JPS61164125A - 地震感知器 - Google Patents

地震感知器

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JPS61164125A
JPS61164125A JP633385A JP633385A JPS61164125A JP S61164125 A JPS61164125 A JP S61164125A JP 633385 A JP633385 A JP 633385A JP 633385 A JP633385 A JP 633385A JP S61164125 A JPS61164125 A JP S61164125A
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wave
waves
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博 高
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隆 徳山
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H9/00Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕
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〜l OHz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
に発生した宮城基油地震について、−例として大船渡で
観測された地震波のパワーヌベクトルを示す。卓越振動
数は2〜3 Hz (24,Hz)で、1〜5 Hzの
パワーが大きい悩示していないが、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20 H2以上のも
のが多いがl OHz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。施存指針
の技術基準においては、感知器の同波数特性として「普
通級は1〜5Hzの範囲でフラット特性、精密級ではO
,1〜5 H2の範囲でフラット特性、5Hzfi:越
える範囲では感度は下降特性とすること」となっている
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、電気式の動電型やヌトレーンゲージ型、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
知りを示す。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/I/3の両端に電
圧が発生し、この電圧の大きさがコイ/1/3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l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、ヌ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
気的フィルターで5Hz以上を減衰させるようにしてい
る。
従ってストレーンゲージ型の地震感知器はこのフィルタ
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710に固定された永久磁石]]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にはめ込まれているレバー12
が支店15を中心に矢印方向に回転することにより、マ
イクロスイッチ14のアクチュエータ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
の関係によっ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(lHz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た。
それは第5図及び第6図に示すように、円柱状の容器3
1に例えば水銀や油のような液体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とこの容器3
1内の光を受光する受光素子35を備えて、地震波によ
り容器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って変化する容器31内の輝度分
布を受光素子35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
震動レベルを識別する新しいタイプの地震感知器である
即ち、この地震感知器は感知部20の受光素子65から
出力された容器31内の輝度分布に応じた信号20aを
交流増幅器22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、
この感知特性に影響を及ぼす要素としては、液体の種類
や量1発受光素子臼体の特性、電源電圧変動。
周囲温度変化など種々雑多なものが考えられ、とりわけ
容器の形状が種類の違う垂直上下振動波(以下P波とい
う)及び水平振動波(以上S波という)の混在する地震
波の検出感度や精度に大きな影響力をもつことを、例え
ばエルセントロ地震波の記録データに基づく加振テスト
