JP4650892B2 - 地震感知装置 - Google Patents

Description

この発明は、建物などに据え付けられ地震を感知する地震感知装置に関するものである。

従来の地震観測システムでは、建物の地下階、最上階及び中間階に地震計が設置されて
おり、各地震計はＧＰＳ（Global Positioning System）信号により時刻が同期させられる。地震等で建物に振動が生じると、その振動が各地震計で検出されてデジタルデータに変換される。このデジタルデータは、ＥＰＳ（Electric Pipe Space）を用いた配線により、各地震計内のサーバに送られて保持される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２１４２６７号公報

上記のような従来の建物に設置される地震観測システムでは、サーボ型加速度計を使用し、ＧＰＳ信号により時刻を同期させ、計測震度の計算にはＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を用いており、建物内配線用に使われるＥＰＳを用いて配線しており、総じて製品、設置に要するコストが高く、広く普及することが難しかった。また、建物用地震計は、多くの場合、地震波形の収録を目的としていて、建物各階の揺れの程度をリアルタイムで居住者に知らせることが難しかった。また、エレベータ昇降路には、地震感知器を設置することがあるが、この場合地震を感知して、接点を出力してエレベータの運転に役立てるものであり、地震波形を記録したり、計測震度相当値を出力することはなかった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成により、建物全体の地震情報を効率的に管理することができる低コストな地震感知装置を得ることを目的とする。

この発明に係る地震感知装置は、建物に据え付けられ地震を感知する複数の地震感知手段と、当該地震感知手段の感知結果信号を伝送する伝送手段と、当該伝送手段と接続し、複数の地震感知手段の感知結果信号を受信して収録する収録手段とを備え、当該収録手段は、複数の地震感知手段の感知結果信号の同期を取るための同期信号を当該地震感知手段に送信し、所定の地震感知手段から受信した感知結果信号に含まれる波形データに対して、トリガフィルタ、トリガ判定処理を行い、トリガＯＮと判定したらプレトリガ時間分遡って複数の地震感知手段から感知結果信号を受信する。

この発明の地震感知装置は、収録手段が、複数の地震感知手段の感知結果信号の同期を取るための同期信号を地震感知手段に送信し、所定の地震感知手段から受信した感知結果信号に含まれる波形データに対して、トリガフィルタ、トリガ判定処理を行い、トリガＯＮと判定したらプレトリガ時間分遡って複数の地震感知手段から感知結果信号を受信するので、簡単な構成により、建物全体の地震情報を効率的に管理することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による地震感知装置を示すブロック図である。図において、建物内には、３〜４個（図では１個のみ示す）の地震感知部（地震感知手段）１が設置されている。地震感知部１は、例えば地下階（下層階）のエレベータ用のスペース（例えばエレベータホールやエレベータの昇降路など）、最上階（上層階）のエレベータ用のスペース、及び中間階のエレベータ用のスペースにそれぞれ設置されている。また、地震感知部１は、例えばエレベータ用のスペースの梁部等に設置されている。

各地震感知部１は、加速度に応じた電圧信号（感知結果信号）を発生する加速度センサ（加速度計）２、加速度センサ２からの信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器３、外部との信号の送受信を行う通信部４とを有している。加速度センサ２は、ステンレス鋼製のばねと、ばねに固着された錘と、錘に対向する電極とを有し、加速度を静電容量の変化として検知する静電容量型である。通信部４としては、シリアル通信ポートであるＲＳ４２２ポートが用いられている。

地震感知部１からの感知結果信号は、制御通信部５を介して処理収録部（収録手段）６に入力される。制御通信部５及び処理収録部６は、例えばエレベータの昇降路の上部に位置する機械室にエレベータ制御盤と共に設置されている。処理収録部６は、制御通信部５から感知結果信号を受信して収録する。また、処理収録部６は、演算処理部（ＣＰＵ）、記憶部（ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスク等）及び信号入出力部を持った処理収録用コンピュータにより構成されている。そして、処理収録用コンピュータの記憶部には、処理収録部６の機能を実現するためのプログラムが格納されている。

さらに、処理収録部６は、制御通信部５から電力の供給を受けるための受電部７、制御通信部５とのシリアル通信を行うためのシリアルポート８、及び制御通信部５から感知結果信号を受けるためのＬＡＮ（Local Area Network）ポート９を有している。

処理収録部６には、感知結果信号が常時入力されている。また、処理収録部６には、予め設定された時間分の感知結果信号のデータが保存されている。そして、新たな感知結果信号が入力されると、古いデータから順に消去され、新たなデータが上書きされる。即ち、感知結果信号のデータは常時更新されている。

