JPH0313829A - 地震検出システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、地震動を検知する感震器と、この感震器から
の信号を処理する信号処理手段で構成される地震検出シ
ステムに関する。

従来の技術 従来の感震器として比較的大きな剛球を振動子としたも
のがある。この種の感震器は下に凸の振動面の中央部に
振動子より十分に小さな径の凹みを設け、この凹みにこ
の振動子を拘束し、ある−定のガル値以上でこの凹みか
ら振動子が飛び出し振動面で往復振動するよう構成され
ていた。

この例として第９図に示すものがある。感震器２０は、
ケース２１の底面に形成した凹み２２を有する下に凸の
振動面２３と、この振動面２３上を摺動自在に往復振動
する振動子２４と、振動子２４の転動によって上方に移
動する滑動片２５とこの滑動片２５を垂直方向に摺動自
在に支持する滑動片ガイド２５ａ、２５ｂと滑動片２５
により押し上げられる接点２６および、接点２６が上方
に押し上げられた時接触する上部接点２７とから構成さ
れている。振動子２４が振動面２３の凹み２２からある
ガル値以上で飛び出すと、振動子２４の転動により接点
２６は上方に移動し上部接点２７と接触する。振動子２
４の動きを支配する振動系は、振動面２３を球面に置き
換えた時の曲率と振動子２４の大きさから決定される比
較的低い固有振動数を有する振動系Ａと、振動子２４の
大きさと振動面２３の凹み２２の径から決定される比較
的高い固有振動数を有する振動系Ｂから構成される。

（例えば、実開昭６１−４８３２５号公報）またこの感
震器２０からの信号を処理する手段として第１０図に示
すようにマイコン２８を用い、感震器からの信号線２９
をマイコン２８のボート３０に接続する。そしてマイコ
ン２８側では感震器２０の信号のＯＮのパルス幅、ＯＦ
Ｆのパルス幅の下限値を設定して、この各々の下限値以
上のパルス幅を有するパルスが規定の回数以上規定時間
内に発生すれば地震が発生したと判定する。

発明が解決しようとする課題 地震検出システムに対して要求される性能として地震波
を確実に検出する機能の他に、感震器が内蔵される機器
に対して物体が衝突したことによる振動と地震波とを区
別する能力がある。感震器が内蔵される機器が、しっか
りと固定されている場合には衝撃による振動も少なく、
またこの振動の周波数も地震波と比較して十分に高く、
区別は容易である。一方、この機器が配管などでゆるく
固定されている場合には、振動も太き（また振動数も地
震波に近くなって（るため、区別は難しくなってくる。

地震波を確実に検出し、しかも衝撃波と地震波とを区別
するには、感震器の周波数特性が地震波帯（１，４〜３
．３Ｈｚ）でフラットな特性をもち、衝撃波帯（例えば
５七以上）の手前で急峻に立ち上がる特性が必要である
。このような特性を単一の振動系で実現することは難し
く、さきに述べたような感震器の振動系は２系統の振動
系を達成して、この特性を実現しようとしたものであっ
た。この従来の感震器の振動系の特性について第１１図
を用いて述べる。振動系Ａの固有振動数は例えば４Ｈｚ
程度であり、振動系Ｂの固有振動数は例えば１２七程度
である。振動子２４が地震波帯で動作するときは、この
帯域では勾配が緩い特性を有する振動系Ｂのレベルで凹
み２２を飛出し、その後は振動系Ａの動作レベルのほう
が低いため振動系Ａに移行し、接点２６をＯＮしながら
往復振動をする０周波数が高くなって振動系Ａの動作レ
ベルのほうが高くなると振動系Ｂから振動系Ａには同−
加振力では移行しない、振動系Ａで振動しないと接点は
ＯＮＬないため動作点は振動系Ａに移行して急峻に立ち
上がる。

この達成振動系は、同一振動面上に２系統の振動系が存
在するため振動が本質的に不安定となる要素があった。

これは振動子２３が振動方向に対して本来３６０度の自
由度を有しているため、振動方向に対して僅かのかく乱
があれば振動が不安定になりやすいこと、そして従来例
に示されたように振動面２３の中央に凹み２２があれば
、この凹み２２を通過する際に方向を変化させたり、あ
るいは振動子２３の回転運動を誘発したりするためであ
る。

地震波と衝撃波とを、マイコン２８側で区別する手段と
して、感震器２０からのＯＮ、ＯＦＦ信号のパルス幅の
下限値を設定しこの下限値以下のパルスは検出しない方
法がとられている。しかし実際には、感震器からのＯＮ
、ＯＦＦ信号のパルス幅にはバラツキがあり、かなり余
裕をもって上記下限値を設定する必要があるため、周波
数フィルターとしては、特に地震波帯に近い衝撃波に対
しては効果がなかった。

