JP6942719B2 - 感震モジュールおよび感震システム - Google Patents

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Description

本開示は、感震モジュールおよび感震システムに関する。
公用電力の受電部分であるブレーカーやコンセントは、地震が発生した際に電力供給を適切に遮断することが望まれる。特許文献1には、従来の感震モジュールを用いた感震システムが開示されている。同文献の感震システムは、いわゆる振り子式の感震センサを用いたものである。振り子式の感震センサは、地震の振動によって機械的に揺動する部位を有している。この機械的な揺動を用いて、電力の遮断を実行するように構成されている。
近年は、地震発生時の二次災害防止の観点等から、より多くのブレーカーやコンセントに感震システムが採用されることが望まれている。このため、今後はより多くの感震センサが設けられることが予測される。感震センサの個数が多くなるほど、これらを用いたより高度な感震処理や他の機能が付加されることの恩恵が大きくなる。
特開2011−159618号公報
本開示は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、高機能化を図ることが可能な感震モジュールおよび感震システムを提供することをその課題とする。
本開示の第1の側面によって提供される感震モジュールは、複数の検出軸についての加速度を検出する加速度センサを備える感震モジュールであって、前記加速度センサを制御するモジュール制御部と、前記加速度センサの状態情報を記憶するモジュール記憶部と、を備える。
本開示の第2の側面によって提供される感震システムは、本発明の第1の側面によって提供される前記感震モジュールを各々が有する複数の感震装置と、前記複数の感震装置が接続された通信網と、前記通信網に接続されたシステム制御部と、を備える。
本開示は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本開示の第1実施形態に基づく感震モジュールを示す斜視図である。 本開示の第1実施形態に基づく感震モジュールを示す斜視図である。 本開示の第1実施形態に基づく感震システムを示す斜視図である。 本開示の第1実施形態に基づく感震システムの感震装置の一例を示す斜視図である。 図4のV−V線に沿う断面図である。 図4の感震装置を示すブロック構成図である。 本開示の第1実施形態に基づく感震システムの感震装置の一例を示すブロック構成図である。 本開示の第1実施形態に基づく感震モジュールの動作例を示すフローチャートである。 本開示の第1実施形態に基づく感震モジュールの動作例を示すフローチャートである。 本開示の第1実施形態に基づく感震モジュールの動作例を示すフローチャートである。 本開示の第1実施形態に基づく感震モジュールの動作例を示すグラフである。 本開示の第1実施形態に基づく感震モジュールの動作例を示すグラフである。 本開示の第1実施形態に基づく感震モジュールの動作例を示すグラフである。 本開示の第1実施形態に基づく感震モジュールの動作例を示すグラフである。 本開示の第1実施形態に基づく感震システムの動作例を示すフローチャートである。 本開示の第1実施形態に基づく感震システムの動作例を示す斜視図である。 本開示の第2実施形態に基づく感震システムを示す斜視図である。 本開示の第2実施形態に基づく感震モジュールを示す斜視図である。
以下、本開示の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図1〜図7は、本開示の第1実施形態に基づく感震モジュール、感震装置および感震システムを示している。
図1は、感震モジュールA1を上側から見た斜視図である。図2は、感震モジュールA1を下側から見た斜視図である。本実施形態の感震モジュールA1は、モジュール基板110、加速度センサ120、モジュール制御部130およびモジュール記憶部140を備えている。
モジュール基板110は、感震モジュールA1の土台であり、たとえばガラスエポキシ樹脂からなる基材と当該基材に形成された配線部とからなる。モジュール基板110の形状や大きさは特に限定されず、本実施形態においては、6mm〜9mm角程度の平面視矩形状であり、厚さが0.8mm〜1.5mm程度である。前記配線部は、複数の実装電極111を有する。実装電極111は、モジュール基板110の片面に形成されており、感震モジュールA1を他の回路基板等に実装するために用いられる。実装電極111は、たとえばCu、Ni、Au等のめっき層からなる。
加速度センサ120は、複数の検出軸について加速度を検出し、検出した加速度に応じた信号を出力するものである。加速度センサ120の具体的構成は、複数の検出軸について加速度を検出可能なものであれば特に限定されない。本実施形態においては、加速度センサ120は、いわゆるMEMSセンサによって構成されており、互いに直角である。x軸、y軸およびz軸について加速度を検出可能とされている加速度センサ120を構成するMEMSセンサの検出原理は特に限定されず、たとえば互いに櫛歯構造とされた固定側部分および可動側部分の相対位置に応じて変化する静電容量を用いて加速度を検出する検出原理が挙げられる。
モジュール制御部130は、加速度センサ120によって検出された加速度を用いて以降に説明する感震処理等を行うものである。モジュール制御部130の具体的構成は特に限定されず、一般的なマイクロプロセッサ(CPU)が採用される。
モジュール記憶部140は、加速度センサの状態情報を記憶するものである。モジュール記憶部140は、一般的な半導体メモリによって構成されており、本実施形態においては、モジュール制御部130とモジュール記憶部140とが統合された半導体チップが採用されている。なお、モジュール制御部130は、モジュール記憶部140と別体の部品であってもよい。本実施形態においては、モジュール記憶部140に記憶される状態情報は、重力方向に対する加速度センサ120の姿勢を特定する情報である。
図3は、感震モジュールA1が用いられた感震システムC1を示す斜視図である。感震システムC1は、複数の感震装置B1、感震装置B2、通信網310、システム制御部410およびPLC通信装置420を備えており、本実施形態においては、建造物500の適所に設置されている。
