振動検出回路および地震計
【課題】 振動センサの出力を増幅して処理回路に入力するための振動検出回路において、汎用的な素子を用いた比較的小規模な回路構成によって、低周波域の特性を低コストで改善する。
【解決手段】 物体の振動が電位差として表れる、振動センサからの第１および第２の出力信号を差動増幅する第１の増幅回路と、前記第１の増幅回路の出力信号に含まれる所定の周波数未満の成分を通過させる低域通過フィルタと、前記第１の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第２の増幅回路と、前記低域通過フィルタの出力信号を基準電圧として、前記第２の増幅回路の出力信号を増幅する第３の増幅回路と、を有する。
【解決手段】 物体の振動が電位差として表れる、振動センサからの第１および第２の出力信号を差動増幅する第１の増幅回路と、前記第１の増幅回路の出力信号に含まれる所定の周波数未満の成分を通過させる低域通過フィルタと、前記第１の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第２の増幅回路と、前記低域通過フィルタの出力信号を基準電圧として、前記第２の増幅回路の出力信号を増幅する第３の増幅回路と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動検出回路および地震計に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、図５を参照して、一般的な地震計の構成について説明する。
例えばＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive：巨大磁気抵抗）素子などを用いた振動センサ２は、抵抗２１と抵抗２２の接続点および抵抗２３と抵抗２４の接続点の電圧を出力信号とするブリッジ回路を含んでいる。振動センサ２に対して外力が加わっていない状態では、抵抗２１ないし２４の各抵抗値は、振動センサ２の出力間の電位差が０となるようにバランスがとられており、振動センサ２が設置された物体が振動し、振動センサ２に対して外力が加わると、応力によって抵抗２１ないし２４の各抵抗値が変化するため、振動センサ２の出力間には電位差が生じる。当該電位差は、振動センサ２に印加されている電源ＶＣＣの電圧に比して微小であるため、増幅回路１０において増幅された後、処理回路３に入力され、処理される。
【０００３】
このようにして、振動センサ２が検出した振動を示す微小な電位差を、増幅回路１０において増幅することにより、処理に適したレベルの信号を処理回路３に入力することができる。
【特許文献１】特開２００３−３０２４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば２０Ｈｚないし２０ｋＨｚ程度の可聴周波数域の振動が検出および処理の対象である場合、増幅回路１０は、例えば汎用的なトランジスタや演算増幅器を用いた小規模な回路構成とすることができ、低コストで実現することができる。しかしながら、可聴周波数域の振動と同時に、例えば、１Ｈｚないし２０Ｈｚ程度の超低周波音の発生源による振動や、１０ｍＨｚないし数Ｈｚ程度の低周波および超低周波地震による振動などを検出および処理しようとする場合、増幅回路１０には、直流に近い低周波成分から少なくとも数十ｋＨｚの高周波成分にわたる広帯域特性が要求される。広帯域特性を有する増幅回路は、例えば、高精度の素子を用いて比較的大規模な回路構成とすることで、従来から実現することは可能であったが、高コストになりがちであった。
【０００５】
そのため、振動検出の用途に要求される１０ｍＨｚないし数十ｋＨｚ程度の広帯域特性を有する増幅回路を、汎用的な素子を用いて比較的小規模な回路構成で実現することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決する主たる本発明は、物体の振動が電位差として表れる、振動センサからの第１および第２の出力信号を差動増幅する第１の増幅回路と、前記第１の増幅回路の出力信号に含まれる所定の周波数未満の成分を通過させる低域通過フィルタと、前記第１の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第２の増幅回路と、前記低域通過フィルタの出力信号を基準電圧として、前記第２の増幅回路の出力信号を増幅する第３の増幅回路と、を有することを特徴とする振動検出回路である。
【０００７】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、振動センサの出力を増幅して処理回路に入力するための振動検出回路において、汎用的な素子を用いた比較的小規模な回路構成によって、低周波域の特性を低コストで改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１０】
＜第１実施形態＞
以下、図１を参照して、本発明の第１の実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成について説明する。
【００１１】
図１に示されている地震計は、振動センサ２、振動検出回路１ａ、および処理回路３を含んで構成されており、図５の増幅回路１０が振動検出回路１ａとなっている以外は、図５に示した一般的な地震計と同様の構成となっている。また、振動センサ２の出力を増幅して処理回路３に入力するための振動検出回路１ａは、増幅回路４、６ａ、７、およびＬＰＦ（Low-Pass Filter：低域通過フィルタ）５を含んで構成されている。
【００１２】
増幅回路４は、本実施形態では、例えば演算増幅器３１および抵抗３２ないし３４で構成される、差動増幅回路となっている。演算増幅器３１の反転入力は、抵抗３２を介して振動センサ２の抵抗２１と抵抗２２の接続点に接続され、非反転入力は、抵抗３３を介して振動センサ２の抵抗２３と抵抗２４の接続点に接続されている。また、演算増幅器３１の出力は、帰還抵抗である抵抗３４を介して反転入力に接続されるとともに、増幅回路４の出力としてＬＰＦ５に接続されている。
【００１３】
ＬＰＦ５は、本実施形態では、例えば抵抗３６およびコンデンサ３７で構成されている。抵抗３６とコンデンサ３７は直列に接続され、抵抗３６のコンデンサ３７と接続されていない側は、増幅回路４の出力に接続され、コンデンサ３７の抵抗３６と接続されていない側は、例えば接地されている。また、抵抗３６とコンデンサ３７の接続点は、ＬＰＦ５の出力として増幅回路７に接続されている。
【００１４】
増幅回路６ａは、本実施形態では、例えばバイポーラトランジスタ４１、コンデンサ４２、４３、および抵抗４４、４７を含んで構成される、エミッタ接地増幅回路となっている。バイポーラトランジスタ４１のベース入力は、容量結合のためのコンデンサ４２を介して、振動センサ２の抵抗２１と抵抗２２の接続点に接続されるとともに、抵抗４７を介して例えば接地され、コレクタ出力は、抵抗４４を介して電源ＶＤＤに接続されるとともに、容量結合のためのコンデンサ４３を介して、増幅回路６ａの出力として増幅回路７に接続されている。なお、増幅回路６ａにおいて、コンデンサ４２および抵抗４７は、バイポーラトランジスタ４１のバイアスを設定するためのバイアス回路の一部であるが、バイアス回路の構成についての詳細な説明は省略するものとする。
【００１５】
増幅回路７は、本実施形態では、例えば演算増幅器５１、抵抗５２、および抵抗５３で構成される、反転増幅回路となっている。演算増幅器５１の反転入力は、抵抗５２を介して増幅回路６ａの出力に接続され、非反転入力は、ＬＰＦ５の出力に接続されている。また、演算増幅器５１の出力は、帰還抵抗である抵抗５３を介して反転入力に接続されるとともに、増幅回路７の出力として処理回路３に接続されている。
【００１６】
次に、本実施形態の地震計の動作について、振動検出回路１ａの動作を中心に説明する。
