JP6149969B1 - Acceleration sensor device, monitoring system, and diagnostic method - Google Patents

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Abstract

【課題】自己診断機能を有する加速度センサを用いて建築物の構造性能を診断するモニタリングシステムを構築する。【解決手段】モニタリングシステム300は、少なくとも1つの建築物101に設置された複数の加速度センサ装置100及び複数の加速度センサ装置を用いて建築物をモニタリングするモニタリング装置310を備え、複数の加速度センサ装置のそれぞれは、自己駆動による加速度を検知する診断機能を有し、モニタリング装置は、複数の加速度センサ装置の診断結果を収集する。これにより、複数の加速度センサの自己診断の結果をモニタリング装置により一括管理することが可能となる。【選択図】図7A monitoring system for diagnosing the structural performance of a building using an acceleration sensor having a self-diagnosis function. A monitoring system includes a plurality of acceleration sensor devices installed in at least one building and a monitoring device that monitors the building using the plurality of acceleration sensor devices. Each has a diagnostic function for detecting acceleration due to self-drive, and the monitoring device collects diagnostic results of a plurality of acceleration sensor devices. As a result, the self-diagnosis results of the plurality of acceleration sensors can be collectively managed by the monitoring device. [Selection] Figure 7

Description

本発明は、加速度センサ装置、モニタリングシステム、及び診断方法に関する。   The present invention relates to an acceleration sensor device, a monitoring system, and a diagnostic method.

建築物の振動、例えば地震にともなう振動、風による常時微動等を監視して、建築物の損傷、経年劣化等の構造性能を診断する構造ヘルスモニタリングが盛んに取り組まれている(例えば、非特許文献1)。構造ヘルスモニタリングシステムは、例えば、建築物の振動を検出する加速度センサ、加速度センサから計測データを収集するサーバ、収集された計測データを解析する計算機、及び解析結果より建築物の診断結果を報知する手段を含んで構築される。構造ヘルスモニタリングでは、建築物の性能の維持及び長寿命化のために適切なタイミングで診断すること、また地震発生時においては建築物の損傷及び健全性判断のために早急に診断することを要するため、特に加速度センサに対して高い信頼性が要求される。   Structural health monitoring is actively being conducted to monitor structural vibrations such as vibrations associated with earthquakes, microtremors caused by wind, etc., and diagnose structural performance such as building damage and aging (for example, non-patented) Reference 1). The structural health monitoring system is, for example, an acceleration sensor that detects vibration of a building, a server that collects measurement data from the acceleration sensor, a computer that analyzes the collected measurement data, and a diagnosis result of the building from the analysis result. Constructed including means. In structural health monitoring, it is necessary to make a diagnosis at an appropriate timing to maintain the performance and extend the life of the building, and to make an immediate diagnosis to determine the damage and soundness of the building when an earthquake occurs. Therefore, high reliability is particularly required for the acceleration sensor.

例えば特許文献1には、加速度が加わることで振動する重り、重りの振動を検知する圧電素子、並びに重り及び圧電素子を収容するケースに設けられた圧電プレートを備え、圧電プレートによりセンサを加振することで、正常に動作しているか否かの自己診断が可能な加速度センサが開示されている。また、特許文献2には、ベースプレート上で加速度センサに近接して圧電振動子を配置し、圧電振動子に交流電圧を印加して振動を発生し、出力信号を交流電圧と比較することで加速度センサの正常又は異常を判断する加速度検知装置が開示されている。また、特許文献3には、加速度を受ける重り部、重り部を支持する起歪部、起歪部の歪を検出するピエゾ抵抗、及び重り部を圧電効果により駆動する圧電材料を備え、圧電材料に電圧を印加して疑似的に重り部に加速度が加わった状態を生じさせて正常に動作しているか否かを判断する加速度センサが開示されている。なお、これらの加速度センサは、1軸方向の加速度のみを検出するものである。
特許文献1 特開2007−198744号公報
特許文献2 特開平6−148234号公報
特許文献3 特開平5−322927号公報
非特許文献1 坂上智、村上敬三、北川慎治、"MEMS応用感振センサを用いた構造ヘルスモニタリングシステム"、富士電機技報、2014 vol.87 no.1
For example, Patent Document 1 includes a weight that vibrates when acceleration is applied, a piezoelectric element that detects vibration of the weight, and a piezoelectric plate provided in a case that accommodates the weight and the piezoelectric element, and the sensor is excited by the piezoelectric plate. Thus, an acceleration sensor capable of self-diagnosis as to whether or not it is operating normally is disclosed. Further, in Patent Document 2, a piezoelectric vibrator is disposed in the vicinity of an acceleration sensor on a base plate, an AC voltage is applied to the piezoelectric vibrator to generate vibration, and an output signal is compared with an AC voltage to accelerate the vibration. An acceleration detection device that determines whether a sensor is normal or abnormal is disclosed. Patent Document 3 includes a weight part that receives acceleration, a strain generating part that supports the weight part, a piezoresistor that detects strain of the strain generating part, and a piezoelectric material that drives the weight part by a piezoelectric effect. An acceleration sensor is disclosed in which a voltage is applied to the weight part to cause a state in which acceleration is applied to the weight part in a pseudo manner to determine whether or not it is operating normally. These acceleration sensors detect only acceleration in one axis direction.
Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-198744 Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-148234 Patent Document 3: Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-322927 Structural Health Monitoring System Used ", Fuji Electric Technical Review, 2014 vol. 87 no. 1

近年、安価且つ高感度な3軸方向の加速度を検出する加速度センサが利用されるようになった。しかし、そのような加速度センサを自己診断する技術は開発されていない。また、建築物の構造性能を診断する構造ヘルスモニタリングにおいては、一般に加速度センサが建築物に埋設されるため、外部からアクセスして加速度センサが正常に動作しているか否か調べることは困難となる。このため、従来、加速度センサの健全性を確認する手段がなく、加速度センサの健全性を確保可能な構成が切望されていた。   In recent years, an inexpensive and highly sensitive acceleration sensor that detects acceleration in the three-axis direction has come to be used. However, no technology for self-diagnosis of such an acceleration sensor has been developed. In structural health monitoring for diagnosing the structural performance of buildings, since acceleration sensors are generally embedded in buildings, it is difficult to check whether the acceleration sensors are operating normally by accessing from outside. . For this reason, conventionally, there is no means for confirming the soundness of the acceleration sensor, and a configuration that can ensure the soundness of the acceleration sensor has been desired.

本発明の第1の態様においては、少なくとも1つの建築物に設置された複数の加速度センサ装置と、複数の加速度センサ装置を用いて建築物をモニタリングするモニタリング装置と、を備え、複数の加速度センサ装置のそれぞれは、自己駆動による加速度を検知する診断機能を有し、モニタリング装置は、複数の加速度センサ装置の診断結果を収集するモニタリングシステムが提供される。   In the first aspect of the present invention, a plurality of acceleration sensors provided in at least one building, and a monitoring device that monitors the building using the plurality of acceleration sensor devices, a plurality of acceleration sensors. Each of the devices has a diagnostic function for detecting self-driven acceleration, and the monitoring device is provided with a monitoring system that collects diagnostic results of a plurality of acceleration sensor devices.

本発明の第2の態様においては、少なくとも1つの建築物に設置された複数の加速度センサ装置のそれぞれが、自己駆動による加速度を検知する診断段階と、複数の加速度センサ装置を用いて建築物をモニタリングするモニタリング装置が、複数の加速度センサ装置の診断結果を収集する収集段階と、を備えるモニタリング方法が提供される。   In the second aspect of the present invention, each of a plurality of acceleration sensor devices installed in at least one building detects a self-driven acceleration, and a building is constructed using the plurality of acceleration sensor devices. There is provided a monitoring method comprising: a monitoring stage in which a monitoring device collects diagnostic results of a plurality of acceleration sensor devices.

本発明の第3の態様においては、基体と、基体に対して変位可能な重りと、基体に対する重りの変位を検知するための検知部と、基体に設けられ、基体における設置位置を第1方向に変位させて、重りに対して第1方向とは異なる方向の変位を生じさせる変位発生部と、を備える加速度センサ装置が提供される。   In the third aspect of the present invention, the base, a weight displaceable with respect to the base, a detection unit for detecting the displacement of the weight with respect to the base, and the base are provided. There is provided an acceleration sensor device including a displacement generating unit that is displaced in a direction different from the first direction with respect to the weight.

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。   The summary of the invention does not enumerate all the features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

一実施形態に係る加速度センサ装置の構成を示す。1 shows a configuration of an acceleration sensor device according to an embodiment. 一実施形態に係る加速度センサ装置の構成を示す。1 shows a configuration of an acceleration sensor device according to an embodiment. 信号処理部の構成を示す。The structure of a signal processing part is shown. 振動デバイスの駆動信号の一例を示す。An example of the drive signal of a vibration device is shown. 振動デバイスにより重りにXY方向の加速度を加える原理を示す。The principle of applying acceleration in the XY direction to the weight by the vibration device will be described. 振動デバイスの駆動信号の一例を示す。An example of the drive signal of a vibration device is shown. 振動デバイスの駆動信号の一例を示す。An example of the drive signal of a vibration device is shown. 振動デバイスにより重りにXY方向の加速度を加える原理を示す。The principle of applying acceleration in the XY direction to the weight by the vibration device will be described. 振動デバイスの駆動信号の一例を示す。An example of the drive signal of a vibration device is shown. 変形例に係る加速度センサ装置の構成を示す。The structure of the acceleration sensor apparatus which concerns on a modification is shown. 変形例に係る加速度センサ装置の構成を示す。The structure of the acceleration sensor apparatus which concerns on a modification is shown. 一実施形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムの構成を示す。1 shows a configuration of a structural health monitoring system according to an embodiment. 別の実施形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムの構成を示す。3 shows a structure of a structural health monitoring system according to another embodiment. 別の実施形態に係る構造ヘルスモニタリングシステムにおけるモニタリング方法の手順を示す。The procedure of the monitoring method in the structural health monitoring system which concerns on another embodiment is shown.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.

図1A及び図1Bは、一実施形態に係る加速度センサ装置100の構成を示す。ここで、図1Aは、図1Bにおける基準線AAに関する断面図であり、加速度センサ装置100の構成を上面から示す。図1Bは、図1Aにおける基準線BBに関する断面図であり、加速度センサ装置100の構成を側面から示す。なお、図1Aにおける上下方向を縦方向、図1A及び図1Bにおける左右方向を横方向、図1Bにおける上下方向を高さ方向とする。加速度センサ装置100は、自己駆動による加速度を検知する診断機能を有し、これにより正常に動作しているか否かを自己診断することができる3軸方向の加速度を検出する加速度センサを提供することを目的とするものであり、基体10、重り30、検知部40、及び変位発生部50を備える。   1A and 1B show a configuration of an acceleration sensor device 100 according to an embodiment. Here, FIG. 1A is a cross-sectional view with respect to the reference line AA in FIG. 1B, and shows the configuration of the acceleration sensor device 100 from above. FIG. 1B is a cross-sectional view related to the reference line BB in FIG. 1A and shows the configuration of the acceleration sensor device 100 from the side. The vertical direction in FIG. 1A is the vertical direction, the horizontal direction in FIGS. 1A and 1B is the horizontal direction, and the vertical direction in FIG. 1B is the height direction. Acceleration sensor device 100 has a diagnostic function for detecting self-driven acceleration, and thereby provides an acceleration sensor for detecting acceleration in three axial directions that can self-diagnose whether or not it is operating normally. And includes a base body 10, a weight 30, a detection unit 40, and a displacement generation unit 50.

基体10は、重り30を支持する筐体20及び検知部40の複数(ここでは一例として4)の電極ペア41〜44を含むセンサユニット並びに変位発生部50の振動デバイス51〜54を搭載する部材であり、基板11及び筐体20を含む。   The base body 10 is a member on which the housing 20 that supports the weight 30 and a sensor unit including a plurality (four as an example) of electrode pairs 41 to 44 of the detection unit 40 and the vibration devices 51 to 54 of the displacement generation unit 50 are mounted. Including the substrate 11 and the housing 20.