図4は、感震装置B1を示す斜視図である。図5は、図4のV−V線に沿う断面図である。図6は、感震装置B1を示すシステム構成図である。
感震装置B1は、感震モジュールA1を感震システムC1により適切に用いるために構成された装置である。本実施形態においては、感震装置B1は、感震モジュールA1、装置制御部210、表示部220、リセットボタン230、PLC通信部240、電力変換部250、遮断部260、コンセント部270、温度センサ281および電流センサ282を備えている。感震装置B1は、一般用の電力コンセントとして用いられることが可能に構成されており、本実施形態においては、図3に示すように複数の感震装置B1が建造物500の適所に離散的に配置されており。電力線312に接続されている。
装置制御部210は、後述する感震モジュールA1を用いた感震処理および状態情報比較処理を実行するものであり、感震装置B1の各構成要素を制御する。装置制御部210は、たとえばマイクロプロセッサによって構成されており、適宜メモリを具備している。
表示部220は、感震装置B1の状態や各種情報を視認可能な態様で表示するためのものであり、たとえば液晶表示パネルによって構成されている。リセットボタン230は、感震装置B1の各部の状態を工場出荷時等の初期状態に復帰させる操作を行うためのものである。リセットボタン230が押下されると、たとえば装置制御部210が前記メモリの記憶内容を初期化したり、感震モジュールA1に対して初期化指令を送信する。
コンセント部270は、図5に示すように一般的な電気機器に備えられたプラグ271が挿入される部位であり、プラグ271と導通する。遮断部260は、コンセント部270と電力線312との間に介在しており、電力線312からコンセント部270への電力供給を遮断するものである。遮断部260による遮断は、たとえば装置制御部210からの遮断指令によって行われてもよいし、感震モジュールA1からの遮断指令によって行われてもよい。
電力変換部250は、電力線312から供給されたたとえば交流電力を感震モジュールA1等の動作に適したたとえば直流電力に変換するものである。本実施形態においては、図5に示すように電力変換部250は、電力基板251および複数の電子部品252を含む。電力基板251は、複数の電子部品252が実装されるものである。複数の電子部品252は、電力変換部250の電力変換機能を実現するものであり、たとえばトランス、ダイオード、抵抗器等を含む。本実施形態においては、感震モジュールA1と電力変換部250とが、プラグ271が挿入される方向に並んで配置されている。また、感震モジュールA1がプラグ271に対して電力変換部250よりも近い位置に配置されている。
PLC通信部240は、感震装置B1を電力線312に接続することにより、電力線312を通信網310として利用した電力線搬送通信(Power Line Communication)を行うためのものである。PLC通信部240による通信は、電力線312に流れる交流電力にたとえば2MHz〜30MHz程度の周波数の信号電流を重ね合わせることによって行われる。
温度センサ281は、たとえばサーミスタ等の温度検出デバイスであり、たとえば感震装置B1の設置環境温度を検出する。また、温度センサ281は、感震装置B1の動作中における動作温度を検出する。電流センサ282は、たとえば、コンセント部270からプラグ271に供給される電流を検出するものである。温度センサ281および電流センサ282の検出信号は、装置制御部210に送信される。
図7は、感震装置B2を示すブロック構成図である。感震装置B2は、感震モジュールA1を感震システムC1により適切に用いるために構成された装置である。本実施形態においては、感震装置B2は、複数の感震モジュールA1、複数の装置制御部210、複数の遮断部260、PLC通信部240および電力変換部250を備えている。感震装置B2は、いわゆるブレーカーとして用いられることが可能に構成されており、本実施形態においては、図3および図7に示すように建造物500外から電力が供給される電力線311に接続され、電力線311からの電力を複数の電力線312に供給する機能を果たす。
本実施形態の感震装置B2においては、遮断部260ごとに感震モジュールA1および装置制御部210が設けられている。これとは異なり、複数の遮断部260に対して1つの感震モジュールA1が設けられた構成であってもよい。また、複数の感震モジュールA1に対して複数の装置制御部210が設けられた構成であってもよい。また、装置制御部210が果たす機能を感震モジュールA1のモジュール制御部130が担う構成であってもよい。
図3に示すようにシステム制御部410は、PLC通信装置420を介して通信網310としての電力線312に接続されている。システム制御部410は、感震システムC1全体の動作を制御するとともに、感震システムC1の動作に関する設定作業を行うものである。PLC通信装置420は、たとえばパーソナルコンピュータによって構成されている。PLC通信装置420は、システム制御部410を通信網310としての電力線312に接続するものであり、電力線搬送通信(Power Line Communication)を行うものである。
次に、感震モジュールA1、感震装置B1および感震システムC1の動作について以下に説明する。
図8は、感震モジュールA1の動作例を示している。ステップS0において感震モジュールA1の電源がONにされる。加速度センサ120は、あらかじめモジュール制御部130等に記憶されたプログラムにしたがって、以降の処理を行う。
