感震器
【課題】水平度依存性が少なく、動作回数が半永久的であり、さらに、複雑な信号処理を必要とせず、安価で、消費電力も少ない感震器を提供する。
【解決手段】球状の容器と、容器に、容器の一部に空気空間を残した状態で充填された液体と、液体に浸漬した状態で前記容器内に配置された高感度感圧素子とを備えており、加震時の前記液体の流動により前記高感度感圧素子に加わる圧力の変化を検知することを特徴とする感震器。
【解決手段】球状の容器と、容器に、容器の一部に空気空間を残した状態で充填された液体と、液体に浸漬した状態で前記容器内に配置された高感度感圧素子とを備えており、加震時の前記液体の流動により前記高感度感圧素子に加わる圧力の変化を検知することを特徴とする感震器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震等の加震時の振動を検知する感震器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の感震器としては、機械型の感震器や加速度センサ型の感震器が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
図２は、従来の機械型の感震器を模式的に示した図であって、（ａ）は定常時の状態を示す図、（ｂ）は加震時の状態を示す図である。図２に示すように、機械型の感震器１００は、電気接点１０１を鋼球１０２により開閉するように構成されている。そして、定常時は、図２（ａ）に示すように、電気接点１０１が閉の状態にされており、加震時に、図２（ｂ）に示すように、鋼球１０２の移動により電気接点１０１が開放されるように構成されている。
【０００４】
図３は、加速度センサ型の感震器のブロック図である。図３に示すように、加速度センサ型の感震器２００は、加速度センサ２０１およびセンサドライバ・マイコン２０２を備えており、図４に示すように、加震時には、加震の大きさそのものを時系列で測定して出力するように構成されている。なお、図４は、縦軸に出力をとり、横軸に時間をとったときの加速度の時系列データを示す図であり、（ａ）は定常時のデータを示す図、（ｂ）は加震時のデータを示す図である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−７２７７８号公報
【特許文献２】特開平１１−１７３４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
機械式の感震器１００は、単純構造で、低価格化が容易となり、また、機械動作であるため、待機電力が不要になる。しかし、設置時の水平依存性が非常に大きいため、設置の水平度によっては動作不能になり、また、機械式接点であるため、動作回数が限定されるという問題がある。
【０００７】
一方、加速度センサ型の感震器２００は、設置時の水平依存性を考慮しなくてもよく、また、加震の大きさそのものが時系列に分かり、超高感度品も容易に作ることができる。しかし、一般的に高価であり、オーバースペック（過剰性能）になることが多い。また、複雑な信号処理が必要であり、これに伴い待機電力がドライバ、マイコンで多く消費されるため、消費電力も多くなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、これらの問題に鑑み、水平度依存性が少なく、動作回数が半永久的であり、さらに、オーバースペックにならず、また複雑な信号処理を必要とせず、安価で、消費電力も少ない感震器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明により、上記の課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
以下、各請求項の発明を説明する。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、
球状の容器と、
前記容器に、前記容器の一部に空気空間を残した状態で充填された液体と、
前記液体に浸漬した状態で前記容器内に配置された高感度感圧素子と
を備えており、
加震時の前記液体の流動により前記高感度感圧素子に加わる圧力の変化を検知する
ことを特徴とする感震器である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、
前記高感度感圧素子が、前記球状の容器の球心近傍に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の感震器である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、
前記液体が、蒸気圧の低い液体である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の感震器である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、