前述したように、振動センサ２は、抵抗２１と抵抗２２の接続点および抵抗２３と抵抗２４の接続点の電圧を出力信号とし、振動を検出すると、抵抗２１ないし２４の各抵抗値の変化によって各出力信号が変動し、出力間に電位差が生じる。以下、振動センサ２の抵抗２１と抵抗２２および抵抗２３と抵抗２４の接続点からの出力信号を、それぞれ第１および第２振動信号と称することとすると、振動センサ２が検出した振動は、第１または第２振動信号の変動として計測することができると同時に、第１および第２振動信号間の差としても計測することができる。
【００１７】
第１および第２振動信号は、それぞれ抵抗３２および３３を介して演算増幅器３１の反転入力および非反転入力に入力される。本実施形態において、演算増幅器３１に接続される抵抗３２ないし３４は、例えば、抵抗３２および３３の抵抗値が等しく、抵抗３４の抵抗値が振動センサ２の抵抗２４の抵抗値に等しい条件で用いられ、この場合、増幅回路４は、第１および第２振動信号間の差を、抵抗３２の抵抗値に対する抵抗３４の抵抗値の比によって設定される電圧増幅率で増幅して出力する。
【００１８】
ＬＰＦ５は、増幅回路４の出力信号に含まれる所定の周波数以上の成分を減衰させ、当該所定の周波数未満の成分を通過させる。本実施形態において、一例として、抵抗３６の抵抗値を１６ｋΩとし、コンデンサ３７の容量値を１μＦとすると、ＬＰＦ５は、増幅回路４の出力信号に含まれる約１０Ｈｚ以上の成分を３ｄＢ以上減衰させ、主として約１０Ｈｚ未満の成分を通過させる。以下、このようにＬＰＦ５が増幅回路４の出力信号に含まれる所定の周波数以上の成分を３ｄＢ以上減衰させる場合の、当該所定の周波数を遮断周波数と称する。
【００１９】
このようにして、増幅回路４およびＬＰＦ５は、全体として、第１および第２振動信号に含まれる遮断周波数未満の成分間の差を増幅して出力する。以下、第１および第２振動信号に含まれる遮断周波数未満の成分を、それぞれ第１および第２低周波振動成分と称し、また、第１および第２振動信号に含まれる遮断周波数以上の成分を、それぞれ第１および第２高周波振動成分と称することとすると、振動センサ２が検出した遮断周波数未満の振動は、増幅された第１および第２低周波振動成分間の差として、ＬＰＦ５の出力信号に表れる。
【００２０】
第１振動信号は、容量結合のためのコンデンサ４２を介してバイポーラトランジスタ４１のベースに入力されるが、コンデンサ４２によって直流成分が遮断されるため、バイポーラトランジスタ４１を含むエミッタ接地増幅回路によって増幅される第１振動信号には、第１振動信号の変動分のみが含まれる。また、容量結合のためのコンデンサ４２は、抵抗４７とともに、ＨＰＦ（High-Pass Filter：高域通過フィルタ）として機能するが、当該ＨＰＦが遮断周波数以上の成分を通過させ、増幅回路６ａが第１振動信号に含まれる遮断周波数以上の成分を少なくとも増幅して出力するように、コンデンサ４２の容量値および抵抗４７の抵抗値を設定する必要がある。この場合、振動センサ２が検出した遮断周波数以上の振動は、増幅された第１高周波振動成分として、増幅回路６ａの出力信号に表れる。
【００２１】
増幅回路６ａの出力信号は、抵抗５２を介して演算増幅器５１の反転入力に入力され、ＬＰＦ５の出力信号は、演算増幅器５１の非反転入力に入力される。この場合、増幅回路７は、ＬＰＦ５の出力信号を基準電圧として、増幅回路６ａの出力信号を、抵抗５２の抵抗値に対する抵抗５３の抵抗値の比によって設定される電圧増幅率で増幅し、さらに基準電圧分のオフセットをかけて出力する。本実施形態において、当該オフセットを無視することができる程度に増幅回路７の電圧増幅率を大きくすると、増幅回路７は、近似的に、第１および第２低周波振動成分間の差と、第１高周波振動成分との合成信号を増幅して出力する。
【００２２】
このようにして、振動検出回路１ａは、振動センサ２が検出した遮断周波数未満の振動を示す第１および第２低周波振動成分間の差と、遮断周波数以上の振動を示す第１高周波振動成分をいずれも含み、増幅した信号を、処理回路３に出力する。
【００２３】
＜第２実施形態＞
以下、図２を参照して、本発明の第２の実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成について説明する。
【００２４】
図２に示されている地震計は、第１実施形態の振動検出回路１ａが振動検出回路１ｂとなっている以外は、第１実施形態の地震計と同様の構成となっている。また、振動検出回路１ｂは、第１実施形態の増幅回路６ａが増幅回路６ｂとなっている以外は、第１実施形態の振動検出回路１ａと同様の構成となっている。
【００２５】
増幅回路６ｂは、本実施形態では、例えばＦＥＴ（Field-Effect Transistor：電界効果トランジスタ）４５、コンデンサ４２、４３、および抵抗４４、４７を含んで構成される、ソース接地増幅回路となっている。ＦＥＴ４５のゲート入力は、容量結合のためのコンデンサ４２を介して、振動センサ２の抵抗２１と抵抗２２の接続点に接続されるとともに、抵抗４７を介して例えば接地され、ドレイン出力は、抵抗４４を介して電源ＶＤＤに接続されるとともに、容量結合のためのコンデンサ４３を介して、増幅回路６ｂの出力として増幅回路７に接続されている。なお、増幅回路６ｂにおいて、コンデンサ４２および抵抗４７は、ＦＥＴ４５のバイアスを設定するためのバイアス回路の一部であるが、バイアス回路の構成についての詳細な説明は省略するものとする。
【００２６】
次に、本実施形態の地震計の動作について、増幅回路６ｂの動作を中心に説明する。
第１実施形態の増幅回路６ａの場合と同様に、振動センサ２が検出した遮断周波数以上の振動は、増幅された第１高周波振動成分として、増幅回路６ｂの出力信号に表れる。本実施形態においては、バイポーラトランジスタ４１の代わりにＦＥＴ４５を用いることにより、増幅回路６ｂの入力インピーダンスを増幅回路６ａよりも高くすることができ、増幅回路６ｂが接続されていることによる振動センサ２および増幅回路４に対する影響を小さくすることができる。なお、ＦＥＴ４５としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor FET：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）よりも、さらに入力インピーダンスを高くすることができるＪＦＥＴ（Junction FET：接合型電界効果トランジスタ）を用いるのが望ましい。
【００２７】
＜第３実施形態＞
以下、図３を参照して、本発明の第３の実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成について説明する。
【００２８】
図３に示されている地震計は、第２実施形態の振動検出回路１ｂが振動検出回路１ｃとなっている以外は、第２実施形態の地震計と同様の構成となっている。また、振動検出回路１ｃは、第２実施形態の増幅回路６ｂが増幅回路６ｃとなっている以外は、第２実施形態の振動検出回路１ｂと同様の構成となっている。さらに、第２実施形態の増幅回路６ｂは、振動センサ２の抵抗２１と抵抗２２の接続点に直接接続されているのに対して、増幅回路６ｃは、コイル４６を介して接続されている。
【００２９】
次に、本実施形態の地震計の動作について、増幅回路６ｃの動作を中心に説明する。
第２実施形態の増幅回路６ｂの場合と同様に、振動センサ２が検出した遮断周波数以上の振動は、増幅された第１高周波振動成分として、増幅回路６ｃの出力信号に表れる。本実施形態において、コンデンサ４２とコイル４６が直列に接続された直列共振回路は、抵抗４７とともに、ＢＰＦ（Band-Pass Filter：帯域通過フィルタ）として機能し、振動センサ２の機械的共振によって第１振動信号に生じるピークを減衰させることができる。本実施形態において、一例として、コイル４６のインダクタンスを１６０ｍＨとし、コンデンサ４２の容量値を０．１６μＦとし、抵抗４７の抵抗値を１００ｋΩとし、そして振動センサ２の機械的共振のピークが２００ｋＨｚにあるものとすると、当該ＢＰＦは、第１振動信号に含まれる約１０Ｈｚ未満の成分および約１００ｋＨｚ以上の成分を３ｄＢ以上減衰させ、２００ｋＨｚをピークとする振動センサ２の機械的共振による増幅回路６ｃの出力信号への影響を抑制することができる。
