JP3728898B2

JP3728898B2 - 振動検出装置

Info

Publication number: JP3728898B2
Application number: JP27234697A
Authority: JP
Inventors: 康裕梅景; 茂岩永
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1997-10-06
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2017-10-06
Also published as: JPH11108753A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスメータなどに設置されて地震の振動を検知する振動検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の振動検出装置は、図１４のようなものが知られていた。以下、その方法について図１４を参照しながら説明する。
【０００３】
図１４に示すように、Ｘ方向の振動を検出する振動加速度センサ１と、Ｙ方向の振動を検出する振動加速度センサ２と、Ｚ方向の振動を検出する振動加速度センサ３と、各振動加速度センサの信号を増幅する増幅回路４，５，６と、各増幅回路からの信号を取り込んで計測する計測回路７と、各振動加速度センサ１，２，３とその増幅回路４，５，６と、計測回路７に駆動用の電力を供給する電源８とで構成していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術では、地震のようにいつ発生するかわからない現象を計測するためには、常時振動加速度センサの信号を監視していなければならず、増幅回路には常時通電されていた。その結果、電源としては、商用のＡＣ電源を用いるか、電池としても大型の電池を用いなければならず、小型化や設置の自由度が制約されるという課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、複数個の振動検出手段と、前記振動検出手段の信号を変換する信号変換手段と、前記振動検出手段と前記信号変換手段との接続を切換える接続選択手段と、前記信号変換手段と前記接続選択手段の動作を制御する動作制御手段と、前記振動検出手段の信号が異常か否かを監視する異常監視手段と、前記複数個の振動検出手段の信号をベクトル合成するベクトル合成手段と、前記ベクトル合成手段の信号を用いて地震か否かを判定する地震判定手段とを備え、前記接続選択手段は、前記振動検出手段の切換え時間を異常検出後は異常検出前より短くする構成とした。
【０００６】
上記発明によれば、特定の振動検出手段と信号変換手段と接続選択手段のみを動作させることができるので、消費電力を低減することができるとともに、１個の信号変換手段で構成することができ、小型化および低コスト化が実現できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、複数個の振動検出手段と、前記振動検出手段の信号を変換する信号変換手段と、前記振動検出手段と前記信号変換手段との接続を選択する接続選択手段と、前記信号変換手段と前記接続選択手段の動作を制御する動作制御手段を備えた。そして、特定の振動検出手段と信号変換手段と接続選択手段のみを動作させることができるので、消費電力を低減することができるとともに、１個の信号変換手段で構成することができ、小型化および低コスト化が実現できる。
【０００８】
また、接続選択手段は、接続に優先順位を設けて行うこととした。そして、優先順位をつけることで、特定の振動のみを重点的に監視することができ、振動の未検出を防止することができる。
【０００９】
また、接続選択手段は、複数個の振動検出手段を順次切換えて接続するように優先順位を設けて行うこととした。そして、順次切換えることですべてを均等に接続することができ、振動の未検出を防止することができる。
【００１０】
また、接続選択手段は、複数個の振動検出手段のうち、所定の振動検出手段のみを優先して接続するように優先順位を設けて行うこととした。そして、所定の振動検出手段を優先することで、特定の振動のみを重点的に監視することができ、振動の未検出を防止することができる。
【００１１】
また、接続選択手段は、複数個の振動検出手段のうち、２個の振動検出手段のみを優先して接続するように優先順位を設けて行うこととした。そして、振動が良く発生する２方向を優先することができ、振動の未検出を防止することができる。
【００１２】
また、接続選択手段によって選択された振動検出手段に対応して、振動の補正を行う振動補正手段を備えた。そして、振動検出手段が異なる種類の場合や、感度が異なる場合でも、補正しながら振動検出を行うので精度の高い計測を可能とすることができる。
