JPH1078485A

JPH1078485A - 地震波検出装置

Info

Publication number: JPH1078485A
Application number: JP25242296A
Authority: JP
Inventors: Hisaya Iwata; 尚也岩田
Original assignee: Systec KK
Current assignee: Systec KK
Priority date: 1996-09-02
Filing date: 1996-09-02
Publication date: 1998-03-24

Abstract

(57)【要約】【課題】構成簡易にして、製品の低価格化と検出精度の
向上を同時に実現し得る、地震波検出装置を提供する。【解決手段】外周縁部が支持された金属円盤の表面に固
着された４個の圧電素子と、金属円盤に地震波による変
位を発生させ得る加震錘を具備し、圧電素子のうち、金
属円盤の中心線に沿って対向する圧電素子からなる一対
の対電極の検出信号によって、地震波によるｘ、ｙ方向
の変位を検出すると共に、各圧電素子の検出信号によっ
てｚ方向の変位を検出する。一対の対電極は、その延長
線が略十文字状になる如く配置され、各対電極の検出信
号が、その延長線方向と直交する方向の変位を検出しな
いように電気的に処理される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地震波を検出しそ
の検出信号によって、例えば警報を発したり電気機器等
の運転を停止させたり電源を遮断等させ得る地震波検出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、地震波等の振動を検出するセンサ
としては、ストレーンゲージをｘ、ｙ、ｚ方向のそれぞ
れに変位するプレートに張り付け、各軸の振動を抵抗値
変化として検出するストレーンゲージ式加速度センサ
や、対極する電極間の静電容量の変化を検出する静電容
量式加速度センサ等が使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のセンサにあっては、製品の低価格化と検出精度の向上
を同時に実現させることが困難であるという問題点があ
った。すなわち、ストレーンゲージ式加速度センサは、
各軸に対応してストレーンゲージ用の低ドリフトアンプ
を設けるため、検出精度は向上するものの、高価な低ド
リフトアンプを必要とし、低価格化が困難となる。

【０００４】また、静電容量式加速度センサは、静電容
量が電極間の間隙及び電極間に介在する物質の誘電率、
電極面積等に依存するため、温度や湿度が静電容量のパ
ラメータになり易く、振動の検出精度が劣ると共に、検
出精度向上のためには、例えば温度及び湿度に対する補
正回路等が必要になって低価格化が困難となる。

【０００５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、構成簡易にして、製品の低価格化
と検出精度の向上を同時に実現し得る、地震波検出装置
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成すべ
く、本発明のうち請求項１記載の発明は、外周縁部が支
持された金属円盤と、金属円盤の表面に互いに所定の間
隙を有して固着され、その表面に電極が形成された少な
くとも４個の圧電素子と、金属円盤に地震波による変位
を発生させ得る加震錘とを具備し、圧電素子のうち、金
属円盤の中心線に沿って対向する圧電素子からなる一対
の対電極の検出信号によって、地震波によるｘ、ｙ方向
の変位を検出すると共に、少なくとも１個の圧電素子の
検出信号によって、ｚ方向の変位を検出することを特徴
とする。

【０００７】このように形成することにより、地震が発
生した際に、金属円盤に加振錘によって変位（歪み）が
発生し、ｘ、ｙ方向の変位が金属円盤の中心線に沿って
設けられた一対の対電極によって検出される。この時、
各対電極はその延長線方向の変位をそれぞれ検出し、例
えば延長線方向と直交する方向の変位は検出されず、地
震波のｚ、ｙ方向の変位が一対の対電極によって精度良
く検出される。一方、金属円盤のｚ方向の変位は各圧電
素子によって検出され、金属円盤上の例えば４個の圧電
素子によって、地震波の三次元方向の変位が検出される
ことになる。

【０００８】また、請求項２記載の発明は、外周縁部が
支持された圧電素子円盤と、圧電素子円盤の表面に互い
に所定の間隙を有して固着された少なくとも４個の電極
と、圧電素子円盤に地震波による変位を発生させ得る加
震錘とを具備し、電極のうち、圧電素子円盤の中心線に
沿って対向する電極からなる一対の対電極の検出信号に
よって、地震波によるｘ、ｙ方向の変位を検出すると共
に、少なくとも１個の電極の検出信号によって、ｚ方向
の変位を検出することを特徴とする。

【０００９】このように形成することにより、地震が発
生した際に、圧電素子円盤に加振錘により変位が発生
し、請求項１記載の発明と同様に、地震波によるｘ、ｙ
方向の変位が中心線に沿って設けられた一対の対電極に
よって検出されると共に、ｚ方向の変位が各電極によっ
て検出され、圧電素子円盤上の少なくとも４個の電極に
よって、地震波の三次元方向の変位が検出されることに
なる。