また、実際の衝撃試験を行なって耐衝撃性が悪いのは、
第１２図に示すように、衝撃波がだんだん減衰して信号
パルスが消える前後であり、これは振動子の動きが弱く
なり不安定となって、信号バルスのぬけが生じ等価的に
周波数が低下し、上記周波数フィルターにかからなくな
る場合である。

そこで本発明は、感震器に要求される特性を満足させる
振動系を得ること、特に複数の振動系が存在しても安定
な振動系を得ることを第１の目的とする。

第２の目的は衝撃波帯域で特徴的な信号パルス発生させ
ることである。具体的には信号パルスのＯＦＦ幅がかな
り短かくなるような信号を出させ等価的高い周波数とし
て地震波との区別を容易とし、かつ減衰していった時の
信号パルスのぬけが生じにくい感震器を得ることにある
。

第３の目的はこのような感震器からの信号を処理する信
号処理手段に最適な検出ソフトを提供することにある。

課題を解決するための手段 そして上記第１の目的を達成するために本発明は感震器
の基本振動系を液滴状の水銀の底部を支持した、水銀の
表面張力によるバネによる振動系で構成したものである
。

また第２の目的を達成するために、本発明は衝撃波の周
波数帯域で、液滴状の水銀とこれを囲む電極とが当接し
共振を起こすような振動系を構成したものである。

さらに第３の目的を達成するために本発明は適合するパ
ルスと認める信号パルスのＯＮ幅とＯＦＦ幅、および地
震と判定するパルス数を最適化したものである。

作用 本発明の地震検出システムを構成する感震器は、振動系
を、液滴状の水銀の底部を支持した水銀の表面張力によ
るバネによる基本振動系と、水銀の転動による振動系で
構成する。これら２つの振動系は前者は表面張力という
一種のバネ系で構成され、後者は重力により動作するた
め動作原理が異なり、同一振動面上で動作しても、互い
に干渉することはない、また表面張力によるバネ系は主
として水銀の物性値のみに依存するため安定ある。

転動による振動系も水銀球の重心の移動範囲が主として
振動面の中央の凹みの範囲にあり、転動運動自体も比較
的安定な範囲内を動くことになる。

また、衝撃波帯では液滴状の水銀が電極と当接して共振
を起こすよう構成されている。この水銀は電極と衝突し
た衝撃で楕円形状に変形し、その後楕円の長軸と短軸と
を交換するような形で電極を移動するため、電極と水銀
球の距離は等価的に短かくなり、信号パルスのＯＦＦ時
間がかなり短かくなる。またこの共振現象は、水銀球が
電極からエネルギーを貰って起こっているため、加振力
が減衰して、いったん水銀球が電極から離れると振動は
急速に減衰する。

さらに適合するパルスと認める信号パルスのＯＮ幅とＯ
ＦＦ幅および地震と判定するパルス数を最適化したため
、この３種の振動系を有する感震器の信号パルスの地震
波と衝撃波との判定ができる。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図において、感震器１は振動子となる液滴状の水銀
２を中央に向かってなだらかな下り勾配を持つ振動面３
の中央の凹み４に置いている。凹み４はその底部４ａが
開口部４ｂよりも小さくして、テーバ状の壁面４ｃを構
成し水銀２を側方からも支持し水銀２を安定に保持する
よう構成される。また凹み４の深さｈと底部４ａの直径
りと壁面４ｃおよび水銀２の容積Ｖは、水銀２を凹み４
に置いた時、開口部４ｂから水銀２が一部はみだすよう
決定されている。したがって水ＳＩ２は開口部４ｂから
振動面３につらなる境界で変形し、ここで表面張力によ
る振動系の境界条件が決定され第１の振動系を構成する
。水銀２を凹み４に置いたとき、水！！２は開口部４ｂ
から振動面３につらなる境界で変形するが、この変形が
水銀２の全周にわたり均一に変形するよう水銀２の表面
張力が作用するため水銀２は凹み４の中央に位置する。

また水銀２は加振力により転がってこの凹み４から出よ
うとするがこの時の固有振動数もこの凹み４の形状と水
銀２の容積で決定される。この凹み４から水銀２が飛び
出す際の固有振動数は地震波帯での感度均一性を確保す
るため１ＯＨｚ以上に設定することが望ましい。

