JPH08129071A - 地震動検出器およびｓｉ値検出装置 - Google Patents
地震動検出器およびｓｉ値検出装置Info
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- JPH08129071A JPH08129071A JP26965794A JP26965794A JPH08129071A JP H08129071 A JPH08129071 A JP H08129071A JP 26965794 A JP26965794 A JP 26965794A JP 26965794 A JP26965794 A JP 26965794A JP H08129071 A JPH08129071 A JP H08129071A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型で安価なＳＩ値検出器装置を提供すると
ともに、熱によるノイズの極めて小さな精度のよいＳＩ
値検出器装置を提供する。 【構成】 圧電素子を用いた地震動を検出する加速度検
出手段２と該加速度検出手段の出力を増幅する増幅手段
３からなる地震動検出器と、該地震動検出器の出力をＳ
Ｉ値に変換するＳＩ変換回路４を備えたＳＩ値検出装置
１において、増幅手段３は、２０００ＭΩ以上の極めて
高い入力インピーダンスを有するとともに、０.１〜１
００Ｈｚの周波数帯域の信号を選択的に増幅するもので
あり、ＳＩ値検出回路４は、加速度センサの出力から求
められる速度応答スペクトルのうち二つの固有周波数に
対する速度応答値のうち大きな値を選択し、この出力を
１.７５／２.４倍してＳＩ値を得る回路とした。
ともに、熱によるノイズの極めて小さな精度のよいＳＩ
値検出器装置を提供する。 【構成】 圧電素子を用いた地震動を検出する加速度検
出手段２と該加速度検出手段の出力を増幅する増幅手段
３からなる地震動検出器と、該地震動検出器の出力をＳ
Ｉ値に変換するＳＩ変換回路４を備えたＳＩ値検出装置
１において、増幅手段３は、２０００ＭΩ以上の極めて
高い入力インピーダンスを有するとともに、０.１〜１
００Ｈｚの周波数帯域の信号を選択的に増幅するもので
あり、ＳＩ値検出回路４は、加速度センサの出力から求
められる速度応答スペクトルのうち二つの固有周波数に
対する速度応答値のうち大きな値を選択し、この出力を
１.７５／２.４倍してＳＩ値を得る回路とした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、地震発生による被害を
最小限にくい止めるため、ＳＩ値（SpectrumIntensity
値）を計測することによって地震被害値を割り出し、
「ガス導管網におけるガス供給の停止」、「化学プラン
トにおける化学原料の供給の停止」、「エレベータの停
止」などの安全措置を実施するための、ＳＩ値計測シス
テム用の地震動検出器（加速度センサ）およびＳＩ値検
出装置に関する。
最小限にくい止めるため、ＳＩ値（SpectrumIntensity
値）を計測することによって地震被害値を割り出し、
「ガス導管網におけるガス供給の停止」、「化学プラン
トにおける化学原料の供給の停止」、「エレベータの停
止」などの安全措置を実施するための、ＳＩ値計測シス
テム用の地震動検出器（加速度センサ）およびＳＩ値検
出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】地震振動を検出するために加速度計を用
いて加速度を検出し、地震動の大きさを示すことが従来
から行なわれている。このような加速度を検出するセン
サの開発は自動車エアバッグ動作用センサを主なターゲ
ットとして急速になされている。このセンサは感応軸が
１軸であり、低い周波数での特性が急速に悪化するの
で、このセンサを地震計測に用いるときには二つのセン
サを正確に直交させて配置することが必要なこと、地震
の計測に必要な低周波数での感度が悪いことなどの問題
がある。
いて加速度を検出し、地震動の大きさを示すことが従来
から行なわれている。このような加速度を検出するセン
サの開発は自動車エアバッグ動作用センサを主なターゲ
ットとして急速になされている。このセンサは感応軸が
１軸であり、低い周波数での特性が急速に悪化するの
で、このセンサを地震計測に用いるときには二つのセン
サを正確に直交させて配置することが必要なこと、地震
の計測に必要な低周波数での感度が悪いことなどの問題
がある。
【０００３】さらに、地震動によって構造物がこうむる
被害は、最大加速度に必ずしも関連するものではなく、
最大加速度が大きい場合でも構造物の被害が軽微な場合
があることが過去の地震観測や振動実験によって確認さ
れている。従って、大地震が発生した場合に、都市ガ
ス、水道、電力、交通機関、化学プラント、エレベータ
などの装置やシステムの被害の拡大や二次災害の発生を
