ方向の力を受けて変位するため、上部電極３０ｄに対する可動電極３０ｃの各電極パターンＣ１〜Ｃ５の位置が変化し、各電極パターンＣ１〜Ｃ５と上部電極３０ｄとの間における静電容量が変化する。
【００２２】
この場合、電極パターンＣ１，Ｃ３に対応する静電容量は、一方は大きく他方は小さく変化する。また、電極パターンＣ２，Ｃ４に対応する静電容量は、両者とも同じに変化する。電極パターンＣ５に対応する静電容量はほとんど変化しない。
【００２３】
従って、理想的には上記電極パターンＣ１，Ｃ３に対応する静電容量を電圧に変換した容量／電圧変換器３８ａ，３８ｃの出力は、オペアンプ３９ａで減算処理されると、Ｃ１（又はＣ３）単独で変化する容量よりも２倍の感度出力となる。また、上記電極パターンＣ２，Ｃ４に対応する静電容量を電圧に変換した容量／電圧変換器３８ｂ，３８ｄの出力は互いに等しいため、オペアンプ３９ｂで減算処理されると略零となり、電極パターンＣ５に対応する静電容量を電圧に変換した容量／電圧変換器３８ｅも同様に略零の出力が得られる。この結果、矢印Ｆｘ方向の加速度を検出できる。
【００２４】
また、振動方向が図３に示すようにＹ方向であると、重錘体３５が矢印Ｆｙ方向（図３，図５において紙面と直交方向）の力を受けて変位するため、電極パターンＣ２，Ｃ４に対応する静電容量は、一方は大きく他方は小さく変化する。また、電極パターンＣ１，Ｃ３に対応する静電容量は、両者とも同じに変化する。電極パターンＣ５に対応する静電容量はほとんど変化しない。
【００２５】
従って、上記電極パターンＣ２，Ｃ４に対応する静電容量を電圧に変換した容量／電圧変換器３８ｂ，３８ｄの出力は、オペアンプ３９ｂで減算処理されるとＣ２（又はＣ４）単独で変化する容量よりも２倍の感度出力となる。また、上記電極パターンＣ１，Ｃ３に対応する静電容量を電圧に変換した容量／電圧変換器３８ａ，３８ｃの出力は互いに等しいため、オペアンプ３９ａで比較されると略零となり、電極パターンＣ５に対応する静電容量を電圧に変換した容量／電圧変換器３８ｅも同様に略零の出力が得られる。この結果、矢印Ｆｙ方向の加速度を検出できる。
【００２６】
また、振動方向が図６に示すようにＺ軸方向であると、重錘体３５が矢印Ｆｚ方向の力を受けて変位するため、電極パターンＣ１〜Ｃ４に対応する静電容量はすべて同じように変化し、電極パターンＣ５に対応する静電容量も変化する。
従って、上記電極パターンＣ１，Ｃ３，Ｃ２，Ｃ４に対応する静電容量を電圧に変換した容量／電圧変換器３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄの出力は、オペアンプ３９ａ，３９ｂで減算処理されると略零となり、電極パターンＣ５に対応する静電容量を電圧に変換した容量／電圧変換器３８ｅからのみある出力が得られる。この結果、矢印Ｆｚ方向の加速度を検出できる。
【００２７】
以下、この発明の地震検出装置及び地震検出システムにおける診断動作を図７に示すシーケンス図について説明する。まず、防爆ケース２０に内蔵された加速度センサ３０と演算処理回路４０からなる地震検出装置の診断動作を説明する。制御装置６０に設けられた診断開始ボタン７１を規定時間押すと、判定回路６２は伝送線７０を介して演算処理回路４０に診断入力０１を供給する。
【００２８】
演算処理回路４０は診断入力０１を受けると、通常の振動検出動作を中止して診断動作を開始し、所定周期でオンオフする軽故障出力０２−Ａを伝送線５１ａを介して、制御盤６０の軽故障表示手段６８ｆに供給点滅させ、自己診断を開始したことを表示する。
【００２９】
自己診断を開始すると、まず加速度センサ３０の故障診断（自己診断）を実施する。初期静止状態での出力の確認により、地震検出装置の傾いた状態取り付け又はセンサ異常をチェックする。次に他の方法（交流や直流電圧印加）による出力のチェックをする。そのチェックによる故障の大小にて重故障や軽故障を一連のチェック終了後（リセット後）出力する。更に内部回路部品（メモリ関連や基準電圧用部品等）のチェックを行う。異常の場合はリセット後軽故障又は重故障の出力を行う。
【００３０】
演算処理回路４０は軽故障出力０２−Ａを出力してから所定時間（図示例は１ｓｅｃ）経過後、重故障出力０３を伝送路５１ｂを介して重故障表示手段６８ｂに供給して連続点灯させるとともに、重故障出力用のリレー（図示されていないラッチング型の機械式リレー）を動作させ、重故障出力０３がなくなっても重故障状態を保持させる。
【００３１】