【００３０】
なお、本実施形態において、コンデンサ４２とコイル４６の接続順を入れ替えてもよい。この場合でも、増幅回路６ｃの動作は変わらない。
【００３１】
＜第４実施形態＞
以下、図４を参照して、本発明の第４の実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成について説明する。
【００３２】
図４に示されている地震計は、第１実施形態の振動検出回路１ａが振動検出回路１ｄとなっている以外は、第１実施形態の地震計と同様の構成となっている。また、第１実施形態の振動検出回路１ａに対して、振動検出回路１ｄには、増幅回路８および９が追加されている。さらに、第１実施形態の振動検出回路１ａにおいて、増幅回路６ａの出力が増幅回路７に直接接続されているのに対して、振動検出回路１ｄにおいては、増幅回路６ａの出力が増幅回路９を介して増幅回路７に接続されている。
【００３３】
増幅回路８は、増幅回路６ａと同様の構成となっており、バイポーラトランジスタ６１のベース入力は、容量結合のためのコンデンサ６２を介して、振動センサ２の抵抗２３と抵抗２４の接続点に接続されるとともに、抵抗６７を介して例えば接地され、コレクタ出力は、抵抗６４を介して電源ＶＤＤに接続されるとともに、容量結合のためのコンデンサ６３を介して、増幅回路８の出力として増幅回路９に接続されている。
【００３４】
増幅回路９は、本実施形態では、例えば演算増幅器７１、抵抗７２ないし７５、およびコンデンサ７６で構成される、差動増幅回路となっている。演算増幅器７１の反転入力は、抵抗７２を介して増幅回路６ａの出力に接続され、非反転入力は、抵抗７３を介して増幅回路８の出力に接続されるとともに、抵抗７５を介して例えば接地されている。また、演算増幅器７１の出力は、帰還抵抗である抵抗７４を介して反転入力に接続されるとともに、容量結合のためのコンデンサ７６を介して、増幅回路９の出力として増幅回路７に接続されている。
【００３５】
次に、本実施形態の地震計の動作について、増幅回路６ａ、７、８、および９の動作を中心に説明する。
本実施形態においては、振動センサ２が検出した遮断周波数以上の振動は、増幅された第１および第２高周波振動成分として、それぞれ増幅回路６ａおよび８の出力信号に表れる。
【００３６】
増幅回路６ａおよび８の出力信号は、それぞれ抵抗７２および７３を介して演算増幅器７１の反転入力および非反転入力に入力される。本実施形態において、演算増幅器７１に接続される抵抗７２ないし７５は、例えば、抵抗７２および７３の抵抗値が等しく、抵抗７４および７５の抵抗値が等しい条件で用いられ、この場合、増幅回路９は、増幅回路６ａおよび８の出力信号間の差を、抵抗７２の抵抗値に対する抵抗７４の抵抗値の比によって設定される電圧増幅率で増幅して出力する。
【００３７】
本実施形態において、増幅回路６ａおよび８は同様の構成となっているため、増幅回路６ａおよび８の電圧増幅率が等しいものとすると、増幅回路６ａ、８、および９は、全体として、第１および第２高周波振動成分間の差を増幅して出力する。
【００３８】
増幅回路９の出力信号は、抵抗５２を介して演算増幅器５１の反転入力に入力され、ＬＰＦ５の出力信号は、演算増幅器５１の非反転入力に入力される。この場合、増幅回路７は、ＬＰＦ５の出力信号を基準電圧として、増幅回路９の出力信号を、抵抗５２の抵抗値に対する抵抗５３の抵抗値の比によって設定される電圧増幅率で増幅し、さらに基準電圧分のオフセットをかけて出力する。本実施形態において、当該オフセットを無視することができる程度に増幅回路７の電圧増幅率を大きくすると、増幅回路７は、近似的に、第１および第２低周波振動成分間の差と、第１および第２高周波振動成分間の差との合成信号を増幅して出力する。
【００３９】
このようにして、振動検出回路１ｄは、振動センサ２が検出した遮断周波数未満の振動を示す第１および第２低周波振動成分間の差と、遮断周波数以上の振動を示す第１および第２高周波振動成分間の差をいずれも含み、増幅した信号を、処理回路３に出力する。本実施形態においては、振動センサ２が検出した遮断周波数以上の振動は、増幅された第１および第２高周波振動成分間の差として、振動検出回路１ｄの出力信号に表れるため、振動センサ２の出力間の不均衡による影響を緩和することができる。
【００４０】
前述したように、振動検出回路１ａにおいて、振動センサ２が検出した遮断周波数未満の振動を示す増幅された第１および第２低周波振動成分間の差を基準電圧として、遮断周波数以上の振動を示す増幅された第１高周波振動成分を増幅することにより、振動検出の用途に要求される広帯域特性を有する増幅回路を、汎用的な素子を用いて比較的小規模な回路構成で実現することができる。
【００４１】
また、振動検出回路１ｄに示したように、振動センサ２が検出した遮断周波数未満の振動を示す増幅された第１および第２低周波振動成分間の差を基準電圧として、遮断周波数以上の振動を示す増幅された第１および第２高周波振動成分間の差を増幅することにより、振動センサ２の出力間の不均衡による影響を緩和することができる。
【００４２】
また、振動検出回路１ｂにおいて、増幅回路６ｂに示したように、第１高周波振動成分を増幅するための増幅回路を、ゲート入力がコンデンサ４２によって容量結合されたＦＥＴ４５を含むソース接地増幅回路とすることにより、増幅回路６ｂが接続されていることによる振動センサ２および増幅回路４に対する影響を小さくすることができる。
【００４３】
また、振動検出回路１ｄにおいて、第１および第２高周波振動成分を増幅するための増幅回路６ａおよび８を、増幅回路６ｂと同様の構成とすることによって、振動検出回路１ｂと同様に、振動センサ２および増幅回路４に対する影響を小さくすることができる。
【００４４】
また、振動検出回路１ｃにおいて、増幅回路６ｃに示したように、第１高周波振動成分を増幅するための増幅回路を、ゲート入力がコンデンサ４２とコイル４６による直列共振回路に接続されたＦＥＴ４５を含むソース接地増幅回路とすることにより、振動センサ２の機械的共振による増幅回路６ｃの出力信号への影響を抑制することができる。
【００４５】
また、振動検出回路１ｄにおいて、第１および第２高周波振動成分を増幅するための増幅回路６ａおよび８を、増幅回路６ｃと同様の構成とすることによって、振動検出回路１ｃと同様に、振動センサ２の機械的共振による影響を抑制することができる。
【００４６】
また、図１に示したように、振動センサ２から出力される第１および第２振動信号を、振動検出回路１ａにおいて増幅し、処理回路３に入力することにより、広帯域特性を有する増幅回路を用いた、地震計を実現することができる。
【００４７】
また、図４に示したように、振動センサ２から出力される第１および第２振動信号を、振動検出回路１ｄにおいて増幅し、処理回路３に入力することにより、広帯域特性を有する増幅回路を用いた、地震計を実現することができる。
【００４８】
なお、上記第１ないし第４実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【００４９】
上記第１実施形態では、バイポーラトランジスタ４１のベース入力側にＨＰＦを配置し、当該ＨＰＦを通過した第１振動信号をバイポーラトランジスタ４１のベースに入力し、増幅することによって、増幅回路６ａは、増幅された第１高周波振動成分を出力しているが、これに限定されるものではない。バイポーラトランジスタ４１のコレクタ出力側にＨＰＦを配置し、バイポーラトランジスタ４１のコレクタから出力される増幅された第１振動信号を当該ＨＰＦに入力する構成としてもよい。同様に、上記第２実施形態の増幅回路６ｂにおいて、ＦＥＴ４５のドレイン出力側にＨＰＦを配置する構成としてもよく、上記第３実施形態の増幅回路６ｃにおいて、ＦＥＴ４５のドレイン出力側にＢＰＦを配置する構成としてもよい。