防止するために自動的にシステムを停止させる自動緊急
停止装置において、最大加速度の検知のみを用いてシス
テムを制御するときには、これらの構造物や施設の被害
が皆無もしくはごく軽微な地震であるにもかかわらずこ
れらシステムを停止させるよう動作してしまう。この一
旦停止させたシステムを復旧するには複雑かつ膨大な作
業量と時間が必要となり、多大な損失を引き起こすとい
う問題がある。
被害は、最大加速度に必ずしも関連するものではなく、
最大加速度が大きい場合でも構造物の被害が軽微な場合
があることが過去の地震観測や振動実験によって確認さ
れている。従って、大地震が発生した場合に、都市ガ
ス、水道、電力、交通機関、化学プラント、エレベータ
などの装置やシステムの被害の拡大や二次災害の発生を
防止するために自動的にシステムを停止させる自動緊急
停止装置において、最大加速度の検知のみを用いてシス
テムを制御するときには、これらの構造物や施設の被害
が皆無もしくはごく軽微な地震であるにもかかわらずこ
れらシステムを停止させるよう動作してしまう。この一
旦停止させたシステムを復旧するには複雑かつ膨大な作
業量と時間が必要となり、多大な損失を引き起こすとい
う問題がある。
【０００４】そこで、加速度による地震動の検出に代え
て、例えば、特開昭６２−１２８８４号公報に示される
ように地震動による被害の大きさに深く関連するＳＩ値
を用いてシステムを制御することが考えられた。このＳ
Ｉ値は、減衰定数２０％の１自由度振動系の速度応答ス
ペクトルの固有周期０.１秒から２.５秒までの範囲の応
答速度の平均値で定義される尺度であり、加速度と構造
物の被害の相関に比して決めてよく構造物の被害と相関
することが知られている。
て、例えば、特開昭６２−１２８８４号公報に示される
ように地震動による被害の大きさに深く関連するＳＩ値
を用いてシステムを制御することが考えられた。このＳ
Ｉ値は、減衰定数２０％の１自由度振動系の速度応答ス
ペクトルの固有周期０.１秒から２.５秒までの範囲の応
答速度の平均値で定義される尺度であり、加速度と構造
物の被害の相関に比して決めてよく構造物の被害と相関
することが知られている。
【０００５】東京ガスなどガス供給事業者は、地震時の
緊急対策として、ある一定以上の加速度でガスの供給を
遮断する機能を持ったガスメータの設置を普及するとと
もに、地震による構造物の振動エネルギーに着目した地
震被害と相関性の大きいＳＩ値を計測して、この値が所
定値を超えたときにガスの導管網の関連個所のガスの供
給を自動的に遮断する設備を開発し、その設置を行って
きた。
緊急対策として、ある一定以上の加速度でガスの供給を
遮断する機能を持ったガスメータの設置を普及するとと
もに、地震による構造物の振動エネルギーに着目した地
震被害と相関性の大きいＳＩ値を計測して、この値が所
定値を超えたときにガスの導管網の関連個所のガスの供
給を自動的に遮断する設備を開発し、その設置を行って
きた。
【０００６】この装置に用いるＳＩ値計測用加速度計と
して、導電コイル方式のものが使用されているが、この
加速度計は、外形が大きく埋設個所が限定されること加
速度計自身が高価であることからシステムとして高価な
ものになってしまうなどの問題があった。すなわち、Ｓ
Ｉ値計測を可能するＳＩ値計測用の地震動検出器は、一
基１００万円単位の高額な製品であり、地方のガス会社
に広く普及するにはいたっていない。また、簡易なＳＩ
値検出用加速度計として振り子の固有振動数を２秒に合
わせたシステムを使用している。しかし、この方式も外
観が大きく埋設個所が限定されるなどの問題があった。
して、導電コイル方式のものが使用されているが、この
加速度計は、外形が大きく埋設個所が限定されること加
速度計自身が高価であることからシステムとして高価な
ものになってしまうなどの問題があった。すなわち、Ｓ
Ｉ値計測を可能するＳＩ値計測用の地震動検出器は、一
基１００万円単位の高額な製品であり、地方のガス会社
に広く普及するにはいたっていない。また、簡易なＳＩ
値検出用加速度計として振り子の固有振動数を２秒に合
わせたシステムを使用している。しかし、この方式も外
観が大きく埋設個所が限定されるなどの問題があった。
【０００７】ＳＩ値計測用加速度検出器は、地震の振動
に合わせて２軸または３軸の加速度を検出することがで
きるセンサである必要がある。また、ＳＩ値計測用加速
度検出器は、加速度計測値の精度が高いセンサである必
要がある。さらに、ＳＩ値計測用加速度検出器の出力
は、熱による揺らぎが少なく測定精度の高いものでなけ
ればならない。
に合わせて２軸または３軸の加速度を検出することがで
きるセンサである必要がある。また、ＳＩ値計測用加速
度検出器は、加速度計測値の精度が高いセンサである必
要がある。さらに、ＳＩ値計測用加速度検出器の出力