次いで、演算処理回路４０は重故障出力０３を出力してから所定時間（図示例は１ｓｅｃ）経過後、加速度センサ３０が作動したとき出力される感震出力０４を伝送線５１ｃを介して感震表示手段６８ｃに供給して連続点灯させる。これらの動作は上記の加速度センサ３０の自己診断動作と平行して行われる。すなわち、自己診断動作中の加速度センサ３０の検出状態とは何ら関係せずに、所定の感震信号、軽故障信号及び重故障信号が強制的に出力される。
【００３２】
以上のように、この参考例１によれば、演算処理回路４０から順次に出力される軽故障出力０２−Ａ、重故障出力０３、感震出力０４によって軽故障表示手段６８ａ、重故障表示手段６８ｂ、感震表示手段６８ｃを所定時間（図示例は３０秒）の間に順次に点滅点灯させることにより、加速度センサ３０と演算処理回路４０からなる地震検出装置が正常である否かを簡単、且つ迅速に自己診断することができるとともに、演算処理回路４０から制御装置６０への伝送線および各表示手段６８ａ〜６８ｃが正常であったか否かも診断することができる。つまり、この上記の診断時間内に１つでも表示がされない、あるいは表示が不安定の時は地震検出装置あるいは伝送線か表示手段が正常でないと診断できる。
【００３３】
実施の形態１．
上記の診断時間（図７では３０ｓｅｃ）が経過すると、演算処理回路４０は前記の軽故障出力０２−Ａとは周期の異なる軽故障出力０２−Ｂを出力し、重故障表示手段６８ａを前記とは異なる周期で点滅させて、別の診断を開始することを報知する。そして、演算処理回路４０から出力している重故障出力０３をオフして重故障表示手段６８ｂを消灯する。しかし、感震出力０４は出力を続けて感震表示手段６８ｃの連続点灯は続ける。また、重故障出力０３は制御装置でラッチしているので、演算処理回路４０からの信号が無くなっても、制御装置６０では重故障動作を維持している。
【００３４】
上記の診断時間（３０ｓｅｃ）経過後、演算処理回路４０から一定周期の液状化出力０５を一定時間出力し、伝送線５１ｄを介して液状化表示手段６８ｄを点滅させる。このときも、加速度センサ３０の検出状態とは何ら関係なく、感震信号、液状化出力及び軽故障信号が強制的に出力される。この状態において、制御装置６０の機械式地震センサ６１の振動子を手動で揺り動かして、地震が発生したのと等価な状態を作り出し、この機械式地震センサ６１の動作出力０６を判定回路６２に入力することにより、地震検出システムが正常であるか否かを確認することができる（機械式地震センサ６１には、試験のために振動子を容易に手動操作可能なものを用いるのが望ましい）。しかし、このときは判定回路６２からは遮断弁を動作させる遮断信号６３は出力されない。つまり、誤って遮断弁を遮断しないように、一度重故障信号が出力された場合は、リセット信号が入力されるまでは遮断弁の遮断信号６３は、判定回路６２から出力しないように構成している。
【００３５】
次に制御装置６０のリセットスイッチ７２をオンして重故障等の全てのラッチを解除し、再び機械式地震センサ６１を手動で適当に揺り動かして、地震が発生したのと等価な状態を作り出して機械式地震センサ６１を動作させると、この機械式地震センサ６１の出力と感震出力とのアンド論理の成立によって、判定回路６２から遮断弁をオンする遮断信号６３が出力される。なお、この地震検出システムの診断作業に先立ち、予めガス配管のバイパス弁（図示せず）を開いておき、判定回路６２からの遮断信号６３によって遮断弁が閉じても、ガスの供給が継続されるように配慮しておくことは言うまでもない。
【００３６】
次いで、判定回路６２は再度、診断開始ボタン７１を規定時間押されて、２回目の診断入力０１を受信したとき、自動的に診断動作を終了し、各種の出力信号を正常（計測状態）に戻す。また、リセットスイッチ７２を押し、リセット出力０７でラッチリレー等を解除して初期に戻す。その時に、今まで実施した各種自己診断（故障診断）に基づいて、正常状態、軽故障、重故障等の診断結果を出力する。また、何らかの影響で終了信号が得られなかった場合には、ある一定時間後、計測状態に自動的に戻すとともに、終了信号がないとの異常信号を発生させても良い。
【００３７】
以上のように、実施の形態１によれば、地震検出装置の自己診断に引き続き、演算処理回路４０から液状化出力信号、手動による機械式地震センサの出力信号、遮断弁駆動信号、手動によるリセット信号を順次出力することにより、制御装置６０から遮断弁までの構成部材の状態も確実の診断することができ、しかも、これ等の診断作業が簡単に実施できる。特に加速度センサと機械的センサのアンド論理で遮断弁を動作させるために、両センサから動作信号を出力することが容易であるので、１人の作業者によって簡単に遮断弁の動作の診断を行うことができる。
【００３８】
