JPS5856093B2 - 振動検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、並進的振動の３成分の中の２成分合或値が、
設定値に到達したか否かを検出する振動検出装置に関す
る。

従来の振動検出装置の代表例は次のとおりである。

（１）単一成分のみを検出する在来の振動計２台を２成
分検出に適するように配置し、前記２台の振動計の電気
出力を自乗和平古根回路に供給して得られる出力によっ
て、設定値に到達したか否かを検出する振動検出装置。

（２）近似的な一平面を振動し得る振り子を可動電極と
し、一方前記振り子の定常位置で振り子を中心とする円
筒状振り子支持体を固定電極とした構造において、振動
が設定値に到達すれば、可動電極と固定電極が接触して
電気回路が閉成される振動検出装置。

（３）第（２）項の可動電極および固定型５極のかわり
に、振り子または円筒状振り子支持体のいずれかの円周
上に電気接点を多数配置した構造とし、振動が設定値に
到達すれば、電気接点が閉成される振動検出装置。

次に上記３例の各々を地震計によって水平動成分を検出
する場合について具体的に説明する。

前記（１）の例を第１図に示す。

第１図において１ａは地動の東西成分を検知するように
設置された地震計変換器、２ａは地動の南北成分を検知
するように設置された地震計変換器、３ａは自乗和平古
根回路、４ａは振幅判定回路、５ａはリレー回路、６ａ
はリレー接点出力である。

第１図の振動検出装置は水平面内の地動を検出する。

東西成分検知用地震計変換器１ａは地動の東西成分振幅
に相当する電気出力を自乗和平古根回路３ａに供給し、
一方、南北成分検知用地震計変換器２ａは地動の南北成
分振幅に相当する電気出力を自乗和平古根回路３ａに供
給する。

自乗和平古根回路３ａは前記２人力の自乗和平方根を演
算し、水平面内地動振幅に相当する電気出力を振幅判定
回路４ａに加える。

振幅判定回路４ａは、いま検出しようとしている地動振
幅に相当する電気入力をこえる電気入力が加えられると
出力を生じる。

該出力によってリレー回路５ａは動作しリレー接点出力
６ａは定常状態から反転した状態になる。

リレー回路５ａが自己保持形であれば、前記反転状態も
保持される。

このように地震計変換器２台を必要とするばかりでなく
、様々な機能の電子回路を備えなければならない。

従って本装置には複雑で高価であるという欠点がある。

次に前記（２）の例を第２図に示す。

第２図において１ｂは基台、２ｂは支柱、３ｂは振り子
、４ｂは可動電極、５ｂは固定電極、６ｂは絶縁座、７
ｂ 、８ｂは接続電線、９ｂはリレー回路、１０ｂはリ
レー接点出力である。

基台１ｂを水平に保持した場合、振り子３ｂに取付けら
れた可動電極４ｂは、定常状態では固定電極５ｂの中心
にある。

地動があれば振り子３ｂと基台１ｂとの間には相対的変
位が生じる。

振り子３ｂは水平面内全方向に振動し得るように支柱２
ｂに支持されているから、固定電極５ｂの内径寸法で定
まる地動があれば、可動電極４ｂは固定電極５ｂの内周
面のどこかに接触する。

固定電極５ｂおよび可動電極４ｂは、接続電線８ｂ、７
ｂにより、リレー回路９ｂに接続されているから、可動
電極４ｂと固定電極５ｂの接触によりリレー回路９ｂは
動作し、リレー接点出力１０ｂは定常状態から反転した
状態になり、地動が設定値に達したことが検出される。

本装置は簡単な構成ではあるが、設定値は固定電極５ｂ
の寸法で１つにきまってしまい変更出来ないという欠点
がある。

次に前記（３）の例を第３図に示す。

第３図において１０は筐体、２ｃは振り子、３ｃは接点
、４ｃは設定値調整ねじ、５ｃはリレー回路、６ｃはリ
レー接点出力である。

筺体１ｃを水平に保持した場合、定常状態では振り子２
ｃは直立している。

振り子２ｃ上部円周上に取付けられた複数の接点３ｃは
、それぞれ設定値調整ねじ４ｃに正対し、かつ接点３ｃ
と設定値調整ねじ４ｃとの距離は、すべて相等しく、か
つその値は現在検出しようとしている水平動で丁度、接
点３ｃが閉成されるように、設定値調整ねじ４ｃにより
調整される。

設定値に達する地動があれば、複数の接点３ｃのうちの
いずれかが閉成し、リレー回路５ｃは動作し、リレー接
点出力６ｃは定常状態から反転した状態になり、地動が
設定値に達したことが検出される。

本装置は、設定値調整ねじ４ｃによって設定値を変える
ことができる利点を有するが、多数の設定値調整ねじ４
ｃについて微細な調整を要するという欠点にも通じる。

また接点３ｃと設定値調整ねじ４ｃとの個数により設定
値誤差がきまるから、誤差を少なくしようとすれば、個
数を増加しなければならず、したがって、調整の手数も
増加するという欠点につながる。