は、熱による揺らぎが少なく測定精度の高いものでなけ
ればならない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、小型で安価
なＳＩ値計測用地震動検出器およびＳＩ値検出器装置を
提供することを目的とする。さらに本発明は、熱による
ノイズの極めて小さな精度のよいＳＩ値計測用地震動検
出器およびＳＩ値検出器装置を提供することを目的とす
る。
なＳＩ値計測用地震動検出器およびＳＩ値検出器装置を
提供することを目的とする。さらに本発明は、熱による
ノイズの極めて小さな精度のよいＳＩ値計測用地震動検
出器およびＳＩ値検出器装置を提供することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の地震動検出器
は、地震動の加速度を検出し電気信号に変換する加速度
検出手段と、該センサ素子部が出力した信号を増幅する
増幅手段とからなる。また、本発明のＳＩ値検出装置
は、地震動の加速度を検出し電気信号に変換する加速度
検出手段と、該センサ素子部が出力した信号を増幅する
増幅手段と、増幅器の出力をＳＩ値に変換するＳＩ値換
算手段を備えた。
は、地震動の加速度を検出し電気信号に変換する加速度
検出手段と、該センサ素子部が出力した信号を増幅する
増幅手段とからなる。また、本発明のＳＩ値検出装置
は、地震動の加速度を検出し電気信号に変換する加速度
検出手段と、該センサ素子部が出力した信号を増幅する
増幅手段と、増幅器の出力をＳＩ値に変換するＳＩ値換
算手段を備えた。
【００１０】さらに、本発明の地震動検出器およびＳＩ
値検出装置は、増幅手段の入力インピーダンスを極めて
高いものとして、センサの周波数特性を地震周波数に対
応した０.１〜１００Ｈｚの範囲でも十分な出力が得ら
れるようにした。
値検出装置は、増幅手段の入力インピーダンスを極めて
高いものとして、センサの周波数特性を地震周波数に対
応した０.１〜１００Ｈｚの範囲でも十分な出力が得ら
れるようにした。
【００１１】また、本発明は、電源の熱による揺らぎを
なくすために、部品点数を少なくした増幅回路とし、測
定精度を上げた。
なくすために、部品点数を少なくした増幅回路とし、測
定精度を上げた。
【００１２】
【実施例】以下、本発明に係るＳＩ値検出装置の実施例
の構成を図面を用いて説明する。図１に、本発明に係る
地震動検出器用いたＳＩ値検出装置の１実施例を示す。
ＳＩ値検出装置１は、３軸の加速度を検出する加速度検
出手段２と、該加速度検出手段の２の出力の低周波成分
を増幅して出力する増幅手段３と、増幅手段３の出力か
らＳＩ値を計算するＳＩ値換算手段４とから構成され
る。加速度検出手段２と増幅手段３とで地震動検出器を
構成している。
の構成を図面を用いて説明する。図１に、本発明に係る
地震動検出器用いたＳＩ値検出装置の１実施例を示す。
ＳＩ値検出装置１は、３軸の加速度を検出する加速度検
出手段２と、該加速度検出手段の２の出力の低周波成分
を増幅して出力する増幅手段３と、増幅手段３の出力か
らＳＩ値を計算するＳＩ値換算手段４とから構成され
る。加速度検出手段２と増幅手段３とで地震動検出器を
構成している。
【００１３】加速度検出手段２は、小型かつ軽量で安価
である圧電セラミック素子を用いて構成される３軸方向
の加速度を検知できる加速度センサを用いることができ
る。この加速度センサの構成の概略を図２にその動作説
明を図３に示す。
である圧電セラミック素子を用いて構成される３軸方向
の加速度を検知できる加速度センサを用いることができ
る。この加速度センサの構成の概略を図２にその動作説
明を図３に示す。
【００１４】図２（Ａ）は、本発明に用いる加速度検出
手段の１例の平面図であり、図２（Ｂ）は、そのＡ−Ａ
線に沿った縦断面図である。加速度検出手段２は、固定
枠２１にその周辺部が固定された可撓性を持った円盤状
の起歪体２２と、この起歪体２２の上表面に設けられた
下部電極２３と該電極の上に積層された圧電セラミク２
５とこの表面に取り付けられた上部電極２６および２７
からなる圧電素子２８と、前記起歪体２２の下面中央部
に取り付けられた重錘体２９とから構成される。起歪体
２２には、Ｘ軸方向の歪を検出する１対の素子２８Ｘ
と、Ｙ軸方向の歪を検出する１対の素子２８ＹとＺ軸方
向の歪を検出する２対の素子２８Ｚの４組の圧電素子が
設けられている。
手段の１例の平面図であり、図２（Ｂ）は、そのＡ−Ａ
線に沿った縦断面図である。加速度検出手段２は、固定
枠２１にその周辺部が固定された可撓性を持った円盤状
の起歪体２２と、この起歪体２２の上表面に設けられた
下部電極２３と該電極の上に積層された圧電セラミク２
５とこの表面に取り付けられた上部電極２６および２７
からなる圧電素子２８と、前記起歪体２２の下面中央部
に取り付けられた重錘体２９とから構成される。起歪体
２２には、Ｘ軸方向の歪を検出する１対の素子２８Ｘ
