JP4049156B2

JP4049156B2 - 振動検知装置

Info

Publication number: JP4049156B2
Application number: JP2005040136A
Authority: JP
Inventors: 謙三黄地; 康裕梅景
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2017-06-27
Also published as: JP2005172841A

Description

本発明は、振動を検出する装置に関し、特に地震の検出に利用できる装置に関する。

従来のこの種の振動検知装置は、例えば特許文献１に記載されているのが一般的であった。図７に示すように従来の振動検知装置１は、収納容器２内のすり鉢状の底部３に保持された球状の重り４と、この重り４の荷重により電気的接点が開閉するスイッチ５からなる構成であった。地震などの振動が収納容器２に伝達されると、球状の重り４はすり鉢状の底部３から上下あるいは左右に移動する。この移動によりスイッチ５の梃子６を押し上げていた荷重伝達棒７に印加されていた球状の重り４の荷重が取り除かれる。この結果、スイッチ５が動作し、電気端子８、９間がオン、オフし、振動が発生したことが検知される構成となっていた。
特開昭６１−１６００２６号公報

しかしながら、上記従来の構成では、振動の有無を検知することはできるが、振動の方向を検知することができなかった。即ち、水平方向の振動か、あるいは垂直方向の振動かなどを分離して検知するこができなかった。また、振動の大きさも検知することができなかった。

そこで本発明は振動の方向ならび振動の大きさを検知することができる振動検知装置を実現することを目的とするものである。

本発明は上記課題を解決するため振動検知装置は、一端を固定された弾性体に支持され上下方向にＮ／Ｓと着磁された磁性体と、前記磁性体の両側に設けられた二対の磁力線検知器とを有し、前記弾性体は振動可能なように支持するとともに、前記二対の磁力線検知器のうち、一方の出力を同相に結線し、他方の出力を逆相に結線する構成とした。この構成により、外部の振動などにより磁性体が振動すると、コイルなどからなる磁力線検知器に電磁誘導により起電力が発生し、その起電力の大きさから振動の大きさを検知することができる。また、磁性体を支持する弾性体を適切に選択し、ある方向にのみ振動するようにすることにより、外部から与えられた振動の方向も検知することができる。

本発明の振動検知装置は、外部の振動などにより磁性体が振動すると、コイルなどからなる磁力線検知器に電磁誘導により起電力が発生し、その起電力の大きさから振動の大きさを検知することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における振動検知装置１０の断面図を示す。１１は、円柱状の磁性体を示し、一端が振動検知装置１０に固定された板状の弾性体からなる弾性体１２に支持されている。１３は円柱状の磁性体１１の外径よりも大きい内径を有する環状の磁力線検知器としてのコイルを示し、このコイル１３は振動検知装置１０に固定されている。このような構成の振動検知装置１０に外部より振動が伝達されると板状の弾性体１２に支持されている磁性体１１は矢印１４で示す上下方向に振動する。これは、板状の弾性体１２の板幅方向（紙面に垂直な方向）に対する剛性が大きいので、剛性の小さい板厚方向（矢印１４の方向）に振動することになる。これは、上下方向の外部振動に対し高い感度があり、水平方向の振動に対して感度が小さいことを意味している。

このように磁性体１１が矢印１４の方向に上下振動すると、磁性体１１は環状のコイル１３に近づいたり、遠ざかったりする。例えば、円柱状の磁性体１１が、上下方向にＮ／Ｓに着磁されているとすると、磁性体１１のＮ極がコイル１３に近づく場合はコイル１３には増加する磁束密度を打ち消すような起電力が発生する。また、逆に磁性体１１のＮ極が遠ざかる場合はコイル１３には減少する磁束密度を打ち消すような起電力が発生する。従って、この起電力を検知することにより上下方向の振動を、その大きさと、周期とを検知することができる。なお、弾性体１２として板状の弾性体を示したが、磁性体１１を周辺部が固定されたジンバル弾性体で構成しても、上記に説明したように上下方向の振動に対する感度を大きくすることができ、同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図２は、実施の形態２における振動検知装置１５の断面図を示し、磁性体１１とコイル１３の配置関係は、図１と同じとした。一端を振動検知装置１５に固定された弾性体を棒状のワイヤばね１６で構成した。この場合には、磁性体１１はワイヤばね１６の上下の長さ方向には振動が発生しにくく、矢印１７で示した水平方向の振動が発生しやすくした。この場合のコイル１３に発生する起電力は、磁性体１１が水平方向の振動すると、図２に示した平衡状態での磁束密度から磁束密度が減少するようになる。従って、この場合にもコイル１３には、それを打ち消すような起電力が発生する。この起電力を検知することにより、水平方向の振動を、その大きさと、周期とを検知することができる。なお、弾性体として棒状のワイヤばね１６を示したが、コイル径の小さい弾性体を用いても、上下方向への伸縮は殆どしないが、水平方向へは大きく変動するように構成することができ、上記と同様の効果は得られる。