【００１３】
また、振動検出手段の信号が異常か否かを監視する異常監視手段と、前記異常監視手段が異常を検出するまで接続選択手段により特定の振動検出手段を接続する構成とした。そして、異常を検出するまで特定の振動検出手段を接続することで、振動の未検出を防止することができる。
【００１４】
また、振動検出手段の信号が異常か否かを監視する異常監視手段と、前記異常監視手段が異常を検出した後は、接続選択手段により特定の振動検出手段を接続する構成とした。そして、異常を検出した後は、接続選択手段により特定の振動検出手段を接続することで、異常の振動をより精度良く検出することができる。
【００１５】
また、異常監視手段が異常を検出した後は、接続選択手段により特定の振動検出手段を接続し、接続された振動検出手段の信号のベクトル合成を行うベクトル合成手段を備えた。そして、振動検出手段の信号のベクトル合成を行うことで、振動の真の大きさを検出することができ、異常の検出をより精度良く行うことができる。
【００１６】
また、ベクトル合成手段の信号から地震か否かを判定する地震判定手段を備えた。そして、地震判定手段を設けることで振動信号から地震を判別することができる。
【００１７】
また、直交する３方向に振動の主感度を有した３個の振動検出手段と、前記振動検出手段と１個の信号変換手段との接続を順次切換える接続選択手段を備えた。そして、直交する３方向の振動を検出することで、どの方向に振動検出手段を設置しても、振動を検出することができる。
【００１８】
また、３個の振動検出手段のうち、水平方向に振動の主感度を有した２個の振動検出手段の接続を優先して順次切換える接続選択手段を備えた。そして、水平方向の２つの振動を検出することで地震動を効率よく検出することができる。
【００１９】
また、電池を電源手段とした。そして、電池を電源とすることで電源のない場所への設置が可能になり設置の自由度を向上することができる。
【００２０】
また、振動検出手段の設置方向を検出する姿勢検知手段と、前記姿勢検知手段の信号により優先する振動検出手段を選択する接続選択手段を備えた。そして、姿勢を検知することで、もっとも検出に適した方向に設置された振動検出手段を使用することができる。
【００２１】
また、姿勢検知手段は、振動検出手段の信号から姿勢を検出する構成とした。そして、振動検出手段の信号で姿勢を検知することで、新たに検出手段を設ける必要がなく小型化と低コスト化ができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００２３】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の振動検出装置のブロック図である。図１において、９はＸ方向の振動を検出する振動検出手段としてのセンサＸ、１０はＹ方向の振動を検出する振動検出手段としてのセンサＹ、１１はＺ方向の振動を検出する振動検出手段としてのセンサＺ、１２はセンサの信号を増幅する信号変換手段としての増幅回路、１３はセンサＸとセンサＹとセンサＺを順次切換えて増幅回路１２に接続する切換器（接続選択手段）、１４は切換器１３と増幅回路１２の動作を制御する動作制御手段としての動作制御回路、１５は動作制御手段のコントロールを行うマイコンである。そして、マイコン１５は内部のソフト処理により、センサの信号の補正を行う振動補正手段としての補正処理と、センサ信号から異常を判定する異常監視手段としての異常監視処理と、センサＸとセンサＹとセンサＺの信号をベクトル合成するベクトル合成処理と、ベクトル合成後の信号データを地震か否かの判定を行う地震判別手段としての地震判定処理を行う。ここで、１６は電源に用いる電池であり、センサＸ９とセンサＹ１０とセンサＺ１１は互いに直交する方向に設置されているもので、Ｘ方向とＹ方向は水平方向で、Ｚ方向は鉛直方向で説明する。
【００２４】
次に動作、作用について図２から図５を用いて説明する。図２に示すように、本発明の振動検出装置は、マイコンの出力ポート２からの信号により動作制御回路１４が切換器１３と増幅回路１２を所定時間Ｔ（例えば、１００ｍ秒間隔）で動作できるように間欠的に電源を供給する。そして、マイコンの出力ポート１からの信号により切換器１３が、センサＸ９と増幅回路１２を接続したとき、マイコン１５がセンサＸ９の振動データをＡ／Ｄ入力からＡ／Ｄ変換してデータを入力する。そして、そのデータはセンサＸ９の補正係数で補正され正しい振動データとして異常判定が行われる。異常がなければ、切換器１３と増幅回路１２の電力をオフにする。そして、再び所定時間Ｔの間隔を待機し、時間になれば、再度切換器１３と増幅回路１２を動作できるように電源を供給する。この時には、センサＹ１０と増幅回路１２を接続するようにし、以下異常がなければ順次、センサＺ１１に続けてセンサＸ９として切換えて繰り返し計測するものである。