振動面ｌはさらに外周部が円筒状に立上り、ボット５を
構成する。また水銀２と所定の間隔を設けた円周状に複
数設けられた電極６が導電性のステー７に支持され、こ
のステー７はさらに絶縁体のガラスシール８を介して１
９に固定され、さらにこの蓋９はポット５と溶着される
。ポット５は導電性の材料で水銀とアマルガムを生成し
にくい材料（例えば鉄）で作られ、さきの電極６と対の
電極を構成する。感震器ｌよりの信号はステー７とボッ
ト５にリード線１０ａ、１０ｂを各々接続して取り出す
、リード線１０ａ、１０ｂはマイコン１１の入カポ−Ｈ
２に接続されている。

信号の安定性を確保するため電極６が振動面３に対する
同心度を確保することが望ましい、また水ＩＩ２と電極
６とが衝突することで構成される振動系が衝撃波の地震
波に近い領域で共振するように水銀２と電極６との距ｊ
ｉｌｄｓと水！！２の容積Ｖを決定している。

次にこの一実施例における作用について述べる。

感震器ｌに水平な加振力が加えられると感震器ｌの振動
子である水銀２は３種類の振動系で振動することになる
。第１の振動系は水銀２の表面張力をバネとした振動系
であり、共振点を８）（ｚ〜１０Ｈｚ程度に設定してい
るので、地震波帯では比較的動きにくく、周波数が高く
なれば動きやすくなる性質をもつ、第２の振動系は水銀
２が凹み４で転動することで生ずるいわゆる振子振動系
であり、実際には共振点の周波数を高くして地震波帯で
の感度を均一化し、一定の加振力まで水銀２を保持する
働きをする。

地震波帯では、この第１の振動系と、第２の振動系が連
成して動作する。すなわち、水ＳＩ２が表面張力でゆれ
つつ転動し複数の電極６間を往復する。第４図に第１の
振動系の共振点をｌＯＨ２とした時の第１と第２の振動
系に注目した感震器１の動作特性を示す、共振点が１０
七の第１の振動系のみでは、動作点は非常に上るが、こ
れに転動による第２の振動系が加わり通常の動作点とし
ている。

水銀２と電極６との間隔は第４図の例で０．７園しかな
く、電極６と水銀２との距離が特性に与える影響は大き
い、この影響は振動系が加振力に対してリニアな特性を
もっているほど大きくなる。この感震器１の場合リニア
な特性を有する第１の振動系では動作せず、ある一定の
加振力から飛び出す特性を持つ第２の振動系が働いて初
めて動作しかつ、地震波帯では転動による第２の振動系
の役割が比較的大きいため、水銀２と電極６との距離に
よる動作点のバラツキが大幅に低減される。

第３の振動系は水！ｌ！２が電極６に強く衝突した時に
生ずる液滴状の水１１２の表面張力で生ずる液滴として
の振動である。この振動系は水銀２の容積、表面張力、
水ｌ！２と電極６との距離、電極６の形状等を主な振動
パラメータとし、水ＩＩ２は電極６から直接振動エネル
ギーを貰うため、共振時には激しい振動となる。この振
動パターンを第５図に示す、水銀２は電極６に衝突する
と電極６方向に厚さを薄くしたのち、表面張力で反発し
て楕円体状に伸びる。この振動モードは、基本的に液的
の表面張力による振動の２次のモードに対応すると考え
られる。この振動モードが発生すると電ＩＮ＋６と水ｉ
Ｉ２との距離は非常に接近する。したがって、信号パル
スのＯＦＦ幅が狭くなり、この振動の周波数はパルス幅
からみると等価的に高くなったことになる。

またこの共振現象は、水銀球が電極からエネルギーを貰
って起こっているため、加振力が減衰して、いったん水
銀２が電極６から離れると振動は第６図に示すように速
に減衰する。

感震器１からの信号パルスは信号処理手段であるマイコ
ン１１のボート１２に入力される。マイコン１１では感
震器１からの信号パルスをパルスのＯＮ幅の下限値Ｔｎ
、ＯＦＦ幅の下限値Ｔｆより長いかを判定し、これを満
足していればｌパルスとして検出し、これが規則時間内
に、規定回数発生すれば地震波と判定する。このＯＮ幅
の下限値Ｔｎ、ＯＦＦ幅の下限値Ｔｆを決めているのは
地震波より高い周波数成分を有する衝撃波等による信号
を検出しないためであるが信号パルスの長さにバラツキ
があるため余裕がとってあり、実際には特に地震波に近
い領域の衝撃波でマイコンが地震と判定する場合があっ
た。この実施例では第３の振動系で電極６で水ｆＲ２が
共振する領域をこの地震波に近い領域となるよう、振動
パラメータを設定しているため、信号パルスのＯＦＦ幅
が大幅に狭くなりマイコン１１の検出下限値Ｔｆを満足
しないので地震と誤判定されない。

