JPH0245134B2 - - Google Patents
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- JPH0245134B2 JPH0245134B2 JP59259795A JP25979584A JPH0245134B2 JP H0245134 B2 JPH0245134 B2 JP H0245134B2 JP 59259795 A JP59259795 A JP 59259795A JP 25979584 A JP25979584 A JP 25979584A JP H0245134 B2 JPH0245134 B2 JP H0245134B2
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- Japan
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- container
- liquid
- light
- photoelectric conversion
- conversion element
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、地震等による振動を感知する地震感
知器に関するものである。
知器に関するものである。
まず、地震の周波数について説明する。
一般に地震波の主成分の周波数は１〜10Hzにあ
ると言われているが、そのうち特に１〜５Hzの成
分が顕著である。第２図に昭和53年６月12日17時
14分に発生した宮城県沖地震について、一例とし
て大船渡で観測された地震波のパワースペクトル
を示す。卓越振動数は２〜３Hz（2.4Hz）で、１
〜５Hzのパワーが大きい（図示していないが、フ
ーリエスペクトルもほぼ同様な形状で１〜５Hz成
分が多い）。
ると言われているが、そのうち特に１〜５Hzの成
分が顕著である。第２図に昭和53年６月12日17時
14分に発生した宮城県沖地震について、一例とし
て大船渡で観測された地震波のパワースペクトル
を示す。卓越振動数は２〜３Hz（2.4Hz）で、１
〜５Hzのパワーが大きい（図示していないが、フ
ーリエスペクトルもほぼ同様な形状で１〜５Hz成
分が多い）。
又、電車、ダンプカー、建築工事及び回転機械
等種々の原因による地盤及び建物の微小振動は地
震波とは異なり外乱振動となるが、この外乱振動
は20Hz以上のものが多いが10Hz近傍のものも含ま
れるので、誤動作防止の点より日本エレベータ協
会の耐震設計・施行指針の技術基準においては、
感知器の周波数特性として「普通級は１〜５Hzの
範囲でフラツト特性、精密級では0.1〜５Hzの範
囲でフラツト特性、５Hzを越える範囲では感度は
下降特性とすること」となつている。
等種々の原因による地盤及び建物の微小振動は地
震波とは異なり外乱振動となるが、この外乱振動
は20Hz以上のものが多いが10Hz近傍のものも含ま
れるので、誤動作防止の点より日本エレベータ協
会の耐震設計・施行指針の技術基準においては、
感知器の周波数特性として「普通級は１〜５Hzの
範囲でフラツト特性、精密級では0.1〜５Hzの範
囲でフラツト特性、５Hzを越える範囲では感度は
下降特性とすること」となつている。
上記のような地震の特性に対して、従来の地震
感知器としては、電気式の動電型やストレーンゲ
ージ型、圧電型、或いは機械式の重錘落下型など
が一般に用いられている。
感知器としては、電気式の動電型やストレーンゲ
ージ型、圧電型、或いは機械式の重錘落下型など
が一般に用いられている。
第３図に、動電型地震感知器の構造の一例（垂
直方向感知器）を示す。この動電型地震感知器
は、永久磁石４により発生する磁束５の中を、お
もり２に固定されたコイル３が振動により上下に
動くと、コイル３の両端に電圧が発生し、この電
圧の大きさがコイル３の移動速度に比例すること
を利用して地震を感知するものである。なお、１
はおもり２を支持するばね系であり、６は磁路を
形成するヨークである。このばね系１の固有振動
数は、普通４Hz程度にとられているが、この方式
で周波数特性を前述のように５Hz以上で下降特性
とするのは難しく（ばね系の問題）、通常10Hz程
度以上で下降特性にしている。更に固有振動数
は、ばね系１やおもり２の精度に大きく影響を受
けるので、実際には、最終の工程で手加工により
おもりの重さ等を調整している。すなわち、この
動電型地震感知器は精度や調整の手間の点で問題
を有している。
直方向感知器）を示す。この動電型地震感知器
は、永久磁石４により発生する磁束５の中を、お
もり２に固定されたコイル３が振動により上下に
動くと、コイル３の両端に電圧が発生し、この電
圧の大きさがコイル３の移動速度に比例すること
を利用して地震を感知するものである。なお、１
はおもり２を支持するばね系であり、６は磁路を
形成するヨークである。このばね系１の固有振動
数は、普通４Hz程度にとられているが、この方式