【００２５】
また、異常が発生していると判定した場合は、異常が発生したセンサの次の順番のセンサ、例えば、センサＹ１０で異常が発生すれば、センサＺ１１とセンサＸ９とセンサＹ１０の順番に順次切換えて、振動データをマイコンデータとして入力する。そのデータは、各センサに対応した補正係数で補正される。そして、３方向の振動が計測完了すれば、切換器１３と増幅回路１２への電力供給を停止し、所定時間Ｔの間隔を待機する。そして、時間になれば、再度切換器１３と増幅回路１２を動作できるように電源を供給して、所定データ数の振動データを入力する。そして、３つの方向の振動データをベクトル合成したデータ列値によって地震の異常か否かを判定し、異常がなければ、初期の計測周期Ｔの待機状態へ戻る。異常と判定すれば、異常に対する処理、例えば、警報音の発生などを行い、異常が解除されるまで待機する。
【００２６】
図４と図５に、そのタイミングチャートを示す。ここでは、切換える計測周期Ｔが１００ｍ秒、電源オンとしての計測時間ΔＴは１０ｍ秒とした。この時間間隔で計測することで、地震の主な周波数成分である１Ｈｚ帯域を見逃すことなく計測することができる。また、異常検出後は、３つのセンサをおおよそ計測時間ΔＴの１０ｍ秒ごとに切換えて、計測周期Ｔで計測することで、３方向の振動を同時に計測したことと擬似的に一致させることができる。
【００２７】
このように、１個のセンサで振動の異常を監視して擬似的に３方向の振動監視を行うことで、消費電力をおおよそ１／３に低減することができるとともに、１個の増幅回路で構成することができ、小型化および低コスト化が実現できる。また、優先順位をつけ順次切換えて接続することで、すべての方向の振動を均等に接続することができ、振動の未検出を防止することができる。さらに、振動補正処理によって、センサが各方向で異なる種類の場合や、感度が異なる場合でも、補正しながら計測できるので、精度の高い振動検出を可能とすることができる。そして、異常を検出するまで３方向のセンサを短時間で切換えて接続することで、振動の未検出を防止することができる。また、異常を検出した後は、切換器により３方向のセンサを接続してベクトル合成することで、異常の振動をより精度良く検出することができる。さらに、地震判定手段を設けることで振動信号から地震を判別することができる。また、３方向のセンサはお互いに直交する方向に振動の主感度を有しているので、どの方向にセンサを設置しても、振動を検出することができる。そして、電池を電源とすることで電源のない場所への設置が可能になり設置の自由度を向上することができる。
【００２８】
（実施例２）
図６は本発明の実施例２の振動検出装置を示すフローチャートである。ここで、実施例１と同様の構成のものは同じ番号を付記する。そして、実施例１と異なる点は、異常を検知するまで優先するセンサを水平方向に設置したセンサＸ９とセンサＹ１０に設定したことにある。ここで、センサＸ９とセンサＹ１０の配置は、お互いの主軸方向が９０°に交わるようにした。また、構成は図１と同様であり、動作を示すタイミングチャートは図７に示す。
【００２９】
次に動作、作用について説明する。図６に示すように、所定時間Ｔで動作制御回路１４が切換器１３と増幅回路１２を動作できるように電源を供給する。そして、切換器１３が、センサＸ９と増幅回路１２を接続し、マイコン１５がセンサＸ９の振動データをＡ／Ｄ変換して入力する。そして、そのデータはセンサＸ９の補正係数で補正され、異常が発生しているか否かを判定する。異常がなければ、切換器１３と増幅回路１２の電力をオフにする。そして、再び所定時間Ｔの間隔で待機し、時間になれば再度切換器１３と増幅回路１２を動作できるように電源を供給する。この時には、センサＹ１０と増幅回路１２を接続するようにし、以下異常がなければ順次センサＸ９とセンサＹ１０の２つのセンサを切換えて計測するものである。
【００３０】
また、異常が発生していると判定した場合は、実施例１と同様に、図３に示すフローチャートにしたがって、３方向のセンサから振動データを所定データ数入力してベクトル値列を求め、そのベクトル値列から地震の異常か否かを判定し、異常がなければ、初期の計測周期Ｔの待機状態へ戻る。異常と判定すれば、異常に対する処理、例えば、警報音の発生などを行い、異常が解除されるまで待機するものである。
【００３１】
このように、通常の監視時は、水平方向の２方向のみを優先して接続することによって、地震動が良く発生する２方向を優先することができ、振動の未検出を防止することができる。
【００３２】
（実施例３）