結果により把握した。
地震が発生すると、直下型地震の場合を除いて、通常は
まず初期微動が最初に到来し、略7秒〜60秒(震源地
と観測地との距離によって変化するが、過去の地震デー
タより現実にエレベータ等に被害の生じる地震での時間
)経過してから本震が襲来する。
この初期微動は通常加速度が10 ga1以下で、P波
とS波が混在するが、P波成分が多く、一方本震もP波
とS波が混在するが加速度が30gal−以」二でS波
成分が多い特徴があり、特に振動エネルギーの小さなP
波を主成分とする初期微動と同じく振動エネルギーの小
さなS波を主成分とする種々の外乱振動(雑振動)との
区別がつき難く、雑振動のS波による誤検出の恐れを少
なくすることがこの新しいタイプの地震感知器の実用上
の課題と考えられる。
又、この地震感知器の応用面を考えると、初期微動をい
かに早く正確に検出して警報等を発しその後の本震に備
えるかは重要な問題であり、P波とS波の混在する地震
波をいかにして1台の感知器により確実に検出すること
ができるかが製品開発面での問題でもあった。
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、P波とS波の
混在する地震波を極めて正確に区別して検出しうる簡便
な地震感知器を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
第1図は本発明による感知部の一例を示す断面図である
。図中40は本発明による容器で、この容器40内の底
部40aは所定の傾斜角θ(頂角)を有する円錐形状に
構成されている。
41は比重が大きく低粘度でかつ表面反射率の高い9例
えば水銀のような液体、42は液体41より比重が小さ
く温度による粘度変化の少ない高粘度でかつ表面反射率
の低い1例えば航空機の作動油のような液体で二重層液
体43を構成している(二重層液体を用いる理由は常温
での周波数特性を理想的な特性にするためである)。
44はカバー45に設けられた例えば発光ダイオード等
の光源46に電圧を供給する電源、47は光源46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4
8に支持された光を受光する受光素子、カバー45の内
面45aは表面反射率が高く光源46の光がムダなく受
光素子47に集まるように構成され、又光源真 46と受光素子47は何れの方向に加振されて感知器の
出力レベルに差が生じることがないように、容器40の
中心MX−X上に配置されて゛ いる。信号処理部につ
いては第5図と全く同一である。
第1図において、容器40が静止状態に置かれている場
合は、二重層液体46も静止状態にあり、従って容器4
0内の輝度分布は一定で受揺動すると二重層を構成する
各々の液体41゜表 42の離面の形状が変わり、光の反射や散乱の形態が変
化して容器40内の輝度分布も変化し、それに対応して
受光素子47の出力20a  の交流成分22a(前置
増幅器22を介した後の出力。以下感知部20の交流出
力電圧という)は第7図((a)は振動数が低い場合、
(b)は振動数が高い場合を示す)に示すように変化す
る。そして振動の加速度と交流出力電圧22a  とは
略比例関係にある。
地震の振動周波数が変われば液体43の揺動の様子もP
波の場合とS波の場合で異なるため、容器40内の輝度
分布も微妙に変化してその影響が出力電圧に現われる。
ここで、容器40の底部40a  を傾斜角θ(頂角)
の円錐形状に構成する理由について以下詳細に説明する
第8図は容器40における底部40a の傾斜角θを変
えた時の本発明による感知部20のP波とS波の交流出
力電圧比P/Sと加速度の関係を示す実験結果であり、
第8図かられかるとおり傾斜角θが120°の場合には
10gal付近の出力電圧比P/Sが小さずぎ雑振動の
影響があれば初期微動を十分に検出できず、一方傾斜角
θが80°の場合には、30ga1以上の出力電圧比P
/Sが大きすぎ本震の正確な検出ができず、傾斜角θが
100°句近であれば加速度10gal近辺で出力電圧
比P/S−1.5−2倍。
加速度30gal近辺で出力電圧比P/S−0,5とい
う略理想的な比率P/S−加速度特性が得られることか
例えばエルセントロ地震波に基づく加振テストにより明
らかとなった。
このことは定性的に次のように簡略化して説明できる。
即ち、第9図(a)は容器底部40a  の傾斜角θが
大きい容器40の場合、第9図(b)は容器底部40a
の傾斜角θが小さい容器40の場合を示すが、二重層液
43を構成する高粘度の液体42は制動効果を与えるだ
けのものなので、簡単のため表面反射率が高く比重の大
きい液体41のみの場合を考えると、第9図(a)は水
平振動による液体41の動きを示し、傾斜角θが大きい
程、底部40a  の傾斜がゆるやかなので、液体41
は水平方向に動きやすくなる事が容易に理解できよう。
一方、」二下振動による液体41の動きは第9図(b)
に示すように、傾斜角θが逆に小さい方が液体41の表
面張力に基づく壁面との摩擦抵抗が小さくなるので、第
9図(a)の場合とは異なったモードで−1−下に変形
しやすくなると考えられる。今、外部からの加振力によ
り液体41の変形か主に容器壁面との摩擦抵抗に打ち勝
って生ずるものと考えると、第10図((a)は傾斜角
が大きい場合、(b)は傾斜角が小さい場合を示す)に
示すように、」二下加振力]1(反力)の分力F1は傾
斜角θが小さい程大きくなるため、液体41が変化しや
