JPH03219517A - 地震検出装置 - 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装置
に関するものである。

従来の技術 従来、地震動に感知する感震器としては、感震器を内蔵
する機器に対する物体の衝突等による地震動以外の振動
と地震動とを区別するために、地震動以外の振動では一
般的に地震動の時より振動周波数が高くなることを利用
してこれらの２つの周波数帯に固有振動数を有する２つ
の振動系を組み合わせたものがあった。

この例として第８図に示すものがある。感震器２０はケ
ース２１の内部底面の中央部に形成した上端部の径が小
さな凹み２２を存するすり林状の振動面２３と、この振
動面２３上を転勤自在に往復運動する比較的大きな鋼球
２４と、鋼球２４の転勤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
し上げられる可動接点２６と、可動接点２６が押し上げ
られた時接触する固定接点２７とから構成されている。

上記構成において、すり林状の振動面２３の中央の凹み
２２に拘束されている鋼球２４がある一定のガル値以上
の振動を受けると、この凹み２２から飛び出し振動面２
３上を往復運動する。この時、鋼球２４の転勤によって
可動接点２６が上方に移動し固定接点２７と接触してリ
ード線２８よりオン・オフ信号を発生する。

この従来の感震器２０の鋼球２４の動きを支配する振動
系は、第９図に示すように振動面２３を球面に置き換え
た時の曲率と鋼球２４の大きさから決定される比較的低
い固有振動数（例えば４Ｈｚ程度）を有する振動系Ａと
、振動面２３中夫の凹み２２の上端部の径と鋼球２４の
大きさから決定される比較的高い固有振動数（例えば１
２　Ｈｚ程度）を有する振動系Ｂから構成される。した
がって、鋼球２４が地震波帯（１〜４Ｈｚ）で動作する
ときは、振動系Ｂのレベルで凹み２２を飛び出し、その
後は振動系Ａの動作レベルの方が低いため振動系Ａに移
行して振動面２３上を往復運動する。また、鋼球２４が
地震動以外の衝撃波帯（例えば５Ｈｚ以上）で動作する
ときは、振動系Ｂのレベルで凹み２２を飛び出しても、
振動系Ａの動作レベルの方が高いため振動系Ａの動作レ
ベル以上の加振力にならない限り振動系Ｂから振動系Ａ
には移行せず、振動面２３」−を往復運動することはな
い。

但し、実際の衝撃時等の振動は地震波帯に近い周波数の
場合もあり、また５Ｈｚ以上の周波数でも振動系Ａの動
作レベルを越える加振力となる場合もあるため、さらに
第１０図に示ずように感震器２゜のリード線２８に信号
処理手段２９を接続して、これにより感震器のオン・オ
フ信号を処理し、規定の時間幅（例えば４０ｍｓ）以上
のオフ時間を間に挟んで規定の時間幅（例えば３０ｍｓ
）以上のオン時間のパルスが規定の時間（例えば３秒）
以内に規定の回数（例えば５回）以上あれば、これを地
震動と判定するようにしていた。オン時間およびオフ時
間のそれぞれの規定の時間幅は地震波より高い周波数成
分を有する衝撃波等での信号を検出しないような値に設
定しであるが、オン時間およびオフ時間の長さにはばら
つきがあるためいずれもある程度の余裕をとっている。

例えば、オン時間およびオフ時間の規定時間幅をそれぞ
れ５０ｍｓおよび６０祁とした場合 であるから、原理的には４　、５　Ｈｚ以上の周波数の
振動を検出しないのであるが、実際にはオン時間および
オフ時間の長さにばらつきがあるため肝心の地震動をも
検出しなくなってしまう恐れがある。

したがって、前記のオン時間およびオフ時間の規定時間
幅は余裕をとって例えばそれぞれ３０ｍｓおよび４０ｍ
ｓとし、 より、７Ｈｚ以上の周波数の振動は検出しないようにし
ている。また、オンのパルスの回数とこれをカウントす
る規定時間は地震波帯に近い周波数を有する衝撃波等を
検出しないような値に設定している。

発明が解決しようとする課題 上記のような従来の感震器では、２系統の振動系が同一
振動面上に存在するため木質的に振動が不安定となる要
素があった。それは鋼球２４が振動系Ａで振動している
とき、振動の途中では振動面２３の中央の凹み２２を通
過する瞬間があるため、このとき−度振動系Ｂに戻るこ
とになり、これが２つの振動系の干渉を起こしていたこ
と、また鋼球２４が振動系Ａで振動しているときは凹み
２２の上端部の径が小さいため、鋼球２４の重心は凹み
２２の範囲から常に外へ飛び出して動いており、これが
凹みを通過する才に鋼球２４の運動の方向を変化させた
り、あるいは回転運動を誘発させたりすることになって
いたためである。