基板11は、板状の部材である。本実施形態の加速度センサ装置100は、MEMS技術を利用して製造することが可能であり、筐体20、重り30、変位発生部50の振動デバイス51〜54等を製造する際の基材としても利用される。   The substrate 11 is a plate-like member. The acceleration sensor device 100 of the present embodiment can be manufactured using MEMS technology, and is used as a base material when manufacturing the casing 20, the weight 30, the vibration devices 51 to 54 of the displacement generating unit 50, and the like. Is also used.

筐体20は、重り30及び検知部40の電極41a〜46aを支持してその内部空間20aに収容する箱状の支持体であり、板状の4つの側壁21〜24及び天板25を含む。   The housing 20 is a box-like support that supports the weights 30 and the electrodes 41 a to 46 a of the detection unit 40 and accommodates them in the internal space 20 a, and includes four plate-like side walls 21 to 24 and a top plate 25. .

4つの側壁21〜24のうちの側壁21及び22は、長手を縦方向に向け、それぞれ横方向の一側及び他側に離間して基板11上に立設される。側壁23及び24は、長手を横方向に向け、それぞれ縦方向の一側及び他側に離間して基板11上に立設される。側壁21は2つの端部をそれぞれ側壁23及び24の右端部に接続し、側壁22は、2つの端部をそれぞれ側壁23及び24の左端部に接続する。それにより、複数(ここでは一例として4)の側壁21〜24は、矩形状の枠体を構成する。   Of the four side walls 21 to 24, the side walls 21 and 22 are erected on the substrate 11 with their longitudinal directions in the vertical direction and spaced apart on one side and the other side in the horizontal direction, respectively. The side walls 23 and 24 are erected on the substrate 11 with the longitudinal direction oriented in the horizontal direction and spaced apart from one side and the other side in the vertical direction, respectively. Side wall 21 connects two ends to the right end of side walls 23 and 24, respectively, and side wall 22 connects two ends to the left end of side walls 23 and 24, respectively. Accordingly, the plurality of (herein, four as an example) side walls 21 to 24 constitute a rectangular frame.

天板25は、筐体20の内部をカバーする蓋体であり、その周縁にて4つの側壁21〜24の上端部に支持され、基板11の上面に対して平行に配される。それにより、内部空間20aが筐体20と基板11とにより密封される。   The top plate 25 is a lid that covers the inside of the housing 20, is supported on the upper ends of the four side walls 21 to 24 at the periphery, and is arranged in parallel to the upper surface of the substrate 11. Thereby, the internal space 20 a is sealed by the housing 20 and the substrate 11.

重り30は、基体10に対して変位可能に筐体20内に支持され、加速度を受けて筐体20内で変位することで加速度を感受する部材であり、一例として正方形状の上面及び上面の辺部に対して小さい厚みを有する直方体状に成形されている。重り30は、上面視において、複数(ここでは一例として4)の梁部材31〜34により4つの角部をそれぞれ筐体20の4つの隅部に接続することにより、筐体20内に支持される。それにより、重り30は、4つの側面をそれぞれ筐体20の4つの側壁21〜24の内面に平行に対向し、上面及び底面をそれぞれ筐体20の天板25の下面及び基板11の上面に対向して、筐体20の内面及び基板11の上面から離間して内部空間20aの中央に配される。   The weight 30 is a member that is supported in the housing 20 so as to be displaceable with respect to the base body 10, and is a member that receives acceleration and senses acceleration by being displaced in the housing 20. For example, the weight 30 has a square upper surface and upper surface. It is formed in a rectangular parallelepiped shape having a small thickness with respect to the side portion. The weight 30 is supported in the casing 20 by connecting four corners to four corners of the casing 20 by a plurality of (four as an example here) beam members 31 to 34 in a top view. The As a result, the weight 30 faces the four side surfaces in parallel to the inner surfaces of the four side walls 21 to 24 of the housing 20, and the upper surface and the bottom surface are the lower surface of the top plate 25 and the upper surface of the substrate 11, respectively. Oppositely, they are spaced from the inner surface of the housing 20 and the upper surface of the substrate 11 and are arranged in the center of the internal space 20a.

4つの梁部材31〜34は、ばねの機能を備え、加速度を感受して変位する重り30を筐体20内に支持する。例として横方向への重りの変位ΔL及び横方向に関する4つの梁部材31〜34のばね定数kに対して、横方向の加速度aは、重り30の質量mを用いてa=kΔL/mと得られる。従って、重り30の変位ΔLを検出することにより、加速度aを測定することができる。縦方向及び高さ方向の加速度も同じ原理に従って測定することができる。   The four beam members 31 to 34 have a spring function, and support the weight 30 that is displaced by sensing acceleration in the housing 20. As an example, with respect to the displacement ΔL of the weight in the lateral direction and the spring constant k of the four beam members 31 to 34 in the lateral direction, the acceleration a in the lateral direction is a = kΔL / m using the mass m of the weight 30. can get. Therefore, the acceleration a can be measured by detecting the displacement ΔL of the weight 30. Longitudinal and height accelerations can also be measured according to the same principle.

検知部40は、基体10に対する重り30の変位を検知するユニットであり、複数(ここでは一例として6)の電極ペア41〜46及びそれぞれの電極ペアからの信号を処理する信号処理部60を含む。   The detection unit 40 is a unit that detects the displacement of the weight 30 with respect to the base 10, and includes a plurality (here, six as an example) of electrode pairs 41 to 46 and a signal processing unit 60 that processes signals from the respective electrode pairs. .

6つの電極ペア41〜46のうちの電極ペア41は、筐体20の側壁21の内面及び重り30の右側面に互いに横方向に対向してそれぞれ固定された2つの電極41a及び41bを有する。電極ペア42は、筐体20の側壁22の内面及び重り30の左側面に互いに横方向に対向してそれぞれ固定された2つの電極42a及び42bを有する。電極ペア43は、筐体20の側壁23の内面及び重り30の奥側面に互いに縦方向に対向してそれぞれ固定された2つの電極43a及び43bを有する。電極ペア44は、筐体20の側壁24の内面及び重り30の前側面に互いに縦方向に対向してそれぞれ固定された2つの電極44a及び44bを有する。電極ペア45は、筐体20の天板25の下面及び重り30の上面に互いに高さ方向に対向してそれぞれ固定された2つの電極45a及び45bを有する。電極ペア46は、基板11の上面及び重り30の下面に互いに高さ方向に対向してそれぞれ固定された2つの電極46a及び46bを有する。   Of the six electrode pairs 41 to 46, the electrode pair 41 includes two electrodes 41 a and 41 b that are fixed to the inner surface of the side wall 21 of the housing 20 and the right side surface of the weight 30 so as to face each other in the lateral direction. The electrode pair 42 has two electrodes 42 a and 42 b fixed to the inner surface of the side wall 22 of the housing 20 and the left side surface of the weight 30 so as to face each other in the lateral direction. The electrode pair 43 includes two electrodes 43 a and 43 b fixed to the inner surface of the side wall 23 of the housing 20 and the inner surface of the weight 30 so as to face each other in the vertical direction. The electrode pair 44 includes two electrodes 44 a and 44 b fixed to the inner surface of the side wall 24 of the housing 20 and the front side surface of the weight 30 so as to face each other in the vertical direction. The electrode pair 45 includes two electrodes 45 a and 45 b fixed to the lower surface of the top plate 25 of the housing 20 and the upper surface of the weight 30 so as to face each other in the height direction. The electrode pair 46 includes two electrodes 46 a and 46 b fixed to the upper surface of the substrate 11 and the lower surface of the weight 30 so as to face each other in the height direction.

信号処理部60は、6つの電極ペア41〜46のそれぞれについて、例えば一方の電極側から駆動信号を入力してドライブし、その一側の電極の電位を検出してセンスし、そのセンス結果から電極ペアの静電容量を検出する。電極ペアの静電容量は電極間隔(すなわち、離間距離)に依存(すなわち、反比例)することから、電極ペアの静電容量(又はその変化)を検出することでそれらの離間距離(又はその変化)を得ることができる。信号処理部60の回路構成については後述する。   For each of the six electrode pairs 41 to 46, the signal processing unit 60 is driven by inputting a drive signal from one electrode side, for example, and detects and senses the potential of the electrode on one side. The capacitance of the electrode pair is detected. Since the capacitance of the electrode pair depends on (ie, inversely proportional to) the electrode spacing (ie, the separation distance), detecting the capacitance of the electrode pair (or change thereof) detects the separation distance (or change thereof). ) Can be obtained. The circuit configuration of the signal processing unit 60 will be described later.

変位発生部50は、基体10、本実施形態では一例として基板11上に設けられ、基板11における設置位置を高さ方向に変位させて、筐体20内の重り30を間接的に変位させる複数(ここでは一例として4)の振動デバイス51〜54及びこれらを制御する制御部55を含むユニットである。重り30を間接的に変位させるのは、筐体20に変位発生部50を設け横方向、縦方向に重り30を揺らそうとしても、筐体20の剛性により重り30を横方向、縦方向に揺らすことが困難なためである。   The displacement generator 50 is provided on the base body 10, as an example in the present embodiment, on the substrate 11. A plurality of displacement generators 50 displace the weight 30 in the housing 20 indirectly by displacing the installation position on the substrate 11 in the height direction. This is a unit including the vibration devices 51 to 54 (4 as an example here) and a control unit 55 for controlling them. The weight 30 is indirectly displaced by providing the displacement generator 50 in the housing 20 and swinging the weight 30 in the horizontal and vertical directions. This is because it is difficult to shake.

4つの振動デバイス51〜54は、それぞれ圧電セラミックス等の圧電素子及びこれに支持される重りを有し、圧電素子の分極方向の一側及び他側にそれぞれ設けられた電極に電圧を印加することで分極方向に伸縮し、重りを変位させることで分極方向に振動を発生する。振動デバイス51〜54は、分極方向を高さ方向に向け、筐体20、すなわち重り30と縦方向及び/又は横方向に異なる基板11上の位置に設置される。詳細には、筐体20、重り30の平面中心からずれた位置に設置されていて、それぞれ筐体20から右側、左側、奥、及び手前に離間して設置される。それにより、振動デバイス51〜54は、各設置位置にて基板11を高さ方向に変位させる。なお、振動デバイス51〜54は、分極方向を高さ方向に限らずこれを含む任意の方向(すなわち、高さ方向に直交しない任意の方向)に向けて基板11上に設置して、各設置位置にて基板11をその方向に変位させることとしてもよい。4つの振動デバイス51〜54により、筐体20内の重り30の高さ方向への変位を誘発するだけでなく、これと異なる方向、すなわち縦方向及び横方向への変位も誘発される。   Each of the four vibration devices 51 to 54 has a piezoelectric element such as piezoelectric ceramics and a weight supported by the piezoelectric element, and applies a voltage to electrodes provided on one side and the other side of the polarization direction of the piezoelectric element. The vibration in the polarization direction is generated by expanding and contracting in the polarization direction and displacing the weight. The vibration devices 51 to 54 are installed at positions on the substrate 11 that are different from the casing 20, that is, the weight 30 in the vertical direction and / or the horizontal direction, with the polarization direction in the height direction. Specifically, the casing 20 and the weight 30 are installed at positions shifted from the plane center, and are separated from the casing 20 on the right side, the left side, the back, and the front side. Thereby, the vibration devices 51 to 54 displace the substrate 11 in the height direction at each installation position. The vibrating devices 51 to 54 are installed on the substrate 11 in any direction including the polarization direction in addition to the height direction (that is, any direction not orthogonal to the height direction). The substrate 11 may be displaced in that direction at the position. The four vibrating devices 51 to 54 not only induce displacement in the height direction of the weight 30 in the housing 20 but also induce displacement in different directions, that is, longitudinal and lateral directions.

制御部55は、4つの振動デバイス51〜54に配線を介して接続し、駆動信号を送信することでそれぞれを振動させる。駆動信号及び4つの振動デバイス51〜54による重り30の振動制御の一例については後述する。   The control unit 55 is connected to the four vibration devices 51 to 54 via wiring, and vibrates each by transmitting a drive signal. An example of the vibration control of the weight 30 by the drive signal and the four vibration devices 51 to 54 will be described later.