前記高感度感圧素子に加わる圧力の変化を認識する回路を備えている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の感震器である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、水平度依存性が少なく、動作回数が半永久的であり、さらに、オーバースペックにならず、また複雑な信号処理を必要とせず、安価で、消費電力も少ない感震器を提供することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る感震器を模式的に示す図である。
【図２】機械型の感震器を模式的に示した図であって、（ａ）は定常時の状態を示す図、（ｂ）は加震時の状態を示す図である。
【図３】加速度センサ型の感震器のブロック図である。
【図４】縦軸に出力をとり、横軸に時間をとったときの加速度の時系列データを示す図であり、（ａ）は定常時のデータを示す図、（ｂ）は加震時のデータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
【００１８】
１．感震器の構成
図１は、本発明の実施の形態に係る感震器を模式的に示す図である。図１に示すように、感震器１は、球状の容器２と、容器２に充填される液体３と、液体３中に浸漬される高感度感圧素子の一種である圧電素子５と、微分回路、増幅回路および温度補償回路を有する回路部８と、圧電素子５の検知信号により振動を報知する報知手段（図示省略）とを備えている。
【００１９】
容器２は、空球体である。材質としては、ステンレス、樹脂、ガラス等が好ましいが、液体を安定して保持できる限り、特に制限されない。
【００２０】
液体３としては、シリコーン油等の蒸気圧の低い液体が使用される。
【００２１】
容器２内の液体３の上部には、空気空間部４が形成されており、容器２が加震されたときに液体３に流動性を持たせている。
【００２２】
圧電素子５は、圧電素子５のリード線５ａに接続された状態で容器２の中心部に配置されている。リード線５ａは、容器２の上部に形成された封止部７を通って回路部８に接続されている。なお、２ａは貫通孔である。
【００２３】
リード線５ａの周囲には、流れ止め６が配置されている。流れ止め６は、所定の強度を有する中空管で形成され、内部にリード線５ａが挿通され、容器２に封止部７により固定されている。封止部７は、球状の容器の材質に応じた材料を用いて封止がされている。例えば、容器が樹脂製あるいはステンレス製であれば、樹脂封止などが、ガラス製の容器であれば、ガラス封止などが採用される。
【００２４】
流れ止め６は、加震時に容器２が揺れた場合でも、圧電素子５の位置が液体３の流体圧により移動しないようにしている。なお、強度のあるリード線５ａを使用する場合は、流れ止め６は不要になる。
【００２５】
２．感震器の動作
前記のように構成される感震器１の基本的な動作を説明する。
【００２６】
圧電素子５には、常に液深に応じた一定の圧力が持続的に加わっている。
【００２７】
加震時には、液体３が容器２の振動により流動するため、圧電素子５に対して流動抵抗が発生する。この流動抵抗は微少な圧力差を生み、前記した液深に応じて一定の圧力が持続的に加わっている圧電素子に対して、微少な差圧が加えられ、圧力の変化が生じる。この圧力の変化は圧電素子より変位信号として取り出すことができる。
【００２８】
そして、この圧力の変化量を微分回路で検出し、増幅回路で増幅した後、さらに圧電素子５は温度依存性があるため、温度補償回路で温度変化の誤差を修正し、圧力の変化を精度高く認識し、適宜、報知手段を通じて監視者に報知する。
【００２９】
高感度感圧素子としては、前記のように圧電素子を好ましく用いることができるが、圧電素子には限られず、圧力によって共振周波数が変化する水晶振動子なども好ましく用いることができる。
【００３０】
水晶振動子を用いる場合には、水晶振動子を振動させるための電流を流しておき、水晶振動子の共振周波数を検知しておくことになる。そして、加震時には、液体３の流動により水晶振動子に加震による圧力が加わるため、水晶のひずみに応じて共振周波数が変化する。このため、この変化量を回路部８で検出することにより加震されたことを認識することができる。この場合も、圧力の変化量を微分回路で検出し、増幅回路で増幅し、さらに圧電素子と同様、温度補償回路で温度変化の誤差を修正することにより、圧力の変化を精度高く認識することができる。
【００３１】
３．本実施の形態の効果
（１）本実施の形態においては、上部に空気空間部が設けられた球状の容器内の液体中に圧電素子のような高感度感圧素子を浸漬して、液体の流動による高感度感圧素子の圧力変化を利用する方式が採用されている。そして、加震時に感震器が揺れた場合でも、空気空間部は常に上方にあり、高感度感圧素子は常に液体中に浸漬されている。
【００３２】
このため、地震などによる揺れの方向に影響されず、常に正確な検知が可能となる。即ち、従来の機械型の感震器の場合、水平に設置した場合でも、揺れの方向が上下の場合と、左右の場合とで検知結果に差が出やすい。また、加速度センサ型の感震器の場合、設置時の水平依存性は比較的考慮しなくてもよいが、揺れ方向が上下の場合と、左右の場合とで検知結果に差が出やすい。しかし、本実施の形態においては、液体の流動による高感度感圧素子の圧力変化を利用する方式が採用されているため、揺れの方向に影響されず、常に正確な検知が可能となる。
【００３３】
さらに、容器が球状であるため、設置方向に拘わらず、正確な検知が可能になる。特に、高感度感圧素子が、球状の容器の球心近傍に配置されている場合には、揺れ方向に対する方向依存性が全くなくなるため、極めて正確な検知が可能となる。