また、地震波と衝撃波との区別をより明確にするために
信号処理手段２９を接続して規定の時間幅以下のオン時
間やオフ時間の信号では検出しないようにしているが、
この規定値はある程度の余裕をとって設定しであるため
、周波数フィルターとしては、特に地震波帯に近い周波
数の衝撃波（例えば４．５〜７七）に対しては効果がな
かった。

さらに、実際の衝撃時の感震器２０のオン・オフ信号を
見ると、第１１図に示すように、衝撃波がだんだん減衰
してオンパルス信号が消えかかったときに鋼球２４の動
きが弱くなって振動が不安定になり、オンパルスの抜け
が生じてきている。このようなオンパルスの抜けが生じ
ると周波数が低下したのと等価となって上記の周波数フ
ィルターにかからなくなり耐衝撃性が悪くなっていた。

そこで本発明は、複数の振動系が存在しても安定な振動
をする感震器を得ること、そして衝撃波帯域で特徴的な
オン・オフ信号を発生させること、具体的にはオン・オ
フ信号のオフ時間幅がかなり短くなるような信号を出さ
せ等価的に高い周波数として地震波との区別を容易にし
、かつ衝撃波が減衰していった時のオンパルスの抜けが
生じにくい感震器を得ることを目的とする。

課題を解決するための手段 上記の目的を達成するために本発明は、中央に向かって
なだらかな下り勾配も持つ振動面の中央に設けた凹みに
水銀を置き、前記水銀の周囲に常時は前記水銀と接触せ
ず振動時のみ当接する電極を設けた感震器と、前記感震
器のオン・オフ信号を処理して地震と判定する信号処理
手段を備えたもので、前記水銀の量を０．４〜０．５ｇ
とし、前記凹みの深さを０．４５〜０．５５ｍｍとし、
前記凹みの底部を開口部より小さくすると共に壁面をテ
ーパ状にし、前記凹みの底部の内径を２．５〜３．０ｍ
ｍとし、前記水銀と前記電極との距離を０．５〜１　、
５　ｎ＋ｎ＋とじたものである。

作用 本発明は上記した構成によって、水銀の量を球状を呈す
る（約０．３ｇ）より少し多めの０．４５〜０゜５５ｇ
にし、凹みの大きさを上記のようにして水銀を置いたと
きに一部はみ出ずようにすると共に凹みの底部を開口部
より小さ（してその壁面をテーパ状にし、水銀を安定に
保持するようにしているので、本発明の感震器の水銀の
動きを支配する振動系は、水銀の底部を凹みに保持した
まま上部のみを振動させる水銀の表面張力による一種の
バネ系で構成される第１の振動系と、水銀が凹みから転
がり出る水銀の転勤による第２の振動系で基本的に構成
される。これら２つの振動系は前者は表面張力により動
作するのに対し、後者は重力により動作するもので、そ
れぞれ動作原理が異なっているため、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
るハネ系の振動は主として水銀の物性値のみに依存する
ため安定である。さらに転勤による振動も、凹みの底部
の内径を２．５〜３．０ｍｍとし、水銀とその周囲に設
けた電極との距離をそれより小さい０．５〜１．５ｍｍ
としているため、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止まり、比較的安定な転勤を
行う。

また、水銀の量および水銀と電極との距離等を上記のよ
うにしているため、衝撃波帯のうちで特に地震波帯に近
い周波数の衝撃波では水銀が電極に強く当接することに
よって電極に反発される共振現象を引き起こすようにな
る。これが水銀と電極の共振による第３の振動系を構成
し、このとき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う交換するような形
で電極の間を移動するため、電極と水銀球との距離は等
価的に短くなり、感震器のオン・オフ信号のオフ時間が
かなり短いものとなる。そのため、信号処理手段では等
価的に高い周波数の振動と判断するから、地震波帯に近
い周波数の衝撃波であっても容易に区別することが可能
となる。また、この共振現象は水銀球が電極からエネル
ギーを貰うことによって発生しているため、振動が減衰
して一旦水銀球が電極に当接しないようになると振動は
急速に減衰する。そのため、衝撃時の振動が減衰して感
震器のオンパルス信号が消えかかったときオンパルスの
抜けが生じて信号処理手段が等価的に低い周波数の振動
と誤判定することもなくなる。

なお、水銀の転勤による前記第２の振動系は主に地震波
帯だけで発生するが、水銀の表面張力による前記第１の
振動系は地震帯だけでなく衝撃波帯の中で特に１０　］
（ｚ前後の高い周波数帯でも発生する。

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もつ振動面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、テーパ状の壁面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、第２図に示す水８１２の重量Ｗ、凹み４の深さｈ
と底部４ａの直径りは、水銀２を凹み４に置いたとき開
口部４ｂから水銀２が一部はみ出すようにそれぞれ次の
ように決定されている。