また、処理収録部６は、感知結果信号に含まれる波形データ（観測データ）に対してトリガ判定処理を行う機能、即ちトリガ・デトリガ機能を有している。トリガ機能とは、地下階に設置された地震感知部１から取得した波形データの値が予め設定した収録開始基準値を超えたら、地震が発生したと判定し、感知結果信号（地震データ）の収録及び処理を開始する機能である。このとき、処理収録部６は、トリガＯＮと判定したら、予め設定されたプレトリガ時間（例えば２０〜３０秒）分遡って感知結果信号の収録及び処理を行う。

さらに、処理収録部６は、地震が発生したと判定すると、全ての地震感知部１からの感知結果信号に基づいて、震度相当値及び最大加速度等の地震動指標を算出する処理を行う。震度計算を行う際、処理収録部６は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを使用する。

処理収録部６で求められた震度（震度相当値）や最大加速度の情報は、ネットワークを通じて表示器等１０によりリアルタイムで表示され、建物の利用者や管理者に報知される。表示器等１０には、建物内に設置された専用の表示器や、制御通信部５に接続されたパーソナルコンピュータ等が含まれる。また、収録された波形データは、地震による建物の損傷の解析・診断に用いられる。

一方、デトリガ機能とは、最上階に設置された地震感知部１から取得した波形データの値が予め設定された収録終了基準値未満となったら、感知結果信号の収録及び処理を終了する機能である。トリガ判定に地下階の地震感知部１を用いるのは、地震による揺れが地下階から始まるためである。また、デトリガ判定に最上階の地震感知部１を用いるのは、地震による揺れが最上階に最後まで残るためである。

さらにまた、処理収録部６は、トリガ判定処理を行うために最下階の地震感知部１から取得した波形データを監視する際、トリガフィルタ処理を行う。トリガフィルタ処理とは、例えば地下工事による揺れや地下鉄の運行による揺れ等の外乱を排除する処理である。

制御通信部５は、同期回路１１、ＬＡＮ／ＲＳ４２２変換器１２、ＨＵＢ１３、制御ボード１４、電源部１５、リレー１６及び異常出力部１７を有している。

同期回路１１は、地震感知部１の感知結果信号の同期を取るため、即ち時間ずれを生じさせないための同期信号を地震感知部１に送信する。具体的には、同期回路１１は、地震感知部１による感知結果信号の時刻を共通化するための手段として、ＲＳ４２２回路（伝送手段）を通じて、全ての地震感知部１に対して１／１００秒間隔（１００Ｈｚ）で同期信号（クロック信号）を送信する。地震感知部１は、ＲＳ４２２回路を通じて、ＡＤ変換された感知結果信号を同期信号に同期して同期回路１１に出力する。

同期回路１１に入力された感知結果信号は、ＬＡＮ／ＲＳ４２２変換器１２によりＬＡＮ用信号に変換され、ＨＵＢ１３を介して処理収録部６に送信される。また、同期回路１１は、処理収録部６からの指令に応じて、地震感知部１への同期信号の送信及び地震感知部１からの感知結果信号の取得を開始・終了する。

制御通信部５は、電源部１５から供給される電力により駆動される。電源部１５は、商用電源から電力の供給を受ける。また、電源部１５は、充電式バッテリを内蔵している。充電式バッテリは通常時に充電されており、停電時には充電式バッテリにより制御通信部５及び処理収録部６に電力が供給される。

処理収録部６は、制御ボード１４及びリレー１６を介して電源部１５から電力を供給される。即ち、制御通信部５と処理収録部６とは、共通の電源に接続されている。リレー１６のＯＮ／ＯＦＦは、制御ボード１４により制御されている。

制御ボード１４には、処理収録部６からのウォッチドッグ信号（監視用信号）１８及び生存信号１９が入力される。処理収録部６のＯＳ（Operating System）が正常に動作している場合、処理収録部６は、制御ボード１４にウォッチドッグ信号１８を出力している。制御ボード１４は、ウォッチドッグ信号１８が受信されない状態が予め設定された時間（例えば３分間）継続すると、処理収録部６のＯＳの動作に異常が発生したと判定し、リレー１６を介して処理収録部６の電源をリセットする。これにより、処理収録部６は再起動され、処理収録部６の継続的動作が保証される。

また、処理収録部６内のアプリケーション（収録用ソフト等）が正常に動作している場合、処理収録部６は、制御ボード１４に生存信号１９を出力している。制御ボード１４は、生存信号が受信されなくなると、処理収録部６内のアプリケーションの動作に異常が発生したと判定し、異常検出信号を異常出力部１７に送る。

異常出力部１７は、制御ボード１４から異常検出信号を受けると、制御通信部５に設けられた異常警告用のＬＥＤを点灯させるとともに、エレベータ管理室等に設けられた監視盤に異常検出信号を送信し異常情報を表示させる。

