JPH0248871B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、各種建造物などの地震や強風による
振動の大きさを表示する地震計に係り、特に、エ
レベーターなどの各種施設の管制運転制御に適し
た地震計に関する。

〔発明の背景〕

エレベーターや各種の鉄道、大容量の発電所、
或いは各種のプラント設備などにおいては、その
運転中に地震などによる強い振動が加えられると
施設に異常が発生し、危険な事態に到る虞れがあ
る。

そこで、このような各種の施設では、それらが
設置されている建物、建造物、或いは敷地部分な
どの特定の場所に地震などによる振動が現われた
ときには、それらの施設の運転状態を振動による
異常発生に際しても危険な事態に到らないような
運転状態に、いち早くもたらすような制御を行な
うのが望ましい。なお、このような運転状態を管
制運転と呼び、このための制御を管制運転制御と
いう。

例えば、エレベーターにおいては、それが設置
されている建造物などが地震や強風などにより揺
動して走行機能に異常が発生すると、乗りかごが
階床停止位置以外のところに停止し、乗客などを
閉じ込めてしまう虞れがあり、従つて、このよう
な事態の発生を防止し、かつ、その後、できるだ
け早くエレベーターの運転を正常な状態に復帰さ
せるため、管制運転機能の付与は極めて有用であ
り、このため多くのエレベーターに管制運転制御
方式が適用されるようになつてきた。

ところで、このような管制運転制御のために
は、地震などによる振動を検出し、適確な管制信
号を発生する地震検知手段が必要である。

そこで、従来から採用されている地震検知方法
について説明すると、地震動の影響を表わす指標
としては、従来からよく知られているとおり、第
２図に示す気象庁の震度階級があり、これから中
震（震度）又は強震（震度）を示したときに
管制信号を発生するようにすればよいことが判
る。

しかしながら、この震度階級による震度を実際
に決めるのは、従来から観測員の体感などによる
状況判断によつており、これでは管制運転制御な
どには不向きである。

そこで、従来から、加速度検知器を地震計とし
て用い、地震などによる振動の加速度を震度階級
に対応させ、管制信号を得る方法が採用されてお
り、この加速度が第２図の最右欄に示してあるも
ので、例えば、地震動により建物などに被害が発
生し始めるのは、震度からであるが、これに対
応する加速度は80〜250ガルの範囲にあり、この
ような加速度が現われたら震度であるとするの
である。

第３図はこのような加速度検知方式による地震
計の代表例を示したもので、１ｘ，１ｙは加速度
センサで、１ｘは或る方向、例えばｘ方向の加速
度axを検出し、１ｙはｘ方向と直角なｙ方向の
加速度ayを検出するもの、２ｘ，２ｙは増幅器、
３はたがいに直角方向の加速度ax，ayに比例し
た信号Ax，Ayをベクトル加算して任意の方向の
加速度の絶対値Ａを得るためのベクトル加算器、
４は加速度の絶対値Ａと予じめ定めてある設定値
とを比較して管制信号Ｙを発生させるための比較
器、５は出力端子、６は絶対値Ａを表示する表示
器である。

ところで、このような加速度検知方式の地震計
が普及するにしたがつて種種の問題が発生し、震
度に相当加速度を対応させるという考えに疑問が
生じてきた。

これを第４図及び第５図で説明する。

第４図は過去に発生した地震で観測された加速
度と被害の状況を示したもので、例えば松代群発
地震では450カルの加速度が観測され、これは第
２図からすぜば震度に相当するが、被害はほと
んどなく、一方、新潟地震では加速度は120ガル
で、加速度対応の考えからすれば第２図のように
震度にしかならないが、被害としてはビルの倒
壊が生じている。

このような加速度対応による矛盾した結果につ
いてはいくつかの報告がなされているが、その一
つに高木氏の論文がある（気象研報告、Vol.20，
No.１，P79〜89，昭44）。