ステップS1においては、初期状態記憶モードM1を開始する。この初期状態記憶モードM1は、地震等の振動が発生していない定常時に行われる。たとえば、ステップS2において、加速度センサ120のx軸、y軸およびz軸について加速度データを取得する。そして、ステップS3において、重力方向Ngを特定する。地震等の振動が発生していない定常時においては、加速度センサ120に負荷される加速度は、重力加速度のみと考えられる。x軸、y軸およびz軸の加速度をベクトル合成し、重力方向Ngを特定する。モジュール制御部130は、この重力方向Ngを初期重力方向Ngiとしてモジュール記憶部140に格納する。次いでステップS4において、初期重力方向Ngiと直角である2軸を選定する。これらの軸は、互いに直角であり、水平軸として定義される。モジュール制御部130は、これらの水平軸を、モジュール記憶部140に格納する。次いで、ステップS5において、ゼロ点補正を行う。地震等の振動が発生していない状態であって、重力加速度のみが負荷されている定常時におけるx軸、y軸およびz軸の検出加速度をそれぞれの軸の加速度のゼロ点として、モジュール制御部130はモジュール記憶部140に格納する。
次いで、ステップS6において振動計測を行う。この振動計測においては、ステップS7において振動検知処理を行う。この振動検知処理は、有意な振動が発生しているかを検知するものであり、たとえば以下の手順により実行される。まず、ステップS71において、加速度センサ120のx軸、y軸およびz軸の加速度、または重力方向Ngおよび水平2軸の加速度を取得し、ステップS5において初期状態情報として記憶した初期加速度との差分を各軸について算出する。そして、すべての軸についての加速度の差分値を合計し、総和を算出する。次いで、ステップS72においてステップS71で得られた加速度の総和と、予めモジュール記憶部140に記憶されていた加速度閾値とを比較する。また、いずれかの軸の単体の加速度や、水平2軸のみの加速度、あるいは任意に選択した複数の軸の加速度の合計値、のいずれかを、対応する加速度閾値と比較する構成であってもよい。たとえば、加速度の総和が加速度閾値よりも大である場合、振動を検知したとして(ステップS72:Yes)、ステップS9を実行する。一方、加速度の総和が加速度閾値以下である場合(ステップS72:No)、有意な振動が付与されていないと判定し、モジュール制御部130は、ステップS8において自己診断の要否を判定する。たとえば、上位制御手段からの指示等により自己診断が必要である場合、所定の条件変更に対する加速度センサ120の状態変化によって加速度センサ120の自己診断を行う。本実施形態においては、たとえば加速度センサ120に所定の電圧を印加することにより、櫛歯状の可動部が正常に稼動しているか否かに基いて診断する。自己診断した後には、ステップS1に回帰する。一方、有意な振動が付与されていると判定した場合、(ステップS72:Yes)、モジュール制御部130は、ステップS9において振動計測モードM2を実行する。なお、消費電力の削減等の観点から、振動計測モードM2を実行するまでの処理においては、加速度センサ120の加速度のサンプリングレートは、比較的低周波数であることが好ましく、たとえば100Hz程度に設定される。また、有意な振動が付与されていると判定した場合、(ステップS72:Yes)、モジュール制御部130は、有意な振動を検出したことを報知する検出信号を出力してもよい。この検出信号は、感震モジュールA1の電源がOFFになるまで維持されてもよいし、予め設定された時間だけ維持されてもよい。また、感震モジュールA1が、ステップS0において電源ONされた以降、ステップS9に移行した回数を、モジュール記憶部140に記憶させてもよい。
ステップS7の変形例として、上述したステップS71およびステップS72と異なる判定処理を行ってもよい。たとえば、ステップS71において各軸の単独の振動の大きさ(加速度、振幅等)を算出し、ステップS72において、予め設定した各軸の単独の振動の大きさに対する閾値と比較してもよい。あるいは、ステップS71において、3軸の振動の大きさの合成値を算出し、ステップS72において、予め設定した3軸の振動の大きさの合成値に対する閾値と比較してもよい。または、ステップS71において、水平2軸の振動の大きさの合成値を算出し、ステップS72において、予め設定した水平軸のみの振動の大きさの合成値に対する閾値と比較してもよい。
図9は、振動計測モードM2の動作例を示している。ステップS9において振動計測モードM2を開始すると、モジュール制御部130は、第1デジタル化処理S10を実行する。第1デジタル化処理S10は、加速度センサ120からの加速度出力を、第1サンプリングレートR1でサンプリングすることにより、デジタル化された加速度データを取得する処理である。第1サンプリングレートR1の周波数は特に限定されず、モジュール制御部130に付与された振動を十分な解像度で表現しうる周波数が好ましい。本実施形態においては、第1サンプリングレートR1は、たとえば1600Hz程度である。なお、振動計測モードM2においては、重力方向Ngおよび水平2軸の加速度データの合計値、いずれかの軸の単体の加速度、水平2軸のみの加速度、または任意に選択した複数の軸の加速度の合計値、等の加速度データを適宜処理対象として選択可能である。
また、本実施形態においては、第1デジタル化処理S10は、第1選択処理S101を含む。第1選択処理S101は、第1サンプリングレートR1でサンプリングされた加速度データによって構成される振動データについて、第1周波数F1以下の振動を選択的に残存させ、第1周波数F1を超える振動を除外する処理である。第1周波数F1は、第1サンプリングレートR1よりも顕著に低い周波数であり、本実施形態においては、20Hz程度に設定される。これは、一般的な地震の周波数が、概ね0.4Hz〜10Hz程度であることに起因しており、一般的な地震の周波数を十分に包含する範囲が選択されている。
次いで、モジュール制御部130は、ステップS11を実行する。ステップS11においては、モジュール制御部130は、第1デジタル化処理S10によって得られた加速度データ(振動データ)から、当該振動の最大加速度を算出する。この最大加速度は、当該振動の規模を大まかに捉えることに寄与し、たとえばモジュール記憶部140に格納される。
次いで、モジュール制御部130は、第2デジタル化処理S12を実行する。第2デジタル化処理S12は、第1デジタル化処理S10によって得られた加速度データ(振動データ)を第2サンプリングレートR2でサンプリングする処理である。第2サンプリングレートR2の周波数は第1サンプリングレートR1よりも低ければ特に限定されず、以降の処理に適した周波数が好ましい。本実施形態においては、第2サンプリングレートR2は、たとえば100Hz程度であり、第1サンプリングレートR1の6.3%程度である。なお、この第2サンプリングレートR2の設定値は、以降に説明するSI値の算出条件に適合させることを目的としている。