（実施の形態３）
図３は、実施の形態３における振動検知装置１８の断面図を示す。１９は円柱状の磁性体を示し、一端が振動検知装置１８に固定された弾性体として板状のばね２０に支持されている。２１、２２は円柱状の磁性体１９の外径よりも大きな内径を有する環状の磁力線検知器としてのコイルを示し、円柱状の磁性体１９の両側に配置され、それぞれ振動検知装置１８に固定されている。２つのコイル２１、２２は、それぞれの出力端子２３ａ、２３ｂおよび２４ａ、２４ｂは同相の方向に結線されている。

このような構成の振動検知装置１８に外部より振動が伝達されると板状のばね２０に支持されている磁性体１９は矢印２５で示す上下方向に振動する。これは、板状のばね２０の板幅方向（紙面に垂直な方向）に対する剛性が大きいので、剛性の小さい板厚方向（矢印２５の方向）に振動することになる。これは、上下方向の外部振動に対し高い感度があり、水平方向の振動に対して感度が小さいことを意味している。

このように磁性体１９が矢印２５の方向に上下振動すると、磁性体１９は環状のコイル２１には近づいたり、遠ざかったりする。またこの時、環状のコイル２２には遠ざかったり、近づいたりする。例えば、円柱状の磁性体１９が、上下方向にＮ／Ｓに着磁されているとすると、磁性体１９のＮ極が環状のコイル２１に近づく場合は環状コイル２１には増加する磁束密度を打ち消すような起電力が発生する。この時、磁性体１９のＳ極は、環状のコイル２２から遠ざかることになり、環状のコイル２２にはＳ極が減少する。即ちＮ極の磁束密度が増加することになり、増加する磁束密度を打ち消すような起電力が発生する。従って、環状のコイル２１、２２に同相の起電力が発生することになり、同相に結線されている出力端２６に、重ね合わされた大きな出力が得られることになる。

なお、磁性体１９が左右に振動した場合、環状のコイル２１にはＮ極磁束が減少し、環状のコイル２２にはＳ極磁束が減少（Ｎ極磁束が増加）することになる。

従って、この場合には、環状のコイル２１と環状のコイル２２とに、それぞれ反対の方向の起電力が発生することになり、出力端２６へ出力はそれぞれの出力が打ち消し合う結果となり、非常に小さくなる。磁性体１９の左右方向への振動に対しては非常に感度を低く抑制することができる。

（実施の形態４）
図４は、実施の形態４における振動検知装置２７の断面図を示す。２８は円柱状の磁性体を示し、一端が振動検知装置２７に固定された弾性体である棒状のばね２９に支持されている。３０、３１は円柱状の磁性体２８の外径よりも大きな内径を有する環状の磁力線検知器としてのコイルを示し、円柱状の磁性体２８の両側に配置され、それぞれ振動検知装置２７に固定されている。２つのコイル３０、３１は、それぞれの出力端子３２ａ、３２ｂおよび３３ａ、３３ｂは逆相の方向に結線され出力端３４を形成している。

このような構成の振動検知装置２７に外部より振動が伝達されると棒状のばね２９に支持されている磁性体２８は矢印３５で示す左右方向に振動する。これは、棒状のばね２９の上下方向に対する剛性が大きいので、剛性の小さい左右方向（矢印３５の方向）に振動することになる。これは、左右方向の外部振動に対し高い感度があり、上下方向の振動に対して感度が小さいことを意味している。

磁性体２８が上下方向にＮ／Ｓと着磁され、左右方向に振動したとすると、環状のコイル３０には、Ｎ磁束が減少し、同時に環状のコイル３１にはＳ磁束が減少（Ｎ磁束が増加）することになる。即ち、環状のコイル３０にはＮ磁束密度を増加するような起電力が発生し、環状のコイル３１にはＮ磁束密度を減少させるような起電力が発生する。従って、それぞれの環状のコイルの出力端３２ａ、３２ｂおよび３３ａ、３３ｂが逆相に結線されている出力端３４には、それぞれの出力が強め合うような大きな出力が得られる。なお、磁性体２８が上下方向に振動した場合には、それぞれの出力が弱め合うように作用し、出力端３４には非常に小さい出力しか得られない。

この結果、左右方向への振動に対して大きな感度が得られ、上下方向の振動に対しては、非常に小さな感度に抑制することができる。

（実施の形態５）
図５は、実施の形態５における振動検知装置３６の断面図を示す。３７は円柱状の磁性体を示し、一端が振動検知装置３６に固定された弾性体としてコイル状のばね３８、３９に支持されている。従って、円柱状の磁性体３７は、上下左右に振動することができる。４０、４１、４２、４３は円柱状の磁性体３７の外径よりも大きな内径を有する環状の磁力線検知器としてのコイルを示し、円柱状の磁性体３７の両側にそれぞれ２つづつ配置され、それぞれの環状のコイルは振動検知装置３６に固定されている。出力端４４は、内側２つの環状コイル４１、４２が、それぞれの出力が逆相になるように結線されている。また、出力端４５は、外側の２つの環状コイル４０、４３が、それぞれの出力が同相になるように結線されている。

