低周波振動検出装置
【課題】光の周波数変化を用いて地震などの低周波振動を検出することが可能な装置を提供する。
【解決手段】光ファイバに形成された周回部を、弾性体２に取り付けておく。この状態で、光ファイバにコヒーレント光を入力する。低周波振動が発生すると、弾性体２が揺動し、光ファイバの周回部が変形する。周回部を通過した光の、光としての周波数変化を検出することにより、周回部における変位速度又は変位を検出することができる。弾性体２を、第１弾性部材２１と第２弾性部材２２とから構成することもできる。この場合、それぞれの弾性部材２１及び２２に、周回部を取り付けておく。すると、低周波振動の測定精度を向上させることが可能になる。
【解決手段】光ファイバに形成された周回部を、弾性体２に取り付けておく。この状態で、光ファイバにコヒーレント光を入力する。低周波振動が発生すると、弾性体２が揺動し、光ファイバの周回部が変形する。周回部を通過した光の、光としての周波数変化を検出することにより、周回部における変位速度又は変位を検出することができる。弾性体２を、第１弾性部材２１と第２弾性部材２２とから構成することもできる。この場合、それぞれの弾性部材２１及び２２に、周回部を取り付けておく。すると、低周波振動の測定精度を向上させることが可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを通過する光の波長変化を用いて、地震等の低周波振動を検出することができる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、光ファイバを用いた振動測定装置が記載されている。この装置においては、光ファイバを湾曲させることで、この光ファイバに湾曲部を形成している。この装置においては、湾曲部を被測定部位に取り付けた後、光ファイバの入力端にコヒーレント光を入力する。光ファイバへの入力光は、湾曲部を通って光ファイバの出力端から出力される。湾曲部を通る光の周波数（光としての周波数）は、湾曲部に加わる振動に対応して変化する。より詳しくは、この文献によれば、湾曲部の法線方向における光ファイバの変位速度が、光の周波数変化量に比例する。
【０００３】
そこで、入力光と出力光との間の周波数変化量（あるいは波長変化量）を検出することにより、湾曲部に加えられた振動（変位速度又はその積分値としての変位量）を測定することができる。この方法によれば、微少な振動を、広い帯域にわたって、精度良く測定することができるという利点がある。また、この方法では、湾曲部の長さを長くすることにより、振動計測におけるＳ／Ｎ比を向上させることもできる。湾曲部の長さを長くする方法としては、例えば、光ファイバを複数回周回させることが考えられる。
【特許文献１】ＷＯ２００３／２９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような原理を用いた振動計測の応用として、地震などの低周波振動を検出することが考えられる。しかしながら、この場合には、以下の問題がある。
【０００５】
一般に、低周波振動、例えば地震は、空間周波数が非常に低い（つまり波長が長い）という特性がある。例えば、地震が発生した場合、ある限られた範囲（例えば数メートル四方の範囲）では、地盤全体が、上下方向あるいは水平方向に振動する。
【０００６】
一方、前記した湾曲部を用いた振動計測方法においては、湾曲部が地盤と一緒に全体として変位してしまうと、地盤の振動検出が困難になる。これは、この計測方法では、湾曲部の局部的な変位を検出しているからであると考えられる。
【０００７】
この問題を避けるため、非常に大きな湾曲部を形成することも考えられるが、実際の設置や保守を考えると、これは現実的ではない。
【０００８】
このため、地震検出においては、光の周波数変化を用いた振動検出が難しいという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものである。本発明は、光の周波数変化を用いて、地震などの低周波振動を検出することが可能な装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る低周波振動検出装置は、振動センサと、弾性体と、支持体とを備えている。前記振動センサは、光ファイバと、検出部とを備えている。前記光ファイバは、入力端と、周回部と、出力端とを備えている。前記入力端には、コヒーレントな光が入力される構成となっている。前記周回部は、前記入力端と前記出力端との間に配置されている。かつ、前記周回部は、前記光ファイバを周回することで構成されている。さらに、前記周回部には、前記入力端から入力された光が通過するように構成されている。前記出力端からは、前記周回部を通過した前記光が出力される構成となっている。
【００１１】
前記検出部は、前記入力端に入力された光と、前記出力端から出力された光との間における、光としての周波数変化を検出することにより、前記周回部における変位速度又は変位を検出する構成となっている。ここで、変位は、変位速度の積分値として取得することができる。
【００１２】
前記弾性体は、板状に形成されている。前記弾性体の表面には、前記周回部の軸線方向における一端側が取り付けられている。
【００１３】
前記支持体は、前記弾性体の縁部を支持しており、かつ、この状態において、前記弾性体の中央部近傍は、前記支持体に対して揺動可能となっている。
【００１４】
この装置によれば、地震などの低周波振動が発生して支持体が振動すると、支持体に対して弾性体が振動し、変形する。この弾性体における振動により、周回部が変形する。すると、周回部を通過する光の周波数が変化する。この周波数の変化を検出することにより、低周波振動を検出することができる。
【００１５】
なお、ここで低周波振動とは、波長が比較的に長い振動を意味している。ただし、特定の波長域の振動を意図的に除外するものではなく、原理的には、様々な波長の振動に対応することが可能である。
【００１６】
請求項２に係る低周波振動検出装置は、請求項１に記載のものにおいて、前記周回部の一端側を、前記弾性体の表面のほぼ中央に配置している構成となっている。
【００１７】
請求項３に係る低周波振動検出装置は、請求項１又は２に記載のものにおいて、前記弾性体が、第１弾性部材と、第２弾性部材とを備えている。前記第１弾性部材と第２弾性部材とは、それぞれ、板状に形成されている。前記第１弾性部材の縁部と、前記第２弾性部材の縁部とは、それぞれ、前記支持体によって支持されている。前記第１弾性部材の中央部近傍と、前記第２弾性部材の中央部近傍とは、前記支持体に対して揺動可能となっている。また、この装置では、前記周回部が、第１周回部と、第２周回部とを備えている。前記第１周回部の軸線方向における一端側は、前記第１弾性部材の表面に取り付けられている。前記第２周回部の軸線方向における一端側は、前記第２弾性部材の表面に取り付けられている。
【００１８】
二つの弾性部材にそれぞれ周回部を取り付けることにより、実質的には、光ファイバの巻き数を増加させることができる。これにより、低周波振動測定におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。また、一つの周回部における巻き数を低く抑えることができるので、周回部の柔軟性を保つことができる。すると、低周波振動検出の精度を向上させることが容易となる。
【００１９】
請求項４に係る低周波振動検出装置は、請求項３に記載のものにおいて、前記第１弾性部材と前記第２弾性部材とが、互いにほぼ平行な状態に配置されている構成となっている。
【００２０】
このようにすると、第１弾性部材と第２弾性部材の振動方向がほぼ等しくなるので、特定の方向における振動への感度が向上する。
【００２１】
請求項５に係る低周波振動検出装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のものにおいて、さらに支柱を備えている。この支柱は、前記支持体に支持されている。かつ、前記支柱は、前記支持体によって、前記支柱の径方向への移動が阻止された構成となっている。前記支柱は、弾性体を貫通して挿通させられている。前記弾性体は、前記支柱の軸線方向に沿って揺動する構成となっている。
