JPS61142425A - 地震感知器 - Google Patents

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〜ｌＯＨ２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
に発生した宮城県沖地震について、−例として大船渡で
観測された地震波のパワースペクトルを示す、卓越振動
数は２〜３　Ｈｚ（２，４Ｈｚ）で、１〜５　Ｈｚのパ
ワーが大き　。

い（図示していないが、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「普通縁
は１〜５Ｈｚの範囲でフラット特性、精密級では０．１
〜５Ｈｚの範囲でフラット特性、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、電気式の動電型やストレ−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図は、動電型地震感知器の構造の一例（垂直方
向感知器）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
フィル３が振動により上下に動くと、フィル３０両端に
電圧が発生し、この電圧の大きさがコイル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は藁路
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（ばね系の間！ｌ）、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１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、と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、ストレーンゲージ型地震感知器ｉｔ、ストレーン
ゲージ（歪ゲージ）をＸ、Ｙ方向番こ設置し、これらの
電気出力をペクトＪし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
して警する。

従ってストレーンゲージ型の地震感知器＋１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、圧電製地震感
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＋１重錘（鉄等の磁性体
）１３が、ケース１０番こ固定きれた永久磁石１１に吸
引されて塾するが、ある−室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（するし
／＜−１２が支点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きれ、その調整が大変
であると同時に低い周波数（ＩＨｚ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５９−９８９０２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！Ｉ
３１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の大ききに応
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２ｏの受光素子３５かも
出力きれた容器３１内の輝度分布に応じた信号２０ａを
前置増幅器２２（交流増幅器）により増幅し、フンパレ
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、容器３１内の液体３２の重要、な特性
である粘度が周囲温度の影響を受けて変化するため、温
度による粘度変化に伴い同一振動レベルで１あっても感
知器の感度が変化し、これが誤検出の原因となる今など
正確な検出ができにくい欠点がその後の実験結果で明ら
かとなった。

本発明は上記の点に鑑みなきれたもので、たとえ周囲温
度が変わうても感知・器の感度が変わることのない地震
感知器を提供することを目的とする。

第１図は本発明による感知器の一例を示す断面図で、図
中４０は円柱状の容器、４１は例えば水銀のように比重
が大きく低粘度でかつ表面反射率の高い液体、４２は液
体４ｉと比べ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、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は電源、４５は例えば発光ダ
イオード等の光源、４６は光を受光する光電変換素子、
４７は二重層液体４３を温めるためのヒータ、４８は例
えばサーミスタ等の温度センサ、４９は温度に比例した
温度センサ４Ｂの出力信号を増幅する増幅器、５０は増
幅器４９の出力電圧が所定値以下、即ち二重層液体４３
が所定の温度（例えば０℃）以下になると出力信号を発
し、所定の温度（例えば１０°Ｃ）を超えると出力信号
の発生を止めるヒステリスをもったフンパレータ、５１
はコンパレータ５０が出力信号を発すると接点５１ｍを
閉路させ、出力信号がなくなると開路きせる操作部、５
２は接点５１ａを通じてヒー゛り４７に電流を供給する
電源である。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４３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光電変換素子４６の出力２０３
も一定の直流電圧のみであるが、地震等の振動により二
重層液体４３が揺動すると二重層を構成する各々の液体
４１゜４２の表面の形状が変わり、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
応して光電変換素子４６の出力２０ａ（但し前置増幅器
２２を介した後の出力、以下感知器２０の出力電圧とい
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。　　　
　　　−・地震の振動周波数が変われば液体４３＃揺動
の様子も垂直上下振動波（以下Ｐ波という）の゛場合と
水平振動波（以下Ｓ波という）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。

ところで、一定の加速度でこの新タイプの感知器を加振
した場合の感知部２０の振動周波数に対する出力特性は
第８図のようになる。第８図（ａ）は水平振動（以下水
平動という）、第８図（ｂ）垂直上下振動（以下上下動
という）の場合を示し、パラメータＴＩ、Ｔ２．ＴＩは
液体４２の種類によって相違するが、例えば航空機の作
動油の場合Ｔ１は４０℃程度、Ｔ２は０℃。

Ｔ３は一１０℃のようにＴｓ　＞Ｔｔ　＞Ｔｓの条件を
満足する液体４３の温度、ｖｌは液体温度Ｔｓ、水平振
動周波数ｌ１１ｚのときの感知部２０の出力電圧、ｖ２
は液体温度Ｔ２、水平振動周波数１１２〜５Ｈｚまでの
ときの感知部２０の出力電圧、■３は液体温度Ｔ３、水
平振動周波数ＩＨｚのときの感知部２０の出力電圧、Ｖ
４はは液体温度Ｔ１、上下振動周波数ＩＨｚのときの感
知部２０の出力電圧、ｖ５は液体温度Ｔ２、上下振動周
波数ＩＨｚ〜５Ｈｚまでのときの感知部２０の出力電圧
、ｖ６は液体温度Ｔ３、上下振動周波数ＩＨｚのときの
感知部２０の出力電圧である。

