長周期振動感知器、及び長周期振動感知器の出力値補正方法
【課題】構造的に単純であって利便性に優れ、且つ低消費電力を実現する長周期振動感知器を提供する。
【解決手段】ケース内に固定されたマグネット、マグネットにより形成される磁極間に配置された検出コイル、検出コイルを保持するボビン、及びボビンをケース内で所定方向に振動可能に支持する支持バネを備え、ボビンにダンピングがかけられた際に検出コイルにより電圧を出力する過減衰型加速度計１０Ａと、周波数特性の互いに異なる複数のデジタルフィルタ３１１-ｍと、過減衰型加速度計１０Ａより出力された電圧の出力値に基づいて、複数のデジタルフィルタ３１１-ｍから一のデジタルフィルタ３１ｎを選択し、選択されたデジタルフィルタ３１ｎを用いて出力値を補正する演算処理部３２と、を備える。
【解決手段】ケース内に固定されたマグネット、マグネットにより形成される磁極間に配置された検出コイル、検出コイルを保持するボビン、及びボビンをケース内で所定方向に振動可能に支持する支持バネを備え、ボビンにダンピングがかけられた際に検出コイルにより電圧を出力する過減衰型加速度計１０Ａと、周波数特性の互いに異なる複数のデジタルフィルタ３１１-ｍと、過減衰型加速度計１０Ａより出力された電圧の出力値に基づいて、複数のデジタルフィルタ３１１-ｍから一のデジタルフィルタ３１ｎを選択し、選択されたデジタルフィルタ３１ｎを用いて出力値を補正する演算処理部３２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長周期振動感知器、及び当該長周期振動感知器の出力値補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震などにより長周期の振動が発生した場合に、当該長周期振動の検出を行う振動検出器が知られている。
例えば、特許文献１には、振動検出器として、建造物の天井からワイヤを介して垂下された振り子と、振り子の下方において、振り子の下面に向かって光を照射し当該下面からの反射光を受光するセンサとを備えた振り子型揺れ検出センサが提案されている。
かかる振り子型揺れ検出センサは、振り子の下面に、当該振り子の振幅に応じて、振り子の中心から外側に向かって反射光の光量が順次に変化する反射面が形成されており、振り子の下面で反射した光の光量を検出し、該光量から振り子の振幅を検出する。
【０００３】
また、振動検出器としては、振り子型揺れ検出センサ以外にも、例えば、直流領域（静止状態）から計測可能なサーボ型加速度計が提案されている。
かかるサーボ型加速度計は、ケース内に配置された可動部の外力による変位量を検出して、可動部を静止状態に保つために、可動部を駆動させるコイルに上記変位量に比例した電流を流す際の電流量を測定することで加速度を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０１０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような振り子型揺れ検出センサは、検出したい振動数毎にワイヤの長さの設定をしなければならず、また、ワイヤの長さが数メートル必要であるため設置場所に制限がある。更に、振り子型揺れ検出センサは、一度設定した後には検出レベルの変更が容易でなく、利便性が悪い。
また、サーボ型加速度計は、振り子型揺れ検出センサと比較して小型であるが、サーボ回路への電源供給が常時必要であり、比較的構造が複雑で部品点数が多い。
このように、長周期振動の検出を行うに当たって、構造的に単純であって利便性に優れ、且つ低消費電力を実現可能な装置が望まれている。
【０００６】
本発明の課題は、構造的に単純であって利便性に優れ、且つ低消費電力を実現する長周期振動感知器、及びこの長周期振動感知器の出力値補正方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
長周期振動感知器において、
ケース内に固定されたマグネット、
前記マグネットにより形成される磁極間に配置された検出コイル、
前記検出コイルを保持するボビン、及び
前記ボビンを前記ケース内で所定方向に振動可能に支持する支持バネを備え、
前記ボビンにダンピングがかけられた際に前記検出コイルにより電圧を出力する過減衰型加速度計と、
周波数特性の互いに異なる複数のデジタルフィルタと、
前記過減衰型加速度計より出力された電圧の出力値に基づいて、前記複数のデジタルフィルタから一のデジタルフィルタを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択されたデジタルフィルタを用いて、前記過減衰型加速度計より出力された電圧の出力値を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の長周期振動感知器において、
前記複数のデジタルフィルタと、当該複数のデジタルフィルタ毎に予め設定された出力値とが対応づけて記憶された記憶手段を備え、
前記選択手段は、前記記憶手段を参照し、前記過減衰型加速度計より出力された電圧の出力値に基づいて、前記複数のデジタルフィルタから一のデジタルフィルタを選択することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の長周期振動感知器において、
前記選択手段は、０．０４Ｈｚ〜０．５Ｈｚの範囲の周波数が検出可能となる一のデジタルフィルタを選択することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３の何れか一項に記載の長周期振動感知器の出力値補正方法であって、
前記ボビンにダンピングがかけられた際に前記検出コイルにより電圧を出力する出力工程と、
前記出力工程により出力された電圧の出力値に基づいて、前記複数のデジタルフィルタから一のデジタルフィルタを選択する選択工程と、