と、Ｙ軸方向の歪を検出する１対の素子２８ＹとＺ軸方
向の歪を検出する２対の素子２８Ｚの４組の圧電素子が
設けられている。
【００１５】この加速度検出手段２の動作原理を図３を
用いて説明する。図３（Ａ）はＸ軸方向またはＹ軸方向
の加速度を検出する原理を示し、図３（Ｂ）はＺ軸方向
の加速度を検出する原理を示す。（Ａ）において、Ｘ軸
方向の加速度が例えば図示したように働くと、重錘体２
９は起歪体２２への取付け部分を中心Ｏにして反時計方
向に回動する。この回転によって起歪体２２もＯを中心
にして反時計方向に回動し固定枠２１との間に加速度の
大きさに比例した大きさの歪を生じる。この歪を生じる
部分に設けられた圧電素子２８Ｘの各電極には図示した
極性の電圧が生じ、この電圧は、歪の大きさに比例して
いる。この電圧の大きさと極性を検出することによっ
て、加速度の大きさと向きを検出することができる。Ｙ
軸方向の加速度の検出も同じ原理で行なわれる。（Ｂ）
において、Ｚ軸方向の加速度が加えられると重錘体２９
は起歪体２２とともに上限に振動し、圧電素子２８Ｚに
は固定枠２１との間に加速度の大きさに比例した大きさ
の歪を生じる。この歪を生じる部分に設けられた圧電素
子２８Ｚの各電極には図示した極性の電圧が生じ、この
電圧は、歪の大きさに比例している。この電圧の大きさ
と極性を検出することによって、加速度の大きさと向き
を検出することができる。
用いて説明する。図３（Ａ）はＸ軸方向またはＹ軸方向
の加速度を検出する原理を示し、図３（Ｂ）はＺ軸方向
の加速度を検出する原理を示す。（Ａ）において、Ｘ軸
方向の加速度が例えば図示したように働くと、重錘体２
９は起歪体２２への取付け部分を中心Ｏにして反時計方
向に回動する。この回転によって起歪体２２もＯを中心
にして反時計方向に回動し固定枠２１との間に加速度の
大きさに比例した大きさの歪を生じる。この歪を生じる
部分に設けられた圧電素子２８Ｘの各電極には図示した
極性の電圧が生じ、この電圧は、歪の大きさに比例して
いる。この電圧の大きさと極性を検出することによっ
て、加速度の大きさと向きを検出することができる。Ｙ
軸方向の加速度の検出も同じ原理で行なわれる。（Ｂ）
において、Ｚ軸方向の加速度が加えられると重錘体２９
は起歪体２２とともに上限に振動し、圧電素子２８Ｚに
は固定枠２１との間に加速度の大きさに比例した大きさ
の歪を生じる。この歪を生じる部分に設けられた圧電素
子２８Ｚの各電極には図示した極性の電圧が生じ、この
電圧は、歪の大きさに比例している。この電圧の大きさ
と極性を検出することによって、加速度の大きさと向き
を検出することができる。
【００１６】加速度検出手段２は、なるべく面積を大き
くする方が、低周波数帯域での特性や感度の面では有利
であるが、「小型化する」という目的とを勘案して適当
なサイズとする。加速度検出手段２は、２軸方向または
３軸方向の加速度を検出し、増幅手段３へ出力する。増
幅手段３は、加速度センサ２からの信号の内０.１〜１
００Ｈｚの成分を増幅してＳＩ値変換手段４へ出力す
る。ＳＩ値変換手段４は、増幅機からの信号を処理して
ＳＩ値を得、ガス安全弁の制御手段などへ出力する。
くする方が、低周波数帯域での特性や感度の面では有利
であるが、「小型化する」という目的とを勘案して適当
なサイズとする。加速度検出手段２は、２軸方向または
３軸方向の加速度を検出し、増幅手段３へ出力する。増
幅手段３は、加速度センサ２からの信号の内０.１〜１
００Ｈｚの成分を増幅してＳＩ値変換手段４へ出力す
る。ＳＩ値変換手段４は、増幅機からの信号を処理して
ＳＩ値を得、ガス安全弁の制御手段などへ出力する。
【００１７】一般的には、圧電セラミック素子を用いた
センサは、信号検出用として図５に示すチャージアンプ
方式によって電荷量の変化による出力変化を取り出して
いるが、地震振動のように発生加速度自体があまり大き
くない場合は、センサ素子の電荷量変化も大きくないの
で、この回路方式では、センサ電荷量の変化を検出する
ためのコンデンサＣｆが非常に小さな容量となり、か
つ、測定精度が要求されることから現実的ではなくな
る。また、本発明のようなセンサユニットは、加速度検
出手段２から増幅手段３への配線長も固定され極めて短
くすることができることからチャージアンプ方式の利点
である配線経路の容量分が無視できるというメリットも
必要ではない。
センサは、信号検出用として図５に示すチャージアンプ
方式によって電荷量の変化による出力変化を取り出して
いるが、地震振動のように発生加速度自体があまり大き
くない場合は、センサ素子の電荷量変化も大きくないの
で、この回路方式では、センサ電荷量の変化を検出する
ためのコンデンサＣｆが非常に小さな容量となり、か
つ、測定精度が要求されることから現実的ではなくな
る。また、本発明のようなセンサユニットは、加速度検
出手段２から増幅手段３への配線長も固定され極めて短