また加振力が減衰して、いったん水銀２が電極６から離
れると振動は速に減衰するため、パルスのぬけが生じて
検出下限値Ｔｆを満足して誤作動することはない。

第７図から第８図は凹み４の形状についての他の実施例
を示したものである。凹み４の形状の中でも特に重要な
のは凹み４の水銀２を側方から支える壁面４Ｃの形状で
ある。第７図に示した実施例では壁面４Ｃの傾斜の角度
を水銀の濡れ角に等しい４０度前後としたものである。

この実施例では壁面４Ｃの前面が水１１２と均等に接し
て保持することができるため、振動系の安定化に機能す
る。

第８図に示した実施例では壁面４ｃをほぼ底部４ａから
立ち上がるＲ面で構成したものである。

この実施例では壁面４ｃに鋭い角が形成されず水銀２力
１転動して移動する場合の振動の安定性が高い、またこ
の形状は実際にボット５を薄板からプレス加工で製造す
る場合には精度が出しやすく、生産性が高い。

発明の効果 以上のように本発明は、感震器の振動系を、液滴状の水
銀の底部を支持した水銀の表面張力によるバネによる基
本振動系と、水銀の転動による振動系で構成し、これら
２つの振動系は前者は表面張力という一種のバネ系で構
成され、後者は重力により動作するため動作原理が異な
り、同一振動面上で動作しても、互いに干渉することは
なく安定した振動系が得られる。

また、衝撃波帯では液滴状の水銀が電極と当接して共振
を起こすよう構成され、信号パルスのＯＦＦ時間がかな
り短かい、特徴のある信号を発生することができる。ま
たこの共振現象は、水銀球が電橋からエネルギーを貰っ
て起こっているため、加振力が減衰して、いったん水銀
球が電極かケ離れると振動は速に減衰し、衝撃波帯での
特徴ある信号のパターンをくずすことはない。

さらに信号処理手段で適合するパルスと認める信号パル
スのＯＦＦ幅の下限値を設定したため、衝撃波帯での特
徴ある信号と地震幅とを容易に区別することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における感震器の要部断面図
、第２図は同システム図、第３図は同振動系動作説明図
、第４図は同振動系特性説明図、第５図は同振動系での
水銀の変形状態説明図、第６図は同感震器の衝撃波特性
説明図、第７図、第８図はそれぞれ他の実施例を示す感
震器の凹みの拡大説明図、第９図は従来例における感震
器の要部断面図、第１０図は同システム図、第１１図は
同感震器の振動系の特性説明図、第１２図は同感震器の
衝撃波特性説明図である。 １・・・・・・感震器、２・・・・・・水銀、３・・・
・・・振動面、４・・・・・・凹み、４ｃ・・・・・・
壁面、６・・・・・・電極、１１・・・・・・信号処理
手段（マイコン）。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）液滴状の水銀の表面張力による振動系と、前記水
   銀の転動による振動系が、地震波の主要周波数範囲で連
   成した振動系を有する感震器と、この感震器からの信号
   を地震と判定する信号処理手段を備えた地震検出システ
   ム。
2. （２）液滴状の水銀の表面張力による振動系は、中央に
   向かってなだらかな下り勾配を持つ振動面の中央に設け
   た凹みに前記水銀を置き、この凹みから前記水銀を一部
   はみださせて構成した特許請求の範囲第１項記載の地震
   検出システム。
3. （３）液滴状の水銀と、この水銀と所定の間隔をあけた
   複数の電極とで構成する振動系が、地震波の主要周波数
   範囲よりも高い周波数領域で共振を起こす振動系を有す
   る感震器と、この感震器から発生する信号パルスの検出
   時にＯＦＦのパルス幅に下限値Ｔｆを設け、オフのパル
   ス幅がＴｆ以下であれば信号パルスと認めない信号処理
   方法を有する信号処理手段とを有する地震検出システム
   。
4. （４）振動面の中央に設けた凹みの壁面の角度をこの凹
   々に置かれる水銀の濡れ角度にほぼ等しくした特許請求
   の範囲第２項記載の地震検出システム。
5. （５）振動面の中央に設けた凹みの壁面を前記凹みの底
   部近くから立ち上がるＲ面で構成した特許請求の範囲第
   ２項記載の地震検出システム。