【００５０】
上記第４実施形態では、増幅回路６ａおよび８において、それぞれ第１および第２高周波振動成分が増幅されているが、これに限定されるものではない。第１および第２高周波振動成分を増幅する増幅回路は、増幅回路６ｂまたは６ｃと同様の構成としてもよい。
【００５１】
上記実施形態では、演算増幅器３１、５１、および７１の帰還抵抗である抵抗３４、５３、および７４として固定抵抗器を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、半固定抵抗器を用いることによって、増幅回路４、７、および９における電圧増幅率を調整することもできる。
【００５２】
上記実施形態では、ＬＰＦ５、増幅回路６ａのＨＰＦ、増幅回路６ｂのＨＰＦ、増幅回路８のＨＰＦ、および増幅回路６ｃのＢＰＦは、いずれも例えば抵抗、コンデンサ、およびコイルで構成される、アナログフィルタとなっているが、これに限定されるものではない。各アナログフィルタの代わりに、一例として図６に示すような構成のデジタルフィルタ１１を用いてもよい。デジタルフィルタ１１は、入力信号をアナログ・デジタル変換器１２によりデジタル信号とし、デジタル・シグナル・プロセッサ１３においてデジタル信号処理をすることによって必要な周波数成分を選別し、そしてデジタル・アナログ変換器１４により再びアナログ信号として出力する。デジタルフィルタ１１を用いることによって、信号対雑音比に優れた信号を処理回路３に入力することができる。また、地震計の周囲の温度変化や、振動センサ２のばらつき、および、上記実施形態における振動検出回路に用いられる部品のばらつきなどによって生じる信号のばらつきを、デジタルフィルタ１１において調整することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成を示す回路ブロック図である。
【図３】本発明の第３実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成を示す回路ブロック図である。
【図４】本発明の第４実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成を示す回路ブロック図である。
【図５】一般的な地震計の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１ないし第４実施形態において、アナログフィルタの代わりに用いることのできるデジタルフィルタの構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 振動検出回路
２ 振動センサ
３ 処理回路
４ 増幅回路
５ ＬＰＦ（低域通過フィルタ）
６ａ、６ｂ、６ｃ 増幅回路
７、８、９、１０ 増幅回路
１１ デジタルフィルタ
１２ アナログ・デジタル変換器
１３ デジタル・シグナル・プロセッサ
１４ デジタル・アナログ変換器
２１、２２、２３、２４ 抵抗
３２、３３、３４、３６ 抵抗
３１、５１、７１ 演算増幅器
３７、４２、４３、６２、６３、７６ コンデンサ
４１、６１ バイポーラトランジスタ
４４、４７、５２、５３ 抵抗
４５ ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
４６ コイル
６４、６７ 抵抗
７２、７３、７４、７５ 抵抗
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動検出回路および地震計に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、図５を参照して、一般的な地震計の構成について説明する。
例えばＧＭＲ（Giant Magneto-Resistive：巨大磁気抵抗）素子などを用いた振動センサ２は、抵抗２１と抵抗２２の接続点および抵抗２３と抵抗２４の接続点の電圧を出力信号とするブリッジ回路を含んでいる。振動センサ２に対して外力が加わっていない状態では、抵抗２１ないし２４の各抵抗値は、振動センサ２の出力間の電位差が０となるようにバランスがとられており、振動センサ２が設置された物体が振動し、振動センサ２に対して外力が加わると、応力によって抵抗２１ないし２４の各抵抗値が変化するため、振動センサ２の出力間には電位差が生じる。当該電位差は、振動センサ２に印加されている電源ＶＣＣの電圧に比して微小であるため、増幅回路１０において増幅された後、処理回路３に入力され、処理される。
【０００３】
このようにして、振動センサ２が検出した振動を示す微小な電位差を、増幅回路１０において増幅することにより、処理に適したレベルの信号を処理回路３に入力することができる。
【特許文献１】特開２００３−３０２４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば２０Ｈｚないし２０ｋＨｚ程度の可聴周波数域の振動が検出および処理の対象である場合、増幅回路１０は、例えば汎用的なトランジスタや演算増幅器を用いた小規模な回路構成とすることができ、低コストで実現することができる。しかしながら、可聴周波数域の振動と同時に、例えば、１Ｈｚないし２０Ｈｚ程度の超低周波音の発生源による振動や、１０ｍＨｚないし数Ｈｚ程度の低周波および超低周波地震による振動などを検出および処理しようとする場合、増幅回路１０には、直流に近い低周波成分から少なくとも数十ｋＨｚの高周波成分にわたる広帯域特性が要求される。広帯域特性を有する増幅回路は、例えば、高精度の素子を用いて比較的大規模な回路構成とすることで、従来から実現することは可能であったが、高コストになりがちであった。
【０００５】
そのため、振動検出の用途に要求される１０ｍＨｚないし数十ｋＨｚ程度の広帯域特性を有する増幅回路を、汎用的な素子を用いて比較的小規模な回路構成で実現することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決する主たる本発明は、物体の振動が電位差として表れる、振動センサからの第１および第２の出力信号を差動増幅する第１の増幅回路と、前記第１の増幅回路の出力信号に含まれる所定の周波数未満の成分を通過させる低域通過フィルタと、前記第１の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第２の増幅回路と、前記低域通過フィルタの出力信号を基準電圧として、前記第２の増幅回路の出力信号を増幅する第３の増幅回路と、を有することを特徴とする振動検出回路である。
【０００７】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、振動センサの出力を増幅して処理回路に入力するための振動検出回路において、汎用的な素子を用いた比較的小規模な回路構成によって、低周波域の特性を低コストで改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１０】
＜第１実施形態＞
以下、図１を参照して、本発明の第１の実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成について説明する。
【００１１】
図１に示されている地震計は、振動センサ２、振動検出回路１ａ、および処理回路３を含んで構成されており、図５の増幅回路１０が振動検出回路１ａとなっている以外は、図５に示した一般的な地震計と同様の構成となっている。また、振動センサ２の出力を増幅して処理回路３に入力するための振動検出回路１ａは、増幅回路４、６ａ、７、およびＬＰＦ（Low-Pass Filter：低域通過フィルタ）５を含んで構成されている。