【００２２】
このようにすると、弾性体の振動方向を支柱により制約することができるので、特定の方向における振動の感度が向上する。したがって、振動の方向を特定することが容易となる。
【００２３】
請求項６に係る低周波振動検出装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のものにおいて、前記低周波振動が地震であるものとなっている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光の周波数変化を用いて、地震などの低周波振動を検出することが可能な装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る低周波振動検出装置の実施の形態として、地震検出装置を、添付の図面を参照して説明する。この地震検出装置は、振動センサ１（図１参照）と、弾性体２（図２参照）と、支持体３（図１参照）と、支柱４（図２参照）とを備えている。
【００２６】
振動センサ１は、光ファイバ８と、検出部９とを備えている（図１及び図３参照）。
【００２７】
光ファイバ８は、入力端８１と、周回部８２（図３参照）と、出力端８３とを備えている。
【００２８】
入力端８１には、検出部９から、コヒーレントな光が入力される構成となっている。ここで、コヒーレントな光とは、振動の計測に必要な程度に位相が揃っている光をいう。このようなコヒーレントな光は、一般にはレーザを用いて供給される。
【００２９】
周回部８２は、入力端８１と出力端８３との間に配置されている。周回部８２は、光ファイバ８を周回することで構成されている。さらに、周回部８２には、入力端８１から入力された光が通過するように構成されている。
【００３０】
より具体的には、本実施形態における周回部８２は、第１周回部８２１と、第２周回部８２２とを備えている（図３参照）。第１周回部８２１及び第２周回部８２２は、前記したように、光ファイバ８を周回することによって形成されている。また、これら第１周回部８２１及び第２周回部８２２は、いずれも、入力端８１から入力された光が通過する構成となっている。また、本実施形態では、第１周回部８２１及び第２周回部８２２は、一本の光ファイバを周回させることによって形成されているので、上流側にある一方の周回部を通過した光は、それよりも下流側にある他方の周回部を通過することになる。
【００３１】
第１周回部８２１及び第２周回部８２２における、光ファイバ８の巻き数は、特に制約されないが、例えば、５０〜１５０巻き程度とすることができる。巻き数が多いほど、信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。ただし、これらの周回部は、振動を検出するために、ある程度の柔軟性が必要である。このため、必要な柔軟性を得られる範囲の巻き数あるいは巻き状態とされる。必要な柔軟性を得られるのであれば、軸方向に積層させながら巻くことも可能である。特に、本実施形態では、周回部の軸線に平行な方向への力に対して柔軟であることが好ましい。
【００３２】
また、第１周回部８２１及び第２周回部８２２の軸心近傍には、貫通された開口部８２１ａ及び８２２ａが形成されている。このような開口部は、例えば心棒（図示せず）を中心として光ファイバを周回させることで容易に形成可能である。
【００３３】
出力端８３からは、周回部８２（すなわち第１周回部８２１及び第２周回部８２２）を通過した光が出力される構成となっている。
【００３４】
検出部９は、入力端８１に入力された光と、出力端８３から出力された光との間における、光としての周波数変化を検出することにより、周回部８２における変位速度又は変位を検出する構成となっている。より詳しくは、周回部８２を通過した光における周波数変化量は、周回部８２における光ファイバの法線方向における変位速度に比例する（前記した特許文献１参照）。変位速度の積分値として変位を算出することもできる。
【００３５】
前記した点以外における振動センサの構成は、前記した特許文献１に記載の技術と同様でよいので、振動センサについては、これ以上詳細な説明は省略する。
【００３６】
弾性体２は、板状に形成されている（図４及び図５参照）。また、弾性体２の表面には、周回部８２の軸線方向における一端側が取り付けられている。
【００３７】
より具体的には、弾性体２は、第１弾性部材２１と、第２弾性部材２２とを備えている。これらの第１弾性部材２１と第２弾性部材２２とは、それぞれ、円板状に形成されている。なお、これらの弾性部材は、基本的に同じ構成なので、図４及び図５では、第１弾性部材２１のみを示している。
【００３８】
第１弾性部材２１の周縁部と、第２弾性部材２２の周縁部とは、それぞれ、支持体３によって支持されている。支持体３の詳しい構成は後述する。
【００３９】
支持体３に支持された状態においては、第１弾性部材２１の中央部近傍と、第２弾性部材２２の中央部近傍とは、支持体３に対して揺動可能となっている。つまり、支持体３が振動を受けると、第１弾性部材２１の中央部及び第２弾性部材２２の中央部と支持体３とは、相対的に移動する（揺動する）ことができるようになっている。したがって、第１・第２弾性部材２１・２２の材質としては、弾性を有するものが望ましく、例えば、リン青銅板を用いることができる。このほかにも、例えば樹脂や硬質ゴムを用いることが可能である。ただし、高い耐久性や耐候性を有する材質であることが好ましい。
【００４０】
また、第１弾性部材２１の周縁部と、第２弾性部材２２の周縁部とには、光ファイバ８を通過させるための切り欠き２１１及び２２１が形成されている。
【００４１】
さらに、第１弾性部材２１の中央と、第２弾性部材２２の中央とには、後述する支柱４の支柱本体４１を挿通させるための挿通孔２１２及び２２２が形成されている。
【００４２】
第１弾性部材２１の表面のほぼ中央には、第１周回部８２１の軸線方向における一端側の端面が取り付けられている（図４における二点鎖線参照）。第１周回部８２１を取り付けるための手段としては、接着剤や粘着シートなど、各種のものを使用可能である。ただし、第１周回部８２１は、「第１弾性部材２１が撓んだ場合に、その撓みと共に第１周回部８２１が変形できる程度」に、第１弾性部材２１に対して確実に取り付けられていることが望ましい。一般には、第１周回部８２１の端面全体を第１弾性部材２１に取り付けることが好ましい。
【００４３】
第２弾性部材２２の表面のほぼ中央には、第１弾性部材２１の場合と同様に、第２周回部８２２の軸線方向における一端側が取り付けられている。両者の取り付け状態は、第１弾性部材２１の場合と同様でよいので、これ以上の詳細についての説明は省略する。
【００４４】
第１弾性部材２１と第２弾性部材２２とは、支持体３により支持された状態において、互いにほぼ平行な状態に配置されている（図２参照）。
【００４５】
支持体３は、この実施形態では、台座３１と、中間部材３２と、蓋部３３とを主要な構成として備えている（図２参照）。
【００４６】
台座３１は、円筒状に形成された側部３１１と、側部３１１の底面をふさぐ底部３１２とを備えており、上面が開口された形状となっている（図２及び図６〜８参照）。つまり、台座３１は、全体として、有底の円筒状に形成されている。第１弾性部材２１の縁部は、台座３１の側部３１１の上端に当接された状態で、ボルト３１３（図２参照）により台座３１に固定されている。
【００４７】
また、本実施形態では、ボルト３１３と台座３１との間に、押さえリング５１（図９及び図１０参照）が介在されている。押さえリング５１にも、光ファイバ８を挿通させるための溝５１１が形成されている。
【００４８】
さらに、本実施形態の台座３１では、光ファイバを上下方向に挿通させるための溝３１４（図６及び図８参照）が形成されている。
【００４９】