また、本実施形態においては、第2デジタル化処理S12は、第2選択処理S121を含む。第2選択処理S121は、第2サンプリングレートR2でサンプリングされた加速度データによって構成される振動データについて、第2周波数F2以下の振動を選択的に残存させ、第2周波数F2を超える振動を除外する処理である。第2周波数F2は、第2サンプリングレートR2よりも顕著に低い周波数であり、本実施形態においては、10Hz程度に設定される。これは、一般的な地震の周波数が、概ね0.4Hz〜10Hz程度であることに起因している。
次いで、モジュール制御部130は、ステップS13を実行する。ステップS13においては、モジュール制御部130は、第2デジタル化処理S12によって得られた加速度データ(振動データ)を用いてSI値Vを算出する。SI値Vは、地震によって一般的な建物にどの程度の被害が生じるかを数値化したものである。より具体的には、SI値Vは、固有周期が0.1秒から2.5秒で減衰定数が20%の振り子群を当該地震動で加振したときの各振り子の最大速度応答値を平均したものである。なお、ステップS13においては、振動計測モードM2と同様に、重力方向Ngおよび水平2軸の加速度データの合計値、いずれかの軸の単体の加速度、水平2軸のみの加速度、または任意に選択した複数の軸の加速度の合計値、等の加速度データから適宜選択した加速度データに基いて、SI値Vを算出可能である。
次いで、ステップS14において、地震レベル判定を行う。このステップS14においては、ステップS13で得られたSI値Vに基づき、当該地震動の大きさ(レベル)を判定する。また、この判定において、ステップS11で得られた最大加速度を追加的に用いてもよい。
ステップS14の結果、警戒すべき地震動が発生したと判定された場合、モジュール制御部130は、SI値Vの数値情報、もしくは判定結果信号を装置制御部210へと出力する。たとえば図3および図6に示す感震装置B1においては、装置制御部210は、警戒すべき地震動であることに基づき、遮断部260によって電力線312からコンセント部270への電力供給を遮断する。また、図3および図7に示す感震装置B2においては、装置制御部210は、それぞれに対応する遮断部260によって電力線311から電力線312への電力供給を遮断する。なお、ステップS9〜ステップS14における計測および判定処理は、いずれかの軸の単体の加速度や、水平2軸の加速度、あるいは任意に選択した複数の軸の加速度の合計値を対象として行ってもよい。
また、本実施形態の感震モジュールA1は、追加的な処理として、図10に示す地震検知信号出力判定モードM3を実行してもよい。ステップS20において地震検知信号出力判定モードM3が開始されると、モジュール制御部130は、第1判定処理S21を実行する。第1判定処理S21においては、SI値Vと予め設定されたSI値閾値Vtとを比較する。たとえば、SI値VがSI値閾値Vtを超えない場合、当該振動は、地震動ではないと判定される(第1判定処理S21:No、ステップS25)。一方、SI値VがSI値閾値Vtを超える場合、当該振動が地震動である可能性が存在するとして(第1判定処理S21:Yes)、第2判定処理S22に進む。SI値閾値Vtの大きさは任意に設定され、本実施形態においては、たとえば18cm/sec程度である。なお、SI値の単位として、Kineがcm/secと同義で用いられる。
第2判定処理S22においては、所定時間内においてSI値VがSI値閾値Vtを超えた回数Nを計数する。そして、回数Nと予め設定された回数閾値Ntとを比較する。たとえば、回数Nが回数閾値Ntを超えない場合、当該振動は、地震動ではないと判定される(第2判定処理S22:No、ステップS25)。一方、回数Nが回数閾値Ntを超える場合、当該振動が地震動である可能性が存在するとして(第2判定処理S22:Yes)、第3判定処理S23に進む。回数閾値Ntの大きさは任意に設定され、本実施形態においては、たとえば4である。
第3判定処理S23においては、所定時間内においてSI値Vの積算値である積算SI値VIを算出する。そして、積算SI値VIと予め設定された積算SI値閾値VItとを比較する。たとえば、積算SI値VIが積算SI値閾値VItを超えない場合、当該振動は、地震動ではないと判定される(第3判定処理S23:No、ステップS25)。一方、積算SI値VIが積算SI値閾値VItを超える場合、当該振動が地震動であるとして(第3判定処理S23:Yes)、ステップS24においてモジュール制御部130は、地震検知信号を出力する。具体的には、地震検知信号をHi状態とする。なお、積算SI値VIの積算が、上述した第2サンプリングレートR2によってサンプリングされた加速度データに基づく場合、連続する5点のSI値Vを積算することにより、積算SI値VIを算出する。また、この場合の積算SI値閾値VItは、たとえば108cm程度である。
ステップS24において地震検知信号がHi状態となった場合、装置制御部210は上述した遮断部260による遮断処理を実行する。一方、第1判定処理S21、第2判定処理S22および第3判定処理S23のいずれかにおいてNo判定であった場合、モジュール制御部130は、ステップS25において地震検知信号をLo状態に維持する。この場合、上述した遮断部260による遮断処理は実行されない。なお、ステップS24およびステップS25における地震検知信号の出力は、単一信号のHi状態とLo状態とを切り替えることに限定されず、地震を検知したか否かの情報がモジュール制御部130から外部に出力される信号出力態様であればよい。また、ステップS25の後、所定の時間が経過した後に、図8のステップS7に復帰する制御としてもよい。
図11〜図14は、地震検知信号出力判定モードM3による判定例を示している。図11〜図14は、地震動ではない衝突振動が付与されたものである。図11は、衝突回数が1回、図12は、衝突回数が2回、図13は、衝突回数が3回、図14は、衝突回数が4回の例である。