くすることができることからチャージアンプ方式の利点
である配線経路の容量分が無視できるというメリットも
必要ではない。
【００１８】そして、本発明の加速度検出では、ＳＩ値
を得るために検知する必要のある周波数域は、０.１〜
１００Ｈｚであることから、低域での感度を落とさない
ように回路入力インピーダンスを極めて高くしており、
ＳＩ値を得るに当たって不要な１００Ｈｚ以上の周波数
成分の振動信号を取り除くために、適当なローパスフィ
ルター（ＬＰＦ）を内蔵した。
を得るために検知する必要のある周波数域は、０.１〜
１００Ｈｚであることから、低域での感度を落とさない
ように回路入力インピーダンスを極めて高くしており、
ＳＩ値を得るに当たって不要な１００Ｈｚ以上の周波数
成分の振動信号を取り除くために、適当なローパスフィ
ルター（ＬＰＦ）を内蔵した。
【００１９】すなわち本発明のＳＩ値検出装置の具体的
な回路構成を図４に示す。本発明のＳＩ値検出装置１
は、加速度検出手段２と、初段増幅回路３１とフィルタ
３２と後段増幅回路３３とからなる増幅手段３とＳＩ値
換算手段４とからなり、各手段は、Ｘ軸およびＹ軸なら
びにＺ軸に対応して３組設けられている。以下、Ｘ軸の
１軸に対応した回路構成についてのみ説明する。他の２
軸についても同様に構成されている。
な回路構成を図４に示す。本発明のＳＩ値検出装置１
は、加速度検出手段２と、初段増幅回路３１とフィルタ
３２と後段増幅回路３３とからなる増幅手段３とＳＩ値
換算手段４とからなり、各手段は、Ｘ軸およびＹ軸なら
びにＺ軸に対応して３組設けられている。以下、Ｘ軸の
１軸に対応した回路構成についてのみ説明する。他の２
軸についても同様に構成されている。
【００２０】加速度検出手段２は、図２に示した加速度
計２から構成される。増幅手段３の初段増幅器３１は、
圧電素子２８と並列に接続された極めて抵抗値の高い、
例えば２０００ＭΩの抵抗値を持つ入力抵抗３１１と、
この入力抵抗３１１の電圧を一方の入力とする演算増幅
器３１２と、演算増幅器の出力端に並列に接続されたコ
ンデンサ３１３と抵抗３１４と、この並列体に直列に接
続されて設置される感度調節抵抗３１５と３１６とから
なり、コンデンサ３１３と抵抗３１４と、感度調節抵抗
３１５と３１６との接続点の電位が前記演算増幅器３１
２の他方の入力とされる。初段増幅器３１には基準電圧
３１７が供給される。演算増幅器３１２の出力は、直流
成分を遮断するコンデンサ３４および３５を介してフィ
ルタ３２へ出力される。フィルタ３２は、初段増幅回路
３１の出力に並列に接続された抵抗３２１と、初段増幅
回路３１の出力に直列に接続された抵抗３２２と、前記
抵抗３２１と抵抗３２２を介して並列に接続されたコン
デンサ３２３からから構成され、入力信号の０.１〜１
００Ｈｚのみを通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）
を構成している。後段増幅回路３３は、前記フィルタ３
２の出力を一方の入力とする演算増幅器３３１と、この
出力に並列に接続されたコンデンサ３３２と抵抗３３３
と、出力に直列に接続された出力抵抗３３４とから構成
され、コンデンサ３３２と抵抗３３３の他端は演算増幅
器３３１の他方の入力とされている。
計２から構成される。増幅手段３の初段増幅器３１は、
圧電素子２８と並列に接続された極めて抵抗値の高い、
例えば２０００ＭΩの抵抗値を持つ入力抵抗３１１と、
この入力抵抗３１１の電圧を一方の入力とする演算増幅
器３１２と、演算増幅器の出力端に並列に接続されたコ
ンデンサ３１３と抵抗３１４と、この並列体に直列に接
続されて設置される感度調節抵抗３１５と３１６とから
なり、コンデンサ３１３と抵抗３１４と、感度調節抵抗
３１５と３１６との接続点の電位が前記演算増幅器３１
２の他方の入力とされる。初段増幅器３１には基準電圧
３１７が供給される。演算増幅器３１２の出力は、直流
成分を遮断するコンデンサ３４および３５を介してフィ
ルタ３２へ出力される。フィルタ３２は、初段増幅回路
３１の出力に並列に接続された抵抗３２１と、初段増幅
回路３１の出力に直列に接続された抵抗３２２と、前記
抵抗３２１と抵抗３２２を介して並列に接続されたコン
デンサ３２３からから構成され、入力信号の０.１〜１
００Ｈｚのみを通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）
を構成している。後段増幅回路３３は、前記フィルタ３
２の出力を一方の入力とする演算増幅器３３１と、この
出力に並列に接続されたコンデンサ３３２と抵抗３３３
と、出力に直列に接続された出力抵抗３３４とから構成
され、コンデンサ３３２と抵抗３３３の他端は演算増幅
器３３１の他方の入力とされている。
【００２１】各軸のＳＩ値変換手段４は、それぞれ、固
有周期１.５ｓｅｃのＳv値を演算する演算回路４１と、