【００１０】また、請求項３記載の発明は、一対の対電
極の延長線が略十文字状になる如く配置され、各対電極
の検出信号が、その延長線方向と直交する方向の変位を
検出しないように電気的に処理されることを特徴とす
る。このように形成することにより、各対電極の延長線
方向と直交する方向の変位は、電気的に処理されて各対
電極によって検出されないため、一対の対電極による地
震波のｘ、ｙ方向の変位の検出が一層高精度となる。

【００１１】また、請求項４記載の発明は、圧電素子も
しくは電極が、略短冊型もしくは略扇型に形成されてい
ることを特徴とする。このように、例えば圧電素子を短
冊型に形成することにより、その構造が簡略化され、扇
型に形成することにより、金属円盤もしくは圧電素子円
盤の比較的広い範囲の変位が検出される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
を図面に基づいて詳細に説明する。図１〜図６は、本発
明に係わる地震波検出装置を示し、図１がその平面図、
図２が正面図、図３が右側面図、図４が図１のＡ−Ａ線
矢視断面図、図５が要部の拡大平面図、図６が図５のＢ
−Ｂ線矢視断面図である。

【００１３】図１〜図４において、地震波検出装置１
は、内側に空洞部が形成された上カバー２及び下カバー
３と、図４に示す、上カバー３内に配設された加震錘４
と、上カバー２と下カバー３間に挟持された状態で配設
された検出盤５と、下カバー３内に配設されたプリント
基板６を有している。

【００１４】上カバー２は、その中心位置に上方に窪む
凹部７が形成され、この凹部７内に円柱形状の加震錘４
の固定部４ａが、所定の間隙を有して非接触状態で配設
されている。加震錘４の固定部４ａの下面中心位置に
は、固定部４ａに対して小径な突出部４ｂが一体形成さ
れ、この突出部４ｂの先端面が検出盤５の上面に上方に
突出する如く、例えばネジ２４によって固定されてい
る。

【００１５】検出盤５は、外形円形に形成されその外周
縁部が、下カバー３の上面に上方に延びる如く設けられ
た突起８内に嵌合され、上カバー２内に下方に突出する
如く設けられた突起９の先端部で下方に押圧されること
により、上下カバー２、３間に配置されている。

【００１６】この検出盤５は、図５及び図６に示すよう
に、所定の外径を有する金属円盤１１と、この金属円盤
１１の一方の表面である上面１１ａに、貼り付けること
により固着された４個の圧電素子１２ａ〜１２ｄを有し
ている。金属円盤１１は、例えば厚さ０．２ｍｍの板厚
を有する燐青銅によって形成され、その外周縁部が上記
突起８、９によって支持されている。

【００１７】圧電素子１２ａ〜１２ｄは、短冊型に形成
され、その一方の短辺が所定の間隙を有して互いに対向
することにより、金属円盤１１の中心位置に空隙部１３
が形成された状態で、十文字状に配置されている。この
空隙部１３の中心部分、すなわち金属円盤１１の中心部
分が、ネジ２４で固定された加振錘４が振動で上下動す
ることによって、金属円盤１１が歪むことになる。

【００１８】そして、４個の圧電素子１２ａ〜１２ｄ
は、金属円盤１１の中心線方向に沿ってそれぞれ対向す
る、圧電素子１２ａと圧電素子１２ｃとによって一方の
対電極Ｐ１が形成され、圧電素子１２ｂと圧電素子１２
ｄとによって他方の対電極Ｐ２が形成されている。すな
わち、金属円盤１１上に１対の対電極Ｐ１、Ｐ２が形成
され、対電極Ｐ１の中心線に沿った延長線Ｌ１と、対電
極Ｐ２の中心線に沿った延長線Ｌ２とが、９０度で交差
している。この対電極Ｐ１、Ｐ２によって、後述する如
く、地震波のｘ、ｙ方向の変位が検出されることにな
る。

【００１９】なお、各圧電素子１２ａ〜１２ｄの表面に
は、例えば銀ペーストを印刷することにより電極１４が
それぞれ形成され、この各電極１４には、引出線１５の
一端がそれぞれ半田付けされている。この引出線１５の
他端は、例えば図４に示す如く引き出されて、プリント
基板６の図示しない入力端子にそれぞれ接続されてい
る。