前記選択工程により選択されたデジタルフィルタを用いて前記出力値を補正する補正工程と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、過減衰型加速度計の周波数特性が、選択されたデジタルフィルタにより補正されるので、長周期振動の検出に適していない過減衰型加速度計を用いて長周期振動の検出を行うことができることとなる。
よって、サーボ型加速度計に比べて構造的に単純であって利便性に優れ、且つ低消費電力を実現する長周期振動感知器、及びこの長周期振動感知器の出力値補正方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態における長周期振動感知器の機能ブロック図である。
【図２】過減衰型加速度計を示す概略模式図である。
【図３】過減衰型加速度計の他の態様を示す概略模式図である。
【図４】過減衰型加速度計の周波数特性を示す一例である。
【図５】デジタルフィルタの周波数特性を示す一例である。
【図６】本実施形態における長周期振動感知器の周波数特性を示す図である。
【図７】本実施形態における長周期振動感知器の出力値補正方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図を参照して、本発明に係る長周期振動感知器、及び当該長周期振動感知器の出力値補正方法について詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態における長周期振動感知器（以下、振動感知器という。）１００は、例えば、図１に示すように、検出部１０と、ＡＤ変換部２０と、制御部３０と、出力部４０と、等を備えて構成されている。
【００１５】
検出部１０は、２つの過減衰型加速度計１０Ａ、１０Ａを備えている。各過減衰型加速度計１０Ａは、互いに直交する水平二軸方向に沿った振動を検出可能に配置されている。
【００１６】
過減衰型加速度計１０Ａは、例えば、図２に示すように、ケース１と、ケース１内に固定されたマグネット２と、マグネット２を狭持するトッププレート３及びバックプレート４と、マグネット２により形成される磁極３ａ，４ａ間に配置された検出コイル７と、検出コイル７を保持するボビン６と、ボビン６をケース１内で所定方向（Ａ方向）に振動可能に支持する一対の支持バネ８，８と、等を備えて構成されている。
この過減衰型加速度計１０Ａは、「磁界中を導体が運動（振動）すると、導体には運動速度に比例した起電力が発生する」という原理を利用した動電型検出器に、電磁的にダンピング（減衰）をかけることで、加速度に比例した領域を広げ、検出器としたものである。
【００１７】
ケース１は、過減衰型加速度計１０Ａの筐体部分である。
【００１８】
マグネット２は、平面視リング状の永久磁石で形成され、ケース１の内部に配置されてケース１内に磁界を形成している。
マグネット２は、同じく平面視リング状に形成されたトッププレート３とバックプレート４とで挟持されるようにしてケース１の内部に固定的に備えられている。
【００１９】
トッププレート３は及びバックプレート４は、何れも磁性材料で形成されている。
トッププレート３は、平面視においてマグネット２と略同一のリング状である。トッププレート３は、マグネット２の上面に配設され、その内側部分には、外側磁極３ａが形成されている。
バックプレート４は、平面視リング状であってマグネット２が載置される載置部４１と、載置部４１の内側部分から起立する起立部４２とからなり、起立部４２の先端部には、外側磁極３ａと対向して内側磁極４ａが形成されている。
外側磁極３ａと内側磁極４ａとの間には、平面視でリング状の空隙５が形成されている。
【００２０】
ボビン６は、銅やアルミ合金等の非磁性材で形成されており、特定の振動方向（Ａ方向）に沿って振動できるように、一対の支持バネ８，８によりケース１内に支持されている。
ボビン６には、空隙５内に配設されて検出コイル７を巻回するための肉厚な保持部６ａが備えられており、当該保持部６ａを備えることでボビン６にダンピング（減衰）をかけることができる（過減衰にすることができる）ようになっている。
このボビン６においては、ボビン６が磁界中で運動することで発生する起電力が検出コイル７に流れ、逆起電力を発生し、その力が減衰となる。
【００２１】
検出コイル７は、ボビン６の保持部６ａに巻回されたコイルであり、磁極３ａ，４ａにより形成されたリング状の空隙５に位置するようになっている。
検出コイル７の出力電圧は、アナログ信号としてＡＤ変換部２０に出力される。
【００２２】
一対の支持バネ８，８は、例えば、一端がケース１の壁面に固定され、他端がボビン６に接続され、ボビン６をＡ方向に振動可能に支持する板バネ等である。
支持バネ８は、ボビン６の振動に応じて、所定のバネ定数と変位より導出される復元力をボビン６に付与する。
【００２３】
なお、過減衰型加速度計の他の態様として、図３に示すように、上述した過減衰型加速度計１０Ａを、上下線対称となるように２つ合せた構成とすることもできる。
かかる構成であっても、ボビン６にダンピングがかけられた際、検出コイル７により電圧が出力される。
【００２４】
ＡＤ変換部２０は、過減衰型加速度計１０Ａ、１０Ａに対応したＡＤ変換器２０Ａ、２０Ａを備えている。
各ＡＤ変換器２０Ａは、各過減衰型加速度計１０Ａから出力された電圧のアナログ信号をデジタル信号に変換し、制御部３０に出力する。
【００２５】
制御部３０は、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍ、演算処理部３２、等を備えている。
【００２６】
複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍは、互いに異なる周波数特性を有するものである。
複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍは、基準周波数（０．５Ｈｚ）に対して、対象となる周波数（０．１Ｈｚ）にて同一の加速度をテストコイルより印加し、その電圧の出力値の比に基づいて選択される。このようにすることで、最小２点の電圧の出力値の比で処理が可能である。