また、台座３１の底部３１２の上面には、後述する支柱４の支柱本体４１を保持するための保持部３１５が形成されている。保持部３１５は、上面が開口された凹部となっている。
【００５０】
台座３１の側部３１１の上部には、中間部材３２を台座３１に接続するための接続部３１６が形成されている。接続部３１６の外周面には雄ねじが形成されている。
【００５１】
中間部材３２は、全体として、ほぼ円筒状に形成されている（図１１及び図１２参照）。第２弾性部材２２の縁部は、中間部材３２の上面に当接された状態で、ボルト３２１（図２参照）により、中間部材３２に固定されている。また、ボルト３２１と中間部材３２との間には、光ファイバ挿通用の溝５２１を有する押さえリング５２（図９及び図１０参照）が介在されている（図２参照）。さらに、中間部材３２にも、光ファイバ８を上下方向に通過させるための溝３２３が形成されている（図１１及び図１２参照）。
【００５２】
中間部材３２の内面には、前記した台座３１の接続部３１６に形成された雄ねじが螺合される雌ねじが形成されている。また、中間部材３２の上部には、蓋部３３を中間部材３２に接続するための接続部３２４が形成されている。接続部３２４の外周面には雄ねじが形成されている。
【００５３】
蓋部３３は、円筒状に形成された側部３３１と、この側部３３１の上面をふさぐ上面部３３２とを備えている（図１３及び図１４参照）。これにより、蓋部３３は、全体として、上面が閉鎖された円筒状に形成されている。
【００５４】
側部３３１の内面には、前記した中間部材３２の接続部３２４に形成された雄ねじが螺合される雌ねじが形成されている。
【００５５】
上面部３３２には、光ファイバ８を挿通させるための貫通孔３３３が形成されている。また、上面部３３２には、後述する支柱４の支柱本体４１を保持するための保持部３３４が形成されている。
【００５６】
支柱４は、この実施形態では、支柱本体４１と、スペーサ４２と、固定用ナット４３と、おもり４４とを備えている（図２及び図１４〜２０参照）。
【００５７】
支柱本体４１は、断面円形の棒状に形成されている（図１４及び図１５参照）。支柱本体４１の下端は、支持体３の台座３１に形成された保持部３１５の内部に収納されている（図２参照）。同様に、支柱本体４１の上端は、蓋部３３の保持部３３４の内部に収納されている（図２参照）。この状態では、支柱本体４１は、それぞれの保持部３１５及３３４により保持されて、脱落しないようになっている。つまり、支柱本体４１は、支持体３によって支持されたものとなっている。さらに、支柱本体４１は、支持体３によって、支柱本体４１の径方向（図２において前後又は左右方向）への移動が阻止された構成となっている。ただし、支柱本体４１は、保持部３１５及び３３４において軸方向に形成された遊び（間隙）のために、軸方向に沿って、所定のストロークで上下動が可能となっている。
【００５８】
支柱本体４１は、第１弾性部材２１及び第２弾性部材２２を貫通して挿通させられている（図２参照）。後述するように、第１弾性部材２１及び第２弾性部材２２は、支柱本体４１に固定されている。この構成により、第１弾性部材２１及び第２弾性部材２２が揺動すると、支柱本体４１が上下動できるようになっている。
【００５９】
また、支柱本体４１の外表面には、固定用ナット４３を螺合させるための雄ねじが形成されている。
【００６０】
スペーサ４２は、ほぼ円筒状に形成されており（図１７〜１９参照）。支柱本体４１の外側に嵌め合わせられている（図２参照）。また、スペーサ４２の下端面は、第１弾性部材２１の上面に当接し、スペーサ４２の上端面は、第２弾性部材２２の下面に当接している。これにより、スペーサ４２は、第１弾性部材２１と第２弾性部材２２との間隔を一定に保持している。
【００６１】
固定用ナット４３は、支柱本体４１の雄ねじに螺合されており、これによって、第１弾性部材２１と第２弾性部材２２とを、スペーサ４２の方向に押し付けている。つまり、固定用ナット４３は、第１弾性部材２１と第２弾性部材２２とを支柱本体４１に固定している。
【００６２】
おもり４４は、円筒状に形成されている（図１９及び図２０参照）。おもり４４の内周面には、支柱４１に螺合される雌ねじが形成されている。おもり４４は、支柱本体４１の外側に螺合されて取り付けられており、支柱本体４１と一緒に移動するようになっている。
【００６３】
（地震検出装置の動作）
つぎに、本実施形態に係る地震検出装置の動作について説明する。本実施形態の地震検出装置の使用に際しては、支持体３を、地震検出に適した箇所に配置する。地震検出に適した箇所とは、一般には、地中である。しかしながら、それに限らず、地震を伝搬できる物体（建造物など）の表面に取り付けることも可能である。また、地表に支持体３を取り付けることも可能である。
【００６４】
ついで、光ファイバ８の入力端８１からコヒーレント光を入力する。すると、この光は、第１周回部８２１及び第２周回部８２２を、光ファイバ１の周回に従って周回しながら通過する。その後、この光は、光ファイバ８の出力端８３から出力される。
【００６５】
この状態で、地震が発生すると、地盤や建造物等の介在物を介して、支持体３に振動が伝達される。すると、支持体３に支持されている第１弾性部材２１と第２弾性部材２２とが、支柱本体４１の軸線方向に沿って、支持体３と共に揺動する。ここで、本実施形態では、これらの弾性部材２１及び２２の周縁部は、支持体３に固定されており、弾性部材２１及び２２の中央部近傍は、上下に揺動できる構成になっている。すると、弾性部材２１及び２２の中央部近傍は、支持体３と一緒に振動するのではなく、それ自体の慣性のために、支持体３とは異なった位相で振動する。このため、弾性部材２１及び２２は、その厚さ方向において、比較的高い空間周波数での変形を生じる。つまり、弾性部材２１及び２２は、局部的に、その厚さ方向に曲げられることになる。
【００６６】
すると、これらの弾性部材２１及び２２に取り付けられた第１周回部８２１及び第２周回部にも、局部的な変形を生じる。すると、これらの周回部を通過する光の周波数（あるいは波長）は、周回部における局部的な変位の速度に対応して変化する（特許文献１参照）。この周波数（あるいは波長）の変化を検出部９で検出することにより、地震を計測することができる。また、変位速度の積分値として変位、微分値として加速度を算出することも可能である。
【００６７】
この計測においては、光の周波数変動を用いているので、光ファイバを通過する光の強度変化を用いた振動センサを用いる場合に比べて、微少な振動を精度良く計測することができるという利点がある。また、ピエゾ素子を用いた振動センサに比較すると、本実施形態の装置によれば、広帯域での高精度の振動計測が可能になるという利点がある。
【００６８】
さらに、地震検出装置としてピエゾ素子を用いた場合には、ピエゾ素子からの出力が原理的に電圧値であるために、雷による外乱の影響を受けてＳ／Ｎ比が劣化しやすいという問題がある。これに対して、本実施形態の装置によれば、原理的に、振動検出を光により検出できるので、雷による外乱の影響を受けにくく、高い測定精度を得ることができるという利点がある。例えば、高深度の地中に支持体３を埋設した場合には、そこからの出力を得るために、長い光ファイバを用いることがある。この場合であっても、本実施形態の装置によれば、検出のために光を用いているので、雷が発生しても、ノイズが混入しにくく、測定精度が劣化しにくいという利点がある。
【００６９】
また、本実施形態の装置では、第１弾性部材２１に第１周回部８２１を取り付け、第２弾性部材２２に第２周回部８２２を取り付けており、これら二つの周回部で地震を検出する構成としている。一般に、周回部における巻き数が多いほど、変位速度に対応した周波数の変化量Δｆが大きくなり、Ｓ／Ｎ比が向上する。この装置では、二つの周回部が連結されているために、結果的には、一つの周回部における巻き数を増加させたことと等価になり、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００７０】