【００２０】プリント基板６には、圧電素子１２ａ〜１
２ｄからの検出信号を後述する如く処理する、ＩＣ等の
電子部品１６を有する処理回路が形成されている。この
処理回路の出力端子には、例えばフラットケーブル１７
が接続され、このフラットケーブル１７が下カバー３の
凹部１９から外部に引き出され、カバー２の外側面に設
けられたケーブル係止部２３に係止されている。そし
て、フラットケーブル１７の先端には、例えば図示しな
い表示装置に接続し得るコネクタ１８が接続されてい
る。

【００２１】なお、下カバー３の左右方向の両端部に
は、取付孔２０ａを有する取付部２０がそれぞれ設けら
れ、この取付部２０が地震の振動を検出し易いプレート
等からなる振動検出部材２１（図２参照）の表面に、例
えば略水平状態でネジ２２等によって固定される。

【００２２】次に、上記地震波検出装置１の動作につい
て説明する。振動検出部材２１に取り付けられた地震波
検出装置１は、振動のない状態において加震錘４は振動
しないため、金属円盤１１に歪み（以下、変位という）
は発生せず、地震波検出装置１から地震波の検出信号は
出力されない。

【００２３】そして、地震が発生すると振動検出部材２
１が振動し、これに上下カバー２、３及び検出盤５を介
して取り付けられている加振錘４も同時に振動して、そ
の突出部４ｂの先端面によって、金属円盤１１の中心部
分が振動に対応した圧力で押されて上下動し、金属円盤
１１に変位が生じる。

【００２４】金属円盤１１が変位すると、金属円盤１１
に固着されている圧電素子１２ａ〜１２ｄが変位して、
そのピエゾ効果により、各圧電素子１２ａ〜１２ｄに変
位に対応した電圧が発生し、これが電極１４、引出線１
５を介して、プリント基板６の処理回路に入力される。
処理回路は、圧電素子１２ａ〜１２ｂからの検出信号を
次のように処理する。

【００２５】すなわち、先ず、圧電素子１２ａ、１２ｃ
からなる対電極Ｐ１の検出信号を、例えば処理回路内に
設けた一方の演算増幅回路（図示せず）で比較演算する
ことによりｘ方向の変位を検出し、圧電素子１２ｂ、１
２ｄからなる対電極Ｐ２の検出信号を、他方の演算増幅
回路で比較演算することによりｙ方向の変位を検出す
る。

【００２６】この時、対電極Ｐ１、Ｐ２が十文字状に配
置されているため、対電極Ｐ１の延長線Ｌ１方向の変位
は、対電極Ｐ１に対して異なる位相変位となり、対電極
Ｐ２に対しては同位相変位となるため、対電極Ｐ１から
は変位信号を取り出すことができるが、対電極Ｐ２から
は変位信号を取り出すことはできない。

【００２７】また逆に、対電極Ｐ２の延長線Ｌ２方向の
変位は、対電極Ｐ２に対して異なる位相変位となり、対
電極Ｐ１に対しては同位相変位となるため、対電極Ｐ２
からは変位信号を取り出すことができるが、対電極Ｐ１
からは検出信号を取り出すことはできない。したがっ
て、地震波のｘ方向（延長線Ｌ１方向）の変位は対電極
Ｐ１で検出され、ｙ方向（延長線Ｌ２方向）の変位は対
電極Ｐ２で検出されることになる。

【００２８】また、対電極Ｐ１、Ｐ２の延長線Ｌ１、Ｌ
２方向に対して、例えば４５度異なる方向の変位が生じ
た場合は、各対電極Ｐ１、Ｐ２から、２の平方根分の１
の変位信号を取り出すことができ、この各信号を上記演
算増幅回路で演算することによって、地震波の方向が特
定化される。そして、この特定化されたｘ、ｙ方向の変
位によって、地震波のｘ、ｙ方向の変位が検出されるこ
とになる。

【００２９】一方、各圧電素子１２ａ〜１２ｄの個々の
検出信号が、処理回路内で個別に処理されることによ
り、各圧電素子１２ａ〜１２ｄのｚ方向（金属円盤１１
の上下方向）の変位が検出される。この処理は、例えば
４個の圧電素子１２ａ〜１２ｄの個々の変位を平均化す
ることによって行われ、これにより、地震波のｚ方向の
変位が検出されることになる。

【００３０】そして、この地震波検出装置１で検出され
た地震波のｘ、ｙ、ｚの三次元方向の変位が、予め定め
た所定値以上の場合に、フラットケーブル１７のコネク
タ１８に接続された、例えば図示しない表示器に地震の
発生を表示させて警告したり、あるいは、コネクタ１８
に接続された各種機器及び装置等の運転を停止させた
り、電源供給を遮断させることにより、地震発生に伴う
各種機器等の異常発生が未然に防止される。