図11(a),(b)は、衝突回数が1回の場合の水平2軸の加速度グラフである。図示されたように、1回の衝突に対応する加速度ピークが表れている。(c)は、衝突回数が1回の場合のSI値Vおよび積算SI値VIを示している。(c)に示すように、本例においては、SI値閾値Vtを超えるSI値Vが存在し、第1判定処理S21はYes判定である。しかし、回数Nは、2であり、回数閾値Nt(=4)を超えない。このため、第2判定処理S22はNo判定であり、ステップS25において地震動ではない誤検知であると判定される。
図12(a),(b)は、衝突回数が2回の場合の水平2軸の加速度グラフである。図示されたように、2回の衝突に対応する加速度ピークが表れている。(c)は、衝突回数が2回の場合のSI値Vおよび積算SI値VIを示している。(c)に示すように、本例においては、SI値閾値Vtを超えるSI値Vが存在し、第1判定処理S21はYes判定である。しかし、回数Nは、3であり、回数閾値Nt(=4)を超えない。このため、第2判定処理S22はNo判定であり、ステップS25において地震動ではない誤検知であると判定される。
図13(a),(b)は、衝突回数が3回の場合の水平2軸の加速度グラフである。図示されたように、3回の衝突に対応する加速度ピークが表れている。(c)は、衝突回数が3回の場合のSI値Vおよび積算SI値VIを示している。(c)に示すように、本例においては、SI値閾値Vtを超えるSI値Vが存在し、第1判定処理S21はYes判定である。しかし、回数Nは、3であり、回数閾値Nt(=4)を超えない。このため、第2判定処理S22はNo判定であり、ステップS25において地震動ではない誤検知であると判定される。なお、本例においては、積算SI値VIが積算SI値閾値VItを超えており、仮に第3判定処理S23を実行した場合は、当該処理についてはYes判定となる。
図14(a),(b)は、衝突回数が4回の場合の水平2軸の加速度グラフである。図示されたように、4回の衝突に対応する加速度ピークが表れている。(c)は、衝突回数が4回の場合のSI値Vおよび積算SI値VIを示している。(c)に示すように、本例においては、SI値閾値Vtを超えるSI値Vが存在し、第1判定処理S21はYes判定である。また、回数Nは、5であり、回数閾値Nt(=4)を超えている。このため、第2判定処理S22はYes判定である。しかし、積算SI値VIが積算SI値閾値VItを超えていないため、第3判定処理S23は、No判定であり、ステップS25において地震動ではない誤検知であると判定される。
図15は、感震システムC1の状態情報比較モードM4の動作例を示している。たとえば、システム制御部410がステップS30において状態情報比較モードM4を開始すると、ステップS31において感震システムC1に設けられた複数の感震モジュールA1が上述した初期状態記憶モードM1の実行により初期重力方向Ngiをすでに特定済みであるか否かを判定する。初期重力方向Ngiが未特定である場合(ステップS31:No)、システム制御部410は、該当する感震モジュールA1に初期状態記憶モードM1を実行させる。
すべての感震モジュールA1の初期重力方向Ngiが特定済みである場合(ステップS31:Yes)、システム制御部410は、ステップS32を実行する。ステップS32においては、システム制御部410は、その時点での加速度センサ120のx軸、y軸およびz軸について加速度データを各感震モジュールA1に取得させる。そして、その時点の重力方向Ngを特定する。
次いで、ステップS33において、予め記憶された初期重力方向NgiとステップS32において特定された重力方向Ngとの方向を比較する。たとえば、図16において想像線(二点鎖線)で示された感震装置B1は、初期重力方向Ngiを特定した際の初期状態を示している。この後に、地震の発生や建造物500の経年変化によって感震装置B1の重力方向Ngに対する姿勢が変化した状態が実線で示されている。感震装置B1が重力方向Ngに対して傾いた場合、感震装置B1の感震モジュールA1によって特定された初期重力方向Ngiがその時点での重力方向Ngと異なる方向を指すベクトルとなる。ステップS33においては、重力方向Ngと初期重力方向Ngiとの差異を、たとえば角度量として算出し、システム制御部410内のメモリに格納する。すべての感震装置B1(感震モジュールA1)についてステップS33を実行すると、システム制御部410は、ステップS34を実行する。
ステップS34においては、複数の感震装置B1について算出した重力方向Ngと初期重力方向Ngiとの差異に相当する角度量から、図3に示す建造物500の各部が重力方向Ngを基準としてどの程度傾いたかを特定する。これにより、建造物500の各部の歪量を算出可能であり、地面に対する建造物500全体の傾きや、建造物500内部での部分的な変形等を認識することができる。
次に、感震モジュールA1および感震システムC1の作用について説明する。
本実施形態によれば、感震モジュールA1は、モジュール制御部130およびモジュール記憶部140を有する。モジュール制御部130によって加速度センサ120からの加速度データに基づいた処理を行い、その処理結果をモジュール記憶部140に格納しておくことが可能である。したがって、感震モジュールA1の高機能化を図ることができる。
感震モジュールA1は、図8に示した初期状態記憶モードM1を実行することにより、機器設置当初等の初期状態における加速度センサ120の状態情報を初期状態情報としてモジュール記憶部140に格納しておくことができる。初期状態情報として初期重力方向Ngiを記憶させておくことにより、図15および図16を参照して説明した感震システムC1の高機能化を実現することができる。ステップS7〜ステップS72の振動検知処理を行うことにより、地震動による加速度の変化である可能性が高い状態を、定量的に且つ迅速に検知することができる。また、ステップS8の自己診断処理を行うことにより、長期間の使用によって加速度センサ120が意図しない不動作状態にあることを認識することができる。たとえば、ステップS8を実行した結果、加速度センサ120が正常に動作していないと診断された場合、モジュール制御部130は、外部にセンサエラー信号を出力する構成とすることができる。