なお、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍの数に特に限定はない。
各ＡＤ変換器２０Ａから出力されたデジタル信号は、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍのうち、演算処理部３２による選択処理（後述）により選択される何れか一つのデジタルフィルタ３１ｎに供給される。
【００２７】
演算処理部３２は、図示は省略するがＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）を備えるコンピュータ部として構成され、各過減衰型加速度計１０Ａより出力された電圧の出力値に基づいて複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍのうち何れか一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する選択処理や、選択処理により選択されたデジタルフィルタ３１ｎを用いて、前記出力値を補正する補正処理を実行するものである。
なお、これらの処理を実行することで、演算処理部３２は、選択手段及び補正手段として機能している。
【００２８】
具体的に、演算処理部３２には、記憶部（記憶手段）３３が接続されている。
記憶部３３には、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍと、当該複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍ毎に予め設定された出力値とが対応づけて記憶されている。
演算処理部３２は、記憶部３３を参照し、過減衰型加速度計１０Ａより出力された電圧の出力値に基づいて、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍから一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する。
好ましくは、演算処理部３２は、０．０４Ｈｚ〜０．５Ｈｚの範囲の周波数が検出可能となる一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する。
次いで、演算処理部３２は、選択したデジタルフィルタ３１ｎを用いて、各過減衰型加速度計１０Ａより出力された電圧の出力値を補正する。
【００２９】
ここで、図４に、過減衰型加速度計１０Ａの周波数特性の一例を示し、図５に、選択されたデジタルフィルタ３１ｎの周波数特性の一例を示す。
また、図６に、上記選択処理及び補正処理の実行後の過減衰型加速度計１０Ａの周波数特性を示す。
なお、図４〜６において、縦軸はＧａｉｎ［ｄＢ］であり、横軸は周波数［Ｈｚ］である。
【００３０】
過減衰型加速度計１０Ａは、動電型検出器に近いその原理特性から、低周波数領域を計測する（長周期振動を計測する）のに適していない。例えば、図４では、０．２Ｈｚ以下を計測するのに適していないことがわかる。
そこで本実施形態においては、選択処理及び補正処理を実行することで、図４で示すような周波数特性を示す過減衰型加速度計１０Ａの出力を、図５で示すような周波数特性を示すデジタルフィルタ３１ｎにより補正している。
具体的には、図４に示すように、補正処理前には、０．２Ｈｚ以下の低周波数領域では下降傾向を示していた特性曲線が、図６に示すように、補正処理後には、０．０４Ｈｚ以上から略一定値を示す特性曲線となる。
このように、過減衰型加速度計１０Ａの低周波数領域での周波数特性を補正することにより、長周期振動を計測することができるようになる。
特に、例えば高層ビルなどで懸念される０．０４Ｈｚ〜０．５Ｈｚの範囲の周波数が検出可能となるように補正することが好ましい。
【００３１】
なお、演算処理部３２は、上記した選択処理及び補正処理を実行して各過減衰型加速度計１０Ａの出力値を補正した後、補正した出力値を加速度に変換し、合成処理を実行する。
次いで、その合成処理された加速度値が予め設定された所定の起動レベル未満か否かを判断し、合成処理された加速度値が所定の起動レベル以上であれば警報を出力し、所定の起動レベル未満であれば警報を出力しないよう決定する。
【００３２】
出力部４０は、図示しないスピーカを備え、制御部３０が警報を出力すると判断した場合に、警報音を発する。
【００３３】
次に、図７のフローチャートに基づいて、振動感知器１００の出力値補正方法について、説明する。
【００３４】
先ず、ステップＳ１において、各過減衰型加速度計１０Ａの検出コイル７から電圧のアナログ信号が出力される（電圧出力工程）。
次いで、ステップＳ２において、ＡＤ変換部２０は、各過減衰型加速度計１０Ａから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
次いで、ステップＳ３において、演算処理部３２は、各過減衰型加速度計１０Ａから出力された出力値をチェックする。
次いで、ステップＳ４において、演算処理部３２は、出力値に基づいて、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍから一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する選択処理を実行する（選択工程）。
次いで、ステップＳ５において、演算処理部３２は、選択されたデジタルフィルタ３１ｎを用いて前記出力値を補正する補正処理を実行する（補正工程）。
次いで、ステップＳ６において、演算処理部３２は、加速度変換及び合成処理を実行する。
次いで、ステップＳ７において、演算処理部３２は、合成処理された加速度値が予め設定された所定の起動レベル未満か否か判断し、合成処理された加速度値が所定の起動レベル未満である場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、続くステップＳ８において、警報を出力しないと決定する。