また、制御ボード１４は、処理収録部６に供給される電源電圧が予め設定された電圧値以下に低下すると、遮断要求信号２０を処理収録部６に送信し、処理収録部６をシャットダウンさせる。例えば、停電が継続することにより電源部１５の充電式バッテリの電圧が所定値以下に降下すると、制御ボード１４から処理収録部６に遮断要求信号２０が送信され、処理収録部６の動作が安全に停止される。

また、制御通信部５には、点検用手動スイッチが設けられており、この点検用手動スイッチが操作された場合にも、制御ボード１４から処理収録部６に遮断要求信号２０が送信される。

なお、制御ボード１４には、上記のような機能を実現するためのＰＩＣ（Peripheral Interface Controller）等のマイクロコンピュータが搭載されている。

このような地震感知装置は、建物内の異なる場所に設置された複数の地震感知部１、地震感知部１からの感知結果信号を処理し収録する処理収録部６、及び地震感知部１からの感知結果信号を受信し処理収録部６に送信する制御通信部５を備え、制御通信部５は、感知結果信号の同期を取るための同期信号を地震感知部１に送信し、地震感知部１は、感知結果信号を同期信号に同期して制御通信部５に出力するので、全ての地震感知部１でＧＰＳ信号による時刻スタンプを付ける方法に比べて、安価で簡単な構成により全ての地震感知部１からの感知結果信号の時刻ずれを防止することができる。

ここで、建物に複数の地震感知部１を設置する場合、建物の挙動を解析するため、地震感知部１相互の時刻ずれは少なくともサンプル周波数以下にする必要がある。即ち、実施の形態１では、１秒間に１００サンプルのデータを取得するので、最大でも時刻ずれが０．０１秒以内でなければならない（理想的には０．００１秒以内）。これに対して、この実施の形態１の方法によれば、感知結果信号の時刻ずれを最小限に抑えることができる。

また、実施の形態１の地震感知装置では、地震感知部１がエレベータ用のスペースに設置されているので、建物の床や天井にケーブル配線用のＥＰＳを設ける必要がなく、エレベータの昇降路を利用してケーブルを配線することができ、ケーブルの配線が容易であるとともに、地震感知部１のメンテナンスが容易である。

さらに、実施の形態１の地震感知装置では、複数の地震感知部１が上下方向の異なる位置に設置されており、処理収録部６は、一番下に設置された地震感知部１からの波形データに基づいて、感知結果信号の収録及び処理を開始するので、地震発生直後からのデータをより確実に収録することができる。

さらにまた、処理収録部６は、地震が発生したと判定したら、予め設定されたプレトリガ時間分遡って感知結果信号の収録及び処理を行うので、地震発生直前からのデータをより確実に収録することができる。

また、処理収録部６は、震度計算を行う際、ＦＩＲフィルタを使用するので、ＦＦＴフィルタを使用する場合に比べて、低い能力のＣＰＵを使用したシステムにおいても、感知結果信号の処理をより高速で実行することができ、地震に関する情報の表示の即時性を向上させることができる。

さらに、実施の形態１の地震感知装置では、複数の地震感知部１が上下方向の異なる位置に設置されており、処理収録部６は、一番上に設置された地震感知部１からの波形データに基づいて、感知結果信号の収録及び処理を終了するので、地震による揺れが建物全体で終了するまでのデータをより確実に収録することができる。

さらにまた、処理収録部６に対する電源供給は制御通信部５により制御されており、制御通信部５は、処理収録部６から常時入力されるウォッチドッグ信号１８を監視し、ウォッチドッグ信号１８が所定時間入力されないと処理収録部６のコンピュータを再起動させるので、安価な構成により、処理収録部６のコンピュータの継続的動作を保証することができる。

なお、地震感知部は、建物のどこに設置してもよく、例えば昇降路内に設置すれば配線をさらに簡単にすることができると共に、地震時にエレベータのかごを最寄階に停止させる地震時管制運転の地震計としても活用が可能である。
また、地震感知部の設置数は、上記の例に限定されるものではない。

この発明の実施の形態１による地震感知装置を示すブロック図である。

符号の説明

１ 地震感知部（地震感知手段）、５ 制御通信部、６ 処理収録部、１０ 表示器等、１１ 同期回路、１４ 制御ボード、１５ 電源部、１６ リレー。

Claims (8)