固有周期２.５ｓｅｃのＳv値を演算をする演算回路４２
と、両演算回路の出力が入力され大きい方の値を選択し
て出力するセレクタ４３と乗算器４４とから構成され
る。演算回路４１は、乗算器４１１，４１２，４１３
と、加算器４１４と、積分器４１５，４１６とから構成
される。乗算器４１１には、増幅手段３からの加速度信
号（ｚ〃）が入力され、−１倍されて加算器４１４の第
１の入力とされる。加算器４１４の出力（ｘ〃）は、積
分器４１５で積分され、積分器４１５の出力（ｘ´）は
第３の乗算器４１３と第２の積分器４１６へ出力される
とともに、演算回路４１の出力（ｘ）とされる。第２の
積分器４１６の出力（ｘ）は、第２の乗算器４１２へ出
力される。第２の乗算器４１２の出力（−ωｘ）と第３
の乗算器４１３の出力（−２ωｈｘ´）は加算器４１４
へ入力される。演算回路４２も同様に構成される。
有周期１.５ｓｅｃのＳv値を演算する演算回路４１と、
固有周期２.５ｓｅｃのＳv値を演算をする演算回路４２
と、両演算回路の出力が入力され大きい方の値を選択し
て出力するセレクタ４３と乗算器４４とから構成され
る。演算回路４１は、乗算器４１１，４１２，４１３
と、加算器４１４と、積分器４１５，４１６とから構成
される。乗算器４１１には、増幅手段３からの加速度信
号（ｚ〃）が入力され、−１倍されて加算器４１４の第
１の入力とされる。加算器４１４の出力（ｘ〃）は、積
分器４１５で積分され、積分器４１５の出力（ｘ´）は
第３の乗算器４１３と第２の積分器４１６へ出力される
とともに、演算回路４１の出力（ｘ）とされる。第２の
積分器４１６の出力（ｘ）は、第２の乗算器４１２へ出
力される。第２の乗算器４１２の出力（−ωｘ）と第３
の乗算器４１３の出力（−２ωｈｘ´）は加算器４１４
へ入力される。演算回路４２も同様に構成される。
【００２２】ここで、ＳＩ値演算について説明する。本
明細書におけるＳＩ値とは、下記の（１）式で定義され
た量であり、減衰定数ｈが２０％の速度応答スペクトル
Ｓvの固有周期Ｔ０.１〜２.５sec、つまり、０.４〜１
０Ｈzの区間における平均振幅をいう。
明細書におけるＳＩ値とは、下記の（１）式で定義され
た量であり、減衰定数ｈが２０％の速度応答スペクトル
Ｓvの固有周期Ｔ０.１〜２.５sec、つまり、０.４〜１
０Ｈzの区間における平均振幅をいう。
【００２３】
【数１】
【００２４】現実にこのＳＩ値を求めるには、固有周波
数のことなる多数の１自由度系の揺れを計算しなければ
ならないが、この計算が短時間にしかも簡単に正確に実
行される必要がある。図４のＳＩ値換算手段４の演算回
路４１に示される回路が実際にＳＩ値の算定に必要な速
度応答をリアルタイムで求める回路の例である。一般に
１自由度系の運動方程式は下記（２）式のように表すこ
とができる。
数のことなる多数の１自由度系の揺れを計算しなければ
ならないが、この計算が短時間にしかも簡単に正確に実
行される必要がある。図４のＳＩ値換算手段４の演算回
路４１に示される回路が実際にＳＩ値の算定に必要な速
度応答をリアルタイムで求める回路の例である。一般に
１自由度系の運動方程式は下記（２）式のように表すこ
とができる。
【００２５】
【数２】 ここで、Ｍは質量であり、Ｃはダンピング、ｋはスプリ
ング係数、ｘは、建築物を構成する質量の地面に対する
変位、ｚは空間に固定された座標軸状の地面の変位を示
している。この式をＭで割り、固有周波数ωとダンピン
グ係数ｎを使って規格化すると下記（３）式が得られ
る。
ング係数、ｘは、建築物を構成する質量の地面に対する
変位、ｚは空間に固定された座標軸状の地面の変位を示
している。この式をＭで割り、固有周波数ωとダンピン
グ係数ｎを使って規格化すると下記（３）式が得られ
る。
【００２６】
【数３】 この式をさらにｄ2ｘ／ｄｔ2についてまとめると下記
（４）式が得られる。
（４）式が得られる。
【００２７】
【数４】 したがって、加速度の入力ｄ2ｚ／ｄｔ2を用いて、２階
の積分回路を用いることによって、ある固有周波数ωと
減衰定数ｈをもつＳＩ値をアナログ的に得ることができ
る。この回路を用いて、先に示したＳＩ値を求めるに
は、例えば０.１ｓｅｃ間隔で固有周波数を求めれば、
２５個のアナログ計算回路が必要となってあまり実用的
ではない。
の積分回路を用いることによって、ある固有周波数ωと
減衰定数ｈをもつＳＩ値をアナログ的に得ることができ
る。この回路を用いて、先に示したＳＩ値を求めるに
は、例えば０.１ｓｅｃ間隔で固有周波数を求めれば、
２５個のアナログ計算回路が必要となってあまり実用的
ではない。
【００２８】そこで、地震のスペクトルに注目すると、
一般的に短周期では右上がりの、長周期では一定の値を
示すことから、ある二つの固有周期に対する速度応答ス
ペクトルを周波数からＳＩ値を推定し、（１）式と比較
すると極めてよい一致を示す。すなわち、固有周期１.