で周波数特性を前述のように５Hz以上で下降特性
とするのは難しく（ばね系の問題）、通常10Hz程
度以上で下降特性にしている。更に固有振動数
は、ばね系１やおもり２の精度に大きく影響を受
けるので、実際には、最終の工程で手加工により
おもりの重さ等を調整している。すなわち、この
動電型地震感知器は精度や調整の手間の点で問題
を有している。
また、ストレーンゲージ型地震感知器は、スト
レーンゲージ（歪ゲージ）をＸ、Ｙ方向に設置
し、これらの電気出力をベクトル合成して加速度
を求めるものであるが、歪ゲージ自身の周波数特
性は数ＫHzにも及ぶので、電気的フイルターで５
Hz以上を減衰させるようにしている。従つてスト
レーンゲージ型の地震感知器はこのフイルターの
特性に大きく左右され、更にベクトル合成を行な
う為に掛算器等を必要とするなど、多くの誤差要
因を含んでおり信頼性の点で問題がある。なお、
圧電型地震感知器もベクトル合成方式を採用して
おり、同様の問題点を含んでいる。
レーンゲージ（歪ゲージ）をＸ、Ｙ方向に設置
し、これらの電気出力をベクトル合成して加速度
を求めるものであるが、歪ゲージ自身の周波数特
性は数ＫHzにも及ぶので、電気的フイルターで５
Hz以上を減衰させるようにしている。従つてスト
レーンゲージ型の地震感知器はこのフイルターの
特性に大きく左右され、更にベクトル合成を行な
う為に掛算器等を必要とするなど、多くの誤差要
因を含んでおり信頼性の点で問題がある。なお、
圧電型地震感知器もベクトル合成方式を採用して
おり、同様の問題点を含んでいる。
第４図は、重錘落下型地震感知器の構造の一例
を示すものである。これは、静止状態では重錘
（鉄等の磁性体）１３が、ケース１０に固定され
た永久磁石１１に吸引されているが、ある一定以
上の振動が発生するとこの重錘１３が落下し、重
錘１３にはめこまれているレバー１２が支点１５
を中心に矢印方向に回転することにより、マイク
ロスイツチ１４のアクチユエータ１４′を作動さ
せて地震を感知するものである。この方式は簡単
ではあるが、磁石の吸引力と重錘の重さの関係に
よつて感知レベルが左右され、その調整が大変で
あると同時に低い周波数（１Hz以下）では感知し
にくいという欠点があり、やはり精度や信頼性の
点で問題がある。
を示すものである。これは、静止状態では重錘
（鉄等の磁性体）１３が、ケース１０に固定され
た永久磁石１１に吸引されているが、ある一定以
上の振動が発生するとこの重錘１３が落下し、重
錘１３にはめこまれているレバー１２が支点１５
を中心に矢印方向に回転することにより、マイク
ロスイツチ１４のアクチユエータ１４′を作動さ
せて地震を感知するものである。この方式は簡単
ではあるが、磁石の吸引力と重錘の重さの関係に
よつて感知レベルが左右され、その調整が大変で
あると同時に低い周波数（１Hz以下）では感知し
にくいという欠点があり、やはり精度や信頼性の
点で問題がある。
このため、出願人は特願昭59−88902号にて新
しいタイプの地震感知器を提案している。それは
第５図及び第６図に示すような円柱状の容器３１
に例えば水銀や油などの液体３２を入れ、この容
器３１の蓋には発光ダイオード等の光源３４とこ
の液体３２からの反射光を受光する受光素子３５
を備えて、地震波によつて容器３１内の液体３２
が揺動すると、この液体表面の形状が変わること
によつて変化する反射光の輝度分布を受光素子３
５により電気信号に変換出力したものを信号処理
部２１がこの出力信号２０ａの大きさに応じて振
動レベルを識別するような新しいタイプの地震感
知器である。
しいタイプの地震感知器を提案している。それは
第５図及び第６図に示すような円柱状の容器３１
に例えば水銀や油などの液体３２を入れ、この容
器３１の蓋には発光ダイオード等の光源３４とこ
の液体３２からの反射光を受光する受光素子３５
を備えて、地震波によつて容器３１内の液体３２
が揺動すると、この液体表面の形状が変わること
によつて変化する反射光の輝度分布を受光素子３
５により電気信号に変換出力したものを信号処理
部２１がこの出力信号２０ａの大きさに応じて振
動レベルを識別するような新しいタイプの地震感
知器である。
この地震感知器の動作原理は次のとおりであ
る。
る。
即ち、簡単のため液体の入つた小円筒容器を一
定振動加速度で水平方向に加振させたときの液体
の表面の波の動きは、振動加速度の大きさをＡ、
重力の加速度をｇ、液の振幅をａ、その波長をλ
とし、波の進路に沿つてχ軸をとるとすれば第９
図に示すように、小円筒容器の側壁のところがち
ようど山ないし谷になる1/2波長の正弦波の振動
が主成分となる振動をする。そして、液面の傾斜
角θはその値が小さい場合には次の式で与えられ
る。
定振動加速度で水平方向に加振させたときの液体
の表面の波の動きは、振動加速度の大きさをＡ、
重力の加速度をｇ、液の振幅をａ、その波長をλ
とし、波の進路に沿つてχ軸をとるとすれば第９
図に示すように、小円筒容器の側壁のところがち