図2は、検知部40、特にこれに含まれる信号処理部60の構成を示す。信号処理部60は、3つの増幅器61X,61Y,61Z、3つのフィルタ62X,62Y,62Z、3つのAD変換器63X,63Y,63Z、演算部64、メモリ65、インターフェース66、及び診断部67を含む。   FIG. 2 shows a configuration of the detection unit 40, particularly the signal processing unit 60 included therein. The signal processing unit 60 includes three amplifiers 61X, 61Y, 61Z, three filters 62X, 62Y, 62Z, three AD converters 63X, 63Y, 63Z, a calculation unit 64, a memory 65, an interface 66, and a diagnosis unit 67. Including.

3つの増幅器61X,61Y,61Zのうちの増幅器61Xは、電極ペア41及び42に接続され、それぞれのセンス信号が入力されてその差分を増幅して出力する。ここで、電極ペア41及び42に逆相の駆動信号を入力してドライブする。それにより、増幅器61Xは、電極ペア41及び42のそれぞれから重り30の変位に伴う電荷変化(容量変化)に比例するセンス信号を受ける。その結果、増幅器61Xは、重り30が近づく電極41a及び42aのいずれかを含む電極ペアに入力した駆動信号と同相の差分信号を出力する。なお、増幅器61Xの差分信号は、重り30に作用する加速度の横方向成分に比例する。同様に、増幅器61Yは、電極ペア43及び44に接続され、それぞれのセンス信号が入力されてその差分を増幅して出力する。増幅器61Yの差分信号は、重り30に作用する加速度の縦方向成分に比例する。また、増幅器61Zは、電極ペア45及び46に接続され、それぞれのセンス信号が入力されてその差分を増幅して出力する。増幅器61Zの差分信号は、重り30に作用する加速度の高さ方向成分に比例する。   Of the three amplifiers 61X, 61Y, and 61Z, the amplifier 61X is connected to the electrode pairs 41 and 42, receives each sense signal, amplifies the difference, and outputs the amplified difference. Here, driving is performed by inputting driving signals having opposite phases to the electrode pairs 41 and 42. Accordingly, the amplifier 61X receives a sense signal proportional to a change in charge (capacitance change) accompanying the displacement of the weight 30 from each of the electrode pairs 41 and 42. As a result, the amplifier 61X outputs a differential signal in phase with the drive signal input to the electrode pair including any one of the electrodes 41a and 42a that the weight 30 approaches. The difference signal of the amplifier 61X is proportional to the lateral component of the acceleration acting on the weight 30. Similarly, the amplifier 61Y is connected to the electrode pairs 43 and 44, receives the respective sense signals, amplifies the difference, and outputs the amplified difference. The difference signal of the amplifier 61Y is proportional to the longitudinal component of the acceleration acting on the weight 30. The amplifier 61Z is connected to the electrode pairs 45 and 46, receives the respective sense signals, amplifies the difference, and outputs the amplified difference. The difference signal of the amplifier 61Z is proportional to the height direction component of the acceleration acting on the weight 30.

3つのフィルタ62X,62Y,62Zは、それぞれ、3つの増幅器61X,61Y,61Zの出力信号(すなわち差分信号)をフィルタ処理する。フィルタ62X,62Y,62Zとして、例えば建築物の遅い振動に伴う低周波成分のみを通し、予め定められた周波数以上のほとんどノイズのみを含む高周波成分をカットするローパスフィルタ(LPF)を採用することができる。ここで、建築物の振動周波数は例えば0.1〜10Hzであることから、ローパスフィルタのカットオフ周波数は例えば数10Hzとすることができる。   The three filters 62X, 62Y, and 62Z respectively filter the output signals (that is, difference signals) of the three amplifiers 61X, 61Y, and 61Z. As the filters 62X, 62Y, and 62Z, for example, a low-pass filter (LPF) that passes only a low-frequency component due to slow vibration of a building and cuts a high-frequency component including almost only noise that is equal to or higher than a predetermined frequency may be employed. it can. Here, since the vibration frequency of the building is, for example, 0.1 to 10 Hz, the cut-off frequency of the low-pass filter can be set to several tens of Hz, for example.

3つのAD変換器63X,63Y,63Zは、それぞれ、3つのフィルタ62X,62Y,62Zの出力信号(フィルタ処理された差分信号)をAD変換する。デジタル信号に変換された差分信号は、演算部64に送信される。   The three AD converters 63X, 63Y, and 63Z AD convert the output signals (filtered difference signals) of the three filters 62X, 62Y, and 62Z, respectively. The difference signal converted into the digital signal is transmitted to the calculation unit 64.

演算部(CPU)64は、3つのAD変換器63X,63Y,63Zからの差分信号を処理してそれぞれ横方向、縦方向、及び高さ方向に関する加速度(すなわち3軸加速度)を算出する。   The calculation unit (CPU) 64 processes differential signals from the three AD converters 63X, 63Y, and 63Z to calculate accelerations in the horizontal direction, the vertical direction, and the height direction (that is, triaxial acceleration).

メモリ(SRAM)65は、演算部64により算出された3軸加速度を記憶する。   The memory (SRAM) 65 stores the triaxial acceleration calculated by the calculation unit 64.

インターフェース(PHY)66は、演算部64により算出された3軸加速度を加速度データとして外部出力する。   The interface (PHY) 66 externally outputs the triaxial acceleration calculated by the calculation unit 64 as acceleration data.

診断部67は、加速度センサ装置100の正常動作を自己診断するユニットであり、自己駆動、すなわち変位発生部50が基板11における振動デバイス51〜54の各設置位置を縦方向に変位させたことに伴う基板11に対する重り30の変位を演算部64により算出された3軸加速度(すなわち、検知部40が検知した検知結果)に基づいて診断する。診断部67は、例えば、変位発生部50による高さ方向への変位に対して測定される加速度(又は重り30の変位量でもよい)が閾値を超えることでもって加速度センサ装置100の正常動作を自己診断する。診断部67は、その診断結果を外部出力する。   The diagnosis unit 67 is a unit for self-diagnosis of the normal operation of the acceleration sensor device 100. The self-drive, that is, the displacement generation unit 50 has displaced the installation positions of the vibration devices 51 to 54 on the substrate 11 in the vertical direction. The displacement of the weight 30 with respect to the substrate 11 is diagnosed based on the triaxial acceleration calculated by the calculation unit 64 (that is, the detection result detected by the detection unit 40). For example, the diagnosis unit 67 performs normal operation of the acceleration sensor device 100 when the acceleration (or the displacement amount of the weight 30) measured with respect to the displacement in the height direction by the displacement generation unit 50 exceeds a threshold value. Make a self-diagnosis. The diagnosis unit 67 outputs the diagnosis result to the outside.

なお、診断部67は、変位発生部50による高さ方向への変位量を変えたことに応じた3軸加速度(すなわち、検知結果)の変化に基づいて、加速度センサ装置の正常動作を自己診断してもよい。例えば、重り30の横方向、縦方向、又は高さ方向の変位、例えば最大変位をα倍したことに伴い、演算部64から出力される加速度の算出結果、例えばその最大がα倍されるか否かを判断する。   The diagnosis unit 67 performs self-diagnosis of the normal operation of the acceleration sensor device based on a change in triaxial acceleration (that is, a detection result) according to the change in the amount of displacement in the height direction by the displacement generation unit 50. May be. For example, the calculation result of the acceleration output from the calculation unit 64, for example, whether the maximum is multiplied by α when the horizontal displacement, the vertical displacement, or the height displacement of the weight 30, for example, the maximum displacement is multiplied by α. Judge whether or not.

変位発生部50による重り30の振動制御の原理について説明する。   The principle of vibration control of the weight 30 by the displacement generator 50 will be described.

図3Aは、振動デバイス51に入力される駆動信号の一例を示す。変位発生部50の制御部55は、一定周期で正の振幅を有するパルス信号を発生して、駆動信号として振動デバイス51に送信する。ここで、パルス信号の生成周波数は、重り30の横方向に関する共振周波数又はその整数倍に等しい又はほぼ等しい周波数とする。それにより、振動デバイス51の振動に共振して重り30が振動することで、効率よく重り30を横方向に振動させることができる。   FIG. 3A shows an example of a drive signal input to the vibration device 51. The control unit 55 of the displacement generation unit 50 generates a pulse signal having a positive amplitude at a constant cycle and transmits the pulse signal to the vibration device 51 as a drive signal. Here, the generation frequency of the pulse signal is equal to or substantially equal to the resonance frequency in the lateral direction of the weight 30 or an integer multiple thereof. Thereby, the weight 30 vibrates in resonance with the vibration of the vibration device 51, whereby the weight 30 can be efficiently vibrated in the lateral direction.

図3Bは、図3Aの駆動信号を受けた振動デバイス51の振動により重り30に横方向の加速度を加える原理を示す。重り30は、梁部材31〜34に支持されて筐体20内の中央に位置するものとする。この重り30の位置を中立位置とする。振動デバイス51は、正パルスの駆動信号を受けて、その設置位置にて基板11を、高さ方向を上向き(白抜き矢印の方向)に変位させる。これに伴い、基板11が歪み、基板11により支持される筐体20の側壁21が高さ方向を上向き(白抜き矢印の方向)に変位する。このとき、重り30は、梁部材31及び32を介して側壁21により引張されて右上方向(黒塗り矢印の方向)に変位する。すなわち、高さ方向に関して上側に変位すると同時に横方向に関して右側に変位する。次に、振動デバイス51は、ゼロ振幅の駆動信号を受けて、その設置位置にて基板11を変位して元の位置(図中、点線を用いて示される位置)に戻す。これにともない、基板11の歪みが戻り、筐体20の側壁21が高さ方向を下向きに変位して元の位置に戻る(図中、点線を用いて示される位置)。重り30は、元の中立位置(図中、点線を用いて示される位置)に戻る。振動デバイス51は、正パルスとゼロ振幅の駆動振動を繰り返し受けることで、その設置位置にて基板11を高さ方向に振動させ、筐体20の側壁21を高さ方向に振動させ、それにより重り30を右上方向に繰り返し引張することで、重り30を高さ方向に加えて横方向にも振動させる。   FIG. 3B shows the principle of applying a lateral acceleration to the weight 30 by the vibration of the vibration device 51 that has received the drive signal of FIG. 3A. The weight 30 is supported by the beam members 31 to 34 and is located at the center in the housing 20. The position of the weight 30 is defined as a neutral position. The vibration device 51 receives the drive signal of the positive pulse and displaces the substrate 11 upward in the installation position (in the direction of the white arrow). Along with this, the substrate 11 is distorted, and the side wall 21 of the housing 20 supported by the substrate 11 is displaced upward in the height direction (the direction of the white arrow). At this time, the weight 30 is pulled by the side wall 21 via the beam members 31 and 32 and displaced in the upper right direction (the direction of the black arrow). That is, it is displaced upward in the height direction and simultaneously displaced in the right direction in the lateral direction. Next, the vibration device 51 receives the drive signal with zero amplitude, displaces the substrate 11 at the installation position, and returns it to the original position (position indicated by a dotted line in the drawing). Along with this, the distortion of the substrate 11 returns, and the side wall 21 of the housing 20 is displaced downward in the height direction and returns to the original position (position indicated by a dotted line in the figure). The weight 30 returns to the original neutral position (position indicated by a dotted line in the figure). The vibration device 51 repeatedly receives a positive pulse and a zero-amplitude driving vibration to vibrate the substrate 11 in the height direction at the installation position and vibrate the side wall 21 of the housing 20 in the height direction, thereby By repeatedly pulling the weight 30 in the upper right direction, the weight 30 is vibrated in the lateral direction in addition to the height direction.