ここで、仮に、一つの周回部における巻き数を単純に増加させた場合には、周回部の直径が大きくなる。すると、支持体３が大型化し、支持体３を埋設するためのボーリング穴も大きくなる。これは、設置作業の繁雑化や高コスト化につながるという問題がある。これに対して、本実施形態の装置では、一つの周回部における巻き数を少なく押さえることができるので、このような問題を軽減できる。
【００７１】
また、一つの周回部における巻き数を増加させるために、光ファイバを軸線方向に積層しながら周回することも考えられる。しかしながら、この場合には、周回部の剛性が上がり、周回部の変形に要する力が上昇する。このような周回部を弾性体２に取り付けると、弾性体２が、支持体３と同期して一緒に振動する傾向が強くなり、その結果、地震測定の感度が低下するおそれがある。換言すれば、周回部の剛性が高くなると、弾性体２による空間周波数の変換動作が妨げられるおそれがあるということである。
【００７２】
一方、本実施形態によれば、二つの弾性部材にそれぞれ周回部を取り付けているので、一つの周回部の剛性を引く押さえつつ、周回部全体としての巻き数を実質的に増加させることができる。これにより、地震測定の感度を向上させることができるという利点がある。もちろん、必要に応じて、弾性部材及びそれに取り付ける周回部の数を増加させることも可能である。
【００７３】
また、本実施形態では、支柱４を設けているので、第１弾性部材２１及び第２弾性部材２２の変形方向を、支柱本体４１の軸線方向に沿う方向に制限することができる。したがって、検出された地震の振動方向を検出できるという利点がある。また、本実施形態のように構成された複数の支持体３を、支柱本体４１の軸線方向が交差するように配置すれば、２次元方向や３次元方向での振動解析も可能である。
【００７４】
なお、本発明に係る低周波振動検出装置は、前記した実施の形態に係る地震検出装置に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得るものである。
【００７５】
例えば、前記実施形態では、二つの周回部を用いているが、用途によっては、図２１に示すように、一つの周回部のみを用いることも可能である。この場合には、一つの弾性体２に一つの周回部８２を取り付ければよい。
【００７６】
また、前記実施形態では、弾性体の一方の面に周回部を取り付けているが、他方の面に取り付けてもよく、さらには両面に取り付けることも可能である。
【００７７】
また、光ファイバに入力された光の経路としては、第１周回部８２１と第２周回部８２２のうち、どちらを先に通過しても良い。
【００７８】
さらに、前記した実施形態においては、一本の光ファイバを周回させることで周回部を形成している。もちろん、光ファイバとしては、物理的に複数本の光ファイバをコネクタなどの接続手段で接続したものでもよいし、途中で分岐や結合が存在していてもよい。
【００７９】
また、前記実施形態では、低周波振動検出装置の一例として、地震検出装置を説明したが、地震以外の振動を検出することも可能である。例えば、光ファイバの周回部を有する支持体を、ビルやダムなどの構造物に取り付けることにより、これらの構造物における振動を計測することができる。この場合は、構造物における低周波の振動を計測するために特に好適である。構造物における低周波振動の要因としては、地震以外にも、通行車両によるもの、機械の稼働によるものなど、種々のものが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施形態に係る地震検出装置の概略的な説明図である。
【図２】図１の地震検出装置における要部の断面図である。
【図３】振動センサについての説明図である。
【図４】弾性体の平面図である。
【図５】図４の正面図である。
【図６】支持体に用いられる台座の平面図である。
【図７】図６の断面図である。
【図８】図６のａ−ａ'線に沿う拡大断面図である。
【図９】押さえリングの平面図である。
【図１０】図９の断面図である。
【図１１】支持体に用いられる中間部材の平面図である。
【図１２】図１１の断面図である。
【図１３】支持体に用いられる蓋部の平面図である。
【図１４】図１３のＡ−Ａ'線に沿う断面図である。
【図１５】支柱に用いられる支柱本体の正面図である。
【図１６】図１５の底面図である。
【図１７】支柱に用いられるスペーサの正面図である。
【図１８】図１７の側面図である。
【図１９】図１７の底面図である。
【図２０】支柱に用いられるおもりの正面図である。
【図２１】図２０の底面図である。
【図２２】変形例における振動センサの説明図である。
【符号の説明】
【００８１】
１ 振動センサ
２ 弾性体
３ 支持体
３１ 台座
３１５ 台座における保持部
３２ 中間部材
３３ 蓋部
３３４ 蓋部における保持部
４ 支柱
４１ 支柱本体
４２ スペーサ
４３ 固定用ナット
４４ おもり
５１・５２ 押さえリング
８ 光ファイバ
８１ 入力端
８２ 周回部
８２１ 第１周回部
８２２ 第２周回部
８３ 出力端
９ 検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを通過する光の波長変化を用いて、地震等の低周波振動を検出することができる装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、光ファイバを用いた振動測定装置が記載されている。この装置においては、光ファイバを湾曲させることで、この光ファイバに湾曲部を形成している。この装置においては、湾曲部を被測定部位に取り付けた後、光ファイバの入力端にコヒーレント光を入力する。光ファイバへの入力光は、湾曲部を通って光ファイバの出力端から出力される。湾曲部を通る光の周波数（光としての周波数）は、湾曲部に加わる振動に対応して変化する。より詳しくは、この文献によれば、湾曲部の法線方向における光ファイバの変位速度が、光の周波数変化量に比例する。
【０００３】
そこで、入力光と出力光との間の周波数変化量（あるいは波長変化量）を検出することにより、湾曲部に加えられた振動（変位速度又はその積分値としての変位量）を測定することができる。この方法によれば、微少な振動を、広い帯域にわたって、精度良く測定することができるという利点がある。また、この方法では、湾曲部の長さを長くすることにより、振動計測におけるＳ／Ｎ比を向上させることもできる。湾曲部の長さを長くする方法としては、例えば、光ファイバを複数回周回させることが考えられる。
【特許文献１】ＷＯ２００３／２９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような原理を用いた振動計測の応用として、地震などの低周波振動を検出することが考えられる。しかしながら、この場合には、以下の問題がある。
【０００５】
一般に、低周波振動、例えば地震は、空間周波数が非常に低い（つまり波長が長い）という特性がある。例えば、地震が発生した場合、ある限られた範囲（例えば数メートル四方の範囲）では、地盤全体が、上下方向あるいは水平方向に振動する。
【０００６】
一方、前記した湾曲部を用いた振動計測方法においては、湾曲部が地盤と一緒に全体として変位してしまうと、地盤の振動検出が困難になる。これは、この計測方法では、湾曲部の局部的な変位を検出しているからであると考えられる。
【０００７】
この問題を避けるため、非常に大きな湾曲部を形成することも考えられるが、実際の設置や保守を考えると、これは現実的ではない。
【０００８】
このため、地震検出においては、光の周波数変化を用いた振動検出が難しいという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものである。本発明は、光の周波数変化を用いて、地震などの低周波振動を検出することが可能な装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る低周波振動検出装置は、振動センサと、弾性体と、支持体とを備えている。前記振動センサは、光ファイバと、検出部とを備えている。前記光ファイバは、入力端と、周回部と、出力端とを備えている。前記入力端には、コヒーレントな光が入力される構成となっている。前記周回部は、前記入力端と前記出力端との間に配置されている。かつ、前記周回部は、前記光ファイバを周回することで構成されている。さらに、前記周回部には、前記入力端から入力された光が通過するように構成されている。前記出力端からは、前記周回部を通過した前記光が出力される構成となっている。