ようど山ないし谷になる1/2波長の正弦波の振動
が主成分となる振動をする。そして、液面の傾斜
角θはその値が小さい場合には次の式で与えられ
る。
θ＝Ａ／ｇ＝2πa／λ・cos2πχ／λ……
つまり、振動加速度の大きさＡは液体表面の傾
斜角に比例するから振動加速度を検出するために
は液体表面の傾斜角を検出すればよいことにな
る。
斜角に比例するから振動加速度を検出するために
は液体表面の傾斜角を検出すればよいことにな
る。
このような円筒容器内の波は円形波であり、側
壁のところでは液体が鉛直方向に動かなければな
らず、円形波のパターンは山ないし谷がちようど
側壁の位置にくるような大きさになり、水平加振
時は第９図、上下加振時は第１０図を基本波モー
ドとする波が発生する。
壁のところでは液体が鉛直方向に動かなければな
らず、円形波のパターンは山ないし谷がちようど
側壁の位置にくるような大きさになり、水平加振
時は第９図、上下加振時は第１０図を基本波モー
ドとする波が発生する。
次に、液面の傾斜角を検出する基本的な光学系
は第１１図に示すとおりである。
は第１１図に示すとおりである。
即ち、液面への入射光束をφ1、静止した液面
での反射光束をφ2、傾いた液面での反射光束を
φ3、傾斜角θだけ液面が変化したときの光電変
換素子へ入射する光束の変化量をφ4とすると、
図から明らかなように液面がθなる角度だけ傾く
と、反射光束の移動角は2θとなるので、結局光電
変換素子への入射光束の変化量φ4（液体表面から
の反射光束の変化量）はθに比例することにな
る。
での反射光束をφ2、傾いた液面での反射光束を
φ3、傾斜角θだけ液面が変化したときの光電変
換素子へ入射する光束の変化量をφ4とすると、
図から明らかなように液面がθなる角度だけ傾く
と、反射光束の移動角は2θとなるので、結局光電
変換素子への入射光束の変化量φ4（液体表面から
の反射光束の変化量）はθに比例することにな
る。
今、光電変換素子としてホトダイオードのよう
なものを使用すると、その出力は入射光束（光
量）に比例するから、円筒容器が加速されると、
そのときの出力ｕは式を考慮すれば次の式で表
わされる。
なものを使用すると、その出力は入射光束（光
量）に比例するから、円筒容器が加速されると、
そのときの出力ｕは式を考慮すれば次の式で表
わされる。
ｕ＝K1・θ＝K2・Ａ ……
但し、K1、K2は定数
つまり、光電変換素子の出力は震動加速度に比
例する。
例する。
即ち、この地震感知器は感知部２０の受光素子
３５から出力された振動加速度に比例した信号２
０ａを前置増幅器２２（交流増幅器）により増幅
し、コンパレータ２３，２５等により複数のレベ
ルの地震を感知するものであるが、第７図ａに示
すように受光素子３５と発光素子３４を水平面上
に配置すると、震動方向に対する感知器の感度が
大幅に相違してしまう。即ち、感知器の周波数特
性が第７図ｂのように、加振方向がf3、f4の場合
にはg3、g4と略同じ特性となるが、加振方向が
f1、f2の場合には特性がそれぞれg1，g2となり、
同じ加振力であつても出力レベルが違つてしまい
誤検出の原因となる恐れがある。
３５から出力された振動加速度に比例した信号２
０ａを前置増幅器２２（交流増幅器）により増幅
し、コンパレータ２３，２５等により複数のレベ
ルの地震を感知するものであるが、第７図ａに示
すように受光素子３５と発光素子３４を水平面上
に配置すると、震動方向に対する感知器の感度が
大幅に相違してしまう。即ち、感知器の周波数特
性が第７図ｂのように、加振方向がf3、f4の場合
にはg3、g4と略同じ特性となるが、加振方向が
f1、f2の場合には特性がそれぞれg1，g2となり、
同じ加振力であつても出力レベルが違つてしまい
誤検出の原因となる恐れがある。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、全て
の震動方向に対して同一の感度を有する構造の簡
単な地震感知器を提供することを目的とする。
の震動方向に対して同一の感度を有する構造の簡
単な地震感知器を提供することを目的とする。
本発明は、外部からの光を遮断する密閉構造の
容器を備え、該容器の底部は中心に向かつて傾斜
をもつた形状をし、該底部には液体が入つてお
り、該液体の上方には前記容器内を照射する光源
と、該光源が発する光のうち前記液体表面からの
反射光を受光し、その光量を電気信号に変換する
光電変換素子とを設け、前記液体の液面の傾きを
前記液体表面からの反射光量の変化として捉え、
前記光電変換素子の出力電気信号が所定値よりも
大きいとき出力を発する信号処理部を備えたもの
において、前記光源と前記光電変換素子とは前記
容器の中心線上に前記光電変換素子の方が前記液
体寄りに配置するものである。
容器を備え、該容器の底部は中心に向かつて傾斜
をもつた形状をし、該底部には液体が入つてお
り、該液体の上方には前記容器内を照射する光源
と、該光源が発する光のうち前記液体表面からの