以上の欠点を改善するために本出願人及び発明者は特願
昭５１−１２２９００及び特願昭５１−１５５６７６に
より、振り子の振動を光線により検出する振動検出装置
を提案した。

本発明はこれらの技術を史に発展させたもので、その目
的は振動検出設定値の変更が容易で構造が単純であり、
安価で調整の手数のかからない振動検出装置を提供する
ことにあり、その特徴は、振り子の運動を光ファイバー
を介して光学的に検出し、その出力を電気信号に変換す
ることにある。

以下図面により本発明の実施例を詳細に説明する。

第４図ないし第６図は本発明の実施例であって、１は倒
立振り子重錘、２はケース、３は振り子支持ばね、４は
発光器、５は円形開口板、６はレンズ、７〜９は光束、
１２は接続電線、１３−（１）〜１３−（ｎ）は直接受
光面、１４は光ファイバー１５−（１）〜１５−（ｎ）
は光フアイバ一群別端面、１６−ｔｌ）〜１６−（ｎ）
は受光器、１７は制振器、１８−（１）〜１８−（ｎ）
は受光器の電気端子、１９および２０は増幅器、２１お
よび２２はリレー、２３および２４はリレー接点である
。

第４図ないし第６図によって、地動の水平動が設定値に
到達したか否かを検出する動作を説明する。

はじめにケース２は水平に置かれているものとする。

定常状態においては第４図のように、振り子支持ばね３
により振り子重錘１は鉛直方向に支持されている。

発光器４から輻射された光束７は円形開口板５で制限さ
れた光束８となる。

レンズ６によってレンズ６を出た光束９は直接受光面１
３−（１）〜１３−（ｎ）に達し、円形開口板５の実像
を結ぶ。

定常状態では振り子重錘１は直立しており、光束９は直
接受光面１３−（１）〜１３（ｎ）の中心部に投射され
ている。

地動があれば、その水平動成分に相当して振り子重錘１
とケース２の間の相対的な運動が生じる。

制振器１７によって、この運動は地動をほぼ忠実に表わ
すものとなる。

また制振器１７は振り子重錘１の振れ過ぎを機械的に制
限する。

第５図は振り子重錘１とケース２の間に相対的な運動が
生じた状態の瞬間を例示している。

第４図は静止状態における場合で、既に述べたようにこ
の場合には光束９は直接受光面１３−（１）〜１３−（
ｎ）の中心部に投射されるが、第５図のごとき状態では
光束９は直接受光面１３（１）〜１３−（ｎ）の中心部
から片寄った部分に投射される。

光ファイバー１４は振り子重錘１上に突出して設けられ
ているから、光ファイバー１４の一端である直接受光面
１３−（１）〜１３−（ｎ）の水平面内の運動は、振り
子重錘１の運動を拡大したものとなる。

したがって地動検出の感度も拡大される。

光ファイバー１４の一端面は直接受光面１３（１）〜１
３−（ｎ）であるが、もう一方の端面は光フアイバ一群
別端面１５−（１）〜１５−（ｎ）になっている。

光フアイバ一群別端面１５−（１）〜１５−（ｎ）の各
々には個々に独立した受光面を有する受光器１６−（１
）〜１６−（ｎ）が光学的に結合している。

光ファイバーの群別の方法は第１の実施例ではつぎのと
おりである。

直接受光面１３−＋１）〜１３（ｎ）を数個の仮想の同
心円で分割したとして得られる中心の円および数個の同
心円環に属する光ファイバーに群別する。

中心円に属する直接受光面は１３−（１）、中上・円を
直接にかこむ同心円環を１３−（２）とし以下同様にし
て最外周の同心円環を１３−（ｎ）とすれば、光フアイ
バ一群別端面１５−（１）〜１５−（ｎ）および受光器
１６−（１）〜１６−（ｎ）のそれぞれの添文字（１）
〜（ｎ）は１対１に対応するように群別されている。

したがって定常状態では光束９は直接受光面の中心円１
３−（１）に投射され光ファイバー１４を経由して光フ
アイバ一群別端面１５−（１）から受光器１６−（１）
に投射される。

地動により中心部から片寄って直接受光面’ｆ３−（１
）をはずれて投射された光束９は、直接受光面に仮想さ
れた同心円環１３−（２）〜１３−（ｎ）のいずれかに
投射され、前記と同様の経路を経て、受光器１６−（２
）〜１６−（ｎ）の対応するいずれかに投射される。

直接受光面に仮想された中心円および同心円環１３−（
１）〜１３−（ｎ）は中心について点対称であるから、
地動の水平動の振幅が同じであれば、水平面内のいずれ
の方位の地動であっても、同じ同心円環に光束９は投射
される。

受光器１６−（１）〜１６（ｎ）からは接続電線１２を
経由して電気端子１８−（１）〜１８−（ｎ）が引き出
されている。

第６図は水平動の振幅を２段階において検出しようとす
る例であって、電気端子１８−（ｋ）は増幅器１９に接
続され、電気端子１８−（ｍｌは増幅器２０に接続され
ている。