【００１１】
前記検出部は、前記入力端に入力された光と、前記出力端から出力された光との間における、光としての周波数変化を検出することにより、前記周回部における変位速度又は変位を検出する構成となっている。ここで、変位は、変位速度の積分値として取得することができる。
【００１２】
前記弾性体は、板状に形成されている。前記弾性体の表面には、前記周回部の軸線方向における一端側が取り付けられている。
【００１３】
前記支持体は、前記弾性体の縁部を支持しており、かつ、この状態において、前記弾性体の中央部近傍は、前記支持体に対して揺動可能となっている。
【００１４】
この装置によれば、地震などの低周波振動が発生して支持体が振動すると、支持体に対して弾性体が振動し、変形する。この弾性体における振動により、周回部が変形する。すると、周回部を通過する光の周波数が変化する。この周波数の変化を検出することにより、低周波振動を検出することができる。
【００１５】
なお、ここで低周波振動とは、波長が比較的に長い振動を意味している。ただし、特定の波長域の振動を意図的に除外するものではなく、原理的には、様々な波長の振動に対応することが可能である。
【００１６】
請求項２に係る低周波振動検出装置は、請求項１に記載のものにおいて、前記周回部の一端側を、前記弾性体の表面のほぼ中央に配置している構成となっている。
【００１７】
請求項３に係る低周波振動検出装置は、請求項１又は２に記載のものにおいて、前記弾性体が、第１弾性部材と、第２弾性部材とを備えている。前記第１弾性部材と第２弾性部材とは、それぞれ、板状に形成されている。前記第１弾性部材の縁部と、前記第２弾性部材の縁部とは、それぞれ、前記支持体によって支持されている。前記第１弾性部材の中央部近傍と、前記第２弾性部材の中央部近傍とは、前記支持体に対して揺動可能となっている。また、この装置では、前記周回部が、第１周回部と、第２周回部とを備えている。前記第１周回部の軸線方向における一端側は、前記第１弾性部材の表面に取り付けられている。前記第２周回部の軸線方向における一端側は、前記第２弾性部材の表面に取り付けられている。
【００１８】
二つの弾性部材にそれぞれ周回部を取り付けることにより、実質的には、光ファイバの巻き数を増加させることができる。これにより、低周波振動測定におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。また、一つの周回部における巻き数を低く抑えることができるので、周回部の柔軟性を保つことができる。すると、低周波振動検出の精度を向上させることが容易となる。
【００１９】
請求項４に係る低周波振動検出装置は、請求項３に記載のものにおいて、前記第１弾性部材と前記第２弾性部材とが、互いにほぼ平行な状態に配置されている構成となっている。
【００２０】
このようにすると、第１弾性部材と第２弾性部材の振動方向がほぼ等しくなるので、特定の方向における振動への感度が向上する。
【００２１】
請求項５に係る低周波振動検出装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のものにおいて、さらに支柱を備えている。この支柱は、前記支持体に支持されている。かつ、前記支柱は、前記支持体によって、前記支柱の径方向への移動が阻止された構成となっている。前記支柱は、弾性体を貫通して挿通させられている。前記弾性体は、前記支柱の軸線方向に沿って揺動する構成となっている。
【００２２】
このようにすると、弾性体の振動方向を支柱により制約することができるので、特定の方向における振動の感度が向上する。したがって、振動の方向を特定することが容易となる。
【００２３】
請求項６に係る低周波振動検出装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載のものにおいて、前記低周波振動が地震であるものとなっている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、光の周波数変化を用いて、地震などの低周波振動を検出することが可能な装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る低周波振動検出装置の実施の形態として、地震検出装置を、添付の図面を参照して説明する。この地震検出装置は、振動センサ１（図１参照）と、弾性体２（図２参照）と、支持体３（図１参照）と、支柱４（図２参照）とを備えている。
【００２６】
振動センサ１は、光ファイバ８と、検出部９とを備えている（図１及び図３参照）。
【００２７】
光ファイバ８は、入力端８１と、周回部８２（図３参照）と、出力端８３とを備えている。
【００２８】
入力端８１には、検出部９から、コヒーレントな光が入力される構成となっている。ここで、コヒーレントな光とは、振動の計測に必要な程度に位相が揃っている光をいう。このようなコヒーレントな光は、一般にはレーザを用いて供給される。
【００２９】
周回部８２は、入力端８１と出力端８３との間に配置されている。周回部８２は、光ファイバ８を周回することで構成されている。さらに、周回部８２には、入力端８１から入力された光が通過するように構成されている。
【００３０】
より具体的には、本実施形態における周回部８２は、第１周回部８２１と、第２周回部８２２とを備えている（図３参照）。第１周回部８２１及び第２周回部８２２は、前記したように、光ファイバ８を周回することによって形成されている。また、これら第１周回部８２１及び第２周回部８２２は、いずれも、入力端８１から入力された光が通過する構成となっている。また、本実施形態では、第１周回部８２１及び第２周回部８２２は、一本の光ファイバを周回させることによって形成されているので、上流側にある一方の周回部を通過した光は、それよりも下流側にある他方の周回部を通過することになる。
【００３１】
第１周回部８２１及び第２周回部８２２における、光ファイバ８の巻き数は、特に制約されないが、例えば、５０〜１５０巻き程度とすることができる。巻き数が多いほど、信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。ただし、これらの周回部は、振動を検出するために、ある程度の柔軟性が必要である。このため、必要な柔軟性を得られる範囲の巻き数あるいは巻き状態とされる。必要な柔軟性を得られるのであれば、軸方向に積層させながら巻くことも可能である。特に、本実施形態では、周回部の軸線に平行な方向への力に対して柔軟であることが好ましい。
【００３２】
また、第１周回部８２１及び第２周回部８２２の軸心近傍には、貫通された開口部８２１ａ及び８２２ａが形成されている。このような開口部は、例えば心棒（図示せず）を中心として光ファイバを周回させることで容易に形成可能である。
【００３３】
出力端８３からは、周回部８２（すなわち第１周回部８２１及び第２周回部８２２）を通過した光が出力される構成となっている。
【００３４】
検出部９は、入力端８１に入力された光と、出力端８３から出力された光との間における、光としての周波数変化を検出することにより、周回部８２における変位速度又は変位を検出する構成となっている。より詳しくは、周回部８２を通過した光における周波数変化量は、周回部８２における光ファイバの法線方向における変位速度に比例する（前記した特許文献１参照）。変位速度の積分値として変位を算出することもできる。
【００３５】
前記した点以外における振動センサの構成は、前記した特許文献１に記載の技術と同様でよいので、振動センサについては、これ以上詳細な説明は省略する。
【００３６】
弾性体２は、板状に形成されている（図４及び図５参照）。また、弾性体２の表面には、周回部８２の軸線方向における一端側が取り付けられている。
