JP2006201096A - 振動検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 非接触による信頼性の高い振動検出装置を提供する。
【解決手段】 建造物の天井１５にワイヤ１６の一端が結合され、該ワイヤの垂下する他端に振り子１７が結合され、該振り子１７の下方には該振り子１７の下面へ向かって光を照射し該下面からの反射光を受光する反射型スポットレーザセンサ１８が設置される一方、振り子１７の下面には、振り子１７の中心から外側へ向かって反射光の光量が順次に減少するように、反射面が淡い色から濃い色に順次に着色され、かつ反射型スポットレーザセンサ１８からの距離が順次に大きくなるように設定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は振動検出装置に関し、従来の地震検出計では検出できない地震，強風による建造物の長周期振動を、非接触により検出するようにしたものである。

地震が起きた場合は、高層建造物は特に大きく揺れることがある。高層建造物が揺れると、高層建造物の内部に設けたエレベータ用の昇降路でかごを吊り下げているロープが大きく揺動し、該ロープの近傍に位置する機器にロープが干渉する虞がある。このため、振動検出装置により地震の発生を検出し、エレベータの運転を一時的に中止する等の制御をすることが一般的に行われている。

従来の振動検出装置としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。これは、所定の震度以上の地震が発生した場合に地震の発生を感知し、地震管制運転を行うエレベータ装置において、地震の発生を感知したときの異常休止通報のタイミングに優先順位を設け、通報が監視センタに一時的に集中するのを回避したものである。このような振動検出装置は、地震による建造物の振動加速度を３次元を構成するＸＹＺ軸の３軸で検出するものであり、振動検出装置として広く使用されている。

しかし、上記の振動検出装置では、地震のみならず強風などによって振動加速度の小さい振動や長周期の振動が発生した場合は、建造物の振動を検出することができないという問題がある。

このため、振動加速度が小さい場合や長周期の振動である場合でも、地震等による振動の発生を検出することができるように、振り子型揺れ検出センサ（ベンジュラムセンサ）が用いられる。従来のベンジュラムセンサの構造を図５に示す。高層建造物の天井１に絶縁材２を介して吊り下げた索条部材３の下端に振り子４が結合されている。この振り子４は、床５に絶縁材６を介して載せた円筒体７の内部の中心位置に設定されている。そして、揺れを検出したい高層建造物が固有周期で揺れた場合に、振り子４が決められた振幅で揺れるように索条部材３の長さが設定されている。これらの索条部材３と円筒体７とが、接続線９，１０を介してエレベータ制御装置８に接続されている。

地震等が発生して高層建造物１が揺れると、高層建造物１の揺れ状態に合わせて振り子４が揺れて円筒体７の内周面に接触する。すると、索条部材３，振り子４，円筒体７を介して接続線９，１０間が通電することから、振動検出装置は地震が発生した場合にＯＮするＯＮ，ＯＦＦスイッチとして作用する。このため、振動検出装置の出力をエレベータ制御装置８に入力し、地震が発生した場合にエレベータの運転を止めることができる。ベンジュラムセンサ１１は、振り子４の振幅が大きい場合にも対応できるように、内径寸法の異なる円筒体７を用いたベンジュラムセンサ１１が、複数設けられる。
特開平５−２６９４号公報

ところが、振り子４と円筒体７との物理的な接触を接点出力として取り出すため、信頼性の確保が困難である。また、出力はＯＮ，ＯＦＦ信号なので、振幅に応じた内径寸法の円筒体７を有するベンジュラムセンサ１１を複数設ける必要がある。更に、振り子４が円筒体７の内周面に一度接触すると、振り子４の振れが不安定になり、接触する際に強く衝突すると、振り子４または円筒体７が変形したり破壊したりする虞がある。また更に、通電により地震等による揺れを検出する構成なので、感電対策が必要である。