勿論、必要あれば電気端子１８−（ｋ）、１８−（ｍ）
以外の端子からの電気出力も利用して、地動の水平動を
より多段階に検出することもできる。

第６図の場合、電気端子１８−（ｋ）に電気出力が得ら
れるような地動が到来すれば、増幅器１９で増幅してリ
レー２１が動作し、リレー接点２３が閉成され、地動が
設定値に到達したことが検出される。

さらに地動の振幅が増減をくり返して、ついに電気端子
１８−（ｍ）に電気出力が現われるに至れば、増幅器２
０で増幅されリレー２２が動作し、リレー接点２４が閉
成され、地動がもう一つの設定値に到達したことが検出
される。

以上の説明は振り子１が到立振り子のばあいであるが、
第４図および第５図において、ケース２の上下をさかさ
まにし、振り子１を懸垂状態にして、水平面内全方位に
振動し得るように構成した場合についても、同様に適用
することができる。

又発光器４には通常のランプの他、発光ダイオード、レ
ーザ光の適用が可能である。

以上の実施例は第６図及び第７図Ａにも示したごとく、
光ファイバーの直接受光面を中心円ど数個の同心円環に
群別し、これを受光器に結合した振動検出装置を説明し
たが、第７図Ｂに示すごとく、光ファイバーの直接受光
面を扇形に群別すれば、１台の振動検出装置によって平
面内の振動の時間的推移状態を検出しうる効果を生じる
。

また第７図Ｃに示す如く、光ファイバーの直接受光面を
数個の方形に群別することによっても、１台の振動検出
装置によって平面内の振動状態を検出できる効果が生じ
る。

以上説明したように光ファイバーの直接受光面を中心円
と数個の同心円環に群別することによって地動が設定値
に達したことを検出しているから、方向性がなく、シた
がってどの方向でも振幅誤差を生じない利点がある。

また多数の同心円環に群別して、そのいずれかを選択す
ることによって、容易に設定値を変え得る利点がある。

また多数の同心円環から複数個を選択することによって
、設定値を複数にすることもできるから、１台の検出装
置で従来の検出装置の複数台の性能を発揮し得る利点が
ある。

さらに、光学的に運動を検出しているから、従来の検出
装置のごとき機械的接触部分がなく、シたがって信頼度
が高まるという利点がある。

本発明は並進的振動の３成分の中の２成分合成値が設定
値に到達したか否かを検出することができるので、１台
の装置で２台分の性能を有する。

また光学的手段によっているから容易に設定値を変えら
れあるいは複数の設定値を得られる利点があり、地震の
水平最大加速度が設定値に到達したか否かを検知する感
震装置に利用することができる。

また振動検出装置が設置されている台の傾斜が設定値に
到達したか否かを検知する傾斜計に利用することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は従来の振動検出装置の説
明図、第４図および第５図は本発明の振動検出装置の断
面図、第６図は本発明の一実施例の受光面による検出回
路図、第７図Ａ、Ｂ、及びＣは本発明受光面の各種実施
例の説明図である。 １は振り子重錘、２はケース、３は振り子支持ばね、４
は発光器、５は円形開口板、６はレンズ、７〜９は光束
、１２は接続電線、１３−（１）〜１３−（ｎ）は直接
受光面、１４は光ファイバー、１５−（１）〜１５−（
ｎ）は光フアイバ一群別端面、１６−（１）〜１６−（
ｎ）は受光器、１７は制振器、１８−（１）〜１８−（
ｎ）は受光器電気端子、１９．２０は増幅器、２１．２
２はリレー、２３．２４はリレー接点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケースと、該ケースに固定された光源と、該光源か
   らの光ビームを集光する光学手段と、前記ケースに弾性
   的に支持され、該ケースに振動が付与された時に該ケー
   スに対して相対的に変位する振り子と、１端而が前記振
   り子の前記ケースに対する相対振動平面と平行になるよ
   うに前記振り子に固定され、該１端而を中心から等距離
   にある部分を同一群に群別した直接受光面とし、かつ前
   記ケースと前記振り子との相対振動がない時に、前記光
   学手段による光ビームが該直接受光面の中心に集光し、
   他端面を前記１端而の群別に対応して群別した光ファイ
   バーの束と、該光ファイバーの他端面に該他端崩の群別
   に対応して光学的に結合され、受光ビームに応じて電気
   出力を発生する光電変換素子と、該光電変換素子の電気
   出力から前記ケースと前記振り子との相対振動の振幅を
   検出する手段とから構成される振動検出装置。 ２ 光ファイバーの束の１端面である直接受光面を複数
   の同心円で分割して、該直接受光面を中心円およびその
   周囲の複数の同心円環に群別した特許請求の範囲第１項
   記載の装置。 ３ 光ファイバーの束の１端面である直接受光面を複数
   の同心円と複数の放射線で分割して、該直接受光面を複
   数の扇形に群別した特許請求の範囲第１項記載の装置。 ４ 光ファイバーの束の１端而である直接受光面を互い
   に直交する複数の直線で分割して、該直接受光面を複数
   の方形に群別した特許請求の範囲第１項記載の装置。