５ｓｅｃおよび２.５ｓｅｃスペクトル値の大きい方の
値をとり、ＳＩ値の概略値ＳＩｅを下記（５）式で計算
すると、近似が成り立つ。
一般的に短周期では右上がりの、長周期では一定の値を
示すことから、ある二つの固有周期に対する速度応答ス
ペクトルを周波数からＳＩ値を推定し、（１）式と比較
すると極めてよい一致を示す。すなわち、固有周期１.
５ｓｅｃおよび２.５ｓｅｃスペクトル値の大きい方の
値をとり、ＳＩ値の概略値ＳＩｅを下記（５）式で計算
すると、近似が成り立つ。
【００２９】 ＳＩe＝1.75／2.4ｘ（ｘはＴ＝1.5または2.5のＳvの大きい方の値）（５） したがって、２個のアナログ計算機と１個の乗算器で近
似ＳＩ値を得ることができる。
似ＳＩ値を得ることができる。
【００３０】本発明は、数galの精度で振動を計測する
必要があることから、増幅回路自体のノイズを極力小さ
くする必要があるので、使用する部品も極力ノイズの小
さいものを使用し、高入力インピーダンスを実現するに
おいても、極力、シンプルな回路構成としている。同様
に無振動時の出力電圧（以下、オフセット電圧という）
についても調整用の可変抵抗などによる調整は行わず、
基準電圧発生ＩＣを使用して、オフセット電圧のバラツ
キを極力押さえるようにした。
必要があることから、増幅回路自体のノイズを極力小さ
くする必要があるので、使用する部品も極力ノイズの小
さいものを使用し、高入力インピーダンスを実現するに
おいても、極力、シンプルな回路構成としている。同様
に無振動時の出力電圧（以下、オフセット電圧という）
についても調整用の可変抵抗などによる調整は行わず、
基準電圧発生ＩＣを使用して、オフセット電圧のバラツ
キを極力押さえるようにした。
【００３１】なお、感度の精度を上げるためのトリミン
グ抵抗を１次調整用抵抗３１５と、微調整用抵抗３１６
の２個の抵抗とし、抵抗３１４で感度を調整することを
さけ、コンデンサ３１３との時定数によって回路の周波
数特性が変化しないようにした。
グ抵抗を１次調整用抵抗３１５と、微調整用抵抗３１６
の２個の抵抗とし、抵抗３１４で感度を調整することを
さけ、コンデンサ３１３との時定数によって回路の周波
数特性が変化しないようにした。
【００３２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、圧電素
子を用いた加速度検出手段を用いて２軸または３軸の地
震動による低い周波数の加速度を高精度に検出すること
ができ、従来のセンサに比べて非常に小型で安価な地震
動検出器およびＳＩ値検出装置を提供することができ
る。
子を用いた加速度検出手段を用いて２軸または３軸の地
震動による低い周波数の加速度を高精度に検出すること
ができ、従来のセンサに比べて非常に小型で安価な地震
動検出器およびＳＩ値検出装置を提供することができ
る。
【図１】本発明に係る地震動検出器およびＳＩ値検出装
置の概要を示すブロック図。
置の概要を示すブロック図。
【図２】本発明に用いる加速度検出手段の構成を示す
図。
図。
【図３】本発明に用いる加速度検出手段の動作を示す
図。
図。
【図４】本発明に係る地震動検出器およびＳＩ値検出装
置の構成を示す回路構成図。
置の構成を示す回路構成図。
【図５】従来の圧電式センサの動作例を示す図。
１：ＳＩ値検出装置 ２：加速度検出手段 ３：増幅手段 ４：ＳＩ値換算手段 ３１：初段増幅回路 ３２：フィルタ ３３：後段増幅回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金森 弘信 富山県高岡市駅南３丁目３番13号 マイク ロジェニックス株式会社内
Claims (10)
- 【請求項１】 圧電素子を用いた地震動を検出する加速
度検出手段と、該加速度検出手段の出力を増幅する増幅
手段とを備えた地震動検出器において、前記増幅手段は
極めて高い入力インピーダンスを有するとともに、０.