【００３７】
より具体的には、弾性体２は、第１弾性部材２１と、第２弾性部材２２とを備えている。これらの第１弾性部材２１と第２弾性部材２２とは、それぞれ、円板状に形成されている。なお、これらの弾性部材は、基本的に同じ構成なので、図４及び図５では、第１弾性部材２１のみを示している。
【００３８】
第１弾性部材２１の周縁部と、第２弾性部材２２の周縁部とは、それぞれ、支持体３によって支持されている。支持体３の詳しい構成は後述する。
【００３９】
支持体３に支持された状態においては、第１弾性部材２１の中央部近傍と、第２弾性部材２２の中央部近傍とは、支持体３に対して揺動可能となっている。つまり、支持体３が振動を受けると、第１弾性部材２１の中央部及び第２弾性部材２２の中央部と支持体３とは、相対的に移動する（揺動する）ことができるようになっている。したがって、第１・第２弾性部材２１・２２の材質としては、弾性を有するものが望ましく、例えば、リン青銅板を用いることができる。このほかにも、例えば樹脂や硬質ゴムを用いることが可能である。ただし、高い耐久性や耐候性を有する材質であることが好ましい。
【００４０】
また、第１弾性部材２１の周縁部と、第２弾性部材２２の周縁部とには、光ファイバ８を通過させるための切り欠き２１１及び２２１が形成されている。
【００４１】
さらに、第１弾性部材２１の中央と、第２弾性部材２２の中央とには、後述する支柱４の支柱本体４１を挿通させるための挿通孔２１２及び２２２が形成されている。
【００４２】
第１弾性部材２１の表面のほぼ中央には、第１周回部８２１の軸線方向における一端側の端面が取り付けられている（図４における二点鎖線参照）。第１周回部８２１を取り付けるための手段としては、接着剤や粘着シートなど、各種のものを使用可能である。ただし、第１周回部８２１は、「第１弾性部材２１が撓んだ場合に、その撓みと共に第１周回部８２１が変形できる程度」に、第１弾性部材２１に対して確実に取り付けられていることが望ましい。一般には、第１周回部８２１の端面全体を第１弾性部材２１に取り付けることが好ましい。
【００４３】
第２弾性部材２２の表面のほぼ中央には、第１弾性部材２１の場合と同様に、第２周回部８２２の軸線方向における一端側が取り付けられている。両者の取り付け状態は、第１弾性部材２１の場合と同様でよいので、これ以上の詳細についての説明は省略する。
【００４４】
第１弾性部材２１と第２弾性部材２２とは、支持体３により支持された状態において、互いにほぼ平行な状態に配置されている（図２参照）。
【００４５】
支持体３は、この実施形態では、台座３１と、中間部材３２と、蓋部３３とを主要な構成として備えている（図２参照）。
【００４６】
台座３１は、円筒状に形成された側部３１１と、側部３１１の底面をふさぐ底部３１２とを備えており、上面が開口された形状となっている（図２及び図６〜８参照）。つまり、台座３１は、全体として、有底の円筒状に形成されている。第１弾性部材２１の縁部は、台座３１の側部３１１の上端に当接された状態で、ボルト３１３（図２参照）により台座３１に固定されている。
【００４７】
また、本実施形態では、ボルト３１３と台座３１との間に、押さえリング５１（図９及び図１０参照）が介在されている。押さえリング５１にも、光ファイバ８を挿通させるための溝５１１が形成されている。
【００４８】
さらに、本実施形態の台座３１では、光ファイバを上下方向に挿通させるための溝３１４（図６及び図８参照）が形成されている。
【００４９】
また、台座３１の底部３１２の上面には、後述する支柱４の支柱本体４１を保持するための保持部３１５が形成されている。保持部３１５は、上面が開口された凹部となっている。
【００５０】
台座３１の側部３１１の上部には、中間部材３２を台座３１に接続するための接続部３１６が形成されている。接続部３１６の外周面には雄ねじが形成されている。
【００５１】
中間部材３２は、全体として、ほぼ円筒状に形成されている（図１１及び図１２参照）。第２弾性部材２２の縁部は、中間部材３２の上面に当接された状態で、ボルト３２１（図２参照）により、中間部材３２に固定されている。また、ボルト３２１と中間部材３２との間には、光ファイバ挿通用の溝５２１を有する押さえリング５２（図９及び図１０参照）が介在されている（図２参照）。さらに、中間部材３２にも、光ファイバ８を上下方向に通過させるための溝３２３が形成されている（図１１及び図１２参照）。
【００５２】
中間部材３２の内面には、前記した台座３１の接続部３１６に形成された雄ねじが螺合される雌ねじが形成されている。また、中間部材３２の上部には、蓋部３３を中間部材３２に接続するための接続部３２４が形成されている。接続部３２４の外周面には雄ねじが形成されている。
【００５３】
蓋部３３は、円筒状に形成された側部３３１と、この側部３３１の上面をふさぐ上面部３３２とを備えている（図１３及び図１４参照）。これにより、蓋部３３は、全体として、上面が閉鎖された円筒状に形成されている。
【００５４】
側部３３１の内面には、前記した中間部材３２の接続部３２４に形成された雄ねじが螺合される雌ねじが形成されている。
【００５５】
上面部３３２には、光ファイバ８を挿通させるための貫通孔３３３が形成されている。また、上面部３３２には、後述する支柱４の支柱本体４１を保持するための保持部３３４が形成されている。
【００５６】
支柱４は、この実施形態では、支柱本体４１と、スペーサ４２と、固定用ナット４３と、おもり４４とを備えている（図２及び図１４〜２０参照）。
【００５７】
支柱本体４１は、断面円形の棒状に形成されている（図１４及び図１５参照）。支柱本体４１の下端は、支持体３の台座３１に形成された保持部３１５の内部に収納されている（図２参照）。同様に、支柱本体４１の上端は、蓋部３３の保持部３３４の内部に収納されている（図２参照）。この状態では、支柱本体４１は、それぞれの保持部３１５及３３４により保持されて、脱落しないようになっている。つまり、支柱本体４１は、支持体３によって支持されたものとなっている。さらに、支柱本体４１は、支持体３によって、支柱本体４１の径方向（図２において前後又は左右方向）への移動が阻止された構成となっている。ただし、支柱本体４１は、保持部３１５及び３３４において軸方向に形成された遊び（間隙）のために、軸方向に沿って、所定のストロークで上下動が可能となっている。
【００５８】
支柱本体４１は、第１弾性部材２１及び第２弾性部材２２を貫通して挿通させられている（図２参照）。後述するように、第１弾性部材２１及び第２弾性部材２２は、支柱本体４１に固定されている。この構成により、第１弾性部材２１及び第２弾性部材２２が揺動すると、支柱本体４１が上下動できるようになっている。
【００５９】
また、支柱本体４１の外表面には、固定用ナット４３を螺合させるための雄ねじが形成されている。
【００６０】
スペーサ４２は、ほぼ円筒状に形成されており（図１７〜１９参照）。支柱本体４１の外側に嵌め合わせられている（図２参照）。また、スペーサ４２の下端面は、第１弾性部材２１の上面に当接し、スペーサ４２の上端面は、第２弾性部材２２の下面に当接している。これにより、スペーサ４２は、第１弾性部材２１と第２弾性部材２２との間隔を一定に保持している。
【００６１】
固定用ナット４３は、支柱本体４１の雄ねじに螺合されており、これによって、第１弾性部材２１と第２弾性部材２２とを、スペーサ４２の方向に押し付けている。つまり、固定用ナット４３は、第１弾性部材２１と第２弾性部材２２とを支柱本体４１に固定している。
【００６２】
おもり４４は、円筒状に形成されている（図１９及び図２０参照）。おもり４４の内周面には、支柱４１に螺合される雌ねじが形成されている。おもり４４は、支柱本体４１の外側に螺合されて取り付けられており、支柱本体４１と一緒に移動するようになっている。
【００６３】
（地震検出装置の動作）