第８図から明らかなように、液体温度がＴ２の場合くは
周波数特性が１１１ｚ〜５１１ｚの間でフラットな特性
の感知器として理想的な特性とな“るが、液体温度がＴ
１以上及びＴ３以下の場合は周波数特性がＩＨｚ〜５Ｈ
ｚの間でフラ′ットではな゛く、液体温度Ｔ！に゛比べ
低い液体温度Ｔ３の場合にはＩｎｘ側が上がり、一方液
体温度１２に□・比べ高い液体温度Ｔ１の場合にはＩｎ
ｘ側が下がる傾向になり、又５Ｈｚ近辺では前述と逆の
傾向が現出する。つまり、液体温度がＴ１以上及びＴ３
以下の場合にはたとえ一定加速度で感知器２０を加振し
ても周波数が変われば感知器２０の出力電圧が変わり誤
検出の恐れがでてくる。゛因゛み番こ８０ｇａｌで感知
器′を水平方向番こ加振した場合の実際に得られる感知
器の出力特性は第９図ニ示すトオリ、出力電ＦＥＶｔ　
−１，２Ｖ（Ｔｔ−０℃）、ｖ１Φ１．１４Ｖ（Ｔｌ　
−４０℃）＋　　Ｖｓ゛＊１．２６Ｖ（Ｔｓ　＊−１０
℃）であり、□「昇降機の技術基準、には普通縁感知器
の精度が±（設定値の１０％＋７）ｇａｌ　　　、精密
級感知器の精度が±（設定値の５％＋５　）’ｇａｌと
定められており、又エレベータの機械室の室温は４Ｇ”
Ｃ以下に保持できるように換気装置を設けねばならない
と決められているので、温度が１２以上であれば精密級
の感知器としての条件を満たすことができることが実験
により明らかとなった。

このように温度によって特性が変化する理由は、温度が
下がると油の粘度が高くなり容器４゜内の液体が粘性抵
抗の大きな油のみの液体の特性（第１０図（ａ）に図示
つに近くなり、又温度が上がると油の粘度が低くなり粘
性抵抗が小感くなってダンピング作用が少なくなり、第
１０図（ｂ）に図示する特性（容器４０内の液体が水、
銀のみの特性）が優勢になるからである。

したがって本発明では、例えば温度センサ４８の感知温
度がＴ２になればフンパレータ５０が出力信号を発し、
操作部５１により接点５１ａを閉路してヒータ４７に電
流を供給して液体４３ヲ温め、フンパレータ５０のヒス
テリシスの働きにより感知温度がＴ２を超えてＴ１まで
のある温度に達するとフンパレータ５０は出力信号の発
生を止めて操作部５１により接点５１８を開路する。そ
の後また温度センサ４８の感知温度がＴ２以下になれば
再び接点５１ａを介してヒータ４７に電流が供給されて
液体４３の温度を上げ、この動作を繰り返すことにより
液体４３の温度をＴ２近辺に保ち、常にＩＨｚ〜５Ｈｚ
　　の間で略フラットな周波数特性を維持して特に寒冷
地域での地震感知器の利用に支障が生じないようにする
ものである。

以上の説明では、液体４２番こ航空機の作動油を使用し
た一例を述べたもので、別の液体の場合番こけ温度をパ
ラメータとした周波数特性も変わってくるが、本発明の
技術思想は液体の種類が変わっ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、液体の温度を所定範
囲内に収める温度制御部を設けたため、地震波の周波数
特性と合致した理想的な特性を周囲温度４二関係なく常
に確保でき、誤動作の恐れをなくせるとともに、新タイ
プの地震感知器特有の１台の感知器で複数段の感知レベ
ルを設けることができる特徴をさらに生かすことができ
る特有の効果を発揮する。

【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図及び第９図は本発明に、よる地ｍ感知器の振動
周波数に対する出−力特性の実験結果を示す図、第１０
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
。 ２σ００．感知部 ２１、、、信号処理部 ２２、、、前置、増幅器 ２３　、２５　、、　、　、フンパレータ２４．２Ｂ、
、、出力回路 ３１．４０．、、容　器 ３２．４１，４２，４３．、、液　体 ３４．４５．、、光　源 ３５．４６．、、光電変換素子 ４７、、、ヒータ ４８、、、温度センサ 特許出願人　フジチック株式会社 恥　Ｊ　図 ６２Ｖ２１ 株動？！（Ｊ（ｘ） 第　３　回 兜　４　［￥ｌ も　５［２１ Ｉ Ｔｏ　６　図 児　７　図 （ＩＩＬ）　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）￥ｉＪ
８　　図 （ｃ）　　　　　　　　　　　　　Ｃｂ）田

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、前記液体の温度制御部を備えたことを特徴とする
   地震感知器。