【００３４】
このように、本実施の形態の感震器には、設置の水平依存性だけでなく、揺れ方向に対する方向依存性が全くなくなるため、極めて正確な検知が可能となる。
【００３５】
（２）定常時と加震時の圧力変化が認識できるだけでよいため、高感度感圧素子からの信号は、微分回路、増幅回路、温度補償回路程度の簡単な回路で処理するだけで済み、消費電力が少なく１００μＷ以下での動作可能となるため、乾電池で長時間動作が可能となる。
【００３６】
（３）機械式接点をなくす一方、容器内の液体に浸漬した高感度感圧素子により加震時の圧力変化を検知する単純な方式であるため、動作回数が半永久的になる。
【００３７】
（４）前記の通り、高感度感圧素子を液体に浸漬させるだけの単純な構造であり、処理回路も単純な回路で済むため、安価であり、定常時と加震時の圧力変化を検知するだけであるため、加速度センサ型のような複雑な信号処理を必要としない。
【００３８】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 感震器
２ 容器
２ａ 貫通孔
３ 液体
４ 空気空間部
５ 圧電素子
５ａ リード線
６ 流れ止め
７ 封止部
８ 回路部
１００ 機械型の感震器
１０１ 電気接点
１０２ 鋼球
２００ 加速度センサ型の感震器
２０１ 加速度センサ
２０２ センサドライバ・マイコン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震等の加震時の振動を検知する感震器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の感震器としては、機械型の感震器や加速度センサ型の感震器が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
図２は、従来の機械型の感震器を模式的に示した図であって、（ａ）は定常時の状態を示す図、（ｂ）は加震時の状態を示す図である。図２に示すように、機械型の感震器１００は、電気接点１０１を鋼球１０２により開閉するように構成されている。そして、定常時は、図２（ａ）に示すように、電気接点１０１が閉の状態にされており、加震時に、図２（ｂ）に示すように、鋼球１０２の移動により電気接点１０１が開放されるように構成されている。
【０００４】
図３は、加速度センサ型の感震器のブロック図である。図３に示すように、加速度センサ型の感震器２００は、加速度センサ２０１およびセンサドライバ・マイコン２０２を備えており、図４に示すように、加震時には、加震の大きさそのものを時系列で測定して出力するように構成されている。なお、図４は、縦軸に出力をとり、横軸に時間をとったときの加速度の時系列データを示す図であり、（ａ）は定常時のデータを示す図、（ｂ）は加震時のデータを示す図である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−７２７７８号公報
【特許文献２】特開平１１−１７３４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
機械式の感震器１００は、単純構造で、低価格化が容易となり、また、機械動作であるため、待機電力が不要になる。しかし、設置時の水平依存性が非常に大きいため、設置の水平度によっては動作不能になり、また、機械式接点であるため、動作回数が限定されるという問題がある。
【０００７】
一方、加速度センサ型の感震器２００は、設置時の水平依存性を考慮しなくてもよく、また、加震の大きさそのものが時系列に分かり、超高感度品も容易に作ることができる。しかし、一般的に高価であり、オーバースペック（過剰性能）になることが多い。また、複雑な信号処理が必要であり、これに伴い待機電力がドライバ、マイコンで多く消費されるため、消費電力も多くなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、これらの問題に鑑み、水平度依存性が少なく、動作回数が半永久的であり、さらに、オーバースペックにならず、また複雑な信号処理を必要とせず、安価で、消費電力も少ない感震器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明により、上記の課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
以下、各請求項の発明を説明する。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、
球状の容器と、
前記容器に、前記容器の一部に空気空間を残した状態で充填された液体と、
前記液体に浸漬した状態で前記容器内に配置された高感度感圧素子と
を備えており、
加震時の前記液体の流動により前記高感度感圧素子に加わる圧力の変化を検知する
ことを特徴とする感震器である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、
前記高感度感圧素子が、前記球状の容器の球心近傍に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の感震器である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、