つぎに、本実施形態に係る地震検出装置の動作について説明する。本実施形態の地震検出装置の使用に際しては、支持体３を、地震検出に適した箇所に配置する。地震検出に適した箇所とは、一般には、地中である。しかしながら、それに限らず、地震を伝搬できる物体（建造物など）の表面に取り付けることも可能である。また、地表に支持体３を取り付けることも可能である。
【００６４】
ついで、光ファイバ８の入力端８１からコヒーレント光を入力する。すると、この光は、第１周回部８２１及び第２周回部８２２を、光ファイバ１の周回に従って周回しながら通過する。その後、この光は、光ファイバ８の出力端８３から出力される。
【００６５】
この状態で、地震が発生すると、地盤や建造物等の介在物を介して、支持体３に振動が伝達される。すると、支持体３に支持されている第１弾性部材２１と第２弾性部材２２とが、支柱本体４１の軸線方向に沿って、支持体３と共に揺動する。ここで、本実施形態では、これらの弾性部材２１及び２２の周縁部は、支持体３に固定されており、弾性部材２１及び２２の中央部近傍は、上下に揺動できる構成になっている。すると、弾性部材２１及び２２の中央部近傍は、支持体３と一緒に振動するのではなく、それ自体の慣性のために、支持体３とは異なった位相で振動する。このため、弾性部材２１及び２２は、その厚さ方向において、比較的高い空間周波数での変形を生じる。つまり、弾性部材２１及び２２は、局部的に、その厚さ方向に曲げられることになる。
【００６６】
すると、これらの弾性部材２１及び２２に取り付けられた第１周回部８２１及び第２周回部にも、局部的な変形を生じる。すると、これらの周回部を通過する光の周波数（あるいは波長）は、周回部における局部的な変位の速度に対応して変化する（特許文献１参照）。この周波数（あるいは波長）の変化を検出部９で検出することにより、地震を計測することができる。また、変位速度の積分値として変位、微分値として加速度を算出することも可能である。
【００６７】
この計測においては、光の周波数変動を用いているので、光ファイバを通過する光の強度変化を用いた振動センサを用いる場合に比べて、微少な振動を精度良く計測することができるという利点がある。また、ピエゾ素子を用いた振動センサに比較すると、本実施形態の装置によれば、広帯域での高精度の振動計測が可能になるという利点がある。
【００６８】
さらに、地震検出装置としてピエゾ素子を用いた場合には、ピエゾ素子からの出力が原理的に電圧値であるために、雷による外乱の影響を受けてＳ／Ｎ比が劣化しやすいという問題がある。これに対して、本実施形態の装置によれば、原理的に、振動検出を光により検出できるので、雷による外乱の影響を受けにくく、高い測定精度を得ることができるという利点がある。例えば、高深度の地中に支持体３を埋設した場合には、そこからの出力を得るために、長い光ファイバを用いることがある。この場合であっても、本実施形態の装置によれば、検出のために光を用いているので、雷が発生しても、ノイズが混入しにくく、測定精度が劣化しにくいという利点がある。
【００６９】
また、本実施形態の装置では、第１弾性部材２１に第１周回部８２１を取り付け、第２弾性部材２２に第２周回部８２２を取り付けており、これら二つの周回部で地震を検出する構成としている。一般に、周回部における巻き数が多いほど、変位速度に対応した周波数の変化量Δｆが大きくなり、Ｓ／Ｎ比が向上する。この装置では、二つの周回部が連結されているために、結果的には、一つの周回部における巻き数を増加させたことと等価になり、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００７０】
ここで、仮に、一つの周回部における巻き数を単純に増加させた場合には、周回部の直径が大きくなる。すると、支持体３が大型化し、支持体３を埋設するためのボーリング穴も大きくなる。これは、設置作業の繁雑化や高コスト化につながるという問題がある。これに対して、本実施形態の装置では、一つの周回部における巻き数を少なく押さえることができるので、このような問題を軽減できる。
【００７１】
また、一つの周回部における巻き数を増加させるために、光ファイバを軸線方向に積層しながら周回することも考えられる。しかしながら、この場合には、周回部の剛性が上がり、周回部の変形に要する力が上昇する。このような周回部を弾性体２に取り付けると、弾性体２が、支持体３と同期して一緒に振動する傾向が強くなり、その結果、地震測定の感度が低下するおそれがある。換言すれば、周回部の剛性が高くなると、弾性体２による空間周波数の変換動作が妨げられるおそれがあるということである。
【００７２】
一方、本実施形態によれば、二つの弾性部材にそれぞれ周回部を取り付けているので、一つの周回部の剛性を引く押さえつつ、周回部全体としての巻き数を実質的に増加させることができる。これにより、地震測定の感度を向上させることができるという利点がある。もちろん、必要に応じて、弾性部材及びそれに取り付ける周回部の数を増加させることも可能である。
【００７３】
また、本実施形態では、支柱４を設けているので、第１弾性部材２１及び第２弾性部材２２の変形方向を、支柱本体４１の軸線方向に沿う方向に制限することができる。したがって、検出された地震の振動方向を検出できるという利点がある。また、本実施形態のように構成された複数の支持体３を、支柱本体４１の軸線方向が交差するように配置すれば、２次元方向や３次元方向での振動解析も可能である。
【００７４】
なお、本発明に係る低周波振動検出装置は、前記した実施の形態に係る地震検出装置に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得るものである。
【００７５】
例えば、前記実施形態では、二つの周回部を用いているが、用途によっては、図２１に示すように、一つの周回部のみを用いることも可能である。この場合には、一つの弾性体２に一つの周回部８２を取り付ければよい。
【００７６】
また、前記実施形態では、弾性体の一方の面に周回部を取り付けているが、他方の面に取り付けてもよく、さらには両面に取り付けることも可能である。
【００７７】
また、光ファイバに入力された光の経路としては、第１周回部８２１と第２周回部８２２のうち、どちらを先に通過しても良い。
【００７８】
さらに、前記した実施形態においては、一本の光ファイバを周回させることで周回部を形成している。もちろん、光ファイバとしては、物理的に複数本の光ファイバをコネクタなどの接続手段で接続したものでもよいし、途中で分岐や結合が存在していてもよい。
【００７９】
また、前記実施形態では、低周波振動検出装置の一例として、地震検出装置を説明したが、地震以外の振動を検出することも可能である。例えば、光ファイバの周回部を有する支持体を、ビルやダムなどの構造物に取り付けることにより、これらの構造物における振動を計測することができる。この場合は、構造物における低周波の振動を計測するために特に好適である。構造物における低周波振動の要因としては、地震以外にも、通行車両によるもの、機械の稼働によるものなど、種々のものが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施形態に係る地震検出装置の概略的な説明図である。
【図２】図１の地震検出装置における要部の断面図である。
【図３】振動センサについての説明図である。
【図４】弾性体の平面図である。
【図５】図４の正面図である。
【図６】支持体に用いられる台座の平面図である。
【図７】図６の断面図である。
【図８】図６のａ−ａ'線に沿う拡大断面図である。
【図９】押さえリングの平面図である。
【図１０】図９の断面図である。
【図１１】支持体に用いられる中間部材の平面図である。
【図１２】図１１の断面図である。
【図１３】支持体に用いられる蓋部の平面図である。
【図１４】図１３のＡ−Ａ'線に沿う断面図である。
【図１５】支柱に用いられる支柱本体の正面図である。
【図１６】図１５の底面図である。
【図１７】支柱に用いられるスペーサの正面図である。
【図１８】図１７の側面図である。
【図１９】図１７の底面図である。
【図２０】支柱に用いられるおもりの正面図である。
【図２１】図２０の底面図である。
