JPH0512649B2 - - Google Patents

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
知器の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

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１〜10Hz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。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感知器に対して外乱とな
り、この外乱振動の周波数は20Hz以上のものが多
いが、10Hz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、施工
指針の技術基準においては、感知器の周波数特性
として「普通級は１〜５Hzの範囲でフラツト特
性、精密級では0.1〜５Hzの範囲でフラツト特性、
５Hzを越える範囲では感度は下降特性とするこ
と」となつている。

しかし、従来の地震感知器としては電気式の動
電型やストレーンゲージ型、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が、
これらはいずれも前述の地震感知器として望まし
い周波数特性を得ることが困難なこと、精密調整
が困難であることなどの欠点があるため、出願人
は最近新しいタイプの地震感知器（例えば特開昭
61−137024号公報、特開昭61−142425号公報、特
開昭61−164125号公報、特開昭61−207931号公報
など）を提案した。

それは、例えば第２図及び第３図に示すよう
に、容器４０内の円錐形状に構成された底部４０
ａに比重が大きく低粘度でかつ表面反射率の高
い、例えば水銀のような液体４１と比重が小さく
高粘度でかつ表面反射率の低い、例えば航空機の
作動油のような液体４２からなる二重層液体４３
を入れ、この容器４０の中心線上二重層液体４３
の上方には発光ダイオードなどの光源４４と光を
受光する光電変換素子４６を設けて、地震波によ
り容器４０内の液体４３を揺動すると、この液体
表面の形状が変わることによつて変化する容器４
０内の輝度分布を光電変換素子４６により電気信
号に変換出力したものを信号処理部２１（前置増
幅器とコンパレータと出力回路からなる）がこの
出力信号１０ａの大きさに応じて各電動レベルを
識別する機能をもつた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１０の光電変換
素子４６から出力された容器４０内の輝度分布に
応じた信号１０ａを前置増幅器２２（交流増幅
器）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識別感知するものであ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、そのような新しいタイプの地震感知器
にも次のような欠点があることがその後の実験結
果から明らかとなつた。

容器内の液体を二重層の液体にしなければ、
所望の周波数特性を得ることが難しく、一方の
液体に油を選択すれば、温度変化の影響を受け
て油の粘度が変わるため、感知器の出力レベル
が変動し、かつ周波数特性も変化してしまう。

感知部は第４図に示すように、二重層の液体
が入つているシリンダ４０に透明板４５、リン
グ４９、透明板４８を介して光電変換素子４６
及び光源４４を積み重ねてゆく構成となるた
め、部品の製作誤差だけでなく、組立誤差も加
わることになり、光軸の芯出しが困難で、震動
する方向によつて感知器の出力レベルが均一に
ならず、誤動作を起こす恐れがある。

基本的に液体からの反射光を捉える反射型の
地震感知部であるため、検出感度が低いという
難点がある。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、検出
感度が高く、周波数特性の安定した地震感知器を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、逆ドーム状の透明な容器の底に光を
ほとんど透過しない液体を入れ、この容器の下方
には該液体に向かつて光を照射する光源を設け、
前記容器の上方には前記光源からの光を受光し電
気信号に変換する光電変換素子を備えて、該光電
変換素子の出力信号が所定値よりも大きいとき信
号処理部により出力を発するようにするものであ
る。

〔作用〕

上述の如く構成すれば、光源からの直接光の変
化を捉えることになり、震度の強さに応じた感度
の高い電気信号を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を用いて
説明する。