一方、合成処理された加速度値が所定の起動レベル未満でない場合（ステップＳ７：ＮＯ）、続くステップＳ９において、演算処理部３２は、警報を出力すると決定し、出力部４０により警報出力が行われ、本処理が終了する。
【００３５】
以上のように、本実施形態の振動感知器１００によれば、過減衰型加速度計１０Ａと、周波数特性の互いに異なる複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍと、過減衰型加速度計１０Ａより出力された電圧の出力値に基づいて、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍから一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する選択手段（演算処理部３２）と、選択されたデジタルフィルタ３１ｎを用いて前記出力値を補正する補正手段（演算処理部３２）と、を備える。
このため、過減衰型加速度計１０Ａの周波数特性が、選択されたデジタルフィルタ３１ｎにより補正されるので、長周期振動の検出に適していない過減衰型加速度計１０Ａを用いて長周期振動の検出を行うことができることとなる。
かかる過減衰型加速度計１０Ａは、振り子型揺れ検出センサと比較して小型であって、検出レベルの変更が容易である。
また、過減衰型加速度計１０Ａは電源を必要としないため、サーボ型加速度計と比較して低消費電力で、且つ部品点数が少なく構造も単純である。
よって、構造的に単純であって利便性に優れ、且つ低消費電力を実現する長周期振動感知器、及びこの長周期振動感知器の出力値補正方法を提供することができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍと、当該複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍ毎に予め設定された出力値とが対応づけて記憶された記憶手段（記憶部３３）を備え、選択手段は、記憶手段を参照し、過減衰型加速度計１０Ａより出力された電圧の出力値に基づいて、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍから一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する。
このため、個々の過減衰型加速度計１０Ａの周波数特性にばらつきがあった場合でも、最適なデジタルフィルタ３１ｎを選択することができ、歩留まりが向上する。
【００３７】
また、本実施形態によれば、選択手段は、０．０４Ｈｚ〜０．５Ｈｚの範囲の周波数が検出可能となる一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する。
このため、例えば、高層ビルなどで懸念される０．０４〜０．５Ｈｚの長周期振動の検出を高精度で検出することが可能となる。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行うことが可能である。
例えば、上記実施形態においては、選択手段は、記憶部３３を参照し、過減衰型加速度計１０Ａより出力された電圧の出力値に基づいて、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍから一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する構成を説明したが、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍの中から最適なものを選択する手法としては、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍを一つずつ用いて補正処理を行って、その補正値から最適のデジタルフィルタを選択する等の構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００３９】
１００ 長周期振動感知器
１０ 検出部
１０Ａ過減衰型加速度計
１ ケース
２ マグネット
３ トッププレート
３ａ 外側磁極
４ バックプレート
４ａ 内側磁極
５ 空隙
６ ボビン
６ａ 保持部
７ 検出コイル
８ 支持バネ
２０ＡＤ変換部
２０Ａ ＡＤ変換器
３０ 制御部
３１１-ｍ デジタルフィルタ
３２ 演算処理部（選択手段、補正手段）
３３ 記憶部（記憶手段）
４０ 出力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長周期振動感知器、及び当該長周期振動感知器の出力値補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震などにより長周期の振動が発生した場合に、当該長周期振動の検出を行う振動検出器が知られている。
例えば、特許文献１には、振動検出器として、建造物の天井からワイヤを介して垂下された振り子と、振り子の下方において、振り子の下面に向かって光を照射し当該下面からの反射光を受光するセンサとを備えた振り子型揺れ検出センサが提案されている。
かかる振り子型揺れ検出センサは、振り子の下面に、当該振り子の振幅に応じて、振り子の中心から外側に向かって反射光の光量が順次に変化する反射面が形成されており、振り子の下面で反射した光の光量を検出し、該光量から振り子の振幅を検出する。
【０００３】
また、振動検出器としては、振り子型揺れ検出センサ以外にも、例えば、直流領域（静止状態）から計測可能なサーボ型加速度計が提案されている。
かかるサーボ型加速度計は、ケース内に配置された可動部の外力による変位量を検出して、可動部を静止状態に保つために、可動部を駆動させるコイルに上記変位量に比例した電流を流す際の電流量を測定することで加速度を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２０１０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような振り子型揺れ検出センサは、検出したい振動数毎にワイヤの長さの設定をしなければならず、また、ワイヤの長さが数メートル必要であるため設置場所に制限がある。更に、振り子型揺れ検出センサは、一度設定した後には検出レベルの変更が容易でなく、利便性が悪い。