そこで本発明は、上記の課題を解決した振動検出装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、建造物の揺れが検出される被検体に索条部材の一端が結合され、該索条部材の垂下する他端に振り子が結合され、該振り子の下方には該振り子の下面へ向かって光を照射しかつ該下面からの反射光を受光するセンサが設置され、前記振り子の下面には、前記振り子の振幅に応じて、前記振り子の中心から外側に向かって反射光の光量が順次に変化する反射面が形成され、前記振り子の下面で反射した光の光量を検出し、該光量から前記振り子の振幅を検出するようにしたことを特徴とする。

このような振動検出装置では、センサから照射された光が振り子の下面で反射し、この反射した光をセンサが受光する。振り子が振幅端部に変位した時に、振幅が大きい場合は振り子の外周面の近くで反射する一方、振り子の振幅が小さい場合は振り子の中心の近く反射する。振り子の振幅に対応した反射面は、振り子の中心から外側に向かって反射光の光量が順次に変化するので、振り子が振幅端部に変位した時の反射光の光量を検出することにより、振幅の大きさを検出することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の振動検出装置において、前記センサを反射型スポットレーザセンサとしたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の振動検出装置において、前記夫々の反射面は、前記振り子の中心と外側との一方から他方へ向かって、淡い色から濃い色まで段階的に着色されていることを特徴とする。

このような振動検出装置では、反射面に着色するだけで、振り子の中心から外側へ向かって反射光の光量が順次に変化するように設定することができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の振動検出装置において、前記夫々の反射面は、前記振り子の中心から外側へ向かって淡い色から濃い色に設定されていることを特徴とする。

このような振動検出装置では、振り子の振幅が大きいほど反射面で反射する光の光量が少なくなり、反射光の光量を検出することにより振幅の大きさを検出することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の振動検出装置において、前記反射面は、前記振り子の中心から外側へ向かって、反射面の高さが段階的に変化するように形成されていることを特徴とする。

このような振動検出装置では、振り子が振幅端部に変位した時のセンサから振り子の下面の反射面までの距離が振幅の大きさによって異なり、距離が大きいほど反射光の光量が少なくなるため、反射面で反射した光の光量を検出することにより、振幅の大きさを検出することができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の振動検出装置において、前記振り子は、外径寸法が異なる複数の円盤を下から上へ向かって外径寸法が順次に大きくなるように積層結合して構成されていることを特徴とする。

このような振動検出装置では、外径寸法が異なる複数の円盤を積層結合することにより、複雑な加工を行うことなく、反射面の高さを段階的に変化させ、反射面で反射する光の光量を変化させることができる。

本発明に係る振動検出装置によれば、建造物の長周期の振動を検出することができる。そして、振り子の下面で反射したセンサ光量を検出して振り子の振幅を検出する構成なので、非接触で安定した出力を得ることができると共に、従来のように振り子が機器に衝突して変形するなどの問題は生じず、振り子は常に自由な振動を継続する。また、反射光の光量を検出することにより振幅の大きさを検出するので、従来のように地震の振幅の大きさに対応させて振動検出装置を複数設ける必要がない。更に、従来のように通電の必要性がないので、感電事故の問題も解消される。

以下、本発明による振動検出装置の実施の形態を図１に基づいて説明する。

建造物の揺れが検出される被検体としての建造物の最上部付近である例えば屋内機械室の天井１５に、索条部材としての例えばワイヤ１６の一端が結合され、該ワイヤ１６の垂下する他端に振り子１７が結合されている。そして、該振り子１７の下方には該振り子１７の下面へ向かって光を照射し該下面からの反射光を受光するセンサとして反射型スポットレーザセンサ１８が設けられている。反射型スポットレーザセンサ１８は屋内機械室の床面２０上に設置されている。反射型スポットレーザセンサ１８は、振り子１７の中央の真下に配置されている。地震や強風などによる建造物の揺れを検知してエレベータの運転を停止させるため、この反射型スポットレーザセンサ１８は、エレベータの運転を制御するエレベータ制御盤１９に接続されている。