【００１２】
増幅回路４は、本実施形態では、例えば演算増幅器３１および抵抗３２ないし３４で構成される、差動増幅回路となっている。演算増幅器３１の反転入力は、抵抗３２を介して振動センサ２の抵抗２１と抵抗２２の接続点に接続され、非反転入力は、抵抗３３を介して振動センサ２の抵抗２３と抵抗２４の接続点に接続されている。また、演算増幅器３１の出力は、帰還抵抗である抵抗３４を介して反転入力に接続されるとともに、増幅回路４の出力としてＬＰＦ５に接続されている。
【００１３】
ＬＰＦ５は、本実施形態では、例えば抵抗３６およびコンデンサ３７で構成されている。抵抗３６とコンデンサ３７は直列に接続され、抵抗３６のコンデンサ３７と接続されていない側は、増幅回路４の出力に接続され、コンデンサ３７の抵抗３６と接続されていない側は、例えば接地されている。また、抵抗３６とコンデンサ３７の接続点は、ＬＰＦ５の出力として増幅回路７に接続されている。
【００１４】
増幅回路６ａは、本実施形態では、例えばバイポーラトランジスタ４１、コンデンサ４２、４３、および抵抗４４、４７を含んで構成される、エミッタ接地増幅回路となっている。バイポーラトランジスタ４１のベース入力は、容量結合のためのコンデンサ４２を介して、振動センサ２の抵抗２１と抵抗２２の接続点に接続されるとともに、抵抗４７を介して例えば接地され、コレクタ出力は、抵抗４４を介して電源ＶＤＤに接続されるとともに、容量結合のためのコンデンサ４３を介して、増幅回路６ａの出力として増幅回路７に接続されている。なお、増幅回路６ａにおいて、コンデンサ４２および抵抗４７は、バイポーラトランジスタ４１のバイアスを設定するためのバイアス回路の一部であるが、バイアス回路の構成についての詳細な説明は省略するものとする。
【００１５】
増幅回路７は、本実施形態では、例えば演算増幅器５１、抵抗５２、および抵抗５３で構成される、反転増幅回路となっている。演算増幅器５１の反転入力は、抵抗５２を介して増幅回路６ａの出力に接続され、非反転入力は、ＬＰＦ５の出力に接続されている。また、演算増幅器５１の出力は、帰還抵抗である抵抗５３を介して反転入力に接続されるとともに、増幅回路７の出力として処理回路３に接続されている。
【００１６】
次に、本実施形態の地震計の動作について、振動検出回路１ａの動作を中心に説明する。
前述したように、振動センサ２は、抵抗２１と抵抗２２の接続点および抵抗２３と抵抗２４の接続点の電圧を出力信号とし、振動を検出すると、抵抗２１ないし２４の各抵抗値の変化によって各出力信号が変動し、出力間に電位差が生じる。以下、振動センサ２の抵抗２１と抵抗２２および抵抗２３と抵抗２４の接続点からの出力信号を、それぞれ第１および第２振動信号と称することとすると、振動センサ２が検出した振動は、第１または第２振動信号の変動として計測することができると同時に、第１および第２振動信号間の差としても計測することができる。
【００１７】
第１および第２振動信号は、それぞれ抵抗３２および３３を介して演算増幅器３１の反転入力および非反転入力に入力される。本実施形態において、演算増幅器３１に接続される抵抗３２ないし３４は、例えば、抵抗３２および３３の抵抗値が等しく、抵抗３４の抵抗値が振動センサ２の抵抗２４の抵抗値に等しい条件で用いられ、この場合、増幅回路４は、第１および第２振動信号間の差を、抵抗３２の抵抗値に対する抵抗３４の抵抗値の比によって設定される電圧増幅率で増幅して出力する。
【００１８】
ＬＰＦ５は、増幅回路４の出力信号に含まれる所定の周波数以上の成分を減衰させ、当該所定の周波数未満の成分を通過させる。本実施形態において、一例として、抵抗３６の抵抗値を１６ｋΩとし、コンデンサ３７の容量値を１μＦとすると、ＬＰＦ５は、増幅回路４の出力信号に含まれる約１０Ｈｚ以上の成分を３ｄＢ以上減衰させ、主として約１０Ｈｚ未満の成分を通過させる。以下、このようにＬＰＦ５が増幅回路４の出力信号に含まれる所定の周波数以上の成分を３ｄＢ以上減衰させる場合の、当該所定の周波数を遮断周波数と称する。
【００１９】
このようにして、増幅回路４およびＬＰＦ５は、全体として、第１および第２振動信号に含まれる遮断周波数未満の成分間の差を増幅して出力する。以下、第１および第２振動信号に含まれる遮断周波数未満の成分を、それぞれ第１および第２低周波振動成分と称し、また、第１および第２振動信号に含まれる遮断周波数以上の成分を、それぞれ第１および第２高周波振動成分と称することとすると、振動センサ２が検出した遮断周波数未満の振動は、増幅された第１および第２低周波振動成分間の差として、ＬＰＦ５の出力信号に表れる。
【００２０】
第１振動信号は、容量結合のためのコンデンサ４２を介してバイポーラトランジスタ４１のベースに入力されるが、コンデンサ４２によって直流成分が遮断されるため、バイポーラトランジスタ４１を含むエミッタ接地増幅回路によって増幅される第１振動信号には、第１振動信号の変動分のみが含まれる。また、容量結合のためのコンデンサ４２は、抵抗４７とともに、ＨＰＦ（High-Pass Filter：高域通過フィルタ）として機能するが、当該ＨＰＦが遮断周波数以上の成分を通過させ、増幅回路６ａが第１振動信号に含まれる遮断周波数以上の成分を少なくとも増幅して出力するように、コンデンサ４２の容量値および抵抗４７の抵抗値を設定する必要がある。この場合、振動センサ２が検出した遮断周波数以上の振動は、増幅された第１高周波振動成分として、増幅回路６ａの出力信号に表れる。
【００２１】
増幅回路６ａの出力信号は、抵抗５２を介して演算増幅器５１の反転入力に入力され、ＬＰＦ５の出力信号は、演算増幅器５１の非反転入力に入力される。この場合、増幅回路７は、ＬＰＦ５の出力信号を基準電圧として、増幅回路６ａの出力信号を、抵抗５２の抵抗値に対する抵抗５３の抵抗値の比によって設定される電圧増幅率で増幅し、さらに基準電圧分のオフセットをかけて出力する。本実施形態において、当該オフセットを無視することができる程度に増幅回路７の電圧増幅率を大きくすると、増幅回路７は、近似的に、第１および第２低周波振動成分間の差と、第１高周波振動成分との合成信号を増幅して出力する。
【００２２】
このようにして、振動検出回路１ａは、振動センサ２が検出した遮断周波数未満の振動を示す第１および第２低周波振動成分間の差と、遮断周波数以上の振動を示す第１高周波振動成分をいずれも含み、増幅した信号を、処理回路３に出力する。
【００２３】
＜第２実施形態＞
以下、図２を参照して、本発明の第２の実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成について説明する。
【００２４】
図２に示されている地震計は、第１実施形態の振動検出回路１ａが振動検出回路１ｂとなっている以外は、第１実施形態の地震計と同様の構成となっている。また、振動検出回路１ｂは、第１実施形態の増幅回路６ａが増幅回路６ｂとなっている以外は、第１実施形態の振動検出回路１ａと同様の構成となっている。
【００２５】
増幅回路６ｂは、本実施形態では、例えばＦＥＴ（Field-Effect Transistor：電界効果トランジスタ）４５、コンデンサ４２、４３、および抵抗４４、４７を含んで構成される、ソース接地増幅回路となっている。ＦＥＴ４５のゲート入力は、容量結合のためのコンデンサ４２を介して、振動センサ２の抵抗２１と抵抗２２の接続点に接続されるとともに、抵抗４７を介して例えば接地され、ドレイン出力は、抵抗４４を介して電源ＶＤＤに接続されるとともに、容量結合のためのコンデンサ４３を介して、増幅回路６ｂの出力として増幅回路７に接続されている。なお、増幅回路６ｂにおいて、コンデンサ４２および抵抗４７は、ＦＥＴ４５のバイアスを設定するためのバイアス回路の一部であるが、バイアス回路の構成についての詳細な説明は省略するものとする。