また、サーボ型加速度計は、振り子型揺れ検出センサと比較して小型であるが、サーボ回路への電源供給が常時必要であり、比較的構造が複雑で部品点数が多い。
このように、長周期振動の検出を行うに当たって、構造的に単純であって利便性に優れ、且つ低消費電力を実現可能な装置が望まれている。
【０００６】
本発明の課題は、構造的に単純であって利便性に優れ、且つ低消費電力を実現する長周期振動感知器、及びこの長周期振動感知器の出力値補正方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
長周期振動感知器において、
ケース内に固定されたマグネット、
前記マグネットにより形成される磁極間に配置された検出コイル、
前記検出コイルを保持するボビン、及び
前記ボビンを前記ケース内で所定方向に振動可能に支持する支持バネを備え、
前記ボビンにダンピングがかけられた際に前記検出コイルにより電圧を出力する過減衰型加速度計と、
周波数特性の互いに異なる複数のデジタルフィルタと、
前記過減衰型加速度計より出力された電圧の出力値に基づいて、前記複数のデジタルフィルタから一のデジタルフィルタを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択されたデジタルフィルタを用いて、前記過減衰型加速度計より出力された電圧の出力値を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の長周期振動感知器において、
前記複数のデジタルフィルタと、当該複数のデジタルフィルタ毎に予め設定された出力値とが対応づけて記憶された記憶手段を備え、
前記選択手段は、前記記憶手段を参照し、前記過減衰型加速度計より出力された電圧の出力値に基づいて、前記複数のデジタルフィルタから一のデジタルフィルタを選択することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の長周期振動感知器において、
前記選択手段は、０．０４Ｈｚ〜０．５Ｈｚの範囲の周波数が検出可能となる一のデジタルフィルタを選択することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３の何れか一項に記載の長周期振動感知器の出力値補正方法であって、
前記ボビンにダンピングがかけられた際に前記検出コイルにより電圧を出力する出力工程と、
前記出力工程により出力された電圧の出力値に基づいて、前記複数のデジタルフィルタから一のデジタルフィルタを選択する選択工程と、
前記選択工程により選択されたデジタルフィルタを用いて前記出力値を補正する補正工程と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、過減衰型加速度計の周波数特性が、選択されたデジタルフィルタにより補正されるので、長周期振動の検出に適していない過減衰型加速度計を用いて長周期振動の検出を行うことができることとなる。
よって、サーボ型加速度計に比べて構造的に単純であって利便性に優れ、且つ低消費電力を実現する長周期振動感知器、及びこの長周期振動感知器の出力値補正方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態における長周期振動感知器の機能ブロック図である。
【図２】過減衰型加速度計を示す概略模式図である。
【図３】過減衰型加速度計の他の態様を示す概略模式図である。
【図４】過減衰型加速度計の周波数特性を示す一例である。
【図５】デジタルフィルタの周波数特性を示す一例である。
【図６】本実施形態における長周期振動感知器の周波数特性を示す図である。
【図７】本実施形態における長周期振動感知器の出力値補正方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図を参照して、本発明に係る長周期振動感知器、及び当該長周期振動感知器の出力値補正方法について詳細に説明する。
【００１４】
本実施形態における長周期振動感知器（以下、振動感知器という。）１００は、例えば、図１に示すように、検出部１０と、ＡＤ変換部２０と、制御部３０と、出力部４０と、等を備えて構成されている。
【００１５】
検出部１０は、２つの過減衰型加速度計１０Ａ、１０Ａを備えている。各過減衰型加速度計１０Ａは、互いに直交する水平二軸方向に沿った振動を検出可能に配置されている。
【００１６】
過減衰型加速度計１０Ａは、例えば、図２に示すように、ケース１と、ケース１内に固定されたマグネット２と、マグネット２を狭持するトッププレート３及びバックプレート４と、マグネット２により形成される磁極３ａ，４ａ間に配置された検出コイル７と、検出コイル７を保持するボビン６と、ボビン６をケース１内で所定方向（Ａ方向）に振動可能に支持する一対の支持バネ８，８と、等を備えて構成されている。
この過減衰型加速度計１０Ａは、「磁界中を導体が運動（振動）すると、導体には運動速度に比例した起電力が発生する」という原理を利用した動電型検出器に、電磁的にダンピング（減衰）をかけることで、加速度に比例した領域を広げ、検出器としたものである。
【００１７】
ケース１は、過減衰型加速度計１０Ａの筐体部分である。
【００１８】
マグネット２は、平面視リング状の永久磁石で形成され、ケース１の内部に配置されてケース１内に磁界を形成している。
マグネット２は、同じく平面視リング状に形成されたトッププレート３とバックプレート４とで挟持されるようにしてケース１の内部に固定的に備えられている。
【００１９】
トッププレート３は及びバックプレート４は、何れも磁性材料で形成されている。
トッププレート３は、平面視においてマグネット２と略同一のリング状である。トッププレート３は、マグネット２の上面に配設され、その内側部分には、外側磁極３ａが形成されている。