Ｗ＝０．４〜０．５ｇ ｈ　＝０．４５〜０．５５論 Ｄ　＝２．５〜３．０ｍｍ 振動面３はさらに外周部が円筒状に立上がり、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
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を介して蓋９
に固定され、さらにこの蓋９はボット５と溶着される。

ポ・ント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１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は第３図に示すように信号処
理手段１１に接続されている。そして第２図に示す水銀
２と電極６との距離ｄｓは、水銀２と電極６とが衝突す
ることで構成される第３の振動系が衝撃波の地震波に近
い領域で発生するうよに ｄ　ｓ　＝０．５〜１．５ｍｍ に決定されている。

次にこの一実施例における作用について述べる。

水銀２を凹み４に置いたとき開口部４ｂから水銀２が一
部はみ出すように水銀２の重量および凹み４の大きさが
決定されているため、水銀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の中央に位置すると共に、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。

また、水銀２は加振力により転がって第２の振動系を構
成するために、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２０重量Ｗ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１〇七以上
に設定することが望ましい。

感震器１に水平な加振力が加えられると感震器１の振動
子である水６１ｉｊ２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の表面張力をハネとした
振動系であり、共振点を８　Ｈｚ〜１０２ １（ｚ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、水銀２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１０七とした時の第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１０Ｈｚ
の第１の振動系のみでは、動作点は非常に上がるが、こ
れに転勤による第２の振動系が加わり実際の動作点とし
ている。

水ｇＡ２と電極６との間隔は第４図の例では０．７ｍ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
は転勤による第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ｄｓによる動作点のバラツキが
大幅に低減される。

第３の振動系は水銀２が電極６に強く衝突した時に生ず
る液滴状の水銀２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の重量Ｗ、表面張力、水銀
２と電極６との距離ｄｓ、電極６の形状等を主な振動パ
ラメータとし、水銀２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、基本的に液滴の表
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極６と水ｔｊ１２と
の距離は非常に接近する。

したがって、感震器１のオン・オフ信号のオフ時間幅が
大幅に短くなり、この時の振動の周波数を信号処理手段
１１で判断するときは等価的に高い周波数とみなすから
、地震波帯に近い周波数の衝撃波であってもこれを地震
と誤判定することはない。

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１２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。そのため、衝撃時の振動が減衰して感震
器１のオンパルス信号が消えかかったときにオンパルス
の抜けが生じて信号処理手段１１が等価的に低い周波数
の地震動と誤判定することもない。

第７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の中でも特に重要なものは凹み４の水
銀２を側方から支える壁面４ｃの形状であり、第７図に
示したものは壁面４ｃの傾斜の角度θを水銀の濡れ角度
に近い θ＝４０〜５０度 としたものである。この実施例では壁面４ｃの前面が水
銀２と均等に接して保持することができる５ ため、振動系の安定化に機能する。

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ハネによる基
本振動系と、水銀の転勤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
を起こすような振動系で構成され、感震器のオン・オフ
信号のオフ時間がかなり短い、特徴のある信号を発生す
ることができるめた、地震波帯に近い周波数の衝撃波で
あっても容易に区別できるようになる。

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
球が電極から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６ くずすことはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における地震検出装置の要部
断面図、第２図は同振動系動作説明図、第３図は同装置
の構成図、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図は同地の実施例を示す感震器の
凹みの拡大説明図、第８図は従来例における感震器の要
部断面図、第９図は同感震器の振動系の特性説明図、第
１０図は同ブロック図、第１１図は同感震器の衝撃波特
性説明図である。 ２・・・・・・水銀、１・・・・・・感震器、１１・・
・・・・信号処理手段、３・・・・・・振動面、４・・
・・・・凹み、６・・・・・・電極、４Ｃ・・・・・・
壁面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）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水銀を置き、前記水銀の周囲に常
   時は前記水銀と接触せず振動時のみ当接する電極を設け
   た感震器と、前記感震器のオン・オフ信号を処理して地
   震と判定する信号処理手段を備えた地震検出システムで
   あって、前記水銀の量を０．４〜０．５ｇとし、前記凹
   みの深さを０．４５〜０．５５ｍｍとし、前記凹みの底
   部を開口部より小さくすると共に、壁面をテーパ状にし
   前記凹みの底部の内径を２．５〜３．０ｍｍとし、前記
   水銀と前記電極との距離を０．５〜１．５ｍｍとした地
   震検出装置。
2. （２）前記凹みの壁面の角度を４０〜５０度とした特許
   請求の範囲第１項記載の地震検出装置。
3. （３）前記信号処理手段は前記オン・オフ信号が４０ｍ
   ｓ以上のオフ時間を間を挟んで４０ｍｓ以上のオン時間
   のパルスを３秒以内に３回以上含んだとき地震と判定す
   るようにした特許請求の範囲第１項または、第２項記載
   の地震検出装置。