1. 建物に据え付けられ、地震を感知し、デジタル信号に変換する機能と、通信ポートを有する複数の地震感知手段と、
   複数の地震感知手段の時間ずれを生じさせないための同期回路と、当該地震感知手段による地震感知結果を伝送する通信機能と、後述の処理収録部の動作を継続させるための制御機能を有する制御通信部と、
   当該制御通信部と接続し、複数の地震感知手段による地震データを受信して収録する処理収録部とを備えた地震感知装置において、
   当該制御通信部、又は処理収録部は、複数の地震感知手段による地震データの同期を取るための同期信号を当該地震感知手段に送信する同期機能を有し、
   所定の地震感知手段から受信した地震データに含まれる波形データに対して、下層階に設置した地震感知手段のデータに対してトリガ判定処理を行い、上層階に設置した地震感知手段のデータに対して記録終了処理を行うトリガ・デトリガ機能を有し、
   処理収録部から制御通信部に監視用信号を発信し、当該信号が予め定めた時間受信されない場合に、異常発生と判断してコンピュータの電源を遮断して、再起動することによって、コンピュータの継続的な動作を保証する機能を有し、
   処理収録部では、地震データに対して、計測震度、最大加速度等の地震動指標を算出して、全ての地震感知手段に相当する震度相当値をネットワークを通じて表示器などに表示する機能を有する
   ことを特徴とする地震感知装置。
2. 当該地震感知手段とは、建物に据え付けられ、地震を感知して電圧値として出力し、これをデジタル信号に変換するＡＤ変換機能と、通信用のＲＳ４２２ポートを有し、建物の梁部等に設置することを特徴とする請求項１記載の地震感知装置。
3. 当該同期回路とは、複数の地震感知手段による観測データの時刻を共通化するための手段として、１／１００秒間隔でＲＳ４２２回路を通じて同期信号を当該地震感知手段に送信し、地震感知手段はこの信号に同期してＡＤ変換された観測データを出力することを特徴とする請求項１記載の地震感知装置。
4. 当該トリガ・デトリガ機能とは、複数の地震感知手段から受信した観測データに対して、処理、収録開始のための判定処理は下層階に設置した地震感知手段のデータに基づいて行い、収録終了処理は上層階に設置した地震感知手段のデータに基づいて行うことを特徴とする請求項１記載の地震感知装置。
5. 処理収録用コンピュータの継続的動作保証機能とは、処理収録用コンピュータから制御ボードに対して、監視用信号を発信し、当該信号が予め定めた時間受信されない場合に、制御ボードがリレーを介して処理収録用コンピュータの電源を一旦遮断した後、所定時間後に投入して、処理収録用コンピュータは再起動することによって、処理収録用コンピュータの継続的動作を保証する請求項１記載の地震感知装置。
6. 処理収録用コンピュータの地震動指標の計算、表示機能は、処理収録用コンピュータが受信した地震波形データに基づいてＦＩＲフィルタを使って計測震度相当値を計算、最大加速度値等と共に、表示器などに出力するもので、制御通信部に接続される全ての地震感知手段から得られた記録について計算する機能を有することを特徴とする請求項４記載の地震感知装置。
7. 建物に据え付けられ、地震の揺れを静電容量の変化として感知し、電気信号に変換する静電容量型の加速度計と、電気信号をデジタル信号に変換する機能と、通信ポートを有する複数の地震感知手段と、
   複数の地震感知手段の時間ずれを生じさせないための同期回路と、当該地震感知手段による地震感知結果を伝送する通信機能と、後述の処理収録部の動作を継続させるための制御機能を有する制御通信部と、
   当該制御通信部と接続し、複数の地震感知手段による地震データを受信して収録する処理収録部とを備えた地震感知装置において、
   当該制御通信部、又は処理収録部は、複数の地震感知手段による地震データの同期を取るために１００分の１秒毎に同期信号を当該地震感知手段に送信する同期機能を有し、当該地震感知手段は、同期信号に応じて、AD変換の1サンプルを送出する機能を有し、
   通信機能は、4個のRS422ポートを1個のイーサネットポートに変換することにより、複数の地震感知手段を1個のイーサネットポートで制御する機能を有し、
   所定の地震感知手段から受信した地震データに含まれる波形データに対して、下層階に設置した地震感知手段のデータに対してトリガ判定処理を行い、上層階に設置した地震感知手段のデータに対して記録終了処理を行うトリガ・デトリガ機能を有し、
   処理収録部から制御通信部に監視用信号を発信し、当該信号が予め定めた時間受信されない場合に、異常発生と判断してコンピュータの電源を遮断して、再起動することによって、コンピュータの継続的な動作を保証する機能を有し、
   処理収録部は、アプリケーションプログラムが動作中に制御通信部に対して生存信号を発し、生存信号が停止した場合に、制御通信部がシリアルポートの信号線を通じて、処理収録部をリブートする機能を有し、
   処理収録部では、地震データに対して、計測震度、最大加速度を算出して、全ての地震感知手段に相当する震度相当値または、最大加速度をネットワークを通じて表示器などに表示する機能を有する
   ことを特徴とする地震感知装置。
8. 当該地震感知手段とは、建物に据え付けられ、地震の揺れを静電容量の変化として感知して電圧値として出力する加速度計と、これをデジタル信号に変換するＡＤ変換機能と、通信用のＲＳ４２２ポートを有し、建物の梁部等に設置することを特徴とする請求項７記載の地震感知装置。

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