バックプレート４は、平面視リング状であってマグネット２が載置される載置部４１と、載置部４１の内側部分から起立する起立部４２とからなり、起立部４２の先端部には、外側磁極３ａと対向して内側磁極４ａが形成されている。
外側磁極３ａと内側磁極４ａとの間には、平面視でリング状の空隙５が形成されている。
【００２０】
ボビン６は、銅やアルミ合金等の非磁性材で形成されており、特定の振動方向（Ａ方向）に沿って振動できるように、一対の支持バネ８，８によりケース１内に支持されている。
ボビン６には、空隙５内に配設されて検出コイル７を巻回するための肉厚な保持部６ａが備えられており、当該保持部６ａを備えることでボビン６にダンピング（減衰）をかけることができる（過減衰にすることができる）ようになっている。
このボビン６においては、ボビン６が磁界中で運動することで発生する起電力が検出コイル７に流れ、逆起電力を発生し、その力が減衰となる。
【００２１】
検出コイル７は、ボビン６の保持部６ａに巻回されたコイルであり、磁極３ａ，４ａにより形成されたリング状の空隙５に位置するようになっている。
検出コイル７の出力電圧は、アナログ信号としてＡＤ変換部２０に出力される。
【００２２】
一対の支持バネ８，８は、例えば、一端がケース１の壁面に固定され、他端がボビン６に接続され、ボビン６をＡ方向に振動可能に支持する板バネ等である。
支持バネ８は、ボビン６の振動に応じて、所定のバネ定数と変位より導出される復元力をボビン６に付与する。
【００２３】
なお、過減衰型加速度計の他の態様として、図３に示すように、上述した過減衰型加速度計１０Ａを、上下線対称となるように２つ合せた構成とすることもできる。
かかる構成であっても、ボビン６にダンピングがかけられた際、検出コイル７により電圧が出力される。
【００２４】
ＡＤ変換部２０は、過減衰型加速度計１０Ａ、１０Ａに対応したＡＤ変換器２０Ａ、２０Ａを備えている。
各ＡＤ変換器２０Ａは、各過減衰型加速度計１０Ａから出力された電圧のアナログ信号をデジタル信号に変換し、制御部３０に出力する。
【００２５】
制御部３０は、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍ、演算処理部３２、等を備えている。
【００２６】
複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍは、互いに異なる周波数特性を有するものである。
複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍは、基準周波数（０．５Ｈｚ）に対して、対象となる周波数（０．１Ｈｚ）にて同一の加速度をテストコイルより印加し、その電圧の出力値の比に基づいて選択される。このようにすることで、最小２点の電圧の出力値の比で処理が可能である。
なお、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍの数に特に限定はない。
各ＡＤ変換器２０Ａから出力されたデジタル信号は、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍのうち、演算処理部３２による選択処理（後述）により選択される何れか一つのデジタルフィルタ３１ｎに供給される。
【００２７】
演算処理部３２は、図示は省略するがＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）を備えるコンピュータ部として構成され、各過減衰型加速度計１０Ａより出力された電圧の出力値に基づいて複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍのうち何れか一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する選択処理や、選択処理により選択されたデジタルフィルタ３１ｎを用いて、前記出力値を補正する補正処理を実行するものである。
なお、これらの処理を実行することで、演算処理部３２は、選択手段及び補正手段として機能している。
【００２８】
具体的に、演算処理部３２には、記憶部（記憶手段）３３が接続されている。
記憶部３３には、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍと、当該複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍ毎に予め設定された出力値とが対応づけて記憶されている。
演算処理部３２は、記憶部３３を参照し、過減衰型加速度計１０Ａより出力された電圧の出力値に基づいて、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍから一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する。
好ましくは、演算処理部３２は、０．０４Ｈｚ〜０．５Ｈｚの範囲の周波数が検出可能となる一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する。
次いで、演算処理部３２は、選択したデジタルフィルタ３１ｎを用いて、各過減衰型加速度計１０Ａより出力された電圧の出力値を補正する。
【００２９】
ここで、図４に、過減衰型加速度計１０Ａの周波数特性の一例を示し、図５に、選択されたデジタルフィルタ３１ｎの周波数特性の一例を示す。
また、図６に、上記選択処理及び補正処理の実行後の過減衰型加速度計１０Ａの周波数特性を示す。
なお、図４〜６において、縦軸はＧａｉｎ［ｄＢ］であり、横軸は周波数［Ｈｚ］である。
【００３０】
過減衰型加速度計１０Ａは、動電型検出器に近いその原理特性から、低周波数領域を計測する（長周期振動を計測する）のに適していない。例えば、図４では、０．２Ｈｚ以下を計測するのに適していないことがわかる。