なお、図3Aの例では、制御部55は、一定周期で正の振幅を有するパルス信号を発生して、これを駆動信号として振動デバイス51に送信することとしたたが、これに限らず、一定周期で負の振幅を有するパルス信号を発生して、これを駆動信号として振動デバイス51に送信してもよい。係る場合、振動デバイス51の設置位置における基板11、筐体20の側壁21、及び重り30のそれぞれの変位が高さ方向に関して下向きに変わることを除いて、上と同様に、重り30を高さ方向に加えて横方向にも振動させることができる。   In the example of FIG. 3A, the control unit 55 generates a pulse signal having a positive amplitude at a constant period and transmits the pulse signal to the vibrating device 51 as a drive signal. A pulse signal having a negative amplitude at a constant cycle may be generated and transmitted to the vibrating device 51 as a drive signal. In such a case, the weight 30 is raised in the same manner as above except that the displacement of the substrate 11, the side wall 21 of the housing 20, and the weight 30 at the installation position of the vibration device 51 changes downward in the height direction. In addition to the direction, it can be vibrated in the lateral direction.

また、同様の原理により、振動デバイス52により重り30を高さ方向に加えて横方向にも振動させることもできる。また、振動デバイス53及び54により重り30を高さ方向に加えて縦方向にも振動させることもできる。係る場合、パルス信号の生成周波数は、重り30の縦方向に関する共振周波数又はその整数倍に等しい又はほぼ等しい周波数とする。それにより、振動デバイス53及び54の振動に共振して重り30が振動することで、効率よく重り30を縦方向に振動させることができる。   Further, based on the same principle, the weight 30 can be vibrated in the lateral direction in addition to the height direction by the vibrating device 52. Further, the weight 30 can be vibrated in the vertical direction in addition to the height direction by the vibrating devices 53 and 54. In such a case, the generation frequency of the pulse signal is equal to or substantially equal to the resonance frequency in the longitudinal direction of the weight 30 or an integer multiple thereof. Thereby, the weight 30 vibrates in resonance with the vibrations of the vibration devices 53 and 54, so that the weight 30 can be efficiently vibrated in the vertical direction.

また、振動デバイス51及び52の一方により重り30を横方向に振動させるとともに、振動デバイス53及び54の一方により重り30を縦方向に振動させることもできる。図3Cに、係る場合に振動デバイス51〜54に入力される駆動信号の一例を示す。変位発生部50の制御部55は、一定周期で正の振幅を有するパルス信号を発生して、これを駆動信号として振動デバイス51に送信するとともに、振動デバイス51の駆動信号に同期して、ただし任意の整数倍の周期(ここでは、一例として2倍)で正の振幅を有するパルス信号を発生して、これを駆動信号として振動デバイス53に送信する。なお、重り30の横方向に関する共振周波数と縦方向に関する共振周波数とは等しいとした。   Further, the weight 30 can be vibrated in the lateral direction by one of the vibrating devices 51 and 52, and the weight 30 can be vibrated in the vertical direction by one of the vibrating devices 53 and 54. FIG. 3C shows an example of a drive signal input to the vibrating devices 51 to 54 in such a case. The control unit 55 of the displacement generation unit 50 generates a pulse signal having a positive amplitude at a constant period, transmits the pulse signal to the vibration device 51 as a drive signal, and synchronizes with the drive signal of the vibration device 51, A pulse signal having a positive amplitude is generated at an arbitrary integer multiple period (here, twice as an example), and is transmitted to the vibrating device 53 as a drive signal. It is assumed that the resonance frequency in the horizontal direction of the weight 30 is equal to the resonance frequency in the vertical direction.

なお、上の例では、振動デバイス51及び53を使用したが、同様に振動デバイス52及び53、51及び54、又は52及び54を使用してもよい。また、駆動信号は、2つの振動デバイスに対してともに負パルスを繰り返すものとしてもよいし、2つの振動デバイスに対して逆相のパルス(一方が正パルス、他方が負パルス)を繰り返すものとしてもよい。   In the above example, the vibration devices 51 and 53 are used, but the vibration devices 52 and 53, 51 and 54, or 52 and 54 may be used similarly. In addition, the drive signal may repeat negative pulses for both vibration devices, or repeat opposite-phase pulses (one positive pulse and the other negative pulse) for the two vibration devices. Also good.

上の例では、振動デバイス51を用いて重り30を横方向に振動させたが、2つの振動デバイス51及び52を用いて重り30を横方向に振動させることもできる。   In the above example, the weight 30 is vibrated in the lateral direction using the vibration device 51, but the weight 30 can also be vibrated in the lateral direction using the two vibration devices 51 and 52.

図4Aは、振動デバイス51及び52に入力される駆動信号の一例を示す。変位発生部50の制御部55は、一定周期で正の振幅を有するパルス信号を発生して、これを駆動信号として振動デバイス51に送信するとともに、異なるタイミング、ここでは同じ周期で振動デバイス51の駆動信号に対して半周期ずらして負の振幅を有するパルス信号を発生して、これを駆動信号として振動デバイス52に送信する。ここで、パルス信号の生成周波数は、重り30の横方向に関する共振周波数又はその整数倍に等しい又はほぼ等しい周波数とする。それにより、振動デバイス51及び52の振動に共振して重り30が振動することで、効率よく重り30を横方向に振動させることができる。   FIG. 4A shows an example of drive signals input to the vibration devices 51 and 52. The control unit 55 of the displacement generation unit 50 generates a pulse signal having a positive amplitude at a constant cycle, transmits this as a drive signal to the vibration device 51, and at a different timing, here the vibration device 51 at the same cycle. A pulse signal having a negative amplitude is generated with a half cycle shift with respect to the drive signal, and this is transmitted as a drive signal to the vibration device 52. Here, the generation frequency of the pulse signal is equal to or substantially equal to the resonance frequency in the lateral direction of the weight 30 or an integer multiple thereof. Thereby, the weight 30 vibrates in resonance with the vibrations of the vibration devices 51 and 52, so that the weight 30 can be efficiently vibrated in the lateral direction.

図4Bは、図3Bとともに、図4Aの駆動信号を受けた振動デバイス51及び52の振動により重り30に横方向の加速度を加える原理を示す。まず、振動デバイス51は、上述のとおり、図3Bに示すように、正パルスの駆動信号を受けて、その設置位置にて基板11を、高さ方向を上向きに変位させる。これに伴い、基板11が歪み、基板11により支持される筐体20の側壁21が高さ方向を上向きに変位する。このとき、重り30は、梁部材31及び32を介して側壁21により引張されて右上方向に変位する。すなわち、高さ方向に関して上側に変位すると同時に横方向に関して右側に変位する。次に、振動デバイス51は、ゼロ振幅の駆動信号を受けて、その設置位置にて基板11を変位して元の位置に戻す。これにともない、基板11の歪みが戻り、筐体20の側壁21が高さ方向を下向きに変位して元の位置に戻る。重り30は、元の中立位置に戻る。   4B, together with FIG. 3B, shows the principle of applying lateral acceleration to the weight 30 by the vibration of the vibration devices 51 and 52 that have received the drive signal of FIG. 4A. First, as described above, the vibration device 51 receives a positive pulse drive signal and displaces the substrate 11 upward in the height direction at the installation position as shown in FIG. 3B. Along with this, the substrate 11 is distorted, and the side wall 21 of the housing 20 supported by the substrate 11 is displaced upward in the height direction. At this time, the weight 30 is pulled by the side wall 21 via the beam members 31 and 32 and displaced in the upper right direction. That is, it is displaced upward in the height direction and simultaneously displaced in the right direction in the lateral direction. Next, the vibration device 51 receives the drive signal with zero amplitude, displaces the substrate 11 at the installation position, and returns it to the original position. Accordingly, the distortion of the substrate 11 returns, and the side wall 21 of the housing 20 is displaced downward in the height direction and returns to the original position. The weight 30 returns to the original neutral position.

次に、振動デバイス52は、図4Bに示すように、負パルスの駆動信号を受けて、その設置位置にて基板11を、高さ方向を下向き(白抜き矢印の方向)に変位させる。これに伴い、基板11が歪み、基板11により支持される筐体20の側壁22が高さ方向を下向き(白抜き矢印の方向)に変位する。このとき、重り30は、梁部材33及び34を介して側壁22により引張されて左下方向(黒塗り矢印の方向)に変位する。すなわち、高さ方向に関して下側に変位すると同時に横方向に関して左側に変位する。次に、振動デバイス52は、ゼロ振幅の駆動信号を受けて、その設置位置にて基板11を変位して元の位置(図中、点線を用いて示される位置)に戻す。これにともない、基板11の歪みが戻り、筐体20の側壁22が高さ方向を上向きに変位して元の位置に戻る(図中、点線を用いて示される位置)。重り30は、元の中立位置(図中、点線を用いて示される位置)に戻る。   Next, as shown in FIG. 4B, the vibration device 52 receives a negative pulse drive signal and displaces the substrate 11 downward (in the direction of the white arrow) at the installation position. Along with this, the substrate 11 is distorted, and the side wall 22 of the housing 20 supported by the substrate 11 is displaced downward in the height direction (in the direction of the white arrow). At this time, the weight 30 is pulled by the side wall 22 via the beam members 33 and 34 and displaced in the lower left direction (the direction of the black arrow). That is, it is displaced downward in the height direction and simultaneously displaced in the left direction in the lateral direction. Next, the vibration device 52 receives the drive signal with zero amplitude, displaces the substrate 11 at the installation position, and returns it to the original position (position indicated by a dotted line in the drawing). Along with this, the distortion of the substrate 11 returns, and the side wall 22 of the housing 20 is displaced upward in the height direction and returns to the original position (position indicated by a dotted line in the figure). The weight 30 returns to the original neutral position (position indicated by a dotted line in the figure).

振動デバイス51及び52は、それぞれ、互いに半周期ずれた正パルス及び負パルスを有する駆動振動を繰り返し受けることで、設置位置にて基板11を、それぞれ高さ方向を上向き及び下向きに変位させることで振動させ、筐体20の側壁21及び22を高さ方向に振動させ、それにより重り30を右上及び左下方向に繰り返し交互に引張することで、重り30を高さ方向に加えて横方向にも振動させる。   The vibration devices 51 and 52 repeatedly receive drive vibrations having a positive pulse and a negative pulse that are shifted from each other by a half cycle, thereby displacing the substrate 11 upward and downward at the installation position, respectively. By vibrating, the side walls 21 and 22 of the housing 20 are vibrated in the height direction, whereby the weight 30 is repeatedly pulled alternately in the upper right and lower left directions, thereby adding the weight 30 in the height direction and also in the lateral direction. Vibrate.

なお、同様の原理により、振動デバイス52及び54により重り30を高さ方向に加えて縦方向にも振動させることもできる。係る場合、パルス信号の生成周波数は、重り30の縦方向に関する共振周波数又はその整数倍に等しい又はほぼ等しい周波数とする。それにより、振動デバイス52及び54の振動に共振して重り30が振動することで、効率よく重り30を縦方向に振動させることができる。   In addition, the weight 30 can be vibrated in the vertical direction in addition to the height direction by the vibration devices 52 and 54 based on the same principle. In such a case, the generation frequency of the pulse signal is equal to or substantially equal to the resonance frequency in the longitudinal direction of the weight 30 or an integer multiple thereof. Accordingly, the weight 30 vibrates in resonance with the vibrations of the vibration devices 52 and 54, and thus the weight 30 can be efficiently vibrated in the vertical direction.

また、振動デバイス51及び52により重り30を横方向に振動させるとともに、振動デバイス53及び54により重り30を縦方向に振動させることもできる。図4Cに、係る場合に振動デバイス51〜54に入力される駆動信号の一例を示す。変位発生部50の制御部55は、一定周期で正の振幅を有するパルス信号を発生して、これを駆動信号として振動デバイス51に送信し、振動デバイス51の駆動信号と同じ周期で、ただし半周期ずらして負の振幅を有するパルス信号を発生して、これを駆動信号として振動デバイス52に送信するとともに、振動デバイス51の駆動信号に同期して、ただし任意の整数倍の周期(ここでは、一例として2倍)で正の振幅を有するパルス信号を発生して、これを駆動信号として振動デバイス53に送信し、振動デバイス53の駆動信号と同じ周期で、ただし振動デバイス51の駆動信号の半周期ずらして負の振幅を有するパルス信号を発生して、これを駆動信号として振動デバイス54に送信する。なお、重り30の横方向に関する共振周波数と縦方向に関する共振周波数とは等しいとした。   Further, the weight 30 can be vibrated in the horizontal direction by the vibration devices 51 and 52, and the weight 30 can be vibrated in the vertical direction by the vibration devices 53 and 54. FIG. 4C shows an example of a drive signal input to the vibrating devices 51 to 54 in such a case. The control unit 55 of the displacement generation unit 50 generates a pulse signal having a positive amplitude at a constant cycle, transmits this pulse signal as a drive signal to the vibration device 51, and has the same cycle as the drive signal of the vibration device 51, but half A pulse signal having a negative amplitude is generated by shifting the period, and this is transmitted as a drive signal to the vibration device 52, and in synchronization with the drive signal of the vibration device 51, but a period of any integral multiple (here, A pulse signal having a positive amplitude is generated as a drive signal and transmitted to the vibration device 53 as a drive signal, and has the same period as the drive signal of the vibration device 53, but half the drive signal of the vibration device 51. A pulse signal having a negative amplitude is generated by shifting the period, and this is transmitted to the vibration device 54 as a drive signal. It is assumed that the resonance frequency in the horizontal direction of the weight 30 is equal to the resonance frequency in the vertical direction.