図9に示したように、振動計測モードM2においては、第1デジタル化処理S10と第2デジタル化処理S12との2段階の処理を行う。比較的高周波数の第1周波数F1を用いた第1デジタル化処理S10を行うことにより、実際に生じた振動を十分な解像度でサンプリングすることができる。十分な解像度でサンプリングすることにより、たとえば第1選択処理S101において、地震動とは異なる振動成分を確実に排除することができる。第1デジタル化処理S10を終えた後に第2デジタル化処理S12を行うことは、たとえば第1デジタル化処理S10を実行すること無く第2デジタル化処理S12を実行した場合に、地震動とは異なるノイズとしての高周波数振動が、第2デジタル化処理S12の第2周波数F2とたまたま合致してしまい、地震動に近い周波数の振動として認識されることを防止することができる。また、第2デジタル化処理S12においてより低周波数の第2周波数F2によってサンプリングすることにより、ステップS13におけるSI値V算出に用いるデータ量を適切に削減することができる。
図10に示した地震検知信号出力判定モードM3を実行することにより、第1デジタル化処理S10および第2デジタル化処理S12の実行の結果、衝突振動が地震動であると判定される場合であっても、このような誤検知を排除することができる。この誤検知の判定において、第1判定処理S21におけるSI値VとSI値閾値Vtとの比較は、瞬間的な振動規模から地震動であるか否かを判定するものであり、合理的である。また、第2判定処理S22における回数Nと回数閾値Ntとの比較は、振動の時間的な継続性に基いて地震動であるか否かを判定するものであり、判定の高精度化に好ましい。また、第3判定処理S23における積算SI値VIと積算SI値閾値VItとの比較は、振動のエネルギーが時間的に継続していることを判定条件とするものである。このような判定は、複数回の衝突振動が離散的なエネルギー分布となるのに対し、地震動が継続的なエネルギー分布になることに基づくものであり、判定の高精度化に好適である。そして、第1判定処理S21、第2判定処理S22および第3判定処理S23のすべてを実行することにより、誤検知を顕著に削減することができる。
なお、図9〜図14に示すステップS13,S14およびステップS20〜S25において、PGA(peak ground acceleration:表面最大加速度)値を用いてもよい。すなわち、ステップS13,S14およびステップS20〜S25において設定された、SI値について閾値や判断基準となる回数等と同様に、PGA値について閾値や判断基準となる回数等を設定し、SI値を用いた場合と同様の判断処理を行ってもよい。なお、PGA値の採用については、SI値に代えてPGA値を用いてもよいし、SI値とPGA値とを併用してもよい。
図4および図5に示すように、感震モジュールA1がたとえば振り子式の感震センサモジュールと比べて小型であることにより、感震モジュールA1と電力変換部250とをプラグ271の挿入方向に並べて配置することが可能である。感震装置B1は、コンセントとして用いられるものであり、その設置スペースは限られている。本実施形態によれば、感震装置B1を通常のコンセントと略同程度の大きさとすることが可能である。また、電力変換機能を果たす電力変換部250は、トランス等の嵩高い電子部品252を含む。電力変換部250自体が嵩高くなったとしても、プラグ271の挿入方向において感震装置B1の寸法を拡大すれば電力変換部250を適切に収容可能である。この場合、プラグ271の挿入方向視における感震装置B1の大きさは、ほとんど不変とすることができる。
図15および図16に示した状態情報比較モードM4により、感震を主たる機能とする感震モジュールA1を用いて、感震とは全く異なる建造物500の変形等の診断を実現することができる。特に、コンセントとして構成された感震装置B1は、たとえば大規模集合住宅等としての建造物500における各居室の各コンセントに用いられ得る。この場合、この建造物500には、非常に多数の感震装置B1が隅々に配置されることとなる。したがって、建造物500の変形等を診断するのに適している。
感震装置B1および感震装置B2が、PLC通信部240を有することにより、専用の通信網を用意する必要がない。通信網310としての電力線311および電力線312は、建造物500内に適切に収容されており、通信のために建造物500に意図しないデッドスペースを生じさせてしまうことを防止することができる。また、電力線312は、感震装置B1および感震装置B2への電力供給経路として活用可能である。さらに、感震装置B1ごとや、感震装置B2の感震モジュールA1ごとに、遮断部260を作動させることが可能であり、地震動が発生した場合に、よりきめ細やかな電力遮断制御を行う事ができる。
図17および図18は、本開示の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
図17に示す感震システムC2においては、システム制御部410が建造物500外のインターネットに接続されている。建造物500内の感震装置B1および感震装置B2は、PLC通信装置420を介してインターネットに接続されている。このため、たとえば、図15および図16を参照して説明した状態情報比較モードM4を、建造物500外の遠隔地に配置されたシステム制御部410によって実行することが可能である。これにより、建造物500の遠隔監視を充実させることができる。
図18は、本開示の第2実施形態に基づく感震モジュールを示している。本実施形態の感震モジュールA2は、感震モジュールA1におけるモジュール基板110を備えておらず、加速度センサ120が感震モジュールA2の外観をなしている。
本実施形態においては、加速度センサ120が、モジュール制御部130およびモジュール記憶部140を内蔵している。加速度センサ120に内蔵されるモジュール制御部130およびモジュール記憶部140としては、感震モジュールA1においてモジュール基板110に実装されるモジュール制御部130およびモジュール記憶部140よりも小型および薄型の構成が好ましい。本実施形態においては、上述したモジュール制御部130およびモジュール記憶部140の機能を果たしうるASIC(application specific integrated circuit)が用いられている。ASICは、本実施形態における地震検出用途等の特定用途に特化して機能が絞り込まれた集積回路素子である。このため、ASICは、小型化および薄型化に適しており、モジュール制御部130およびモジュール記憶部140の機能を果たす構成部分として、加速度センサ120に内蔵可能である。