円柱状の磁性体３７が上下方向にＮ／Ｓと着磁されていると、前記実施の形態で説明したように、逆相の出力端４４には円柱状の磁性体３７の左右方向の振動により発生した起電力が検知され、同相の出力端４５には円柱状の磁性体３７の上下方向の振動により発生した起電力が検知される。従って、出力端４４、４５に発生する起電力を検知することにより、振動検知装置３６に伝達された振動の方向、上下方向か左右方向か、およびその大きさと周期とを分離して検知できる。水平方向の振動と垂直方向との振動とを分離して検知したことになる。地震などの場合、特に水平方向（地面と平行な方向）と垂直な方向（地面に垂直な方向）とを分離して、その大きさと周期とを検知することは、その震度を算出する上で有利である。

（実施の形態６）
図６は、実施の形態６における振動検知装置４６の断面図を示す。４７は円柱状の磁性体を示し、液体４８に支えられている。４９は境界面を示し、混じり合わない２層の境界面を示している。５０は上部の層を示す。２層は、例えば、水と油、あるいは油と空気、水銀と油などのように混じり合わないものであればよい。なお、この場合円柱状の磁性体４７は、下部の層５１に浮く必要がある。円柱状の磁性体４７は、振動検知装置が振動すると、液体４８の上下左右の振動に合わせて境界面４９上を振動することになる。

５２、５３、５４、５５は環状のコイルを示し、実施の形態５で説明しように、一対は逆相に、他の一対は同相にそれぞれ結線されている（図示せず）。従って、この場合も実施の形態５と同様の効果が得られる。さらに、液体の粘性を適切に選択すると、ある程度の震度に対応した出力が得られることになる。また、水平方向の出力と垂直方向の出力とを適当な比率で加算すると三次元の振動検知装置とすることができる。さらにこの場合、液体を注入し、円柱状の磁性体を浮かべるだけで設置できるので、設置が非常に簡単に容易にできる。

なお、以上の実施の形態において、円柱状の磁性体が振動し、環状のコイルが固定されているとしたが、環状のコイルが振動し、円柱状の磁性体が固定されていてもよいものである。

以上の説明から明らかなように本発明の実施の形態における振動検知装置によれば、振動の方向と振動の大きさを検知できるのであるが、さらに次の効果が得られる。

磁性体が、上下方向にのみ振動するよう支持されているので、上下方向の振動だけを検知することができる。

また、磁性体が、左右方向にのみ振動するよう支持されているので、左右方向の振動だけを検知することができる。

また、磁性体が、上下方向にのみ振動するよう支持され、かつ、一対の環状コイルが、上下方向の振動だけに感度を有するように結線されているので、上下方向の振動だけを高感度に検知することができる。

また、磁性体が、左右方向にのみ振動するよう支持され、かつ、一対の環状コイルが、左右方向の振動だけに感度を有するように結線されているので、左右方向の振動だけを高感度に検知することができる。

また、磁性体が、上下左右自由に振動するように弾性体により支持され、かつ、二対の環状コイルがそれぞれ上下方向の振動および左右方向の振動を高感度に検知できるように結線されているので、上下方向の振動および左右方向の振動を分離して高感度に検知することができる。

また、磁性体が、液体の層の境界面上に浮いているので設置が容易になる。

以上のように、本発明にかかる振動検知装置は、振動の方向と振動の大きさを検知できるので、特に地震の検出に利用できる。

本発明の実施の形態１における振動検知装置の断面図本発明の実施の形態２における振動検知装置の断面図本発明の実施の形態３における振動検知装置の断面図本発明の実施の形態４における振動検知装置の断面図本発明の実施の形態５における振動検知装置の断面図本発明の実施の形態６における振動検知装置の断面図従来の振動検知装置の要部断面図

符号の説明

１０、１５、１８、２７振動検知装置
１１、２８、３７、４７磁性体
１２弾性体
１３、２１、２２、３０、３１、４０、４１、４２、４３、５２、５３、５４、５５コイル（磁力線検知器）
１６ワイヤばね（弾性体）
２０板状のばね
２６、３４、４４、４５出力端
４６下部の層
４９境界面
５０上部の層
５１下部の層

Claims

一端を固定された弾性体に支持され上下方向にＮ／Ｓと着磁された磁性体と、前記磁性体の両側に設けられた二対の磁力線検知器とを有し、前記弾性体は振動可能なように支持するとともに、前記二対の磁力線検知器のうち、一方の出力を同相に結線し、他方の出力を逆相に結線したことを特徴とする振動検知装置。
液体の層の上に浮かんで上下方向にＮ／Ｓと着磁された磁性体と、前記磁性体の両側に設けられた二対の磁力線検知器とを有し、前記弾性体は振動可能なように支持するとともに、前記二対の磁力線検知器のうち、一方の出力を同相に結線し、他方の出力を逆相に結線したことを特徴とする振動検知装置。