なお、上の例では、駆動信号は、振動デバイス51及び52に対して逆相、振動デバイス53及び54に対して逆相、且つ振動デバイス51及び52と振動デバイス53及び54とに対して同相としたが、これに限らず、振動デバイス51及び52に対して同相、振動デバイス53及び54に対して同相、且つ振動デバイス51及び52と振動デバイス53及び54とに対して逆相としてもよい。また、振動デバイス51〜54に対して同相としてもよい。   In the above example, the driving signal is in reverse phase with respect to the vibration devices 51 and 52, reverse phase with respect to the vibration devices 53 and 54, and in phase with respect to the vibration devices 51 and 52 and the vibration devices 53 and 54. However, the present invention is not limited thereto, and may be in phase with respect to the vibration devices 51 and 52, in phase with the vibration devices 53 and 54, and opposite in phase with respect to the vibration devices 51 and 52 and the vibration devices 53 and 54. . Moreover, it is good also as an in-phase with respect to the vibration devices 51-54.

なお、振動デバイス51〜54による重り30への振動は、上述の態様に限らず、駆動信号のパルス高、幅、及び周期を任意に変更する、また振動デバイス51〜54のそれぞれの駆動信号の同期を任意に変更するなどして、様々な態様により与えることができる。   In addition, the vibration to the weight 30 by the vibration devices 51 to 54 is not limited to the above-described mode, and the pulse height, width, and period of the drive signal are arbitrarily changed, and the drive signals of the vibration devices 51 to 54 are changed. It can be provided in various ways, such as arbitrarily changing the synchronization.

図5A及び図5Bは、変形例に係る加速度センサ装置110の構成を示す。ここで、図5Aは、図5Bにおける基準線AAに関する断面図であり、加速度センサ装置110の構成を上面から示す。図5Bは、図5Aにおける基準線BBに関する断面図であり、加速度センサ装置110の構成を側面から示す。なお、加速度センサ装置110の構成各部のうち、先述の加速度センサ装置100の構成各部に対応するものについては同じ符号を付している。加速度センサ装置110は、基体10、重り30、検知部40、及び変位発生部50を備える。加速度センサ装置110の構成は、先述の加速度センサ装置100に対して変位発生部50に含まれる振動デバイス51〜54の設置位置のみが異なる。   5A and 5B show a configuration of an acceleration sensor device 110 according to a modification. Here, FIG. 5A is a cross-sectional view with respect to the reference line AA in FIG. 5B, and shows the configuration of the acceleration sensor device 110 from the top. FIG. 5B is a cross-sectional view with respect to the reference line BB in FIG. 5A and shows the configuration of the acceleration sensor device 110 from the side. Of the constituent parts of the acceleration sensor device 110, those corresponding to the constituent parts of the acceleration sensor device 100 described above are given the same reference numerals. The acceleration sensor device 110 includes a base body 10, a weight 30, a detection unit 40, and a displacement generation unit 50. The configuration of the acceleration sensor device 110 is different from the above-described acceleration sensor device 100 only in the installation positions of the vibration devices 51 to 54 included in the displacement generation unit 50.

振動デバイス51〜54は、それぞれ、筐体20を構成する側壁21〜24の中央の直上に位置する天板25上に設置されている。それにより、変位発生部50は、振動デバイス51〜54により、筐体20の側壁21〜24を高さ方向に変位させて、筐体20内の重り30を高さ方向だけでなく、これと異なる方向、すなわち縦方向及び横方向に間接的に変位させることができる。   The vibration devices 51 to 54 are respectively installed on the top plate 25 located immediately above the center of the side walls 21 to 24 constituting the housing 20. Thereby, the displacement generating unit 50 displaces the side walls 21 to 24 of the housing 20 in the height direction by the vibration devices 51 to 54, so that the weight 30 in the housing 20 is not only in the height direction, It can be displaced indirectly in different directions, i.e. longitudinal and transverse.

なお、振動デバイス51〜54は、筐体20上に設置するに限らず、基板11上に設置して筐体20の下面を支持することとしてもよい。係る場合、振動デバイス51〜54により、それぞれ、筐体20を構成する側壁21〜24の下面の中央、或いは筐体20(側壁21〜24から構成される枠体)の角部の下面を支持してもよい。振動デバイス51〜54により、筐体20の側壁21〜24を高さ方向に変位させて、筐体20内の重り30を高さ方向だけでなく、これと異なる方向、すなわち縦方向及び横方向に間接的に変位させることができる。   Note that the vibration devices 51 to 54 are not limited to being installed on the housing 20, and may be installed on the substrate 11 to support the lower surface of the housing 20. In such a case, the vibration devices 51 to 54 support the center of the lower surface of the side walls 21 to 24 constituting the housing 20 or the lower surface of the corner of the housing 20 (frame body composed of the side walls 21 to 24), respectively. May be. The vibration devices 51 to 54 displace the side walls 21 to 24 of the housing 20 in the height direction, so that the weight 30 in the housing 20 is not only in the height direction, but also in different directions, that is, the vertical direction and the horizontal direction. Can be indirectly displaced.

図6は、一実施形態に係る構造ヘルスモニタリングシステム200の構成を示す。構造ヘルスモニタリングシステム200は、建築物101の構造性能を診断するシステムであり、複数の加速度センサ装置100及びモニタリング装置210を備える。   FIG. 6 shows a configuration of a structural health monitoring system 200 according to an embodiment. The structural health monitoring system 200 is a system for diagnosing the structural performance of the building 101, and includes a plurality of acceleration sensor devices 100 and a monitoring device 210.

複数の加速度センサ装置100は、建築物101の複数箇所、例えば地盤、低層階(例えば1階)、及び高層階(例えば最上階)に埋設される。高層の建築物に対しては、さらに1以上の中層階にも設けられる。   The plurality of acceleration sensor devices 100 are embedded in a plurality of locations of the building 101, for example, the ground, a lower floor (for example, the first floor), and a higher floor (for example, the uppermost floor). For high-rise buildings, it is also provided on one or more middle floors.

モニタリング装置210は、建築物101の状態をモニタリングする装置であり、サーバ211及び演算器212を含む。   The monitoring device 210 is a device that monitors the state of the building 101 and includes a server 211 and a calculator 212.

サーバ211は、複数の加速度センサ装置100と有線または無線によって接続され、加速度センサ装置100のそれぞれが備える検知部40から出力される加速度データ及び診断部67から出力される診断結果を常時又は定期的に収集する。   The server 211 is connected to the plurality of acceleration sensor devices 100 by wire or wirelessly, and the acceleration data output from the detection unit 40 included in each of the acceleration sensor devices 100 and the diagnosis result output from the diagnosis unit 67 are regularly or periodically transmitted. To collect.

演算器212は、サーバ211により収集された加速度データに基づいて建築物101の構造性能を診断する。例えば、演算器212は、加速度データを定期的に解析して建築物101の共振周波数及び/又は共振モードを算出し、その経年変化より建築物の構造性能を診断する。また、演算器212は、加速度データを解析して複数の加速度センサ装置100のそれぞれが設けられた階層の変位を算出し、その経年変化より建築物の構造性能を診断する。   The calculator 212 diagnoses the structural performance of the building 101 based on the acceleration data collected by the server 211. For example, the computing unit 212 periodically analyzes acceleration data to calculate the resonance frequency and / or resonance mode of the building 101, and diagnoses the structural performance of the building from its secular change. Further, the calculator 212 analyzes the acceleration data, calculates the displacement of the hierarchy in which each of the plurality of acceleration sensor devices 100 is provided, and diagnoses the structural performance of the building from its secular change.

また、演算器212は、加速度センサ装置100の正常又は異常をユーザに対して表示する、上位装置に送信する等のように診断結果を出力する。この演算器212による診断の際には、複数の加速度センサ装置100の変位発生部50に対し、振動デバイス51〜54を振動させる指示をサーバ211や演算器212から出力するようにしてもよいし、振動デバイス51〜54が定期的に自ら振動する構成としてもよい。   In addition, the calculator 212 outputs a diagnosis result such as displaying normality or abnormality of the acceleration sensor device 100 to the user or transmitting it to a host device. In the diagnosis by the calculator 212, an instruction to vibrate the vibration devices 51 to 54 may be output from the server 211 or the calculator 212 to the displacement generators 50 of the plurality of acceleration sensor devices 100. The vibrating devices 51 to 54 may be configured to vibrate themselves periodically.

なお、構造ヘルスモニタリングシステム200において、加速度センサ装置100に代えて変形例に係る加速度センサ装置110を採用してもよい。   In the structural health monitoring system 200, the acceleration sensor device 110 according to the modified example may be adopted instead of the acceleration sensor device 100.

なお、本実施形態の加速度センサ装置100では、変位発生部50の振動デバイス51〜54を、それぞれ、それぞれ筐体20から右側、左側、奥、及び手前に離間して基板11に設置したが、これに限らず、振動デバイス51〜54は筐体20に対して一軸方向の一側及び他側並びに一軸方向に交差する方向の一側及び他側のそれぞれの基板11上に設置してもよい。筐体20(側壁21〜24から構成される枠体)の角部の近傍に設置してもよい。また、変形例に係る加速度センサ装置110では、振動デバイス51〜54を、それぞれ、筐体20を構成する側壁21〜24の中央の直上に位置する天板25上に設置したが、これに限らず、振動デバイス51〜54は重り30に対して一軸方向の一側及び他側並びに一軸方向に交差する方向の一側及び他側のそれぞれの側壁21〜24の直上の天板25上に設置してもよい。筐体20(側壁21〜24から構成される枠体)の角部の直上の天板25上に設置してもよい。   In the acceleration sensor device 100 of the present embodiment, the vibration devices 51 to 54 of the displacement generation unit 50 are installed on the substrate 11 separately from the housing 20 on the right side, left side, back, and front, respectively. Not limited to this, the vibration devices 51 to 54 may be installed on the substrates 11 on one side and the other side in the uniaxial direction and on one side and the other side in the direction intersecting the uniaxial direction with respect to the housing 20. . You may install in the vicinity of the corner | angular part of the housing | casing 20 (frame comprised from the side walls 21-24). Further, in the acceleration sensor device 110 according to the modification, the vibration devices 51 to 54 are respectively installed on the top plate 25 positioned immediately above the center of the side walls 21 to 24 constituting the housing 20, but the present invention is not limited thereto. The vibration devices 51 to 54 are installed on the top plate 25 immediately above the side walls 21 to 24 on one side and the other side in the uniaxial direction with respect to the weight 30 and on the one side and the other side in the direction crossing the uniaxial direction. May be. You may install on the top plate 25 just above the corner | angular part of the housing | casing 20 (frame comprised from the side walls 21-24).

なお、基体10、重り30、検知部40、及び変位発生部50を含んで加速度センサユニットとしてパッケージされてもよい。なお、診断部67の機能は、各加速度センサ装置100に設けられず、外部のサーバ211や演算器212がこの機能を果たしてもよい。   The base body 10, the weight 30, the detection unit 40, and the displacement generation unit 50 may be packaged as an acceleration sensor unit. Note that the function of the diagnosis unit 67 is not provided in each acceleration sensor device 100, and the external server 211 and the calculator 212 may fulfill this function.