なお、モジュール制御部130およびモジュール記憶部140としてのASICが内蔵される場合、たとえば図示されたように、x軸検出部120x、y軸検出部120yおよびz軸検出部120zに隣接して配置される。x軸検出部120x、y軸検出部120yおよびz軸検出部120zは、各々が各軸の加速度を検出しうるMEMSセンサに相当する。x軸検出部120x、y軸検出部120yおよびz軸検出部120zの測定原理や具体的構造は特に限定されない。
感震モジュールA2による検出処理は、図8〜図10を参照して説明した処理を適宜採用すればよい。なお、ASICの記憶容量が限定される場合、たとえば地震検出処理の履歴記憶回数を削減する等の、記憶量削減の方策をとればよい。
本実施形態によっても、感震モジュールA2の高機能化を図ることができる。また、加速度センサ120がモジュール制御部130およびモジュール記憶部140を内蔵した構成であることにより、加速度センサ120の外観が感震モジュールA2の外観となっている。このため、感震モジュールA2は、感震モジュールA1と比べてさらなる小型化を図るのに適している。このような小型化は、感震モジュールA2を感震装置B1等に組み込む際に、より広範な位置に、より様々な姿勢で搭載可能であるという利点がある。
本開示に係る感震モジュールおよび感震システムは、上述した実施形態に限定されるものではない。本開示に係る感震モジュールおよび感震システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
以下に、本開示について付記する。
[付記1]
複数の検出軸についての加速度を検出する加速度センサを備え、
前記加速度センサを制御するモジュール制御部と、
前記加速度センサの状態情報を記憶するモジュール記憶部と、を備える、感震モジュール。
[付記2]
前記状態情報は、非振動発生時の前記複数の検出軸についての加速度である、付記1に記載の感震モジュール。
[付記3]
前記モジュール制御部は、非振動発生時の前記複数の検出軸の加速度に基づいて重力方向を算出し、
前記状態情報は、非振動発生時の前記重力方向を含む、付記2に記載の感震モジュール。
[付記4]
前記モジュール制御部は、前記加速度センサの前記状態情報を初期状態情報として前記モジュール記憶部に記憶させる初期状態記憶モードを有する、付記3に記載の感震モジュール。
[付記5]
前記モジュール制御部は、所定の条件変更に対する前記加速度センサの状態変化によって前記加速度センサの診断を実行する自己診断処理を行う、付記4に記載の感震モジュール。
[付記6]
前記モジュール制御部は、前記複数の検出軸についての加速度に基いて振動を計測する振動計測モードを有する、付記4または5に記載の感震モジュール。
[付記7]
前記モジュール制御部は、前記振動計測モードにおいて、前記複数の検出軸についての加速度と初期状態情報として記憶された加速度との差分を合計し、当該合計による総和と予め定めた加速度閾値とを比較することにより、振動の有無を判定する信号検知処理を行う、付記6に記載の感震モジュール。
[付記8]
前記モジュール制御部は、前記複数の検出軸についての加速度に基いてSI値を算出する、付記6または7に記載の感震モジュール。
[付記9]
前記振動計測モードは、前記モジュール制御部が、第1サンプリングレートで前記加速度センサの加速度をサンプリングする第1デジタル化処理を含む、付記8に記載の感震モジュール。
[付記10]
前記第1デジタル化処理は、第1周波数以下の振動を選択する第1選択処理を含む、付記9に記載の感震モジュール。
[付記11]
前記振動計測モードにおいて、前記モジュール制御部は、前記第1デジタル化処理によって得られた加速度データに基づき最大加速度を算出する、付記10に記載の感震モジュール。
[付記12]
前記振動計測モードは、前記モジュール制御部が、前記第1サンプリングレートよりも低周波数である第2サンプリングレートで前記第1デジタル化処理によって得られた加速度データをサンプリングする第2デジタル化処理を含み
前記モジュール制御部は、前記第2デジタル化処理によって得られた加速度データに基いてSI値を算出する、付記11に記載の感震モジュール。
[付記13]
前記第2デジタル化処理は、前記第1周波数よりも低周波である第2周波数以下の振動を選択する第2選択処理を含む、付記12に記載の感震モジュール。
[付記14]
前記モジュール制御部は、前記振動計測モードによって算出されたSI値に基いて、地震検知信号を出力するか否かを判定する地震検知信号出力判定モードを有する、付記8ないし13のいずれかに記載の感震モジュール。
[付記15]
前記地震検知信号出力判定モードは、算出されたSI値とSI値閾値との比較により判定する第1判定処理を含む、付記14に記載の感震モジュール。
[付記16]
前記地震検知信号出力判定モードは、算出されたSI値が前記SI値閾値を所定時間内に超えた回数と回数閾値との比較により判定する第2判定処理を含む、付記15に記載の感震モジュール。
[付記17]
前記地震検知信号出力判定モードは、所定時間におけるSI値の積算値と積算SI値閾値との比較により判定する第3判定処理を含む、付記16に記載の感震モジュール。
[付記18]
前記加速度センサおよび前記モジュール制御部が搭載されたモジュール基板をさらに備える、付記1ないし17のいずれかに記載の感震モジュール。
[付記19]
付記4ないし18のいずれかに記載の前記感震モジュールを各々が有する複数の感震装置と、
前記複数の感震装置が接続された通信網と、
前記通信網に接続されたシステム制御部と、を備える、感震システム。
[付記20]
前記通信網は、電力線搬送通信網である、付記19に記載の感震システム。
[付記21]
前記感震装置は、電力線からの電力供給を遮断する遮断部をさらに備える、付記20に記載の感震システム。
[付記22]
前記感震装置は、電力線に接続され且つプラグが挿入されるコンセント部をさらに備える、付記21に記載の感震システム。