反射光を受光し、その光量を電気信号に変換する
光電変換素子とを設け、前記液体の液面の傾きを
前記液体表面からの反射光量の変化として捉え、
前記光電変換素子の出力電気信号が所定値よりも
大きいとき出力を発する信号処理部を備えたもの
において、前記光源と前記光電変換素子とは前記
容器の中心線上に前記光電変換素子の方が前記液
体寄りに配置するものである。
上述の如く構成すれば、何れの方向に容器が加
振されても、光源及び光電変換素子の位置に対す
る液体の変動を同一にできる。
振されても、光源及び光電変換素子の位置に対す
る液体の変動を同一にできる。
第１図は本発明による感知器の一例を示す断面
図で、図中４０は円柱状の容器で、底部は逆円錘
形状をしている。４１は容器４０内に入れられた
比重が大きく低粘度でかつ表面反射率の高い、例
えば水銀のような液体、４２は同じく容器４０内
に入れられた液体４１より比重が小さく高粘度で
かつ表面反射率の低い、例えば油のような液体
（このように二重層の液体を用いる理由は感知器
自身を地震波の周波数特性に合致させるためであ
る。）４３はカバー４５にもうけられた光源４４
に電圧を供給する電源、４６は光源４４からの光
を容器４０内に透過する材質で構成された保持板
４７に支持された光電変換素子、カバー４５の内
面４５ａは表面反射率が高く光源４４の光がムダ
なく光電変換素子４６に集まるように構成され、
又光源４４と光電変換素子４６は容器４０の中心
線Ｘ−Ｘ上に配置されている。
図で、図中４０は円柱状の容器で、底部は逆円錘
形状をしている。４１は容器４０内に入れられた
比重が大きく低粘度でかつ表面反射率の高い、例
えば水銀のような液体、４２は同じく容器４０内
に入れられた液体４１より比重が小さく高粘度で
かつ表面反射率の低い、例えば油のような液体
（このように二重層の液体を用いる理由は感知器
自身を地震波の周波数特性に合致させるためであ
る。）４３はカバー４５にもうけられた光源４４
に電圧を供給する電源、４６は光源４４からの光
を容器４０内に透過する材質で構成された保持板
４７に支持された光電変換素子、カバー４５の内
面４５ａは表面反射率が高く光源４４の光がムダ
なく光電変換素子４６に集まるように構成され、
又光源４４と光電変換素子４６は容器４０の中心
線Ｘ−Ｘ上に配置されている。
このような構成であれば、第８図ａに示す同一
加振力であるかぎり何れの方向に加振されても、
光源４４及び光電変換素子４６の位置に対する液
体の液面の状態が一致するため、光源４４からで
た光が液面に反射して光電変換素子４６に当たる
量は一定で感知器の出力レベルに差が生じること
なく第８図ｂに示す同一特性となる。
加振力であるかぎり何れの方向に加振されても、
光源４４及び光電変換素子４６の位置に対する液
体の液面の状態が一致するため、光源４４からで
た光が液面に反射して光電変換素子４６に当たる
量は一定で感知器の出力レベルに差が生じること
なく第８図ｂに示す同一特性となる。
以上述べたように本発明によれば、光電変換素
子を用いた感知器において、光源と受光素子をも
とに液体の上方容器の中心線上に受光素子の方が
液体寄りに配置したため、たとえ何れの方向に震
動する地震があつても誤動作を起こす恐れがなく
ムラなく正確に地震を感知することができる。
子を用いた感知器において、光源と受光素子をも
とに液体の上方容器の中心線上に受光素子の方が
液体寄りに配置したため、たとえ何れの方向に震
動する地震があつても誤動作を起こす恐れがなく
ムラなく正確に地震を感知することができる。
第１図は本発明による感知器の一例を示す断面
図、第２図は地震波のパワースペクトルの一例を
示す図、第３図は動電型地震感知器の構造の一例
を示す図、第４図は重錘落下型地震感知器の構造
の一例を示す図、第５図は本発明の一実施例の構
成を示すブロツク図、第６図は新タイプの感知部
の構造を示す断面図、第７図は新タイプの地震感
知器の特性を示す説明図、第８図は本発明の地震
感知器の特性を示す説明図、第９図〜第１１図は
本発明による地震感知器の動作原理を示す原理説
明図である。 ２０……感知部、２１……信号処理部、２２…
…前置増幅器、２３，２５……コンパレータ、２
４，２６……出力回路、３１，４０……容器、３
２，４１，４２……液体、３４，４４……光源、
３５，４６……光電変換素子、Ｘ−Ｘ……中心
線。
図、第２図は地震波のパワースペクトルの一例を
示す図、第３図は動電型地震感知器の構造の一例
を示す図、第４図は重錘落下型地震感知器の構造
の一例を示す図、第５図は本発明の一実施例の構
成を示すブロツク図、第６図は新タイプの感知部
の構造を示す断面図、第７図は新タイプの地震感
知器の特性を示す説明図、第８図は本発明の地震
感知器の特性を示す説明図、第９図〜第１１図は
本発明による地震感知器の動作原理を示す原理説
明図である。 ２０……感知部、２１……信号処理部、２２…
…前置増幅器、２３，２５……コンパレータ、２
４，２６……出力回路、３１，４０……容器、３