図８は本発明の実施例３の振動検出装置を示すフローチャートである。ここで、実施例１と同様の構成のものは同じ番号を付記する。そして、実施例１と異なる点は、振動検出手段としてのセンサを水平方向にセンサＸ９とセンサＹ１０に２個のみ設置したことである。そして、異常を検知した後、センサＸ９とセンサＹ１０の２方向を切換えて接続し、２方向からの振動ベクトルを求めて、地震か否かを判定して、異常判定をおこなうものである。ここで、センサＸ９とセンサＹ１０の配置は、お互いの主軸方向が９０°に交わるようにした。また、構成は図１からセンサＺを取り除いたものであり、図９には動作を示すタイミングチャートを示す。
【００３３】
次に動作、作用について説明する。図８に示すように、異常が発生したと判定した場合は、異常が発生したセンサの次の順番のセンサ、例えば、センサＹ１０で異常が発生すれば、センサＸ９へ切換え、そして再びセンサＹ１０、センサＸ９の順番に順次切換えて、所定数だけ振動データをマイコンデータとして入力する。そのデータは、各センサに対応した補正係数で補正される。そして、２方向の振動が計測完了すれば、切換器と増幅回路への電力供給を停止する。そして、２つの振動データ列から、ベクトル合成処理を行い、ベクトル値列を求める。そのベクトル値列によって地震の異常か否かを判定し、異常がなければ、初期の計測周期Ｔの待機状態へ戻る。異常と判定すれば、異常に対する処理、例えば、警報音の発生などを行い、異常が解除されるまで待機するものである。
【００３４】
このように、地震のように水平方向の振動を計測していれば異常が検知できる場合は、２個の振動検出手段で構成することができ、装置の小型化および低コスト化が図れる。
【００３５】
（実施例４）
図１０は本発明の実施例４の振動検出装置の振動検出手段を示す構成図である。実施例１と異なる点は、図１０に示すような静電容量型振動センサ１７を用いて、姿勢検知手段としての姿勢検知処理を設けたことにある。ここで、姿勢検知処理は静電容量型振動センサ１７のＤＣ出力を用いて行うもので、静電容量型振動センサ１７は振動がゼロの状態でも質量部１８が重力の影響を受け、質量部１８と固定部１９との間の隙間２０が変形するので、その時の容量変化を歪み量として信号変換手段としてのＣ／Ｖ回路２１によりＤＣ出力するものである。そして、この静電容量型振動センサ１７を３個用いて、それぞれの主感度方向が互いに直交する方向に設置されているものである。図１１に、静電容量型振動センサ１７の出力特性を示す。センサの主感度方向が水平方向に向いている場合は、オフセット出力として出力がＶ／２であり、上向きにある場合は、出力がＶ／２＋Ｖｇ、下向きにある場合は、出力がＶ／２−Ｖｇの出力がある。
【００３６】
次に動作、作用について説明する。図１２に示すように、まずセンサＸとセンサＹとセンサＺの順番に順次切換えてＤＣ出力を計測する。そのＤＣ出力からセンサがどの方向に設置されているかを姿勢検知手段としての姿勢傾斜角算出処理を行う。そして、重力による出力が発生していないセンサを用いることとする。なぜなら、出力が発生せずオフセット電圧のままの場合が、最も計測電圧範囲が広く取れるので振動検出に適しているのである。例えば、図１３のように、センサＸとセンサＹの出力がＶ／２で、センサＺの出力がＶ／２＋Ｖｇの場合、センサＺが鉛直方向に設置されていると判断して、センサＸとセンサＹの出力を振動検知処理のデータとして使用するように優先して選択する。センサＺは出力がＶ／２＋Ｖｇ発生しているので、プラス方向の電圧レンジは、残りのＶ／２−Ｖｇの電圧範囲しか計測でいないからである。検出センサの優先順位付けができれば、以下、実施例３で説明したように、２つのセンサを用いた処理により異常検出を行うものである。
【００３７】
このように、姿勢検知手段を用いることで、どのセンサを用いれば良いかが判別でき、最も検出に適した方向に設置された振動検出手段を使用することができる。そして、振動センサと兼用することで、新たに検出手段を設ける必要がなく小型化と低コスト化ができる。
【００３８】
以上の説明から明らかのように本実施例の振動検出装置によれば、次の効果が得られる。
【００３９】
複数個の振動検出手段の信号を変換する信号変換手段と振動検出手段との接続を選択する接続選択手段と、前記信号変換手段と前記接続選択手段の動作を制御する動作制御手段を備えることで、特定の振動検出手段と信号変換手段と接続選択手段のみを動作させることができるので、消費電力を低減することができるとともに、１個の信号変換手段で構成することができ、小型化および低コスト化が実現できる。
【００４０】
また、接続に優先順位を設けて行うことで、特定の振動のみを重点的に監視することができ、振動の未検出を防止することができる。
【００４１】