[付記23]
前記感震装置は、前記電力線からの電力を前記感震モジュールに適した電力に変換する電力変換部をさらに備える、付記22に記載の感震システム。
[付記24]
前記電力変換部は、電子部品と、当該電子部品が搭載された電力基板を有する、付記23に記載の感震システム。
[付記25]
前記感震モジュールと前記電力変換部とは、前記コンセント部への前記プラグの挿入方向に並んで配置されている、付記24に記載の感震システム。
[付記26]
前記システム制御部は、前記複数の感震モジュールの前記状態情報と前記初期状態情報とを比較する状態情報比較モードを有する、付記19ないし25のいずれかに記載の感震システム。
[付記27]
前記状態情報比較モードにおいて、前記システム制御部は、ある時点における前記状態情報としての重力方向と前記初期状態情報としての重力方向との比較により、前記複数の感震モジュールの重力方向に対する姿勢変化を検出する、請求項26に記載の感震システム。

Claims (19)

  1. 複数の検出軸についての加速度を検出する加速度センサを備え、
    前記加速度センサを制御するモジュール制御部と、
    前記加速度センサの状態情報を記憶するモジュール記憶部と、を備え
    前記状態情報は、非振動発生時の前記複数の検出軸についての加速度であり、
    前記モジュール制御部は、非振動発生時の前記複数の検出軸の加速度に基づいて重力方向を算出し、
    前記状態情報は、非振動発生時の前記重力方向を含み、
    前記モジュール制御部は、前記加速度センサの前記状態情報を初期状態情報として前記モジュール記憶部に記憶させる初期状態記憶モードを有し、
    前記モジュール制御部は、前記複数の検出軸についての加速度に基づいて振動を計測する振動計測モードを有し、
    前記モジュール制御部は、前記複数の検出軸についての加速度に基づいてSI値を算出し、
    前記モジュール制御部は、前記振動計測モードによって算出されたSI値に基づいて、地震検知信号を出力するか否かを判定する地震検知信号出力判定モードを有し、
    前記地震検知信号出力判定モードは、算出されたSI値とSI値閾値との比較により判定する第1判定処理を含み、
    前記地震検知信号出力判定モードは、算出されたSI値が前記SI値閾値を所定時間内に超えた回数と回数閾値との比較により判定する第2判定処理を含む、感震モジュール。
  2. 前記モジュール制御部は、所定の条件変更に対する前記加速度センサの状態変化によって前記加速度センサの診断を実行する自己診断処理を行う、請求項に記載の感震モジュール。
  3. 前記モジュール制御部は、前記振動計測モードにおいて、前記複数の検出軸についての加速度と初期状態情報として記憶された加速度との差分を合計し、当該合計による総和と予め定めた加速度閾値とを比較することにより、振動の有無を判定する信号検知処理を行う、請求項1または2に記載の感震モジュール。
  4. 前記振動計測モードは、前記モジュール制御部が、第1サンプリングレートで前記加速度センサの加速度をサンプリングする第1デジタル化処理を含む、請求項1ないし3のいずれかに記載の感震モジュール。
  5. 前記第1デジタル化処理は、第1周波数以下の振動を選択する第1選択処理を含む、請求項に記載の感震モジュール。
  6. 前記振動計測モードにおいて、前記モジュール制御部は、前記第1デジタル化処理によって得られた加速度データに基づき最大加速度を算出する、請求項に記載の感震モジュール。
  7. 前記振動計測モードは、前記モジュール制御部が、前記第1サンプリングレートよりも低周波数である第2サンプリングレートで前記第1デジタル化処理によって得られた加速度データをサンプリングする第2デジタル化処理を含み
    前記モジュール制御部は、前記第2デジタル化処理によって得られた加速度データに基いてSI値を算出する、請求項に記載の感震モジュール。
  8. 前記第2デジタル化処理は、前記第1周波数よりも低周波である第2周波数以下の振動を選択する第2選択処理を含む、請求項に記載の感震モジュール。
  9. 前記地震検知信号出力判定モードは、所定時間におけるSI値の積算値と積算SI値閾値との比較により判定する第3判定処理を含む、請求項1ないし8のいずれかに記載の感震モジュール。
  10. 前記加速度センサおよび前記モジュール制御部が搭載されたモジュール基板をさらに備える、請求項1ないしのいずれかに記載の感震モジュール。
  11. 請求項ないし10のいずれかに記載の前記感震モジュールを各々が有する複数の感震装置と、
    前記複数の感震装置が接続された通信網と、
    前記通信網に接続されたシステム制御部と、を備える、感震システム。
  12. 前記通信網は、電力線搬送通信網である、請求項11に記載の感震システム。
  13. 前記感震装置は、電力線からの電力供給を遮断する遮断部をさらに備える、請求項12に記載の感震システム。
  14. 前記感震装置は、電力線に接続され且つプラグが挿入されるコンセント部をさらに備える、請求項13に記載の感震システム。
  15. 前記感震装置は、前記電力線からの電力を前記感震モジュールに適した電力に変換する電力変換部をさらに備える、請求項14に記載の感震システム。
  16. 前記電力変換部は、電子部品と、当該電子部品が搭載された電力基板を有する、請求項15に記載の感震システム。
  17. 前記感震モジュールと前記電力変換部とは、前記コンセント部への前記プラグの挿入方向に並んで配置されている、請求項16に記載の感震システム。
  18. 前記システム制御部は、前記複数の感震モジュールの前記状態情報と前記初期状態情報とを比較する状態情報比較モードを有する、請求項11ないし17のいずれかに記載の感震システム。
  19. 前記状態情報比較モードにおいて、前記システム制御部は、ある時点における前記状態情報としての重力方向と前記初期状態情報としての重力方向との比較により、前記複数の感震モジュールの重力方向に対する姿勢変化を検出する、請求項18に記載の感震システム。
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