図7は、別の実施形態に係るモニタリングシステム300の構成を示す。モニタリングシステム300は、自己診断する機能を有する加速度センサを用いて建築物の構造性能を診断するとともに、加速度センサの自己診断の結果を一括管理することを可能とすることを目的とする。モニタリングシステム300は、一例として、複数のサイト(一例としてサイトC1及びC2)にそれぞれ建築された建築物101の構造性能を診断する構造ヘルスモニタリングシステムであり、複数の加速度センサ装置100、複数の解析装置103、及びモニタリング装置310を備える。   FIG. 7 shows a configuration of a monitoring system 300 according to another embodiment. The monitoring system 300 aims to make it possible to diagnose the structural performance of a building using an acceleration sensor having a self-diagnosis function and to collectively manage the results of the self-diagnosis of the acceleration sensor. As an example, the monitoring system 300 is a structural health monitoring system that diagnoses the structural performance of a building 101 built at a plurality of sites (sites C1 and C2 as an example), and includes a plurality of acceleration sensor devices 100 and a plurality of analyzes. A device 103 and a monitoring device 310 are provided.

なお、複数の加速度センサ装置100、複数の解析装置103、及びモニタリング装置310は、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)、インターネット等の有線又は無線のネットワーク301により相互に通信可能に接続される。   The plurality of acceleration sensor devices 100, the plurality of analysis devices 103, and the monitoring device 310 can communicate with each other via a wired or wireless network 301 such as a local area network (LAN), a wide area network (WAN), or the Internet. Connected.

複数の加速度センサ装置100は、少なくとも1つのサイト内の建築物について、ここでは一例としてサイトC1及びC2の建築物101のそれぞれについて、1又は複数、例えば地盤、低層階(例えば1階)、及び高層階(例えば最上階)に設置される。高層の建築物に対しては、さらに1以上の中層階にも設けられる。なお、設置される加速度センサ装置100の数は、異なるサイトの建築物ごとに異なってよい。また、戸建住宅等の低層の建築物に対しては、低層階(例えば1階)に1つ設置されてもよい。   The plurality of acceleration sensor devices 100 may be one or more, for example, the ground, the lower floor (for example, the first floor), and, for each of the buildings 101 at the sites C1 and C2, as an example, for at least one site. It is installed on a higher floor (for example, the top floor). For high-rise buildings, it is also provided on one or more middle floors. In addition, the number of the acceleration sensor apparatuses 100 installed may differ for every building of a different site. In addition, for a low-rise building such as a detached house, one may be installed on the lower floor (for example, the first floor).

複数の加速度センサ装置100は、サイトC1及びC2ごとにハブ102を介してネットワーク301及び解析装置103に接続されている。なお、複数の加速度センサ装置100は、ハブ102を介さず直接ネットワーク301及び/又は解析装置103に接続されてもよい。   The plurality of acceleration sensor devices 100 are connected to the network 301 and the analysis device 103 via the hub 102 for each of the sites C1 and C2. Note that the plurality of acceleration sensor devices 100 may be directly connected to the network 301 and / or the analysis device 103 without using the hub 102.

複数の解析装置103は、建築物101の状態を解析する装置である。複数の解析装置103は、複数の建築物101のそれぞれに対応してサイトC1及びC2に各1つ設置され、ハブ102を介してサイト内の建築物101に設置された少なくとも1つの加速度センサ装置100に接続されるとともに、ネットワーク301に接続されている。複数の解析装置103は、それぞれ同サイト内の加速度センサ装置100から加速データ等の検知結果を受信し、これを用いて同サイト内の建築物101の状態を解析する。解析の詳細は、先述の演算器212による建築物101の構造性能の診断と同様であってよい。複数の解析装置103は、解析結果を、後述するモニタリング装置310に送信する。   The plurality of analysis devices 103 are devices that analyze the state of the building 101. A plurality of analysis devices 103 are installed in each of the sites C1 and C2 corresponding to each of the plurality of buildings 101, and at least one acceleration sensor device installed in the building 101 in the site via the hub 102. 100 and the network 301 are connected. Each of the plurality of analysis devices 103 receives detection results such as acceleration data from the acceleration sensor device 100 in the same site, and uses this to analyze the state of the building 101 in the same site. The details of the analysis may be the same as the diagnosis of the structural performance of the building 101 by the calculator 212 described above. The plurality of analysis devices 103 transmit the analysis result to the monitoring device 310 described later.

モニタリング装置310は、複数の加速度センサ装置100を用いて各サイト内の建築物101の状態をモニタリングする装置である。モニタリング装置310は、サイトC1及びC2内の建築物101のうちの1つ又はこれらと異なる建築物である管理センタに設置される(本例では、異なる建築物(不図示)に設置されているものとする)。モニタリング装置310は、診断指示部311、収集部321、記憶部322、解析部323、及び構造診断部324を含む。   The monitoring device 310 is a device that monitors the state of the building 101 in each site using a plurality of acceleration sensor devices 100. The monitoring device 310 is installed in one of the buildings 101 in the sites C1 and C2 or a management center that is a different building (in this example, installed in a different building (not shown)). Suppose). The monitoring device 310 includes a diagnosis instruction unit 311, a collection unit 321, a storage unit 322, an analysis unit 323, and a structure diagnosis unit 324.

診断指示部311は、ネットワーク301を介して、各サイト内の建築物101に設置された複数の加速度センサ装置100のそれぞれに対して診断処理の実行を指示する。それにより、複数の加速度センサ装置100に含まれる診断部67は、それぞれ、自己駆動による加速度を検知することにより正常に動作しているか否かを自己診断する。なお、診断部67による自己診断の詳細は先述のとおりであり、診断部67の機能は、外部の解析装置103やモニタリング装置310がこの機能を果たしてもよい。   The diagnosis instruction unit 311 instructs the execution of diagnosis processing to each of the plurality of acceleration sensor devices 100 installed in the building 101 in each site via the network 301. Thereby, each of the diagnosis units 67 included in the plurality of acceleration sensor devices 100 performs self-diagnosis as to whether or not it is operating normally by detecting acceleration by self-driving. The details of the self-diagnosis by the diagnosis unit 67 are as described above, and the function of the diagnosis unit 67 may be performed by the external analysis device 103 or the monitoring device 310.

なお、診断指示部311は、複数の加速度センサ装置100に診断処理の実行を定期的に指示してもよいし、災害時等の緊急時に任意に指示してもよい。また、診断指示部311は、例えば構造診断部324からの指示を受けて動作してもよい。なお、診断指示部311の診断処理の実行の指示がなくとも、複数の加速度センサ装置100が自発的に(例えば定期的に)診断処理を実行し、その結果を収集部321に対し送信する構成としてもよい。   The diagnosis instruction unit 311 may periodically instruct the plurality of acceleration sensor devices 100 to execute diagnosis processing, or may arbitrarily instruct in an emergency such as a disaster. The diagnosis instruction unit 311 may operate in response to an instruction from the structure diagnosis unit 324, for example. A configuration in which a plurality of acceleration sensor devices 100 voluntarily (for example, periodically) execute a diagnostic process and transmit the result to the collecting unit 321 even if the diagnostic instruction unit 311 does not instruct the execution of the diagnostic process. It is good.

収集部321は、ネットワーク301を介して、各サイト内の建築物101に設置された複数の加速度センサ装置100から出力される加速度データ及び診断結果を収集する。なお、収集部321は、少なくとも同一の建築物101に設置された複数の加速度センサ装置100から、同期して加速度データを収集する。   The collection unit 321 collects acceleration data and diagnosis results output from the plurality of acceleration sensor devices 100 installed in the building 101 in each site via the network 301. The collection unit 321 collects acceleration data in synchronization from at least a plurality of acceleration sensor devices 100 installed in the same building 101.

なお、収集部321は、複数の加速度センサ装置100から加速度データ及び診断結果を独立に収集してよい。例えば、収集部321は、加速度データを定期的に収集し、診断結果は診断指示部311による指示を受けて複数の加速度センサ装置100が自己診断した場合に収集してもよい。また、災害時等の緊急時において診断指示部311が任意に診断処理の実行を指示した場合において、収集部321は、複数の加速度センサ装置100から診断結果を収集し、その後に定期的に又は任意に加速度データを収集してよい。   Note that the collection unit 321 may independently collect acceleration data and diagnosis results from the plurality of acceleration sensor devices 100. For example, the collection unit 321 may collect acceleration data periodically, and may collect diagnosis results when a plurality of acceleration sensor devices 100 perform self-diagnosis upon receiving an instruction from the diagnosis instruction unit 311. Further, when the diagnosis instruction unit 311 arbitrarily instructs execution of diagnosis processing in an emergency such as a disaster, the collection unit 321 collects diagnosis results from the plurality of acceleration sensor devices 100 and thereafter periodically or Optionally, acceleration data may be collected.

記憶部322は、収集部321により収集された複数の加速度センサ装置100の加速度データとともに、複数の加速度センサ装置100の診断結果に応じて、複数の加速度センサ装置100のそれぞれが正常か否かを示すセンサステータスを記憶する。ここで、センサステータスは、複数の加速度センサ装置100のうち一の加速度センサ装置における診断結果が不良である場合に、当該一の加速度センサ装置が異常であることを示す。   The storage unit 322 determines whether each of the plurality of acceleration sensor devices 100 is normal according to the diagnosis result of the plurality of acceleration sensor devices 100 together with the acceleration data of the plurality of acceleration sensor devices 100 collected by the collection unit 321. The indicated sensor status is stored. Here, the sensor status indicates that, when a diagnosis result in one acceleration sensor device among the plurality of acceleration sensor devices 100 is defective, the one acceleration sensor device is abnormal.

なお、これに代えて又はこれとともに、センサステータスは、複数の加速度センサ装置100のうち一の加速度センサ装置における診断結果を受信できない場合に、当該一の加速度センサ装置が異常であることを示すとしてもよい。これにより、地震や余震等で加速度センサ装置100が損壊し通信途絶した場合についても、センサステータスを異常として処理することができる。なお、「正常」、「異常」の他にフラグとして「通信途絶」を作成し、「異常」と同様に解析部323の解析から「通信途絶」のデータをはじくようにしてもよい。   Instead of or together with this, if the sensor status cannot receive a diagnosis result in one of the plurality of acceleration sensor devices 100, it indicates that the one acceleration sensor device is abnormal. Also good. As a result, even when the acceleration sensor device 100 is damaged due to an earthquake or aftershock and communication is interrupted, the sensor status can be processed as abnormal. In addition to “normal” and “abnormal”, “communication disruption” may be created as a flag, and “communication disruption” data may be rejected from the analysis of the analysis unit 323 in the same manner as “abnormal”.

なお、記憶部322は、複数の加速度センサ装置100のそれぞれに対応付けて(各加速度センサの識別IDに対応付けて)、各加速度センサ装置を設置した建築物を示す建築物情報、建築物内における各加速度センサ装置の設置位置を示す設置位置情報、各加速度センサによる検知結果の履歴情報、各加速度センサ装置を校正するための校正データ、および各加速度センサの使用年数や機種等の条件データ等を記憶することとしてもよい。それにより、例えば建築物情報から加速度センサ装置100が設置された建築物を特定し、設置位置情報から加速度センサ装置100の設置位置を特定し、これらの情報とともに後述する解析部323による建築物101の状態の解析結果を出力することが可能となる。また、各加速度センサ100の検知結果を記憶された過去の検知結果の履歴情報と比較することで、加速度センサ装置100の異常を診断することもできる。また、複数の加速度センサ装置100から出力される加速度データが誤差を伴う場合に校正データを用いて加速度センサ装置100を較正することで、常に、複数の加速度センサ装置100を用いて複数の建築物101の状態をモニタリングすることができる。さらに、使用年数や機種等の条件データと異常のフラグとを紐づけることで一括管理することが可能となる。   The storage unit 322 is associated with each of the plurality of acceleration sensor devices 100 (corresponding to the identification ID of each acceleration sensor), building information indicating the building in which each acceleration sensor device is installed, and the inside of the building Installation position information indicating the installation position of each acceleration sensor device, history information of detection results by each acceleration sensor, calibration data for calibrating each acceleration sensor device, condition data such as years of use and models of each acceleration sensor, etc. May be stored. Thereby, for example, the building in which the acceleration sensor device 100 is installed is specified from the building information, the installation position of the acceleration sensor device 100 is specified from the installation position information, and the building 101 by the analysis unit 323 described later together with the information. It is possible to output the analysis result of the state. Further, the abnormality of the acceleration sensor device 100 can be diagnosed by comparing the detection result of each acceleration sensor 100 with the stored history information of the past detection result. In addition, when acceleration data output from the plurality of acceleration sensor devices 100 includes an error, the acceleration sensor device 100 is always calibrated using the calibration data, so that a plurality of buildings using the plurality of acceleration sensor devices 100 is always used. 101 status can be monitored. Furthermore, it is possible to perform collective management by associating condition data such as years of use and models with an abnormality flag.