振り子１７の下面には、振り子１７の中心から振り子１７の振幅に応じた半径寸法を有する複数の波紋状の反射面が形成され、該夫々の反射面は振り子１７の中心から外側に向かって反射光の光量が順次に変化するように構成されている。つまり、振り子１７の中心から外側へ向かうほど振り子１７の下面の高さが段階的に高くなり、反射型スポットレーザセンサ１８から反射面までの距離が長くなって、反射光の光量が少なくなるようになっている。本実施の形態では、外径寸法の異なる複数の円盤１７ａ，１７ｂ，１７ｃが下から上へ向かって外径寸法が順次に大きくなるように、かつ軸心を一致させた状態で積層結合されている。これらの円盤１７ａ，１７ｂ，１７ｃの結合は、接着剤等により行われている。

また、振り子１７の中心から外側へ向かうほど振り子１７の下面による反射光の光量が少なくなるように、振り子１７の下面を構成する反射面には、振り子１７の中心から外側へ向かって、淡い色から濃い色になるように段階的に着色されている。即ち、円盤１７ａの反射面は一番淡い黄色が塗布され、円盤１７ｂの反射面は中間色であるオレンジ色が塗布され、円盤１７ｃの反射面は一番濃い色である黒色が塗布され、図２に示すように半径寸法の異なる３つの波紋状の同心円毎に、反射面には異なる色が塗布されている。

振り子１７の振幅は円盤１７ｃの直径、即ち振り子１７の外径寸法とほぼ等しくなるように設定されている。

建造物が振幅Ａ₁＝５０ｍｍ＝０．０５ｍ，固有周期Ｔ₁＝５秒で揺れているときに、振り子がＡ₂＝１００ｍｍ＝０．１ｍで揺れるように設定する場合について説明する。振り子の固有周期をＴ₂とし、重力加速度をｇ（ｍ／秒²）とすると、建造物，振り子の固有周期，振幅の間には、以下の式が成り立つ。
Ａ₂＝Ａ₁／(１−(Ｔ₂／Ｔ₁)²)・・・(１)
(１)式より、
Ｔ₂＝Ｔ₁（１−（Ａ₁／Ａ₂））^1/2・・・(２)
となる。(２)式に、Ａ₁＝０．０５ｍ，Ａ₂＝０．１ｍ，Ｔ₁＝５秒を代入すると、
Ｔ₂ ＝５×（１−（０．０５／０．１））^1/2
＝３．５４(秒)
となる。このとき、振り子の固有周期Ｔ₂とワイヤの長さＬとの間には、
Ｌ＝ｇ×(Ｔ₂／(π／２))²・・・ (３)
の関係があるから、(３)式にＴ₂＝３．５４(秒)，ｇ＝９．８（ｍ／秒²）を代入すると、
Ｌ＝９．８×(３．５４／(π／２))²
＝３．１(ｍ)
となる。つまり、建造物が振幅Ａ₁＝５０ｍｍ，固有周期Ｔ₁＝５秒で揺れているときに、振り子が振幅Ａ₂＝１００ｍｍで揺れるように設定する場合は、ワイヤ１６の長さはＬ＝３．１(ｍ)となる。

次に、振動検出装置の作用を説明する。

このような振動検出装置では、反射型スポットレーザセンサ１８から、振り子１７の下面へ向かってスポット状レーザが一定の時間間隔で照射されている。そして、地震の発生等により建造物が揺れると、建造物に取り付けた振り子１７が建造物の揺れと共に揺れ始める。建造物の揺れがない状態では、反射型スポットレーザセンサ１８から照射された光は最下の円盤１７ａの下面中央の反射面で反射するが、建造物の揺れにより振り子１７が振れ始めて振り子１７が例えば図１に仮想線で示す振幅の端部位置に変位したときには、反射型スポットレーザセンサ１８から照射された光は最も外側の円盤１７ｃの下面の反射面で反射し、この反射した光を反射型スポットレーザセンサ１８が受光することになる。