第１図は本発明による感知部５０の構造の一例
を示す断面図、第５図は本発明による地震感知器
の構成を示すブロツク図の一例で、図中、５１は
逆ドーム状をした透明容器、５２は透明容器５１
の内に入れられた比重が大きく低粘度でかつ光を
ほとんど透過しない、例えば水銀のような液体、
５３は同じく透明容器５１内に封入された、例え
ば窒素ガスのような不活性ガス、５４は透明容器
５１の光を透過する材質からなる上蓋、５５は上
部に透明容器５１が嵌入された光を透過しない材
質からなる中空の円筒ケース、５６は円筒ケース
５５の下部に中空の突起部５６ａが嵌入されボル
ト５６ｃにより円筒ケース５５に固定された光を
透過しない材質からなる支持部材で、この突起部
５６ａの中空部分５６ｂには、例えば発光ダイオ
ードのような光源５７が嵌入されている。５８は
円筒ケース５５及び透明容器５１の上蓋５４を覆
うように円筒ケース５５の上部に被せる光を透過
しない材質からなるケースカバーで、上蓋５４と
対向する中央部に光の通路用の穴５８ａとこの穴
５８ａの周囲に取付け用の穴５８ｂが設けられて
いる。５９はケースカバー５８の穴５８ａと対向
するケースカバー５８の上部に配置される光電変
換素子で、光源５７からの光を受光して電気信号
に変換する、例えばフオトダイオードのような光
電変換素子、６０は中央部に光電変換素子５９の
電線コード５９ａを通す穴６０ａを有し、この周
囲にはボルト取付用の穴６０ｂを備えた押さえ部
材で、この押さえ部材６０を光電変換素子５９の
上に載せて、ボルト６１を押さえ部材６０のボル
ト取付用の穴６０ｂ及びケースカバー５８の穴５
８ｂを貫通させて円筒ケース５５の設けられたタ
ツプ穴５５ａに挿入することによりケースカバー
５８、光電変換素子５９及び押さえ部材６０を円
筒ケース５５に固定する。

次に第５図中、７１は感知部５０の光電変換素
子５９の出力信号５０ａを増幅する直流増幅器、
７２は直流増幅器７１から出力される直流信号成
分により光源５７に流れる電流を制御して発光輝
度を自動的に調整する光源５７の電流制御装置、
７３は直流増幅器７１の出力信号７１ａの交流信
号成分のみを通過させ、地震動の周波数成分以外
の周波数成分を減衰させるローパスフイルタを備
えた交流増幅器、７３ａはその出力、７４Ａは感
知部５０が所定値〔例えば初期微動（以下Ｐ波と
いう）10gal程度〕以上のレベルの出力信号を発
すると、出力装置７５に信号７４Aaを入力する
コンパレータ、７４Ｂ，７４Ｃ，…は感知部５０
が所定値〔例えば本震（以下Ｓ波という）80gal、
120gal程度〕以上のレベルの出力信号を順次発す
ると、それぞれに対応する信号７４Ba，７４
Ca，…を出力装置７５に入力するコンパレータ、
出力装置７５はコンパレータ７４Ａ，７４Ｂ，７
４Ｃ，…からの信号が入力されると、例えばエレ
ベータの最寄階停止動作や、非常停止動作などの
周知の措置を適宜講じる。

次に、本発明による感知部５０の動作及び特性
について上下振動（Ｐ波の主成分）と水平振動
（Ｓ波の主成分）の場合に分けて説明する。

まず、感知部５０を上下方向に加振した場合に
は、透明容器５１内の液体５２は、第６図ａのよ
うに、静止時の実線で示す状態に対して、一点鎖
線（第６図ｂの平面直径d₁部分）から破線（第６
図ｂの平面直径d₂部分）で示す状態に周期的に変
化し、交流増幅器７３の出力７３ａは第７図に示
すように加振周期Ｔと同じ周期の交流信号を出力
する。そして、この感知部５０の上下振動に対す
る加速度−出力特性及び周波数特性（交流増幅器
７３の周波数７３ａ）は実験結果により第８図及
び第９図に示すような特性であることがわかつ
た。この第８図からわかるとおり、この感知部５
０は加振力の加速度に略比例する電気出力信号が
得られるとともに、第９図からわかるとおり共振
点（後述の水平振動の場合ほど鮮明には表われな
い）が約10Hz近辺であるため、交流増幅器７３内
のローパスフイルタ回路により第９図の二点鎖線
で示す特性に簡単に電気処理することができ、地
震感知器に必要な周波数特性が容易に得られる。