１〜１００Ｈｚの周波数帯域の信号を選択的に増幅する
ものであることを特徴とする地震動検出器。 - 【請求項２】 増幅器の入力インピーダンスが２０００
ＭΩ以上である請求項１に記載の地震動検出器。 - 【請求項３】 増幅器に極めて精度の高い安定した基準
電圧源を用い、電圧調整用抵抗などの雑音源を取り除い
た請求項１または請求項２に記載された地震動検出器。 - 【請求項４】 加速度検出手段を構成する圧電素子が、
３軸圧電素子である請求項１ないし請求項３のいずれか
に記載された地震動検出器。 - 【請求項５】 圧電素子を用いた地震動を検出する加速
度検出手段と該加速度検出手段の出力を増幅する増幅手
段からなる地震動検出器と、該地震動検出器の出力をＳ
Ｉ値に変換するＳＩ変換回路を備えたＳＩ値検出装置に
おいて、前記増幅手段は極めて高い入力インピーダンス
を有するとともに、０.１〜１００Ｈｚの周波数帯域の
信号を選択的に増幅するものであることを特徴とするＳ
Ｉ値検出装置。 - 【請求項６】 増幅器の入力インピーダンスが２０００
ＭΩ以上である請求項５に記載のＳＩ値検出装置。 - 【請求項７】 増幅器に極めて精度の高い安定した基準
電圧源を用い、電圧調整用抵抗などの雑音源を取り除い
た請求項５または請求項６に記載されたＳＩ値検出装
置。 - 【請求項８】 ＳＩ値検出回路は、加速度センサの出力
から求められる速度応答スペクトルのうち二つの固有周
波数に対する速度応答値のうち大きな値を選択し、この
出力を１.７５／２.４倍してＳＩ値を得る回路である請
求項５ないし請求項７のいずれかに記載されたＳＩ値検
出装置。 - 【請求項９】 ＳＩ値検出回路は、加速度センサの出力
から求められる速度応答スペクトルのうち二つの固有周
波数に対する速度応答値のうち大きな値を選択し、この
出力を１.７５／２.４倍してＳＩ値を得る回路である請
求項６ないし請求項８のいずれかに記載されたＳＩ値検
出装置。 - 【請求項１０】 加速度検出手段を構成する圧電素子
が、３軸圧電素子である請求項６ないし請求項９のいず
れかに記載されたＳＩ値検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26965794A JPH08129071A (ja) | 1994-11-02 | 1994-11-02 | 地震動検出器およびｓｉ値検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26965794A JPH08129071A (ja) | 1994-11-02 | 1994-11-02 | 地震動検出器およびｓｉ値検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08129071A true JPH08129071A (ja) | 1996-05-21 |
Family
ID=17475408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26965794A Pending JPH08129071A (ja) | 1994-11-02 | 1994-11-02 | 地震動検出器およびｓｉ値検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08129071A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11242048A (ja) * | 1998-02-25 | 1999-09-07 | Murata Mfg Co Ltd | 電荷型センサ装置 |
| JP2000266776A (ja) * | 1999-03-17 | 2000-09-29 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電式加速度センサ用増幅回路 |
| JP2017067772A (ja) * | 2015-09-30 | 2017-04-06 | 積水化学工業株式会社 | 圧電センサ構造 |
| WO2017159076A1 (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | オムロン株式会社 | 感震センサ及び地震検知方法 |
| KR102030483B1 (ko) * | 2019-06-13 | 2019-10-10 | 주식회사 에이엠피 | 통합 멀티미디어 비상 방송 시스템 |
| WO2020158952A1 (ja) * | 2019-01-31 | 2020-08-06 | 太陽誘電株式会社 | 振動センサ |
-
1994
- 1994-11-02 JP JP26965794A patent/JPH08129071A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11242048A (ja) * | 1998-02-25 | 1999-09-07 | Murata Mfg Co Ltd | 電荷型センサ装置 |
| JP2000266776A (ja) * | 1999-03-17 | 2000-09-29 | Murata Mfg Co Ltd | 圧電式加速度センサ用増幅回路 |
| JP2017067772A (ja) * | 2015-09-30 | 2017-04-06 | 積水化学工業株式会社 | 圧電センサ構造 |
| WO2017159076A1 (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | オムロン株式会社 | 感震センサ及び地震検知方法 |
| JP2017166832A (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | オムロン株式会社 | 感震センサ及び地震検知方法 |
| WO2020158952A1 (ja) * | 2019-01-31 | 2020-08-06 | 太陽誘電株式会社 | 振動センサ |
| KR102030483B1 (ko) * | 2019-06-13 | 2019-10-10 | 주식회사 에이엠피 | 통합 멀티미디어 비상 방송 시스템 |
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