第５図は高木氏がまとめた実際の震度とそのと
きの加速度の関係を示したもので、実線は第２図
の震度とそれの相当加速度の関係であり、黒丸点
は観測員の判断による震度とそのときの加速度の
測定結果であるが、これから明らかなように、震
度と相当加速度にはあまり相関がみられない。

従つて、従来の加速度検知方式の地震計では、
震度を正しく検出することができず、このため、
エレベーターなどの管制運転制御を適確に行なう
ことができず、管制運転に入る必要のない弱い地
震に対してエレベーターの運転を停止したり、反
対に強い地震に対しても応答しないでエレベータ
ーの運転をそのまま継続させ、大事故発生の危険
を生じたりしてしまうという欠点があつた。

一方、上記高木氏の論文では、地震に関係があ
る物理量のうちで震度に強い相関を示す量につい
ての検討がなされており、これによればその地点
の地震波動エネルギーの最大値が震度に対して最
も強い相関を示すものであることが報告されてい
る。すなわち、或る地点を通過する地震波動エネ
ルギーをＥ〔Ｊ〕とすれば、 Ｅ＝KR²√Σ（D²／Ｔ） ……(1) ここで、Ｋ：比例定数 Ｒ：震源からその地点までの距離 ρ：その地点の地盤の密度 μ：その地点の地盤の剛性率 Ｄ：振動の変位の最大振幅 Ｔ：振動の周期 しかして、この(1)式中でKR²√はその地点
が定まれば定数とみなせるから、結局、Ｅの最大
値はD²／Ｔに比例することになり、従つて、こ
のD²／Ｔを波動エネルギー係数と呼ぶ。

さて、こうして実際の地震についてD²／Ｔと
震度の双方を求め、これらの関係をを示すと第６
図の黒丸点のようになる。

そこで、このような関係から、震度と波動エネ
ルギー係数D²／Ｔとの関係を第６図の実線のよ
うに定めてやれば、両者は極めてよい一致を示す
ことが判り、従つて、このD²／Ｔを検出して震
度を表示する方式の地震計を用いて地震などによ
る振動をを測定してやれば、人間の体感に充分に
一致した震度を表わすことができ、エレベーター
などの管制運転制御を理想に近い形で行なうこと
ができる。

しかしながら、この波動エネルギー係数D²／
Ｔをそのまま測定しようとすると極めて大がかり
になり、かつ手数を要し、そのため、このような
方式の地震計はいまだ実用化されていなかつた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、簡単な構成で
容易に波動エネルギー係数を求め、これにより震
度を適確に表示することができる地震計を提供す
るにある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するため、本発明は、地震など
によつて起る振動の速度を検出し、、これから出
発して波動エネルギー係数が求められるようにし
た点を特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明による地震計について、図示の実
施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、図において、２
１は測定すべき場所に設置され、そこに現われる
振動の速度ｖを検出するための速度検出器、２２
は検出器２１の出力ｖを積分して変位ｄを求める
ための積分器、２３は速度ｖと変位ｄを乗算して
両者の積ｅを求めるための乗算器、２４は積ｅの
値を表示したり、或いはこの積ｅを波動エネルギ
ー係数D²／Ｔに対応させた上で第６図の関係か
ら定まる震度を表示したりする表示器、２５は積
ｅを予じめ定められている設定値と比較して管制
信号を出力端子２６〜２９に発生させるための比
較器である。ここで、比較器２５の出力端子２６
〜２９と複数あるのは、それぞれ設定レベルの異
なる管制信号を出力するためのもので、例えば端
子２６は積ｅが２〔kin―cm〕以上になつたとき
信号を発生し、端子２７は４〔kin―cm〕以上の
ときに信号を発生するという具合になつている。

次に、この第１図の実施例により上記した波動
エネルギー係数D²／Ｔが求められる理由につい
て説明する。なお、第１図では振動速度ｖを速度
検出器２１で直接求めるようになつているが、加
速度検出器を用いて加速度ａを検出し、これを積
分して速度ｖを得るようにしてもよいため、以下
の説明では加速度ａから説明を進める。