【図２２】変形例における振動センサの説明図である。
【符号の説明】
【００８１】
１ 振動センサ
２ 弾性体
３ 支持体
３１ 台座
３１５ 台座における保持部
３２ 中間部材
３３ 蓋部
３３４ 蓋部における保持部
４ 支柱
４１ 支柱本体
４２ スペーサ
４３ 固定用ナット
４４ おもり
５１・５２ 押さえリング
８ 光ファイバ
８１ 入力端
８２ 周回部
８２１ 第１周回部
８２２ 第２周回部
８３ 出力端
９ 検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動センサと、弾性体と、支持体とを備えており、
前記振動センサは、光ファイバと、検出部とを備えており、
前記光ファイバは、入力端と、周回部と、出力端とを備えており、
前記入力端には、コヒーレントな光が入力される構成となっており、
前記周回部は、前記入力端と前記出力端との間に配置されており、
かつ、前記周回部は、前記光ファイバを周回することで構成されており、
さらに、前記周回部には、前記入力端から入力された光が通過するように構成されており、
前記出力端からは、前記周回部を通過した前記光が出力される構成となっており、
前記検出部は、前記入力端に入力された光と、前記出力端から出力された光との間における、光としての周波数変化を検出することにより、前記周回部における変位速度又は変位を検出する構成となっており、
前記弾性体は、板状に形成されており、
前記弾性体の表面には、前記周回部の軸線方向における一端側が取り付けられており、
前記支持体は、前記弾性体の縁部を支持しており、かつ、この状態において、前記弾性体の中央部近傍は、前記支持体に対して揺動可能となっている
ことを特徴とする低周波振動検出装置。
【請求項２】
前記周回部の一端側は、前記弾性体の表面のほぼ中央に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の低周波振動検出装置。
【請求項３】
前記弾性体は、第１弾性部材と、第２弾性部材とを備えており、
前記第１弾性部材と第２弾性部材とは、それぞれ、板状に形成されており、
前記第１弾性部材の縁部と、前記第２弾性部材の縁部とは、それぞれ、前記支持体によって支持されており、
前記第１弾性部材の中央部近傍と、前記第２弾性部材の中央部近傍とは、前記支持体に対して揺動可能となっており、
前記周回部は、第１周回部と、第２周回部とを備えており、
前記第１周回部の軸線方向における一端側は、前記第１弾性部材の表面に取り付けられており、
前記第２周回部の軸線方向における一端側は、前記第２弾性部材の表面に取り付けられている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の低周波振動検出装置。
【請求項４】
前記第１弾性部材と前記第２弾性部材とは、互いにほぼ平行な状態に配置されている
ことを特徴とする請求項３に記載の低周波振動検出装置。
【請求項５】
さらに支柱を備えており、
前記支柱は、前記支持体に支持されており、
かつ、前記支柱は、前記支持体によって、前記支柱の径方向への移動が阻止された構成となっており、
前記支柱は、弾性体を貫通して挿通させられており、
前記弾性体は、前記支柱の軸線方向に沿って揺動する構成となっている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の低周波振動検出装置。
【請求項６】
前記低周波振動とは地震である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の低周波振動検出装置。
【請求項１】
振動センサと、弾性体と、支持体とを備えており、
前記振動センサは、光ファイバと、検出部とを備えており、
前記光ファイバは、入力端と、周回部と、出力端とを備えており、
前記入力端には、コヒーレントな光が入力される構成となっており、
前記周回部は、前記入力端と前記出力端との間に配置されており、
かつ、前記周回部は、前記光ファイバを周回することで構成されており、
さらに、前記周回部には、前記入力端から入力された光が通過するように構成されており、
前記出力端からは、前記周回部を通過した前記光が出力される構成となっており、
前記検出部は、前記入力端に入力された光と、前記出力端から出力された光との間における、光としての周波数変化を検出することにより、前記周回部における変位速度又は変位を検出する構成となっており、
前記弾性体は、板状に形成されており、
前記弾性体の表面には、前記周回部の軸線方向における一端側が取り付けられており、
前記支持体は、前記弾性体の縁部を支持しており、かつ、この状態において、前記弾性体の中央部近傍は、前記支持体に対して揺動可能となっている
ことを特徴とする低周波振動検出装置。
【請求項２】
前記周回部の一端側は、前記弾性体の表面のほぼ中央に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の低周波振動検出装置。
【請求項３】
前記弾性体は、第１弾性部材と、第２弾性部材とを備えており、
前記第１弾性部材と第２弾性部材とは、それぞれ、板状に形成されており、
前記第１弾性部材の縁部と、前記第２弾性部材の縁部とは、それぞれ、前記支持体によって支持されており、
前記第１弾性部材の中央部近傍と、前記第２弾性部材の中央部近傍とは、前記支持体に対して揺動可能となっており、
前記周回部は、第１周回部と、第２周回部とを備えており、
前記第１周回部の軸線方向における一端側は、前記第１弾性部材の表面に取り付けられており、
前記第２周回部の軸線方向における一端側は、前記第２弾性部材の表面に取り付けられている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の低周波振動検出装置。
【請求項４】
前記第１弾性部材と前記第２弾性部材とは、互いにほぼ平行な状態に配置されている
ことを特徴とする請求項３に記載の低周波振動検出装置。
【請求項５】
さらに支柱を備えており、
前記支柱は、前記支持体に支持されており、
かつ、前記支柱は、前記支持体によって、前記支柱の径方向への移動が阻止された構成となっており、
前記支柱は、弾性体を貫通して挿通させられており、
前記弾性体は、前記支柱の軸線方向に沿って揺動する構成となっている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の低周波振動検出装置。
【請求項６】
前記低周波振動とは地震である
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の低周波振動検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００８−２４９４６８（Ｐ２００８−２４９４６８Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９０８０４（Ｐ２００７−９０８０４）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（５０４０６６０８１）株式会社レーザック (11)
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（５０１２５４９５５）川崎地質株式会社 (11)
【出願人】（３９００３６５０４）日特建設株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（５０４０６６０８１）株式会社レーザック (11)
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（５０１２５４９５５）川崎地質株式会社 (11)
【出願人】（３９００３６５０４）日特建設株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
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