そこで本実施形態においては、選択処理及び補正処理を実行することで、図４で示すような周波数特性を示す過減衰型加速度計１０Ａの出力を、図５で示すような周波数特性を示すデジタルフィルタ３１ｎにより補正している。
具体的には、図４に示すように、補正処理前には、０．２Ｈｚ以下の低周波数領域では下降傾向を示していた特性曲線が、図６に示すように、補正処理後には、０．０４Ｈｚ以上から略一定値を示す特性曲線となる。
このように、過減衰型加速度計１０Ａの低周波数領域での周波数特性を補正することにより、長周期振動を計測することができるようになる。
特に、例えば高層ビルなどで懸念される０．０４Ｈｚ〜０．５Ｈｚの範囲の周波数が検出可能となるように補正することが好ましい。
【００３１】
なお、演算処理部３２は、上記した選択処理及び補正処理を実行して各過減衰型加速度計１０Ａの出力値を補正した後、補正した出力値を加速度に変換し、合成処理を実行する。
次いで、その合成処理された加速度値が予め設定された所定の起動レベル未満か否かを判断し、合成処理された加速度値が所定の起動レベル以上であれば警報を出力し、所定の起動レベル未満であれば警報を出力しないよう決定する。
【００３２】
出力部４０は、図示しないスピーカを備え、制御部３０が警報を出力すると判断した場合に、警報音を発する。
【００３３】
次に、図７のフローチャートに基づいて、振動感知器１００の出力値補正方法について、説明する。
【００３４】
先ず、ステップＳ１において、各過減衰型加速度計１０Ａの検出コイル７から電圧のアナログ信号が出力される（電圧出力工程）。
次いで、ステップＳ２において、ＡＤ変換部２０は、各過減衰型加速度計１０Ａから出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
次いで、ステップＳ３において、演算処理部３２は、各過減衰型加速度計１０Ａから出力された出力値をチェックする。
次いで、ステップＳ４において、演算処理部３２は、出力値に基づいて、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍから一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する選択処理を実行する（選択工程）。
次いで、ステップＳ５において、演算処理部３２は、選択されたデジタルフィルタ３１ｎを用いて前記出力値を補正する補正処理を実行する（補正工程）。
次いで、ステップＳ６において、演算処理部３２は、加速度変換及び合成処理を実行する。
次いで、ステップＳ７において、演算処理部３２は、合成処理された加速度値が予め設定された所定の起動レベル未満か否か判断し、合成処理された加速度値が所定の起動レベル未満である場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、続くステップＳ８において、警報を出力しないと決定する。
一方、合成処理された加速度値が所定の起動レベル未満でない場合（ステップＳ７：ＮＯ）、続くステップＳ９において、演算処理部３２は、警報を出力すると決定し、出力部４０により警報出力が行われ、本処理が終了する。
【００３５】
以上のように、本実施形態の振動感知器１００によれば、過減衰型加速度計１０Ａと、周波数特性の互いに異なる複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍと、過減衰型加速度計１０Ａより出力された電圧の出力値に基づいて、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍから一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する選択手段（演算処理部３２）と、選択されたデジタルフィルタ３１ｎを用いて前記出力値を補正する補正手段（演算処理部３２）と、を備える。
このため、過減衰型加速度計１０Ａの周波数特性が、選択されたデジタルフィルタ３１ｎにより補正されるので、長周期振動の検出に適していない過減衰型加速度計１０Ａを用いて長周期振動の検出を行うことができることとなる。
かかる過減衰型加速度計１０Ａは、振り子型揺れ検出センサと比較して小型であって、検出レベルの変更が容易である。
また、過減衰型加速度計１０Ａは電源を必要としないため、サーボ型加速度計と比較して低消費電力で、且つ部品点数が少なく構造も単純である。
よって、構造的に単純であって利便性に優れ、且つ低消費電力を実現する長周期振動感知器、及びこの長周期振動感知器の出力値補正方法を提供することができる。
【００３６】
また、本実施形態によれば、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍと、当該複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍ毎に予め設定された出力値とが対応づけて記憶された記憶手段（記憶部３３）を備え、選択手段は、記憶手段を参照し、過減衰型加速度計１０Ａより出力された電圧の出力値に基づいて、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍから一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する。
このため、個々の過減衰型加速度計１０Ａの周波数特性にばらつきがあった場合でも、最適なデジタルフィルタ３１ｎを選択することができ、歩留まりが向上する。
【００３７】
また、本実施形態によれば、選択手段は、０．０４Ｈｚ〜０．５Ｈｚの範囲の周波数が検出可能となる一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する。
このため、例えば、高層ビルなどで懸念される０．０４〜０．５Ｈｚの長周期振動の検出を高精度で検出することが可能となる。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行うことが可能である。