また、複数個の振動検出手段を順次切換えて接続するように優先順位を設けて行うことで、すべてを均等に接続することができ、振動の未検出を防止することができる。
【００４２】
また、複数個の振動検出手段のうち、所定の振動検出手段のみを優先して接続するように優先順位を設けて行うことで、特定の振動のみを重点的に監視することができ、振動の未検出を防止することができる。
【００４３】
また、複数個の振動検出手段のうち、２個の振動検出手段のみを優先して接続するように優先順位を設けて行うことで、振動が良く発生する２方向を優先することができ、振動の未検出を防止することができる。
【００４４】
また、接続選択手段によって選択された振動検出手段に対応して、振動の補正を行う振動補正手段を備えることで、振動検出手段が異なる種類の場合や、感度が異なる場合でも、補正しながら振動検出を行うので精度の高い計測を可能とすることができる。
【００４５】
また、異常を検出するまで特定の振動検出手段を接続することで、振動の未検出を防止することができる。
【００４６】
また、異常を検出した後は、接続選択手段により特定の振動検出手段を接続することで、異常の振動をより精度良く検出することができる。
【００４７】
また、異常を検出した後、振動検出手段の信号のベクトル合成を行うことで、振動の真の大きさを検出することができ、異常の検出をより精度良く行うことができる。
【００４８】
また、地震判定手段を設けることで振動信号から地震を判別することができる。
【００４９】
また、直交する３方向の振動を検出することで、どの方向に振動検出手段を設置しても、振動を検出することができる。
【００５０】
また、水平方向の２つの振動を検出することで地震動を効率よく検出することができる。
【００５１】
また、電池を電源とすることで電源のない場所への設置が可能になり設置の自由度を向上することができる。
【００５２】
また、振動検出手段の設置方向を検出する姿勢検知手段と、前記姿勢検知手段の信号により優先する振動検出手段を選択する接続選択手段を備えることで、もっとも検出に適した方向に設置された振動検出手段を使用することができる。
【００５３】
また、振動検出手段の信号で姿勢を検知することで、新たに検出手段を設ける必要がなく小型化と低コスト化ができる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、消費電力を低減できるとともに、１個の増幅回路で構成することができ、小型化および低コスト化を実現し、しかも異常を検出した後は、切換器により３方向のセンサを接続してベクトル合成することで、異常の振動をより精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の振動検出装置のブロック図
【図２】同振動検出装置の動作を示すフローチャート
【図３】同振動検出装置の他の動作を示すフローチャート
【図４】同振動検出装置の動作を示すタイミングチャート
【図５】同振動検出装置の他の動作を示すタイミングチャート
【図６】本発明の実施例２の振動検出装置の動作を示すフローチャート
【図７】同振動検出装置の動作を示すタイミングチャート
【図８】本発明の実施例３の振動検出装置の動作を示すフローチャート
【図９】同振動検出装置の動作を示すタイミングチャート
【図１０】本発明の実施例４の振動検出手段の構成図
【図１１】同振動検出装置の特性図
【図１２】同振動検出装置の動作を示すフローチャート
【図１３】同振動検出装置の特性図
【図１４】従来の振動検出装置を示す構成図
【符号の説明】
９センサＸ（振動検出手段）
１０センサＹ（振動検出手段）
１１センサＺ（振動検出手段）
１２増幅回路（信号変換手段）
１３切換器（接続選択手段）
１４動作制御手段（動作制御手段）
１６電池（電源手段）
１７静電容量型振動センサ（振動検出手段）
２１Ｃ／Ｖ回路（信号変換手段）

Claims

複数個の振動検出手段と、前記振動検出手段の信号を変換する信号変換手段と、前記振動検出手段と前記信号変換手段との接続を切換える接続選択手段と、前記信号変換手段と前記接続選択手段の動作を制御する動作制御手段と、前記振動検出手段の信号が異常か否かを監視する異常監視手段と、前記複数個の振動検出手段の信号をベクトル合成するベクトル合成手段と、前記ベクトル合成手段の信号を用いて地震か否かを判定する地震判定手段とを備え、前記接続選択手段は、前記振動検出手段の切換え時間を異常検出後は異常検出前より短くする振動検出装置。
振動検出手段の設置方向を検出する姿勢検知手段と、前記姿勢検知手段の信号により優先する振動検出手段を選択する接続選択手段を備えた請求項１記載の振動検出装置。
姿勢検知手段は、振動検出手段の信号から姿勢を検出する請求項２記載の振動検出装置。