すく (分力F2による液体41の変形も考えられるが
、液体41の表面張力が大きいので分力F1による変形
よりも小さい)出力電圧比P/Sは傾斜角θが小さい程
大きくなることが理解できる。
この出力電圧比P/Sが前述のとおり初期微動領域(振
動エネルギーは小さくP波成分が優勢)ではP/S−1
,5〜22本震領域(振動エネルギーは大きくS波成分
が優勢)ではP/S −0,5以下になる傾斜角θ (
実施例でθ−100つを選べば、P波とS波を別々の感
知器で検出することなく一台の感知器で地震波を正確か
つ確実に検出できることが実験で実証された。
つまり地震時の初期微動領域ではP波の感度をS波のそ
れより高くし的確にP波を捉え(初期微動領域の振動エ
ネルギーは小さいのでS波の感度が高いど雑振動の影響
を受けやすくなる)、本震領域ではS波の感度をP波の
それよりも高くして、一台の感知器でP波とS波を高感
度かつ高精度で検出できるものである。
第11図((a)はS波特性、(b)はP波特性)は容
器底部40aの傾斜角が100°の場合の加速度と感知
部20の交流出力電圧の特性を示した実験結果で、S波
に対しては低gal領域、 即ぢ初期微動領域では出力
が低く、逆にP波に対しては出力が高くなっており、高
gal領域。
即ち本震領域ではS波に対する出力の方がP波に対する
出力より高く、加速度に対して略直線的に増加している
以上の説明では、液体41には水銀、液体42には航空
機の作動油を使用した実験例を述べたもので、それぞれ
の液体の量を変化させたり、別の種類の液体を使用した
場合には、容器40の最適な内面形状も変わってくるが
、本発明の技術思想は液体の量あるいは液体の種類が変
わつても容易に応用のきくことは明白である。
以上述べたように本発明によれば、感知部の容器底部に
所定の傾斜角を持たせることにより、振動エネルギーの
小さな初期微動領域では主としてP波を、又振動エネル
ギーの大きな本震領域では主としてS波に対する感度の
高い感知器が得られるため、一台の感知器の加速度信号
レベルのみを監視するだけで初期微動と本震動を明瞭に
区別して検出できる特有の効果を有する地震感知器を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による感知部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図は新
タイプの地震感知器の一構成を示すブロック図、第6図
は新タイプの地震感知器の感知部の一例を示す構造断面
図、第7図は感知部の出力についての実験結果を示す図
、第8図は本発明による地震感知器の振動加速度に対す
る出力電圧比P/Sの実験結果を示す図、第9図、第1
0図及び第11図は本発明の地震感知器の特性を説明す
る説明図である。 20、、、感知部 21、、、信号処理部 22、、、前置増幅器 23.25.、、  コンパレータ 24.26.、、出力回路 32、41.42.43. 、 、液体34、46. 
、 、光源 35.47.、、受光素子 θ50.傾斜角(頂角) 特許出願人 フジチック株式会社 第 1 図 ソ 振動税(Ht) 第 3 口 1P14  図 一5図 ス1 第 6 図 第 7 図 括  8 図 第 9 図 (α)(1)) も IC) [2] (α)                  (1:、
)弔 11 (CL) 肥 ′o 2o :3°威顕8.L。 伯 加#I(9d)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 液体の入った容器、該容器内を照射する光源、該容器内
    の光を受光し電気信号に変換する光電変換素子を備えた
    感知部と、該感知部の出力が所定値より大きいとき出力
    を発する信号処理部とからなる感知器において、前記容
    器内の底部を所定の傾斜角をもつ円錐状に構成したこと
    を特徴とする地震感知器。
JP60006333A 1984-05-01 1985-01-16 地震感知器 Expired - Lifetime JPH07113577B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60006333A JPH07113577B2 (ja) 1985-01-16 1985-01-16 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)

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JP60006333A JPH07113577B2 (ja) 1985-01-16 1985-01-16 地震感知器

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JPH07113577B2 JPH07113577B2 (ja) 1995-12-06

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JP60006333A Expired - Lifetime JPH07113577B2 (ja) 1984-05-01 1985-01-16 地震感知器

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Cited By (3)

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