【００２６】
次に、本実施形態の地震計の動作について、増幅回路６ｂの動作を中心に説明する。
第１実施形態の増幅回路６ａの場合と同様に、振動センサ２が検出した遮断周波数以上の振動は、増幅された第１高周波振動成分として、増幅回路６ｂの出力信号に表れる。本実施形態においては、バイポーラトランジスタ４１の代わりにＦＥＴ４５を用いることにより、増幅回路６ｂの入力インピーダンスを増幅回路６ａよりも高くすることができ、増幅回路６ｂが接続されていることによる振動センサ２および増幅回路４に対する影響を小さくすることができる。なお、ＦＥＴ４５としては、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor FET：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）よりも、さらに入力インピーダンスを高くすることができるＪＦＥＴ（Junction FET：接合型電界効果トランジスタ）を用いるのが望ましい。
【００２７】
＜第３実施形態＞
以下、図３を参照して、本発明の第３の実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成について説明する。
【００２８】
図３に示されている地震計は、第２実施形態の振動検出回路１ｂが振動検出回路１ｃとなっている以外は、第２実施形態の地震計と同様の構成となっている。また、振動検出回路１ｃは、第２実施形態の増幅回路６ｂが増幅回路６ｃとなっている以外は、第２実施形態の振動検出回路１ｂと同様の構成となっている。さらに、第２実施形態の増幅回路６ｂは、振動センサ２の抵抗２１と抵抗２２の接続点に直接接続されているのに対して、増幅回路６ｃは、コイル４６を介して接続されている。
【００２９】
次に、本実施形態の地震計の動作について、増幅回路６ｃの動作を中心に説明する。
第２実施形態の増幅回路６ｂの場合と同様に、振動センサ２が検出した遮断周波数以上の振動は、増幅された第１高周波振動成分として、増幅回路６ｃの出力信号に表れる。本実施形態において、コンデンサ４２とコイル４６が直列に接続された直列共振回路は、抵抗４７とともに、ＢＰＦ（Band-Pass Filter：帯域通過フィルタ）として機能し、振動センサ２の機械的共振によって第１振動信号に生じるピークを減衰させることができる。本実施形態において、一例として、コイル４６のインダクタンスを１６０ｍＨとし、コンデンサ４２の容量値を０．１６μＦとし、抵抗４７の抵抗値を１００ｋΩとし、そして振動センサ２の機械的共振のピークが２００ｋＨｚにあるものとすると、当該ＢＰＦは、第１振動信号に含まれる約１０Ｈｚ未満の成分および約１００ｋＨｚ以上の成分を３ｄＢ以上減衰させ、２００ｋＨｚをピークとする振動センサ２の機械的共振による増幅回路６ｃの出力信号への影響を抑制することができる。
【００３０】
なお、本実施形態において、コンデンサ４２とコイル４６の接続順を入れ替えてもよい。この場合でも、増幅回路６ｃの動作は変わらない。
【００３１】
＜第４実施形態＞
以下、図４を参照して、本発明の第４の実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成について説明する。
【００３２】
図４に示されている地震計は、第１実施形態の振動検出回路１ａが振動検出回路１ｄとなっている以外は、第１実施形態の地震計と同様の構成となっている。また、第１実施形態の振動検出回路１ａに対して、振動検出回路１ｄには、増幅回路８および９が追加されている。さらに、第１実施形態の振動検出回路１ａにおいて、増幅回路６ａの出力が増幅回路７に直接接続されているのに対して、振動検出回路１ｄにおいては、増幅回路６ａの出力が増幅回路９を介して増幅回路７に接続されている。
【００３３】
増幅回路８は、増幅回路６ａと同様の構成となっており、バイポーラトランジスタ６１のベース入力は、容量結合のためのコンデンサ６２を介して、振動センサ２の抵抗２３と抵抗２４の接続点に接続されるとともに、抵抗６７を介して例えば接地され、コレクタ出力は、抵抗６４を介して電源ＶＤＤに接続されるとともに、容量結合のためのコンデンサ６３を介して、増幅回路８の出力として増幅回路９に接続されている。
【００３４】
増幅回路９は、本実施形態では、例えば演算増幅器７１、抵抗７２ないし７５、およびコンデンサ７６で構成される、差動増幅回路となっている。演算増幅器７１の反転入力は、抵抗７２を介して増幅回路６ａの出力に接続され、非反転入力は、抵抗７３を介して増幅回路８の出力に接続されるとともに、抵抗７５を介して例えば接地されている。また、演算増幅器７１の出力は、帰還抵抗である抵抗７４を介して反転入力に接続されるとともに、容量結合のためのコンデンサ７６を介して、増幅回路９の出力として増幅回路７に接続されている。
【００３５】
次に、本実施形態の地震計の動作について、増幅回路６ａ、７、８、および９の動作を中心に説明する。
本実施形態においては、振動センサ２が検出した遮断周波数以上の振動は、増幅された第１および第２高周波振動成分として、それぞれ増幅回路６ａおよび８の出力信号に表れる。
【００３６】
増幅回路６ａおよび８の出力信号は、それぞれ抵抗７２および７３を介して演算増幅器７１の反転入力および非反転入力に入力される。本実施形態において、演算増幅器７１に接続される抵抗７２ないし７５は、例えば、抵抗７２および７３の抵抗値が等しく、抵抗７４および７５の抵抗値が等しい条件で用いられ、この場合、増幅回路９は、増幅回路６ａおよび８の出力信号間の差を、抵抗７２の抵抗値に対する抵抗７４の抵抗値の比によって設定される電圧増幅率で増幅して出力する。
【００３７】
本実施形態において、増幅回路６ａおよび８は同様の構成となっているため、増幅回路６ａおよび８の電圧増幅率が等しいものとすると、増幅回路６ａ、８、および９は、全体として、第１および第２高周波振動成分間の差を増幅して出力する。
【００３８】
増幅回路９の出力信号は、抵抗５２を介して演算増幅器５１の反転入力に入力され、ＬＰＦ５の出力信号は、演算増幅器５１の非反転入力に入力される。この場合、増幅回路７は、ＬＰＦ５の出力信号を基準電圧として、増幅回路９の出力信号を、抵抗５２の抵抗値に対する抵抗５３の抵抗値の比によって設定される電圧増幅率で増幅し、さらに基準電圧分のオフセットをかけて出力する。本実施形態において、当該オフセットを無視することができる程度に増幅回路７の電圧増幅率を大きくすると、増幅回路７は、近似的に、第１および第２低周波振動成分間の差と、第１および第２高周波振動成分間の差との合成信号を増幅して出力する。
【００３９】
このようにして、振動検出回路１ｄは、振動センサ２が検出した遮断周波数未満の振動を示す第１および第２低周波振動成分間の差と、遮断周波数以上の振動を示す第１および第２高周波振動成分間の差をいずれも含み、増幅した信号を、処理回路３に出力する。本実施形態においては、振動センサ２が検出した遮断周波数以上の振動は、増幅された第１および第２高周波振動成分間の差として、振動検出回路１ｄの出力信号に表れるため、振動センサ２の出力間の不均衡による影響を緩和することができる。
【００４０】
前述したように、振動検出回路１ａにおいて、振動センサ２が検出した遮断周波数未満の振動を示す増幅された第１および第２低周波振動成分間の差を基準電圧として、遮断周波数以上の振動を示す増幅された第１高周波振動成分を増幅することにより、振動検出の用途に要求される広帯域特性を有する増幅回路を、汎用的な素子を用いて比較的小規模な回路構成で実現することができる。
【００４１】
また、振動検出回路１ｄに示したように、振動センサ２が検出した遮断周波数未満の振動を示す増幅された第１および第２低周波振動成分間の差を基準電圧として、遮断周波数以上の振動を示す増幅された第１および第２高周波振動成分間の差を増幅することにより、振動センサ２の出力間の不均衡による影響を緩和することができる。