【００３１】なお、上記の圧電素子１２ａ〜１２ｄの検
出信号の処理方法は一例であって、例えばｚ方向の変位
の検出を、全ての圧電素子１２ａ〜１２ｄの変位に基づ
くことなく、例えば特定の１個もしくは複数個の圧電素
子１２ａ〜１２ｄの変位（例えば最大値等）によって検
出するようにしても良く、適宜に変更し得るものであ
る。

【００３２】このように、上記実施例の地震波検出装置
１によれば、金属円盤１１上に短冊型の４個の圧電素子
１２ａ〜１２ｄを十文字状に配置して、一対の対電極Ｐ
１、Ｐ２によって、地震波のｘ、ｙ方向の変位を検出
し、個々の圧電素子１２ａ〜１２ｄによってｚ方向の変
位を検出するため、検出盤５の構造を極めて簡素化する
ことができると共に、圧電素子１２ａ〜１２ｄの検出信
号を比較的構成簡易な処理回路によって処理し得るた
め、地震波検出装置１自体のコストを低減させることが
できる。

【００３３】また、合計４個の圧電素子１２ａ〜１２ｄ
を９０度異なる方向に配置し、一対の対電極Ｐ１、Ｐ２
と各圧電素子１２ａ〜１２ｄの個々の変位によって、
ｘ、ｙ方向及びｚ方向の変位を検出するため、地震波の
Ｐ波及びＳ波の三次元方向の変位を高精度に検出するこ
とができる。

【００３４】特に、プリント基板６に設けた処理回路に
よって、各対電極Ｐ１、Ｐ２の延長線Ｌ１、Ｌ２と直交
する方向の変位を、各対電極Ｐ２、Ｐ１が検出しないよ
うに処理するため、ｘ、ｙ方向の検出精度を一層向上さ
せることができる。これらのことから、低価格で高精度
の地震波検出装置１を得ることが可能になる。

【００３５】さらに、上下カバー２、３内に、処理回路
が形成されたプリント基板６や、検出盤５及び加震錘４
等が一体化された状態で組み付けられるため、地震波検
出装置１を、小型でコンパクトな形状とすることがで
き、振動検出部材２１への取り付け等が容易になる。

【００３６】なお、上記実施例においては、地震波の周
波数の高いＰ波と周波数の低いＳ波を共に検出し得るよ
うに構成したが、例えば金属円盤１１の板厚を適宜に設
定し、その共振点を高めることにより、地震波のＰ波の
みを検出するＰ波専用の地震波検出装置１とすることも
できる。

【００３７】図７及び図８は、本発明の他の実施例を示
すもので、図７が図５と同様の検出盤の平面図、図８が
図７のＣ−Ｃ線矢視断面図である。この実施例の特徴
は、上記検出盤５の、金属円盤１１の代わりに圧電素子
円盤３１を使用し、圧電素子１２ａ〜１２ｄの代わりに
電極３２ａ〜３２ｄを使用した点にある。なお、上記実
施例と同一部位には同一符号を付し、その詳細な説明は
省略する。

【００３８】すなわち、地震波検出装置１の検出盤５
は、圧電素子で形成された圧電素子円盤３１を有し、こ
の圧電素子円盤３１の一方の表面である上面３１ａに、
略扇型の４個の電極３２ａ〜３２ｄが形成されている。
そして、この４個の電極３２ａ〜３２ｄのうち、圧電素
子円盤３１の中心線に沿って対向する、電極３２ａと電
極３２ｃとにより対電極Ｐ１が形成され、電極３２ｂと
電極３２ｄとにより対電極Ｐ２が形成されている。な
お、加振錘４は、その固定部４ｂ下面が圧電素子円盤３
１の上面３１ａに、例えば接着剤（図示せず）によって
固定されている。

【００３９】この実施例においても、加震錘４により圧
電素子円盤３１が変位すると、各電極３２ａ〜３２ｄに
変位に対応した信号（電圧）が発生し、この信号を上記
プリント基板６の処理回路によって、上述した如く処理
することにより、対電極Ｐ１、Ｐ２で地震波のｘ、ｙ方
向の変位が検出され、各電極３２ａ〜３２ｄでｚ方向の
変位が検出される。

【００４０】したがって、上記実施例と同様の作用効果
が得られる他に、電極３２ａ〜３２ｄを略扇型に形成す
ることにより、圧電素子円盤３１の比較的広い範囲の変
位を検出することができ、処理回路を適宜に設定するこ
とによって、地震波ｘ、ｙ、ｚ方向の検出精度を一層向
上させることができるという作用効果が得られる。