つまり、振幅の端部位置に振り子１７が変位した時に、振幅が大きい場合は振り子１７の外周面に近い位置の反射面で光が反射する一方、振幅が小さい場合は振り子１７の中心に近い位置の反射面で光が反射する。振り子１７の下面の反射面は、中心から外側へ向かって反射光の光量が順次に減少するように、円盤１７ａ，１７ｂ，１７ｃの反射面の順に淡い色から濃い色に段階的に着色され、かつ振り子１７の中心から外側へ向かって反射型スポットレーザセンサ１８から振り子１７の下面の反射面までの距離も段階的に大きくなるように設定されている。この構造により、振り子１７の振幅が大きいほど振り子１７の下面の反射面で反射する光の光量が少なくなる。従って、振り子１７が振幅の端部に変位した時の反射光の光量、即ち反射型スポットレーザセンサ１８が受光する光量を検出することにより、振幅の大きさを検出することができる。

図３に示すように、横軸の振幅と縦軸の反射型スポットレーザセンサ１８への反射入光量との関係は、振幅が大きくなり、センサ１８の入射位置が振り子下面の中心部から外側へと移行するに従って、反射入光量１００％，７０％，３０％と順次に少なくなる。

図４に示すように、反射型スポットレーザセンサ１８へ入射する反射入光量を検出することにより、出力Ａおよび出力Ｂが出力されるようになっている。出力Ａは入光量のしきい値が７０％であり、原則は入光量が７０％以上ではＨｉｇｈ、７０％以下ではＬｏｗの検出値が出力される。そして、ヒステリシスを１０％考慮しているため、実際には入光量減少時には、入光量が７０％を越えて６０％まで至ってはじめてＬｏｗの検出値が出力され、入光量増加時には、入光量が７０％を越えて８０％まで至ってはじめてＨｉｇｈの検出値が出力される。一方、出力Ｂは入光量のしきい値が３０％であり、原則は入光量が３０％以上ではＨｉｇｈ、入光量が３０％以下ではＬｏｗの検出値が出力される。そして、ヒステリシスを１０％考慮しているため、実際には入光量減少時には、入光量が３０％を越えて２０％まで至ってはじめてＬｏｗの検出値が出力され、入光量増加時には、入光量が３０％を越えて４０％まで至ってはじめてＨｉｇｈの検出値が出力される。

振り子１７の振動に従って増減する反射入光量に対応して、図４のグラフに示すように出力Ａ，Ｂの出力信号が変化する。

出力Ａ，出力ＢのＨｉｇｈ，Ｌｏｗの組合せにより、反射入力光の光量を判断し、振り子１７の振幅の大きさを知ることができる。即ち、以下のようになる。図４において、反射入力光の光量が１００％，７０％，３０％の位置を○印で示す。図のように出力Ａ，Ｂが共にＨｉｇｈであると、反射入力光が１００％の円盤１７ａでの反射光であると判断されることから、振り子１７の振幅は（０〜円盤１７ａの半径寸法）の２倍の範囲内であり、振幅は小さいと判断される。次に、出力ＡがＬｏｗで出力ＢがＨｉｇｈであると、反射入力光が７０％の円盤１７ｂでの反射光であると判断されることから、振り子１７の振幅は（円盤１７ａの半径寸法〜円盤１７ｂの半径寸法）の２倍の範囲内であり、振幅は中くらいと判断される。最後に、出力Ａ，Ｂが共にＬｏｗであると、反射入力光が３０％の円盤１７ｃでの反射光であると判断されることから、振り子１７の振幅は（円盤１７ｂの半径寸法〜円盤１７ｃの半径寸法）の２倍の範囲内であり、振幅は大きいと判断される。