【００４２】
また、振動検出回路１ｂにおいて、増幅回路６ｂに示したように、第１高周波振動成分を増幅するための増幅回路を、ゲート入力がコンデンサ４２によって容量結合されたＦＥＴ４５を含むソース接地増幅回路とすることにより、増幅回路６ｂが接続されていることによる振動センサ２および増幅回路４に対する影響を小さくすることができる。
【００４３】
また、振動検出回路１ｄにおいて、第１および第２高周波振動成分を増幅するための増幅回路６ａおよび８を、増幅回路６ｂと同様の構成とすることによって、振動検出回路１ｂと同様に、振動センサ２および増幅回路４に対する影響を小さくすることができる。
【００４４】
また、振動検出回路１ｃにおいて、増幅回路６ｃに示したように、第１高周波振動成分を増幅するための増幅回路を、ゲート入力がコンデンサ４２とコイル４６による直列共振回路に接続されたＦＥＴ４５を含むソース接地増幅回路とすることにより、振動センサ２の機械的共振による増幅回路６ｃの出力信号への影響を抑制することができる。
【００４５】
また、振動検出回路１ｄにおいて、第１および第２高周波振動成分を増幅するための増幅回路６ａおよび８を、増幅回路６ｃと同様の構成とすることによって、振動検出回路１ｃと同様に、振動センサ２の機械的共振による影響を抑制することができる。
【００４６】
また、図１に示したように、振動センサ２から出力される第１および第２振動信号を、振動検出回路１ａにおいて増幅し、処理回路３に入力することにより、広帯域特性を有する増幅回路を用いた、地震計を実現することができる。
【００４７】
また、図４に示したように、振動センサ２から出力される第１および第２振動信号を、振動検出回路１ｄにおいて増幅し、処理回路３に入力することにより、広帯域特性を有する増幅回路を用いた、地震計を実現することができる。
【００４８】
なお、上記第１ないし第４実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【００４９】
上記第１実施形態では、バイポーラトランジスタ４１のベース入力側にＨＰＦを配置し、当該ＨＰＦを通過した第１振動信号をバイポーラトランジスタ４１のベースに入力し、増幅することによって、増幅回路６ａは、増幅された第１高周波振動成分を出力しているが、これに限定されるものではない。バイポーラトランジスタ４１のコレクタ出力側にＨＰＦを配置し、バイポーラトランジスタ４１のコレクタから出力される増幅された第１振動信号を当該ＨＰＦに入力する構成としてもよい。同様に、上記第２実施形態の増幅回路６ｂにおいて、ＦＥＴ４５のドレイン出力側にＨＰＦを配置する構成としてもよく、上記第３実施形態の増幅回路６ｃにおいて、ＦＥＴ４５のドレイン出力側にＢＰＦを配置する構成としてもよい。
【００５０】
上記第４実施形態では、増幅回路６ａおよび８において、それぞれ第１および第２高周波振動成分が増幅されているが、これに限定されるものではない。第１および第２高周波振動成分を増幅する増幅回路は、増幅回路６ｂまたは６ｃと同様の構成としてもよい。
【００５１】
上記実施形態では、演算増幅器３１、５１、および７１の帰還抵抗である抵抗３４、５３、および７４として固定抵抗器を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、半固定抵抗器を用いることによって、増幅回路４、７、および９における電圧増幅率を調整することもできる。
【００５２】
上記実施形態では、ＬＰＦ５、増幅回路６ａのＨＰＦ、増幅回路６ｂのＨＰＦ、増幅回路８のＨＰＦ、および増幅回路６ｃのＢＰＦは、いずれも例えば抵抗、コンデンサ、およびコイルで構成される、アナログフィルタとなっているが、これに限定されるものではない。各アナログフィルタの代わりに、一例として図６に示すような構成のデジタルフィルタ１１を用いてもよい。デジタルフィルタ１１は、入力信号をアナログ・デジタル変換器１２によりデジタル信号とし、デジタル・シグナル・プロセッサ１３においてデジタル信号処理をすることによって必要な周波数成分を選別し、そしてデジタル・アナログ変換器１４により再びアナログ信号として出力する。デジタルフィルタ１１を用いることによって、信号対雑音比に優れた信号を処理回路３に入力することができる。また、地震計の周囲の温度変化や、振動センサ２のばらつき、および、上記実施形態における振動検出回路に用いられる部品のばらつきなどによって生じる信号のばらつきを、デジタルフィルタ１１において調整することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の第１実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】本発明の第２実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成を示す回路ブロック図である。
【図３】本発明の第３実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成を示す回路ブロック図である。
【図４】本発明の第４実施形態における振動検出回路を用いた地震計の構成を示す回路ブロック図である。
【図５】一般的な地震計の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１ないし第４実施形態において、アナログフィルタの代わりに用いることのできるデジタルフィルタの構成の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５４】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 振動検出回路
２ 振動センサ
３ 処理回路
４ 増幅回路
５ ＬＰＦ（低域通過フィルタ）
６ａ、６ｂ、６ｃ 増幅回路
７、８、９、１０ 増幅回路
１１ デジタルフィルタ
１２ アナログ・デジタル変換器
１３ デジタル・シグナル・プロセッサ
１４ デジタル・アナログ変換器
２１、２２、２３、２４ 抵抗
３２、３３、３４、３６ 抵抗
３１、５１、７１ 演算増幅器
３７、４２、４３、６２、６３、７６ コンデンサ
４１、６１ バイポーラトランジスタ
４４、４７、５２、５３ 抵抗
４５ ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
４６ コイル
６４、６７ 抵抗
７２、７３、７４、７５ 抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の振動が電位差として表れる、振動センサからの第１および第２の出力信号を差動増幅する第１の増幅回路と、
前記第１の増幅回路の出力信号に含まれる所定の周波数未満の成分を通過させる低域通過フィルタと、
前記第１の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第２の増幅回路と、
前記低域通過フィルタの出力信号を基準電圧として、前記第２の増幅回路の出力信号を増幅する第３の増幅回路と、
を有することを特徴とする振動検出回路。
【請求項２】
物体の振動が電位差として表れる、振動センサからの第１および第２の出力信号を差動増幅する第１の増幅回路と、
前記第１の増幅回路の出力信号に含まれる所定の周波数未満の成分を通過させる低域通過フィルタと、
前記第１の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第２の増幅回路と、
前記第２の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第４の増幅回路と、
前記第２および第４の増幅回路の出力信号を差動増幅する第５の増幅回路と、
前記低域通過フィルタの出力信号を基準電圧として、前記第５の増幅回路の出力信号を増幅する第３の増幅回路と、