【００４１】なお、本発明は、上記の各実施例のそれぞ
れに限定されるものでもなく、例えば圧電素子１２ａ〜
１２ｄを略扇型に形成したり、電極３２ａ〜３２ｄを短
冊型に形成する等、各実施例を適宜に組み合わせること
もできる。また、圧電素子１２ａ〜１２ｄ及び電極３２
ａ〜３２ｄの形状も短冊型や扇型に限らず、他の適宜の
形状を採用し得るし、圧電素子１２ａ〜１２ｄや電極３
２ａ〜３２ｄの個数も最低４個あれば良く、適宜に増加
させ得るものである。

【００４２】さらに、上記実施例における、検出盤５の
上下カバー２、３への取付構造、加振錘４の検出盤５へ
の固定構造、プリント基板６の取付位置、上下カバー
２、３の形状及びその連結構造、引出線１５及びフケッ
トケーブル１７の引き出し構造等も一例であって、各発
明の要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であ
ることは言うまでもない。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１ないし請
求項２記載の発明によれば、金属円盤もしくは圧電素子
円盤の表面に、一対の対電極を配置することによって地
震波を検出するため、構成簡易にして、地震波の三次元
方向の変位を精度良く検出することができると共に、検
出装置自体のコストダウンが図れて、低価格で高精度な
地震波検出装置を得ることが可能になる。

【００４４】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１ないし請求項２記載の発明の効果に加えて、対電極
の延長線方向と直交する方向の変位が電気的に処理され
て検出されないため、一対の対電極による地震波のｘ、
ｙ方向の変位を一層高精度に検出することができる。

【００４５】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項１ないし請求項３記載の発明の効果に加えて、圧電素
子を短冊型に形成することによって、その構造が簡素化
され、扇型に形成することによって、金属円盤もしくは
圧電素子円盤の比較的広い範囲の地震波による変位が検
出されて、検出精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる地震波検出装置の一実施例を示
す平面図

【図２】同その正面図

【図３】同右側面図

【図４】同図１のＡ−Ａ線矢視断面図

【図５】同検出盤の拡大平面図

【図６】同図５のＢ−Ｂ線矢視断面図

【図７】本発明に係わる地震波検出装置の他の実施例を
示す検出盤の平面図

【図８】同図７のＣ−Ｃ線矢視断面図

【符号の説明】

１・・・・・・・・・地震波検出装置２・・・・・・・・・上カバー３・・・・・・・・・下カバー４・・・・・・・・・加震錘４ａ・・・・・・・・固定部４ｂ・・・・・・・・突出部５・・・・・・・・・検出盤６・・・・・・・・・プリント基板１１・・・・・・・・金属円盤１１ａ・・・・・・・上面１２ａ〜１２ｄ・・・圧電素子１３・・・・・・・・空隙部１４・・・・・・・・電極３１・・・・・・・・圧電素子円盤３１ａ・・・・・・・上面３２ａ〜３２ｄ・・・電極Ｐ１、Ｐ２・・・・・対電極Ｌ１、Ｌ２・・・・・延長線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周縁部が支持された金属円盤と、該金属
円盤の表面に互いに所定の間隙を有して固着され、その
表面に電極が形成された少なくとも４個の圧電素子と、
前記金属円盤に地震波による変位を発生させ得る加震錘
とを具備し、前記圧電素子のうち、金属円盤の中心線に沿って対向す
る圧電素子からなる一対の対電極の検出信号によって、
地震波によるｘ、ｙ方向の変位を検出すると共に、少な
くとも１個の圧電素子の検出信号によって、ｚ方向の変
位を検出することを特徴とする地震波検出装置。
【請求項２】外周縁部が支持された圧電素子円盤と、該
圧電素子円盤の表面に互いに所定の間隙を有して固着さ
れた少なくとも４個の電極と、前記圧電素子円盤に地震
波による変位を発生させ得る加震錘とを具備し、前記電極のうち、圧電素子円盤の中心線に沿って対向す
る電極からなる一対の対電極の検出信号によって、地震
波によるｘ、ｙ方向の変位を検出すると共に、少なくと
も１個の電極の検出信号によって、ｚ方向の変位を検出
することを特徴とする地震波検出装置。
【請求項３】前記一対の対電極の延長線が略十文字状に
なる如く配置され、各対電極の検出信号が、その延長線
方向と直交する方向の変位を検出しないように電気的に
処理されることを特徴とする、請求項１または請求項２
記載の地震波検出装置。
【請求項４】前記圧電素子もしくは電極が、略短冊型も
しくは略扇型に形成されていることを特徴とする、請求
項１ないし３のいずれか一項に記載の地震波検出装置。