まず、加速度ａが、 ａ＝Ａ sin2πft ……(2) ここに、Ａ：振動加速度の振幅 ｆ：周波数（１／Ｔ） ｔ：時間 と表わされるものとすると、速度ｖは次のように
なる。

ｖ＝∫a dt ＝Ａ／2πfcos（2πft＋π） ＝Ｖ cos（2πft＋π） ……(3) ここで、 Ｖ＝Ａ／2πf ……(4) であり、このＶは振動速度の振幅である。

次に、ｄを振動の変位とすれば、 ｄ＝∫v dt ＝Ａ／（2πf）²sin（2πft＋π） ＝Ｄ・sin（2πft＋π） ……(5) ここで、 Ｄ＝Ａ／（2πf）² ＝Ｖ／2πf ＝Ｖ・Ｔ／2π ……(5) で、(1)式における変位の最大振幅である。

いま、速度ｖと変位ｄの積をｅとすると、 ｅ＝ｄ・ｖ ＝Ｖ・Dcos（2πft＋π）・sin（2πft＋π） ＝Ｖ・Ｄ／２sin（4πft＋2π） ＝Ｖ・Ｄ／２sin4πft ＝e_n・sin4πft ……(7) ここで、e_nはｅの振幅で e_n＝Ｖ・Ｄ／２ ＝π（D²／Ｔ） ……(8) となり、e_n波動エネルギー係数D²／Ｔのπ倍と
なる。すなわち、ある地点が地震などで振動した
場合、その振動速度ｖと振動変位ｄとの積ｅの振
幅e_nは波動エネルギー係数に比例することなる。

そこで、第１図のように、速度検出器２１で或
る地点の振動速度ｖを検出し、それを積分器２２
で積分して振動変位Ｄを算出し、乗算器２３でこ
れらｖとｄの積ｅを求めてやれば、この積ｅの値
は波動エネルギー係数D²／Ｔに比例したものと
なり、従つ、この積ｅを表示器２４で表示してや
れば、その地点で体感される震度に充分に一致し
た震度を表示させることができ、出力端子２６〜
２９に得られる信号によつてエレベーターなどの
管制運転制御を行なつてやれば、常に正確な管制
運転を得ることができる。

そして、この実施例によれば、地震などによる
振動を検知すべき地点に振動の速度又は加速度を
検出するセンサを設置し、その出力信号を処理す
るだけで波動エネルギー係数D²／Ｔを簡単に、
しかも正確に求めることができる。

ところで、一般に、振動速度又は振動加速度を
検出するセンサは、特性の一方向の振動を検出す
るだけであり、従つて、上記した第１図の実施例
では、それによつて検出可能な波動エネルギー係
数D²／Ｔも一方向に限られてしまう。

そこで、水平面内の任意の方向に現われる振動
に対して有効に動作するようにした本発明の他の
一実施例を第７図に示す。図において、２１ｘ，
２１ｙはそれらによる検出方向をそれぞれ直角方
向に配置し、ｘ方向の振動の速度vxとｙ方向の
振動の速度vyを検出する振動速度検出器、２２
ｘ，２２ｙは速度vx，vyとそれぞれ積分してｘ
方向の変位dxとｙ方向の変位dyを得るための積
分器、２３ｘ，２３ｙはｘ方向の速度vxと変位
dxの積ex又はｙ方向の速度vyと変位dyの積eyを
それぞれ求めるための乗算器、３０は積exとey
の和によりｅを求めるための加算器であり、その
他は第１図の実施例と同じである。なお、この実
施例でも、振動速度検知器２１ｘ，１ｙとして
は、振動速度を直接検出する検知器に限らず、振
動加速度検知器と積分器を用いて振動速度を検出
するものを用いてもよいのはいうまでもない。