解析部323は、複数の加速度センサ装置100による検知結果を用いて複数の建築物101のそれぞれの状態を解析する。ここで、解析部323は、記憶部322に記憶されたセンサステータスを確認し、これが正常である加速度センサ装置100の検知結果のみを用いる。それにより、異常状態にある加速度センサ装置100の検知結果を用いることなく、複数の建築物101の状態を正しく解析することができる。なお、解析部323による建築物101の状態解析の詳細は、先述の演算器212による建築物101の構造性能の診断と同様であってよい。   The analysis unit 323 analyzes each state of the plurality of buildings 101 using the detection results obtained by the plurality of acceleration sensor devices 100. Here, the analysis unit 323 confirms the sensor status stored in the storage unit 322, and uses only the detection result of the acceleration sensor device 100 that is normal. Thereby, the state of a plurality of buildings 101 can be analyzed correctly, without using the detection result of acceleration sensor device 100 in an abnormal state. The details of the state analysis of the building 101 by the analysis unit 323 may be the same as the diagnosis of the structural performance of the building 101 by the calculator 212 described above.

構造診断部324は、解析部323の解析結果に基づいて、複数の建築物101のそれぞれの状態を診断し、その結果を出力する。例えば、構造診断部324は、建築物101の共振周波数及び/又は共振モードの変化よりその剛性が基準を下回ったと判断される場合、また加速度センサ装置100が設置された階層の変位が基準を超えた場合、建築物101は危険な状態にあると診断する。   The structure diagnosis unit 324 diagnoses each state of the plurality of buildings 101 based on the analysis result of the analysis unit 323, and outputs the result. For example, the structural diagnosis unit 324 determines that the rigidity of the building 101 is lower than the standard from the change in the resonance frequency and / or resonance mode of the building 101, and the displacement of the layer where the acceleration sensor device 100 is installed exceeds the standard. If so, the building 101 is diagnosed as being in a dangerous state.

なお、構造診断部324は、解析部323の解析結果に限らず、これに代えて又はこれとともに、複数の建築物101のそれぞれに対応して各サイトに設けられた複数の解析装置103から建築物101の状態の解析結果を収集し、これに基づいて複数の建築物101のそれぞれの状態を診断してもよい。   The structural diagnosis unit 324 is not limited to the analysis result of the analysis unit 323, and instead of or together with this, the structural diagnosis unit 324 is constructed from a plurality of analysis devices 103 provided at each site corresponding to each of the plurality of buildings 101. You may collect the analysis result of the state of the thing 101, and may diagnose each state of the some building 101 based on this.

なお、モニタリング装置310は、無停電電源装置(不図示)を有し、これを用いて電源の供給を受けることとしてもよい。また、防災拠点となり、各サイト(建築物101)の情報を一元的に管理する管理センタのモニタリング装置310だけではなく、サイトC1及びC2にも無停電電源装置を設けるとよい。これにより、モニタリング装置310やサイトC1及びC2の機器を、災害等による停電時においても稼働させることができる。   Note that the monitoring device 310 may include an uninterruptible power supply (not shown) and receive power supply using the uninterruptible power supply. Moreover, it is good to provide an uninterruptible power supply not only in the monitoring apparatus 310 of the management center which becomes a disaster prevention base and centrally manages the information of each site (building 101) but also in the sites C1 and C2. As a result, the monitoring device 310 and the devices at the sites C1 and C2 can be operated even during a power failure due to a disaster or the like.

図8は、モニタリングシステム300におけるモニタリング方法の手順を示す。   FIG. 8 shows the procedure of the monitoring method in the monitoring system 300.

例えば診断指示部311が、サイトC1及びC2内の建築物101に設置された複数の加速度センサ装置100に対して診断処理の実行を指示すると(ステップS1の判断「Y」)、各サイト内の建築物101に設置された複数の加速度センサ装置100のそれぞれが、自己駆動による加速度を検知し(ステップS2)、各加速度センサ装置100の加速度データに基づき、正常に動作しているか否かを診断する(ステップS3)。   For example, when the diagnosis instruction unit 311 instructs the plurality of acceleration sensor devices 100 installed in the buildings 101 in the sites C1 and C2 to execute diagnosis processing (determination “Y” in step S1), Each of the plurality of acceleration sensor devices 100 installed in the building 101 detects self-driven acceleration (step S2), and diagnoses whether or not it is operating normally based on the acceleration data of each acceleration sensor device 100. (Step S3).

例えばモニタリング装置310に含まれる収集部321が、複数の加速度センサ装置100の診断結果を収集する(ステップS4)。なお、ここでは管理センタのモニタリング装置310による集中管理を意図しているが、各サイト単位で診断結果を収集し、センサステータスを管理したり、後述する構造性能の診断を実施したりしてもよい。   For example, the collection unit 321 included in the monitoring device 310 collects the diagnosis results of the plurality of acceleration sensor devices 100 (step S4). Although the central management by the monitoring device 310 of the management center is intended here, the diagnosis result may be collected for each site, the sensor status may be managed, and the structural performance diagnosis described later may be performed. Good.

例えば収集された複数の加速度センサ装置100の診断結果に応じて、記憶部322の複数の加速度センサ装置100のそれぞれのセンサステータスを書き換える(ステップS5)。   For example, the sensor statuses of the plurality of acceleration sensor devices 100 in the storage unit 322 are rewritten in accordance with the collected diagnosis results of the plurality of acceleration sensor devices 100 (step S5).

診断処理の開始指示がない場合(ステップS1の判断「N」)又は診断処理(ステップS2〜S5)の終了後、地震や余震または常時微動等を対象とし建築物を診断する際には(ステップS6の判断「Y」)、解析部323が、センサステータスが「正常」な加速度データに基づき解析を実施し、構造診断部324が各建築物の構造性能の診断を実施し出力する(ステップS7)。なお、建築物を診断しない場合(ステップS6の判断「N」)には、ステップS1に戻る。   When there is no instruction to start the diagnosis process (judgment “N” in step S1) or after the end of the diagnosis process (steps S2 to S5), when diagnosing a building for earthquakes, aftershocks, constant tremors, etc. (step (S6: “Y”), the analysis unit 323 performs analysis based on the acceleration data whose sensor status is “normal”, and the structural diagnosis unit 324 performs the structural performance diagnosis of each building and outputs it (step S7). ). If the building is not diagnosed (judgment “N” in step S6), the process returns to step S1.

すなわち、最大加速度、最大層間変形角(加速度検出値の2回積分値)を算出したり、固有振動数やモード(固有振動数で振動する時の振幅形状)の変化から剛性の低下を算出したりする際のデータとして、センサステータスが「異常」なデータを外し、「正常」なデータのみを用い、これらのデータを算出する。これにより、構造性能の診断結果の精度を高めることができ、また損壊した加速度センサのデータが取得されない等によるエラーを排除することができる。   That is, the maximum acceleration and the maximum interlayer deformation angle (the twice integrated value of the acceleration detection value) are calculated, and the decrease in rigidity is calculated from changes in the natural frequency and mode (amplitude shape when vibrating at the natural frequency). As data at the time of data acquisition, data with an abnormal sensor status is removed, and only “normal” data is used to calculate these data. As a result, the accuracy of the diagnostic result of the structural performance can be improved, and errors due to failure to acquire damaged acceleration sensor data can be eliminated.

この後、監視を中止しない場合(ステップS8の判断「N」)には、ステップS1に戻る。監視を中止する場合(ステップS8の判断「Y」)には、処理を終了する。   Thereafter, when the monitoring is not stopped (determination “N” in step S8), the process returns to step S1. If the monitoring is to be stopped (determination “Y” in step S8), the process ends.

上述の構成のモニタリングシステム300により、複数の建築物101のそれぞれの状態を集中管理することが可能となる。例えば、複数の建築物101のそれぞれの構造性能を経年的に診断することにより、耐震工事、補修工事の適切なタイミングを判断することができる。   The monitoring system 300 having the above-described configuration makes it possible to centrally manage each state of the plurality of buildings 101. For example, by diagnosing the structural performance of each of the plurality of buildings 101 over time, it is possible to determine an appropriate timing for the earthquake-proofing work and the repair work.

なお、本実施形態に係るモニタリングシステム300では、2つのサイトC1及びC2にそれぞれ建築された2つの建築物101の構造性能を診断するようそれら2つの建築物101に設置された複数の加速度センサ装置100を含んでシステムを構築したが、建築物101の数は2に限らず、3以上のサイトにそれぞれ建築された複数の建築物に設置された複数の加速度センサ装置100を含んでシステムを構築して、それら複数の建築物101の構造性能を診断してもよい。   In the monitoring system 300 according to the present embodiment, a plurality of acceleration sensor devices installed in the two buildings 101 so as to diagnose the structural performance of the two buildings 101 respectively constructed at the two sites C1 and C2. Although the system is constructed including 100, the number of the buildings 101 is not limited to 2, and the system is constructed including a plurality of acceleration sensor devices 100 installed in a plurality of buildings respectively constructed at three or more sites. Then, the structural performance of the plurality of buildings 101 may be diagnosed.

なお、モニタリングシステム300において、モニタリング装置310を異なる複数のサイトにそれぞれ設置し、複数のモニタリング装置310により複数の建築物101の状態を冗長診断してもよい。ここで、異なる複数のサイトは、例えば東京及び大阪のように離れたサイトであってもよい。また、モニタリング装置310は、クラウドコンピュータ(又は分散コンピュータ)として構築されてもよい。すなわち、モニタリング装置310が有する診断指示部311、収集部321、記憶部322、解析部323、及び構造診断部324をそれぞれ異なるサイトに設けられた複数の装置により構築してもよい。また、複数の建築物101の状態の診断を同期して行ってもよいし、建築物101ごとに(すなわち、サイトごとに)行ってもよい。   In the monitoring system 300, the monitoring devices 310 may be installed at a plurality of different sites, respectively, and the state of the plurality of buildings 101 may be redundantly diagnosed by the plurality of monitoring devices 310. Here, the plurality of different sites may be remote sites such as Tokyo and Osaka. The monitoring device 310 may be constructed as a cloud computer (or distributed computer). That is, the diagnosis instruction unit 311, the collection unit 321, the storage unit 322, the analysis unit 323, and the structural diagnosis unit 324 included in the monitoring device 310 may be constructed by a plurality of devices provided at different sites. Moreover, the diagnosis of the state of the plurality of buildings 101 may be performed synchronously, or may be performed for each building 101 (that is, for each site).

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。   The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.

10…基体、11…基板、20…筐体、20a…内部空間、21〜24…側壁、25…天板、31〜34…梁部材、40…検知部、41〜46…電極ペア、41a〜46a,41b〜46b…電極、50…変位発生部、51〜54…振動デバイス、55…制御部、60…信号処理部、61X,61Y,61Z…増幅器、62X,62Y,62Z…フィルタ、63X,63Y,63Z…AD変換器、64…演算部、65…メモリ、66…インターフェース、67…診断部、100,110…加速度センサ装置、101…建築物、102…ハブ、103…解析装置、200,300…モニタリングシステム、210…モニタリング装置、211…サーバ、212…演算器、301…ネットワーク、310…モニタリング装置、311…診断指示部、321…収集部、322…記憶部、323…解析部、324…構造診断部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Base | substrate, 11 ... Board | substrate, 20 ... Housing | casing, 20a ... Internal space, 21-24 ... Side wall, 25 ... Top plate, 31-34 ... Beam member, 40 ... Detection part, 41-46 ... Electrode pair, 41a- 46a, 41b to 46b ... Electrodes, 50 ... Displacement generators, 51-54 ... Vibration devices, 55 ... Control units, 60 ... Signal processing units, 61X, 61Y, 61Z ... Amplifiers, 62X, 62Y, 62Z ... Filters, 63X, 63Y, 63Z ... AD converter, 64 ... arithmetic unit, 65 ... memory, 66 ... interface, 67 ... diagnostic unit, 100, 110 ... acceleration sensor device, 101 ... building, 102 ... hub, 103 ... analysis device, 200, 300 ... monitoring system 210 ... monitoring device 211 ... server 212 ... calculator 301 ... network 310 ... monitoring device 311 ... diagnosis instruction unit 321 ... collection unit, 322 ... storage unit, 323 ... analysis unit, 324 ... structure diagnostic unit.