又、感知部５０を水平方向に加振した場合は、
第１０図ａ，ｂのように、実線で示す静止時の状
態に対して、一点鎖線と破線で示す状態に変化
し、交流増幅器７３の出力７３ａは第１１図に示
すように加振周期Ｔの1/2の周期の交流信号を出
力する。そして、この感知部５０の水平振動に対
する加速度−出力特性及び周波数特性（交流増幅
器７３の出力７３ａ）は実験結果により、第１２
図及び第１３図に示すような特性であることがわ
かつた。この第１２図からわかるように、この感
知部５０は略80gal以上の加振加速度に対して略
比例する電気出力信号が得られ、第１３図に示す
ように共振点は上下動の場合よりもはつきり現れ
（透明容器５１の底面の曲率半径と液体５２の量
で共振点の位置が決まるが、上下動の場合と同
様）約10Hz付近であるため、交流増幅器７３内の
ローパスフイルタ回路を介することにより、第１
３図の二点鎖線で示す特性に簡単に電気処理し
て、地震感知器に必要な周波数特性が極めて容易
に得られる。

第１４図は、この感知部５０における上下振動
時と水平振動時の加振加速度に対する出力７３ａ
の比率を示すが、図から明らかなように、低加速
度域では上下振動に対する感度が高く、高加速度
域では水平振動に対する感度が高い。このような
特性をもつていれば、地震時のＰ波検出設定値
（例えば2.5gal〜10gal）の範囲では、上下振動を
感度よく検出し、Ｓ波検出設定値（例えば60gal
〜150gal）の範囲では水平振動を感度よく検出す
ることができる。

そして、温度に対する地震検出感度も、温度に
よる粘度変化のない水銀のような液体を使用する
と、第１５図に示すようにほとんど一定にでき、
周囲温度が変化しても安定した地震検出感度が得
られることがわかる。

又、第１６図は同一の加振力で感知部５０を任
意の水平方向に加振したときの交流増幅器７３の
出力７３ａを360°にわたつてプロツトした図であ
るが、この第１６図からわかるとおり、本発明に
かかる感知部５０は各方向にわたつて略同一の感
度が得られている。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、周囲温度に
対して粘度が大幅に変化する油のような液体を使
用せずに、水銀のような一種類の液体で十分理想
的な周波数特性が得られるため、反射型の地震感
知器と比べ非常に安定した検出性能を発揮する。
さらに、円筒ケースを共通の基準にして光源と液
体入り容易を組み立てるため、組み立て誤差がほ
とんどなく光軸の芯出しが極めて容易で、全ての
加振方向に対して検出感度が均一で良好な感知器
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構造の一例を示
す断面図、第２図は従来の地震感知部の構造を示
す断面図、第３図は従来の地震感知器の構成を示
すブロツク図、第４図は従来の反射型地震感知部
の具体的構造を示す分解構造図、第５図は本発明
による地震感知器の構成の一例を示すブロツク
図、第６図は上下振動時の本発明にかかる液体の
状態を示す説明図で第６図ａは正面図、第６図ｂ
は平面図、第７図は上下振動時の本発明にかかる
感知部の出力信号波形図、第８図は上下振動時の
本発明にかかる感知部の加速度−出力特性図、第
９図は上下振動時の本発明にかかる感知部の周波
数特性図、第１０図は水平振動時の本発明にかか
る液体の状態を示す説明図で第１０図ａは正面
図、第１０図ｂは平面図、第１１図は水平振動時
の本発明にかかる感知部の出力信号波形図、第１
２図は水平振動時の本発明にかかる感知部の加速
度−出力特性図、第１３図は水平振動時の本発明
にかかる感知部の周波数特性図、第１４図は本発
明にかかる感知部の上下振動に対する感度と水平
振動に対する感度の関係を示す特性図、第１５図
は本発明にかかる感知部の周囲温度に対する感度
を示す特性図、第１６図は本発明にかかる感知部
の加振方向に対する感度を示す特性図である。 ５１……透明容器、４１，４２，５２……液
体、４４，５７……光源、４６，５９……光電変
換素子、２１，７０……信号処理部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 逆ドーム状の底には光をほとんど透過しない
   液体が入つている透明な容器の下方に、前記液体
   に向かつて光を照射する光源を設け、前記容器の
   上方には前記光源からの光を受光し電気信号に変
   換する光電変換素子を備え、該光電変換素子の出
   力信号が所定値よりも大きいとき出力を発する信
   号処理部を有することを特徴とする地震感知器。