この第７図の実施例によれば、水平面内に任意
の方向の波動エネルギー係数を求めることができ
る理由について説明する。

まず、 ｅ＝ex＋ey ……(9) なので、これらの振幅をそれぞれe_n，ex_n，ey_n
とすれば e_n＝ex_n＋ey_n ＝π（Dx²／Ｔ）＋π（Dy²／Ｔ） ＝π／Ｔ（Dx²＋Dy²） ＝πD²／Ｔ ここに、Dx：ｘ方向の変位の振幅 Dy：ｙ方向の変位の振幅 Ｄ：水平面内の任意の方向の変位振幅 従つて、ｘ方向とｙ方向について積ex，eyを
求め、加算器３０でそれらの和を取り出すだけで
水平面内の任意の方向の波動エネルギー係数が求
められることになる。

第８図は、さらに水平面に垂直方向も加えた３
次元内の任意の方向の波動エネルギー係数を求め
るようにした本発明の一実施例で、図において、
２１ｚはｘ方向とｙ方向に対しさらに直角になつ
ているｚ方向の振動速度vzを検出するための振
動速度検出器、２２ｚは速度vzを積分してｚ方
向の振動変位dzを与えるための積分器、２３ｚ
は速度vzと変位dzの積ezを求めるための乗算器
であり、その他は第７図の実施例と同じである。

この第８図の実施例によれば、３次元空間内の
任意の方向の波動エネルギー係数が求められる理
由は次の通りである。

ex，ey，ez，ｅの振幅をそれぞれex_n，ey_n，
ez_n，e_nとすると、 e_n＝ex_n＋ey_n＋ez_n ＝π（Dx²／Ｔ）＋π（Dy²／Ｔ）＋π（Dz²／Ｔ） ＝π／Ｔ（Dx²＋Dy²＋Dz²） ＝πD²／Ｔ ……(11) ここに、Dz：ｚ方向の変位振幅 ととなり、従つて、加算器３０でｘ，ｙ，ｚの３
方向の積ex_n，ey_n，ez_nを加算するだけで３次元
空間内の任意の方向の波動エネルギー係数を求め
得ることが判る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、振動速
度検出器又は振動加速度検出器を使用し、その検
出信号を処理するだけの簡単な構成で、地震や強
風などによる建造物などの振動の強さを、人間の
体感によく一致した震度として表示させることが
できるから、従来技術の欠点を除き、常に適確に
震度を検出し、エレベーターなどの管制運転制御
を確実に、しかも充分に納得のゆく情況のもとで
行なうことができる地震計を容易に提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による地震計の一実施例を示す
ブロツク図、第２図は震度階級と相当加速度の説
明図、第３図は従来の地震計の一例を示すブロツ
ク図、第４図及び第５図は加速度検知方式の問題
点を示す説明図、第６図は波動エネルギー係数と
震度との関係を示す説明図、第７図及び第８図は
それぞれ本発明のさらに別の一実施例を示すブロ
ツク図である。 ２１，２１ｘ，２１ｙ，２１ｚ……振動速度検
出器、２２，２２ｘ，２２ｙ，２２ｚ……積分
器、２３，２３ｘ，２３ｙ，２３ｚ……乗算器、
２４……表示器、２５……比較器、２６〜２９…
…管制信号出力端子、３０……加算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 特定の場所に現われる振動を検出し、震度を
   表示するようにした地震計において、上記振動の
   速度と変位とをそれぞれ与える検出手段と、この
   手段で検出された速度と変位の積と与える演算手
   段とを設け、この演算手段の出力に基づいて震度
   を表示するように構成したことを特徴とする地震
   計。 ２ 特許請求の範囲第１項において、上記検出手
   段が、上記振動の速度と変位をそれぞれ相互に直
   角方向の少くとも２つの成分として検出する手段
   であり、上記演算手段が、これら少くとも２つの
   成分ごとの速度と変位の積をそれぞれ求めた上で
   加算する手段であることを特徴とする地震計。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項において、
   上記演算手段の出力が、上記振動の波動エネルギ
   ーの振幅に対応する物理量である波動エネルギー
   係数となるように構成されていることを特徴とす
   る地震計。 ４ 特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かにおいて、上記地震計が管制運転制御用の地震
   計であり、上記演算手段の出力を予じめ設定して
   ある所定値と比較して管制信号を発生するように
   構成されていることを特徴とする地震計。