前記液体が、蒸気圧の低い液体である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の感震器である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、
前記高感度感圧素子に加わる圧力の変化を認識する回路を備えている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の感震器である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、水平度依存性が少なく、動作回数が半永久的であり、さらに、オーバースペックにならず、また複雑な信号処理を必要とせず、安価で、消費電力も少ない感震器を提供することできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る感震器を模式的に示す図である。
【図２】機械型の感震器を模式的に示した図であって、（ａ）は定常時の状態を示す図、（ｂ）は加震時の状態を示す図である。
【図３】加速度センサ型の感震器のブロック図である。
【図４】縦軸に出力をとり、横軸に時間をとったときの加速度の時系列データを示す図であり、（ａ）は定常時のデータを示す図、（ｂ）は加震時のデータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
【００１８】
１．感震器の構成
図１は、本発明の実施の形態に係る感震器を模式的に示す図である。図１に示すように、感震器１は、球状の容器２と、容器２に充填される液体３と、液体３中に浸漬される高感度感圧素子の一種である圧電素子５と、微分回路、増幅回路および温度補償回路を有する回路部８と、圧電素子５の検知信号により振動を報知する報知手段（図示省略）とを備えている。
【００１９】
容器２は、空球体である。材質としては、ステンレス、樹脂、ガラス等が好ましいが、液体を安定して保持できる限り、特に制限されない。
【００２０】
液体３としては、シリコーン油等の蒸気圧の低い液体が使用される。
【００２１】
容器２内の液体３の上部には、空気空間部４が形成されており、容器２が加震されたときに液体３に流動性を持たせている。
【００２２】
圧電素子５は、圧電素子５のリード線５ａに接続された状態で容器２の中心部に配置されている。リード線５ａは、容器２の上部に形成された封止部７を通って回路部８に接続されている。なお、２ａは貫通孔である。
【００２３】
リード線５ａの周囲には、流れ止め６が配置されている。流れ止め６は、所定の強度を有する中空管で形成され、内部にリード線５ａが挿通され、容器２に封止部７により固定されている。封止部７は、球状の容器の材質に応じた材料を用いて封止がされている。例えば、容器が樹脂製あるいはステンレス製であれば、樹脂封止などが、ガラス製の容器であれば、ガラス封止などが採用される。
【００２４】
流れ止め６は、加震時に容器２が揺れた場合でも、圧電素子５の位置が液体３の流体圧により移動しないようにしている。なお、強度のあるリード線５ａを使用する場合は、流れ止め６は不要になる。
【００２５】
２．感震器の動作
前記のように構成される感震器１の基本的な動作を説明する。
【００２６】
圧電素子５には、常に液深に応じた一定の圧力が持続的に加わっている。
【００２７】
加震時には、液体３が容器２の振動により流動するため、圧電素子５に対して流動抵抗が発生する。この流動抵抗は微少な圧力差を生み、前記した液深に応じて一定の圧力が持続的に加わっている圧電素子に対して、微少な差圧が加えられ、圧力の変化が生じる。この圧力の変化は圧電素子より変位信号として取り出すことができる。
【００２８】
そして、この圧力の変化量を微分回路で検出し、増幅回路で増幅した後、さらに圧電素子５は温度依存性があるため、温度補償回路で温度変化の誤差を修正し、圧力の変化を精度高く認識し、適宜、報知手段を通じて監視者に報知する。
【００２９】
高感度感圧素子としては、前記のように圧電素子を好ましく用いることができるが、圧電素子には限られず、圧力によって共振周波数が変化する水晶振動子なども好ましく用いることができる。
【００３０】
水晶振動子を用いる場合には、水晶振動子を振動させるための電流を流しておき、水晶振動子の共振周波数を検知しておくことになる。そして、加震時には、液体３の流動により水晶振動子に加震による圧力が加わるため、水晶のひずみに応じて共振周波数が変化する。このため、この変化量を回路部８で検出することにより加震されたことを認識することができる。この場合も、圧力の変化量を微分回路で検出し、増幅回路で増幅し、さらに圧電素子と同様、温度補償回路で温度変化の誤差を修正することにより、圧力の変化を精度高く認識することができる。
【００３１】
３．本実施の形態の効果
（１）本実施の形態においては、上部に空気空間部が設けられた球状の容器内の液体中に圧電素子のような高感度感圧素子を浸漬して、液体の流動による高感度感圧素子の圧力変化を利用する方式が採用されている。そして、加震時に感震器が揺れた場合でも、空気空間部は常に上方にあり、高感度感圧素子は常に液体中に浸漬されている。
【００３２】