また、外部機器である制御装置６０に演算処理回路４０から診断用出力を出力しているが、配線ケーブルの省資源、省力化のため、出力信号をいくつかの点滅時間等の差異により各種内容を表現しているので、ケーブル本数を少なくできる。診断シーケンスを実施することにより、加速度センサの診断と同時に計装や配線の診断ができるので、最初の設置時の試運転においても有効である。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、演算処理回路は通常の計測状態から診断状態になると、予め定められた動作手順に従い一連の動作信号を順次出力するように構成したので、この動作信号に基づいて順次自動で作業内容が切り替わり、手順忘れやミス等が少なく、地震検出装置が正常である否かを簡単、且つ迅速に自己診断することができるとともに、演算処理回路から制御装置の各表示手段や動作、更に設備機器が正常であったか否かも診断することができる。すなわち、地震検出装置を設置場所から取り外して手で揺すらなくても点検作業が可能になり、しかもばらつきのない正確な診断を行うことができる。そして、診断指令信号を受けたときだけ通常の計測動作とは異なる診断動作をさせることができるので、この時の動作出力を通常の地震検出とは異なる用途、例えば、この地震検出装置の出力信号によって動作する下流側の設備機器等の動作試験などに用いることもできる。
【００４０】
また、この発明によれば、制御装置によって地震検出装置へ所定の診断指令信号を与え、その結果として、制御装置は地震検出装置からの一連の出力信号を受け、これに基づいて設備機器に動作指令を与えるように構成したので、制御装置が地震検出装置からの一連の出力信号を受けて、設備機器へ正常に動作指令を与えることができるかどうかを試験することができる。この結果、計装／配線が正常であるか否かを確認することができる。診断手順が自動であるから、診断内容が間違い無く実施される。加速度センサ３０が故障していたとしても、加速度センサ３０の検出状態に関係なく感震信号等を出力できるので、とりあえず地震検出システム全体の動作確認を実施し、その後に加速度センサ３０を修理するといった柔軟な運用が可能になる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態による地震検出装置及び地震検出システムを使用するガス供給システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】上記加速度センサを示す断面図である。
【図３】加速度センサの電極の電極パターンを示す平面図である。
【図４】加速度センサの出力を判断する回路図である。
【図５】加速度センサにＸ軸方向の加速度が作用したときの検出動作を示す断面図である。
【図６】加速度センサにＺ軸方向の加速度が作用したときの検出動作を示す断面図である。
【図７】この発明の地震検出装置及び地震検出システムにおける診断動作を説明するシーケンス図である。
【符号の説明】
１ガス製造工場
２ガスタンク
３高圧導管
４ガバナ
５ガバナステーション
６中圧導管
７ガバナ
７ａ緊急遮断弁
８監視室
９緊急遮断指示を供給する伝送線
１０緊急遮断指示を供給する伝送線
１１ガバナ室
１２ガバナ
２０防爆ケース
３０半導体加速度センサ
３０ａ下部ストッパ
３０ｂ台座
３０ｃ可動電極
３０ｄ上部電極
３１密閉容器
３１ａ容器本体
３１ｂ蓋体
３２リード線
３３外部接続端子
３４スリット
３５重錘体
３６穴
４０演算処理回路
４０ａ動作手段
５０，５１ａ〜５１ｈ伝送線
６０制御装置
６１機械式地震センサ
６２判定回路
６３遮断信号
６４低圧導管
６５家庭
６６工場
６８ａ〜６８ｈ診断時の状態を表示するＬＥＤ等の表示手段
７１診断開始ボタン
７２リセットスイッチ
７３確認ランプ

Claims

振動に関する特性値を検出する振動センサと、この振動センサの検出信号に基づいて演算処理を行い当該演算処理結果を２値信号として出力可能な演算処理回路とを備えた地震検出装置と、外部からの診断指令信号の入力に応じて予め定められた動作手順に従い一連の動作を実行しその結果を出力し、上記振動センサの検出状態にかかわらず、所定の出力信号を出力するように上記動作手順が定められている動作手段を備えた前記演算処理回路と、前記地震検出装置からの出力信号と機械式地震センサからの出力信号に基づいて、設備機器に動作指令を与える制御装置とを備えた地震検出システムにおいて、前記制御装置は前記地震検出装置へ所定の診断指令信号を与え、その結果として、前記制御装置は前記地震検出装置からの一連の出力信号を受け、この出力信号と前記機械式地震センサからの出力信号に基づいて設備機器に動作指令を与えることを特徴とする地震検出システム。