を有することを特徴とする振動検出回路。
【請求項３】
前記第２の増幅回路は、ゲート入力が容量結合された電界効果トランジスタを含むことを特徴とする請求項１に記載の振動検出回路。
【請求項４】
前記第２の増幅回路は、ゲート入力が容量結合された第１の電界効果トランジスタを含み、
前記第４の増幅回路は、ゲート入力が容量結合された第２の電界効果トランジスタを含むことを特徴とする請求項２に記載の振動検出回路。
【請求項５】
前記電界効果トランジスタのゲート入力またはドレイン出力に接続され、前記振動センサの機械的共振によって前記第１の出力信号に生じるピークを減衰させるための帯域通過フィルタをさらに有することを特徴とする請求項３に記載の振動検出回路。
【請求項６】
前記第１の電界効果トランジスタのゲート入力またはドレイン出力に接続され、前記振動センサの機械的共振によって前記第１の出力信号に生じるピークを減衰させるための第１の帯域通過フィルタと、
前記第２の電界効果トランジスタのゲート入力またはドレイン出力に接続され、前記振動センサの機械的共振によって前記第２の出力信号に生じるピークを減衰させるための第２の帯域通過フィルタと、
をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の振動検出回路。
【請求項７】
物体の振動を検出し、第１および第２の出力信号の間の電位差として示す振動センサと、
前記第１および第２の出力信号を差動増幅する第１の増幅回路と、
前記第１の増幅回路の出力信号に含まれる所定の周波数未満の成分を通過させる低域通過フィルタと、
前記第１の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第２の増幅回路と、
前記低域通過フィルタの出力信号を基準電圧として、前記第２の増幅回路の出力信号を増幅する第３の増幅回路と、
前記第３の増幅回路の出力信号を処理する処理回路と、
を有することを特徴とする地震計。
【請求項８】
物体の振動を検出し、第１および第２の出力信号の間の電位差として示す振動センサと、
前記第１および第２の出力信号を差動増幅する第１の増幅回路と、
前記第１の増幅回路の出力信号に含まれる所定の周波数未満の成分を通過させる低域通過フィルタと、
前記第１の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第２の増幅回路と、
前記第２の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第４の増幅回路と、
前記第２および第４の増幅回路の出力信号を加算増幅または差動増幅する第５の増幅回路と、
前記低域通過フィルタの出力信号を基準電圧として、前記第５の増幅回路の出力信号を増幅する第３の増幅回路と、
前記第３の増幅回路の出力信号を処理する処理回路と、
を有することを特徴とする地震計。
【請求項１】
物体の振動が電位差として表れる、振動センサからの第１および第２の出力信号を差動増幅する第１の増幅回路と、
前記第１の増幅回路の出力信号に含まれる所定の周波数未満の成分を通過させる低域通過フィルタと、
前記第１の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第２の増幅回路と、
前記低域通過フィルタの出力信号を基準電圧として、前記第２の増幅回路の出力信号を増幅する第３の増幅回路と、
を有することを特徴とする振動検出回路。
【請求項２】
物体の振動が電位差として表れる、振動センサからの第１および第２の出力信号を差動増幅する第１の増幅回路と、
前記第１の増幅回路の出力信号に含まれる所定の周波数未満の成分を通過させる低域通過フィルタと、
前記第１の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第２の増幅回路と、
前記第２の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第４の増幅回路と、
前記第２および第４の増幅回路の出力信号を差動増幅する第５の増幅回路と、
前記低域通過フィルタの出力信号を基準電圧として、前記第５の増幅回路の出力信号を増幅する第３の増幅回路と、
を有することを特徴とする振動検出回路。
【請求項３】
前記第２の増幅回路は、ゲート入力が容量結合された電界効果トランジスタを含むことを特徴とする請求項１に記載の振動検出回路。
【請求項４】
前記第２の増幅回路は、ゲート入力が容量結合された第１の電界効果トランジスタを含み、
前記第４の増幅回路は、ゲート入力が容量結合された第２の電界効果トランジスタを含むことを特徴とする請求項２に記載の振動検出回路。
【請求項５】
前記電界効果トランジスタのゲート入力またはドレイン出力に接続され、前記振動センサの機械的共振によって前記第１の出力信号に生じるピークを減衰させるための帯域通過フィルタをさらに有することを特徴とする請求項３に記載の振動検出回路。
【請求項６】
前記第１の電界効果トランジスタのゲート入力またはドレイン出力に接続され、前記振動センサの機械的共振によって前記第１の出力信号に生じるピークを減衰させるための第１の帯域通過フィルタと、
前記第２の電界効果トランジスタのゲート入力またはドレイン出力に接続され、前記振動センサの機械的共振によって前記第２の出力信号に生じるピークを減衰させるための第２の帯域通過フィルタと、
をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の振動検出回路。
【請求項７】
物体の振動を検出し、第１および第２の出力信号の間の電位差として示す振動センサと、
前記第１および第２の出力信号を差動増幅する第１の増幅回路と、
前記第１の増幅回路の出力信号に含まれる所定の周波数未満の成分を通過させる低域通過フィルタと、
前記第１の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第２の増幅回路と、
前記低域通過フィルタの出力信号を基準電圧として、前記第２の増幅回路の出力信号を増幅する第３の増幅回路と、
前記第３の増幅回路の出力信号を処理する処理回路と、
を有することを特徴とする地震計。
【請求項８】
物体の振動を検出し、第１および第２の出力信号の間の電位差として示す振動センサと、
前記第１および第２の出力信号を差動増幅する第１の増幅回路と、
前記第１の増幅回路の出力信号に含まれる所定の周波数未満の成分を通過させる低域通過フィルタと、
前記第１の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第２の増幅回路と、
前記第２の出力信号に含まれる前記所定の周波数以上の成分を少なくとも増幅する第４の増幅回路と、
前記第２および第４の増幅回路の出力信号を加算増幅または差動増幅する第５の増幅回路と、
前記低域通過フィルタの出力信号を基準電圧として、前記第５の増幅回路の出力信号を増幅する第３の増幅回路と、
前記第３の増幅回路の出力信号を処理する処理回路と、
を有することを特徴とする地震計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２１６４４９（Ｐ２００９−２１６４４９Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５８１２７（Ｐ２００８−５８１２７）
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（５０６２２７８８４）三洋半導体株式会社 (1,155)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（５０６２２７８８４）三洋半導体株式会社 (1,155)
【Ｆターム（参考）】
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