Claims (20)

少なくとも1つの建築物に設置された、自己駆動による加速度を検知する診断機能をそれぞれ有する複数の加速度センサ装置と、
前記複数の加速度センサ装置を用いて前記建築物をモニタリングするとともに、前記複数の加速度センサ装置の診断結果を収集するモニタリング装置と、
を備え、
前記複数の加速度センサ装置のそれぞれは、基体における設置位置に設けられた変位発生部により、前記設置位置を第1方向に、前記基体に対して変位可能な重りの前記第1方向とは異なる方向に関する共振周波数又はその整数倍に等しい周波数で変位させる、
モニタリングシステム。
A plurality of acceleration sensor devices installed in at least one building , each having a diagnostic function for detecting self-driven acceleration ; and
Monitoring the building using the plurality of acceleration sensor devices, and collecting a diagnostic result of the plurality of acceleration sensor devices ;
With
Each of the plurality of acceleration sensor devices has a direction different from the first direction of a weight capable of displacing the installation position in the first direction by a displacement generation unit provided at the installation position in the base. Is displaced at a frequency equal to the resonance frequency or an integer multiple thereof,
Monitoring system.
前記複数の加速度センサ装置は、複数の前記建築物のそれぞれに少なくとも1つずつ設置される請求項1に記載のモニタリングシステム。   The monitoring system according to claim 1, wherein at least one of the plurality of acceleration sensor devices is installed in each of the plurality of buildings. 前記モニタリング装置は、前記複数の建築物のうちの一の建築物または前記複数の建築物とは異なる建築物である管理センタに設置される請求項2に記載のモニタリングシステム。   The monitoring system according to claim 2, wherein the monitoring device is installed in a management center that is one of the plurality of buildings or a building different from the plurality of buildings. 前記複数の加速度センサ装置のそれぞれは、
前記基体と、
前記重りと、
前記基体に対する前記重りの変位を検知するための検知部と、
前記重りを基体に対して変位させたことに伴う前記検知部の検知結果に基づいて、当該加速度センサ装置を診断する自己診断部と、
を有する
請求項2または3に記載のモニタリングシステム。
Each of the plurality of acceleration sensor devices includes:
The substrate;
The weight;
A detection unit for detecting displacement of the weight with respect to the base;
A self-diagnosis unit for diagnosing the acceleration sensor device based on a detection result of the detection unit accompanying the displacement of the weight with respect to the base;
The monitoring system according to claim 2 or 3.
前記複数の加速度センサ装置のそれぞれは、前記基体における前記設置位置を第1方向に変位させて、前記重りに対して前記第1方向とは異なる方向の変位を生じさせる前記変位発生部を有する請求項4に記載のモニタリングシステム。 Wherein each of the acceleration sensor device, the installation position of the base body is displaced in a first direction, wherein with the displacement generating unit to generate a different direction displacement between the first direction with respect to the weight Item 5. The monitoring system according to Item 4. 前記変位発生部は、前記基体における設置位置を前記第1方向に変位させて、前記重りを間接的に変位させる請求項5に記載のモニタリングシステム。 The displacement generating unit, the monitoring system according to claim 5 which the installation position before Symbol substrate is displaced in the first direction, thereby indirectly displacing the weight. 前記変位発生部は、前記基体の水平方向において前記重りと異なる設置位置に設けられ、前記設置位置を前記基体の面方向とは垂直方向の成分を含む前記第1方向に変位させる請求項5または6に記載のモニタリングシステム。   The displacement generation unit is provided at an installation position different from the weight in the horizontal direction of the base body, and the installation position is displaced in the first direction including a component perpendicular to the surface direction of the base body. 6. The monitoring system according to 6. 前記モニタリング装置は、前記複数の加速度センサ装置のそれぞれに対して診断処理の実行を指示する診断指示部を有する請求項2から7のいずれか一項に記載のモニタリングシステム。   The monitoring system according to any one of claims 2 to 7, wherein the monitoring device includes a diagnosis instruction unit that instructs each of the plurality of acceleration sensor devices to execute a diagnosis process. 前記モニタリング装置は、
前記複数の加速度センサ装置の診断結果を収集する収集部と、
前記複数の加速度センサ装置の診断結果に応じて、前記複数の加速度センサ装置のそれぞれが正常か否かを示すセンサステータスを記憶する記憶部と、
前記複数の加速度センサ装置による検知結果のうち、前記記憶部に記憶されたセンサステータスが正常である加速度センサ装置からの検知結果を用いて前記複数の建築物のそれぞれの状態を解析する解析部と
を有する請求項2から8のいずれか一項に記載のモニタリングシステム。
The monitoring device includes:
A collection unit for collecting diagnostic results of the plurality of acceleration sensor devices;
A storage unit that stores a sensor status indicating whether each of the plurality of acceleration sensor devices is normal according to a diagnosis result of the plurality of acceleration sensor devices;
An analysis unit that analyzes a state of each of the plurality of buildings using a detection result from an acceleration sensor device in which a sensor status stored in the storage unit is normal among detection results of the plurality of acceleration sensor devices; The monitoring system according to claim 2, comprising:
前記記憶部は、前記複数の加速度センサ装置のうち一の加速度センサ装置における診断結果が不良である場合に、当該一の加速度センサ装置が異常であることを示すセンサステータスを記憶する請求項9に記載のモニタリングシステム。   The storage unit stores a sensor status indicating that the one acceleration sensor device is abnormal when a diagnosis result in one acceleration sensor device among the plurality of acceleration sensor devices is defective. The monitoring system described. 前記記憶部は、前記複数の加速度センサ装置のうち一の加速度センサ装置における診断結果を受信できない場合に、当該一の加速度センサ装置が異常であることを示すセンサステータスを記憶する請求項9または10に記載のモニタリングシステム。   The said memory | storage part memorize | stores the sensor status which shows that the said one acceleration sensor apparatus is abnormal, when the diagnostic result in one acceleration sensor apparatus cannot be received among these acceleration sensor apparatuses. The monitoring system described in 1. 前記記憶部は、前記複数の加速度センサ装置のそれぞれに対応付けて、各加速度センサ装置を設置した建築物を示す建築物情報、建築物内における各加速度センサ装置の設置位置を示す設置位置情報、および各加速度センサによる検知結果の履歴情報のうちの少なくとも1つを記憶する請求項9から11のいずれか一項に記載のモニタリングシステム。   The storage unit is associated with each of the plurality of acceleration sensor devices, building information indicating a building in which each acceleration sensor device is installed, installation position information indicating an installation position of each acceleration sensor device in the building, The monitoring system according to any one of claims 9 to 11, wherein at least one of history information of detection results by the acceleration sensors is stored. 前記複数の建築物のうち第1の建築物に対応して設けられ、前記複数の加速度センサ装置のうち前記第1の建築物に設置された少なくとも1つの加速度センサ装置による検知結果を用いて前記第1の建築物の状態を解析する解析装置を更に備え、
前記モニタリング装置は、前記第1の建築物の状態を前記解析装置から収集する
請求項2から8のいずれか一項に記載のモニタリングシステム。
Of the plurality of buildings, provided corresponding to a first building, among the plurality of acceleration sensor devices, the detection result by at least one acceleration sensor device installed in the first building is used. An analysis device for analyzing the state of the first building;
The monitoring system according to any one of claims 2 to 8, wherein the monitoring device collects the state of the first building from the analysis device.
少なくとも1つの建築物に設置された複数の加速度センサ装置のそれぞれが、自己駆動による加速度を検知する診断段階と、
前記複数の加速度センサ装置を用いて前記建築物をモニタリングするモニタリング装置が、前記複数の加速度センサ装置の診断結果を収集する収集段階と、
を備え
前記診断段階は、前記複数の加速度センサ装置のそれぞれの基体における設置位置に設けられた変位発生部により、前記設置位置を第1方向に、前記基体に対して変位可能な重りの前記第1方向とは異なる方向に関する共振周波数又はその整数倍に等しい周波数で変位させる段階を含む、
モニタリング方法。
Each of a plurality of acceleration sensor devices installed in at least one building detects a self-driven acceleration, and a diagnosis stage,
A monitoring device for monitoring the building using the plurality of acceleration sensor devices, a collection stage for collecting diagnosis results of the plurality of acceleration sensor devices;
Equipped with a,
In the diagnosis stage, the first position of the weight that can displace the installation position in the first direction by the displacement generation unit provided at the installation position in each base of the plurality of acceleration sensor devices. Displacing at a frequency equal to a resonant frequency or an integer multiple thereof in a different direction,
Monitoring method.
前記複数の加速度センサ装置は、複数の前記建築物のそれぞれに少なくとも1つずつ設置される請求項14に記載のモニタリング方法。   The monitoring method according to claim 14, wherein at least one of the plurality of acceleration sensor devices is installed in each of the plurality of buildings. 前記モニタリング装置が、前記複数の加速度センサ装置に対して診断処理の実行を指示する診断指示段階を更に備える請求項15に記載のモニタリング方法。   The monitoring method according to claim 15, further comprising a diagnosis instruction step for instructing the plurality of acceleration sensor devices to execute a diagnosis process. 基体と、
前記基体に対して変位可能な重りと、
前記基体に対する前記重りの変位を検知するための検知部と、
前記基体に設けられ、前記基体における設置位置を第1方向に、前記第1方向とは異なる方向に関する前記重りの共振周波数又はその整数倍に等しい周波数で変位させて、前記重りに対して前記第1方向とは異なる方向の変位を生じさせる変位発生部と、
を備える加速度センサ装置。
A substrate;
A weight displaceable with respect to the substrate;
A detection unit for detecting displacement of the weight with respect to the base;
Disposed on the base body, the installation position on the base body is displaced in a first direction at a frequency equal to a resonance frequency of the weight in a direction different from the first direction or an integer multiple thereof, and the first position relative to the weight. A displacement generator that generates displacement in a direction different from one direction;
An acceleration sensor device comprising:
前記変位発生部は、前記基体における設置位置を前記第1方向に変位させて、前記重りを間接的に変位させる請求項17に記載の加速度センサ装置。   The acceleration sensor device according to claim 17, wherein the displacement generator displaces the weight indirectly by displacing an installation position on the base body in the first direction. 前記変位発生部は、前記基体の水平方向において前記重りと異なる設置位置に設けられ、前記設置位置を前記基体の面方向とは垂直方向の成分を含む前記第1方向に変位させる請求項17または18に記載の加速度センサ装置。   The displacement generation unit is provided at an installation position different from the weight in the horizontal direction of the base body, and displaces the installation position in the first direction including a component perpendicular to the surface direction of the base body. 18. The acceleration sensor device according to 18. 前記基体における複数の設置位置に設けられた複数の前記変位発生部と、
前記複数の変位発生部のうち少なくとも2つの変位発生部により、前記複数の設置位置のうち前記少なくとも2つの変位発生部が設けられた少なくとも2つの設置位置を異なるタイミングで前記第1方向に変位させる制御部と、
を備える請求項17から19のいずれか一項に記載の加速度センサ装置。
A plurality of the displacement generators provided at a plurality of installation positions in the base;
At least two displacement generation units of the plurality of displacement generation units displace at least two installation positions where the at least two displacement generation units are provided among the plurality of installation positions in the first direction at different timings. A control unit;
The acceleration sensor device according to claim 17, further comprising:
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