２，４１，４２……液体、３４，４４……光源、
３５，４６……光電変換素子、Ｘ−Ｘ……中心
線。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 外部からの光を遮断する密閉構造の容器を備
え、該容器の底部は中心に向かつて傾斜をもつた
形状をし、該底部には液体が入つており、該液体
の上方には前記容器内を照射する光源と、該光源
が発する光のうち前記液体表面からの反射光を受
光し、その光量を電気信号に変換する光電変換素
子とを設け、前記液体の液面の傾きを前記液体表
面からの反射光量の変化として捉え、前記光電変
換素子の出力電気信号が所定値よりも大きいとき
出力を発する信号処理部を備えた地震感知器にお
いて、前記光源と前記光電変換素子とは前記容器
の中心線上に前記光電変換素子の方が前記液体寄
りに配置したことを特徴とする地震感知器。 ２ 前記容器は円柱状の容器で、底部は逆円錐形
状をしていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の地震感知器。 ３ 前記信号処理部は前記光電変換素子の出力電
気信号を入力として前記液体の液面の傾きを前記
液体表面からの反射光量の変化として捉える交流
増幅器を備えたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の地震感知器。 ４ 前記信号処理部は複数の所定値と比較するコ
ンパレータを備えたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の地震感知器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59259795A JPS61137024A (ja) | 1984-12-08 | 1984-12-08 | 地震感知器 |
| GB08510935A GB2160319B (en) | 1984-05-01 | 1985-04-30 | Detecting of seismic waves by sensing the movement of a liquid surface |
| US06/729,117 US4662225A (en) | 1984-05-01 | 1985-04-30 | Seismic detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59259795A JPS61137024A (ja) | 1984-12-08 | 1984-12-08 | 地震感知器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61137024A JPS61137024A (ja) | 1986-06-24 |
| JPH0245134B2 true JPH0245134B2 (ja) | 1990-10-08 |
Family
ID=17339097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59259795A Granted JPS61137024A (ja) | 1984-05-01 | 1984-12-08 | 地震感知器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61137024A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54160261A (en) * | 1978-06-07 | 1979-12-18 | Berger Paul J | Method of converting mechanical motion of article into electric signal and electric to mechanical converter for executing same |
-
1984
- 1984-12-08 JP JP59259795A patent/JPS61137024A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54160261A (en) * | 1978-06-07 | 1979-12-18 | Berger Paul J | Method of converting mechanical motion of article into electric signal and electric to mechanical converter for executing same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61137024A (ja) | 1986-06-24 |
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