このようにして地震が検出されて、振幅の大きさが小中大の３段階に検出され、振幅の大きさに応じてエレベータ制御盤１９がエレベータの運転を制御する。例えば、
(１)振幅が小さい場合は通常運転を継続する。
(２)振幅が中位の場合はかごを最寄の階で停止させ、揺れがおさまったら自動的に復帰する。
(３)振幅が大きい場合はかごを最寄の階で停止させ、揺れがおさまったら人の判断で復帰する。
(４)地震が検出されない場合は、振幅が特大かあるいは振動検出装置に異常が発生したと判断され、（３）と同一の制御が行われる。

このような振動検出装置では、振り子の下面の反射面に着色するだけで、振り子の中心から外側へ向かって反射光の光量を順次に変化させることができる。また、外径寸法が異なる複数の円盤を積層結合することにより、複雑な加工を行うことなく、振り子１７の下面の反射面の高さを段階的に変化させることができる。そして、本実施の形態のように、反射面の色を変化させることと反射面の高さを段階的に変化させることとの双方を実行することもできる。

本実施の形態では反射面の色を変化させることと反射面の高さを段階的に変化させることとの双方の構成を用いたが、いずれか一方の構成だけを用いることもできる。例えば色を変化させる構成のみを採用する場合は、振り子の外形形状や下面形状は円形に限らず三角形や四角形や五角形でもよく、反射面だけが同心円の波紋状の円形であれば良い。

なお、本実施の形態では、振り子の中心部から外側へ向かって反射光の光量が減少する場合を示したが、逆に増加する設定にしてもよい。更に、本実施の形態では反射光の光量の差により振り子の下面の反射面を３つに区分したが、２つあるいは４つ以上に区分しても良い。また、本実施の形態では、色の変化あるいは距離の変化を段階的変化させて振幅の大きさを一定の大きさの範囲として検出したが、リニアに変化させることによりこの範囲をより小さくすることも可能である。更に、センサとしては反射型スポットレーザセンサのようにレーザを使用するセンサに限るものではなく、光を照射して受光する構成のものであれば足りる。また更に、振動検出装置の設置場所も、屋内機械室に限定されず、建造物の揺れが検出できる場所であれば、他の場所でも良い。

振動検出装置を示す構成図（実施の形態）。 図１のＡ−Ａ矢視図（実施の形態）。 振り子の振幅に対する反射入光量の大きさを示す構成図（実施の形態）。 出力Ａ，Ｂと反射入光量との関係を示す説明図（実施の形態）。 従来の振動検出装置を示す構成図（実施の形態）。

符号の説明

１５…天井（被検体）
１６…ワイヤ(索条部材)
１７…振り子
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ…円盤
１８…反射型スポットレーザセンサ(センサ)

Claims (6)

1. 建造物の揺れが検出される被検体に索条部材の一端が結合され、該索条部材の垂下する他端に振り子が結合され、該振り子の下方には該振り子の下面へ向かって光を照射しかつ該下面からの反射光を受光するセンサが設置され、
   前記振り子の下面には、前記振り子の振幅に応じて、前記振り子の中心から外側に向かって反射光の光量が順次に変化する反射面が形成され、
   前記振り子の下面で反射した光の光量を検出し、該光量から前記振り子の振幅を検出するようにしたことを特徴とする振動検出装置。
2. 請求項１に記載の振動検出装置において、前記センサを反射型スポットレーザセンサとしたことを特徴とする振動検出装置。
3. 請求項１または２に記載の振動検出装置において、前記夫々の反射面は、前記振り子の中心と外側との一方から他方へ向かって、淡い色から濃い色まで段階的に着色されていることを特徴とする振動検出装置。
4. 請求項３に記載の振動検出装置において、前記夫々の反射面は、前記振り子の中心から外側へ向かって淡い色から濃い色に設定されていることを特徴とする振動検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の振動検出装置において、前記反射面は、前記振り子の中心から外側へ向かって、反射面の高さが段階的に変化するように形成されていることを特徴とする振動検出装置。
6. 請求項５に記載の振動検出装置において、前記振り子は、外径寸法が異なる複数の円盤を下から上へ向かって外径寸法が順次に大きくなるように積層結合して構成されていることを特徴とする振動検出装置。
   

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