このため、地震などによる揺れの方向に影響されず、常に正確な検知が可能となる。即ち、従来の機械型の感震器の場合、水平に設置した場合でも、揺れの方向が上下の場合と、左右の場合とで検知結果に差が出やすい。また、加速度センサ型の感震器の場合、設置時の水平依存性は比較的考慮しなくてもよいが、揺れ方向が上下の場合と、左右の場合とで検知結果に差が出やすい。しかし、本実施の形態においては、液体の流動による高感度感圧素子の圧力変化を利用する方式が採用されているため、揺れの方向に影響されず、常に正確な検知が可能となる。
【００３３】
さらに、容器が球状であるため、設置方向に拘わらず、正確な検知が可能になる。特に、高感度感圧素子が、球状の容器の球心近傍に配置されている場合には、揺れ方向に対する方向依存性が全くなくなるため、極めて正確な検知が可能となる。
【００３４】
このように、本実施の形態の感震器には、設置の水平依存性だけでなく、揺れ方向に対する方向依存性が全くなくなるため、極めて正確な検知が可能となる。
【００３５】
（２）定常時と加震時の圧力変化が認識できるだけでよいため、高感度感圧素子からの信号は、微分回路、増幅回路、温度補償回路程度の簡単な回路で処理するだけで済み、消費電力が少なく１００μＷ以下での動作可能となるため、乾電池で長時間動作が可能となる。
【００３６】
（３）機械式接点をなくす一方、容器内の液体に浸漬した高感度感圧素子により加震時の圧力変化を検知する単純な方式であるため、動作回数が半永久的になる。
【００３７】
（４）前記の通り、高感度感圧素子を液体に浸漬させるだけの単純な構造であり、処理回路も単純な回路で済むため、安価であり、定常時と加震時の圧力変化を検知するだけであるため、加速度センサ型のような複雑な信号処理を必要としない。
【００３８】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ 感震器
２ 容器
２ａ 貫通孔
３ 液体
４ 空気空間部
５ 圧電素子
５ａ リード線
６ 流れ止め
７ 封止部
８ 回路部
１００ 機械型の感震器
１０１ 電気接点
１０２ 鋼球
２００ 加速度センサ型の感震器
２０１ 加速度センサ
２０２ センサドライバ・マイコン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状の容器と、
前記容器に、前記容器の一部に空気空間を残した状態で充填された液体と、
前記液体に浸漬した状態で前記容器内に配置された高感度感圧素子と
を備えており、
加震時の前記液体の流動により前記高感度感圧素子に加わる圧力の変化を検知する
ことを特徴とする感震器。
【請求項２】
前記高感度感圧素子が、前記球状の容器の球心近傍に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の感震器。
【請求項３】
前記液体が、蒸気圧の低い液体である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の感震器。
【請求項４】
前記高感度感圧素子に加わる圧力の変化を認識する回路を備えている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の感震器。
【請求項１】
球状の容器と、
前記容器に、前記容器の一部に空気空間を残した状態で充填された液体と、
前記液体に浸漬した状態で前記容器内に配置された高感度感圧素子と
を備えており、
加震時の前記液体の流動により前記高感度感圧素子に加わる圧力の変化を検知する
ことを特徴とする感震器。
【請求項２】
前記高感度感圧素子が、前記球状の容器の球心近傍に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の感震器。
【請求項３】
前記液体が、蒸気圧の低い液体である
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の感震器。
【請求項４】
前記高感度感圧素子に加わる圧力の変化を認識する回路を備えている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の感震器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−２４７６９（Ｐ２０１３−２４７６９Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６０７７８（Ｐ２０１１−１６０７７８）
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【特許番号】特許第５０５４８３７号（Ｐ５０５４８３７）
【特許公報発行日】平成２４年１０月２４日（２０１２．１０．２４）
【出願人】（５９１０２０４４５）立山科学工業株式会社 (71)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【特許番号】特許第５０５４８３７号（Ｐ５０５４８３７）
【特許公報発行日】平成２４年１０月２４日（２０１２．１０．２４）
【出願人】（５９１０２０４４５）立山科学工業株式会社 (71)
【Ｆターム（参考）】
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