例えば、上記実施形態においては、選択手段は、記憶部３３を参照し、過減衰型加速度計１０Ａより出力された電圧の出力値に基づいて、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍから一のデジタルフィルタ３１ｎを選択する構成を説明したが、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍの中から最適なものを選択する手法としては、複数のデジタルフィルタ３１１〜ｍを一つずつ用いて補正処理を行って、その補正値から最適のデジタルフィルタを選択する等の構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００３９】
１００ 長周期振動感知器
１０ 検出部
１０Ａ過減衰型加速度計
１ ケース
２ マグネット
３ トッププレート
３ａ 外側磁極
４ バックプレート
４ａ 内側磁極
５ 空隙
６ ボビン
６ａ 保持部
７ 検出コイル
８ 支持バネ
２０ＡＤ変換部
２０Ａ ＡＤ変換器
３０ 制御部
３１１-ｍ デジタルフィルタ
３２ 演算処理部（選択手段、補正手段）
３３ 記憶部（記憶手段）
４０ 出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケース内に固定されたマグネット、
前記マグネットにより形成される磁極間に配置された検出コイル、
前記検出コイルを保持するボビン、及び
前記ボビンを前記ケース内で所定方向に振動可能に支持する支持バネを備え、
前記ボビンにダンピングがかけられた際に前記検出コイルにより電圧を出力する過減衰型加速度計と、
周波数特性の互いに異なる複数のデジタルフィルタと、
前記過減衰型加速度計より出力された電圧の出力値に基づいて、前記複数のデジタルフィルタから一のデジタルフィルタを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択されたデジタルフィルタを用いて、前記過減衰型加速度計より出力された電圧の出力値を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする長周期振動感知器。
【請求項２】
前記複数のデジタルフィルタと、当該複数のデジタルフィルタ毎に予め設定された出力値とが対応づけて記憶された記憶手段を備え、
前記選択手段は、前記記憶手段を参照し、前記過減衰型加速度計より出力された電圧の出力値に基づいて、前記複数のデジタルフィルタから一のデジタルフィルタを選択することを特徴とする請求項１に記載の長周期振動感知器。
【請求項３】
前記選択手段は、０．０４Ｈｚ〜０．５Ｈｚの範囲の周波数が検出可能となる一のデジタルフィルタを選択することを特徴とする請求項１又は２に記載の長周期振動感知器。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の長周期振動感知器の出力値補正方法であって、
前記ボビンにダンピングがかけられた際に前記検出コイルにより電圧を出力する出力工程と、
前記出力工程により出力された電圧の出力値に基づいて、前記複数のデジタルフィルタから一のデジタルフィルタを選択する選択工程と、
前記選択工程により選択されたデジタルフィルタを用いて前記出力値を補正する補正工程と、
を有することを特徴とする長周期振動感知器の出力値補正方法。
【請求項１】
ケース内に固定されたマグネット、
前記マグネットにより形成される磁極間に配置された検出コイル、
前記検出コイルを保持するボビン、及び
前記ボビンを前記ケース内で所定方向に振動可能に支持する支持バネを備え、
前記ボビンにダンピングがかけられた際に前記検出コイルにより電圧を出力する過減衰型加速度計と、
周波数特性の互いに異なる複数のデジタルフィルタと、
前記過減衰型加速度計より出力された電圧の出力値に基づいて、前記複数のデジタルフィルタから一のデジタルフィルタを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択されたデジタルフィルタを用いて、前記過減衰型加速度計より出力された電圧の出力値を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする長周期振動感知器。
【請求項２】
前記複数のデジタルフィルタと、当該複数のデジタルフィルタ毎に予め設定された出力値とが対応づけて記憶された記憶手段を備え、
前記選択手段は、前記記憶手段を参照し、前記過減衰型加速度計より出力された電圧の出力値に基づいて、前記複数のデジタルフィルタから一のデジタルフィルタを選択することを特徴とする請求項１に記載の長周期振動感知器。
【請求項３】
前記選択手段は、０．０４Ｈｚ〜０．５Ｈｚの範囲の周波数が検出可能となる一のデジタルフィルタを選択することを特徴とする請求項１又は２に記載の長周期振動感知器。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の長周期振動感知器の出力値補正方法であって、
前記ボビンにダンピングがかけられた際に前記検出コイルにより電圧を出力する出力工程と、
前記出力工程により出力された電圧の出力値に基づいて、前記複数のデジタルフィルタから一のデジタルフィルタを選択する選択工程と、
前記選択工程により選択されたデジタルフィルタを用いて前記出力値を補正する補正工程と、
を有することを特徴とする長周期振動感知器の出力値補正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−２９４４９（Ｐ２０１３−２９４４９Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６５４９（Ｐ２０１１−１６６５４９）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
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