(57)【要約】      （修正有）【課題】揺動子（磁石）の両側にセンサを配置することによって、微弱な縦揺れ及び横揺れを確実に検知する地震センサを提供する。【解決手段】揺動自在に支承された磁束発生手段と、その磁束発生手段の両側を挟んだ状態で配置された磁気センサ１、２と、それぞれの磁気センサの検知信号を演算する演算手段を備え、前記演算手段は、それぞれの磁気センサ１，２の検知信号の増減変化と、磁気センサの検知信号の合成信号を組み合わせて、縦揺れと横揺れおよびそれらの複合した揺れを検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動自在に支承された磁束発生手段と、その磁束発生手段の両側を挟んだ状態で配置された磁気センサと、それぞれの磁気センサの検知信号を演算する演算手段を備えたことを特徴とする地震センサ。
【請求項２】
前記演算手段は、それぞれの磁気センサの検知信号の増減変化と、磁気センサの検知信号の合成信号を組み合わせて、縦揺れと横揺れおよびそれらの複合した揺れを検出する構成とした請求項１記載の地震センサ。
【請求項３】
前記磁束発生手段は、磁石の極性を交互に配置したマグネットテーブルによって構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の地震センサ。
【請求項４】
前記マグネットテーブルはコイルバネによって、外側３方又は４方から揺動自在に支承されていることを特徴とする請求項３記載の地震センサ。
【請求項５】
前記演算手段によって演算された信号はデジタル信号に変換されて送信される構成とした請求項１〜４いずれか記載の地震センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地震センサに関し、特に、揺動子（磁石）の両側にセンサを配置することによって、微弱な縦揺れ及び横揺れを確実に検知する地震センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地震の微弱な初期震度をキャッチし、地震情報や防災情報を速やかに発して、地震による被害を最小限にする方法が検討されている。
一般に、地震の初期には（Ｐ波）の揺れがありその後に（Ｓ波）の大きな揺れが生じるが、この地震発生の初期振動を検知することができれば、火の元の始末や身の安全を確保出来る。
そのため、これらの地震検知システムには、小型軽量で、好感度、高精度かつ実用性の高い振動センサが求められる。
このような地震センサとしては、図７に示すように凹状の容器の底に磁石球を配置して、この磁石球の揺れをコイルに発生する磁束変化によって検知する技術、または、図８に示すように鉄球振り子の振動を電気的にセンサにより検知する技術、あるいは、特許文献１記載のように磁石を吊り下げてその動きを検知する地震センサが知られている。
【特許文献１】特開平１０−３８６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記図７に示す地震センサは、は磁鉄球に対するコイルの反応性に問題がありＳＮ比が悪く微少振動検知は困難という問題がある。
また、図８及び特許文献１に示す技術は上から吊り下げた振り子を使用するために、横揺れは検知することができるが、縦揺れへの反応性に劣るというという問題があった。
本発明は係る従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、揺動子（磁石）の両側にセンサを配置することによって、微弱な縦揺れ及び横揺れを確実に検知する地震センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記目的を達成するための手段として請求項１記載の地震センサでは、揺動自在に支承された磁束発生手段と、その磁束発生手段の両側を挟んだ状態で配置された磁気センサと、それぞれの磁気センサの検知信号を演算する演算手段を備えたことを特徴とする。
【０００５】
請求項２記載の地震センサでは、請求項１記載の地震センサにおいて、前記演算手段は、それぞれの磁気センサの検知信号の増減変化と、磁気センサの検知信号の合成信号を組み合わせて、縦揺れと横揺れおよびそれらの複合した揺れを検出する構成とした。
【０００６】
請求項３記載の地震センサでは、請求項１又は２記載の地震センサにおいて、前記磁束発生手段は、磁石の極性を交互に配置したマグネットテーブルによって構成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項４記載の地震センサでは、請求項３記載の地震センサにおいて、前記マグネットテーブルはコイルバネによって、外側３方又は４方から揺動自在に支承されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項５記載の地震センサでは、請求項１〜４いずれか記載の地震センサにおいて、前記演算手段によって演算された信号はデジタル信号に変換されて送信される構成とした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、前記構成を採用することにより、以下の効果が得られる。
磁束発生手段の両側を挟んだ状態で磁気センサを配置するので、２個の磁気センサによって微弱な振動を確実に検知できる。
また、２個の磁気センサの増減変化と、２個の磁気センサの合成信号を組み合わせて地震を検知する構成としたので、縦揺れであるか横揺れであるか、そしてそれらの複合した揺れであるか判断が確実に行われる。
そして、磁石の極性を交互に配置したマグネットテーブルを使用するので、マグネットテーブルと対面する磁気センサに磁束の入れ替わりが詳細に計測される。
また、マグネットテーブルはコイルバネによって、外側３方又は４方から揺動自在に支承されているので、縦揺れ及び横揺れを検知する簡易でしかも確実な装置が実現される。
そして、データ信号はデジタル信号に変換されて送信されるので、遠方であってもノイズの影響を受けにくく正確なデータが送信される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明の具体的実施例を説明する。
第１実施例の地震センサは、磁気センサ１と磁気センサ２の間に配置した磁石の揺動を検知して地震等を検出する装置である。
本発明の構成は図１に示すように、装置本体を搭載する基板３と、基板上の鉛直方向に突設された４本の支柱４と、その支柱４に取り付けられたコイルバネ５と、そのコイルバネに支承されたマグネットテーブル６（磁束発生手段）と、マグネットテーブル６を挟んでその両側に配置された磁気センサ１、２と、磁気センサ１，２に接続された信号処理回路７を主要な構成としている。
【００１２】
前記４本の支柱４は平面視正方形の各頂点に相当する位置に突設され、各支柱からは対角線方向にコイルバネ５が延設されており、そのコイルバネ５の先端にマグネットテーブル６が取付けられている。
それぞれのコイルバネ５はマグネットテーブル６と支柱４の間を連結しており、支柱４を頂点とする正方形の中心に、コイルバネ５によってマグネットテーブル６が基板３上に浮遊した状態とされている。
そのため、マグネットテーブル６は前述したコイルバネ５によって四方から接続支持されて水平方向に配置されており、縦揺れが発生すると上下に揺動し、横揺れが発生すると左右に揺動する。
【００１３】
前記マグネットテーブル６は、図２に示すように、磁石８を組み込んだ薄い板状体であり、磁石８はテーブル上面及び下面にＳ極またはＮ極を向けて組み込まれている。そして、隣接する磁石８同士の極性はＮ極とＳ極が交互に入れ替わるように配置されている。
一例として図２に示すようにマグネットテーブル６の正方形４隅に磁石８を配置し、Ｓ極、Ｎ極同士を対角線上に配置している。磁石８の配置状態としては、マグネットテーブル６をさらに細分割して多数個の磁石を隣接配置することも可能である。
【００１４】
前記磁気センサ１は装置本体一画の支持部９から延設された水平素子１０に固定されて、本体に一体固定されている。そして、マグネットテーブル６の上下面を挟んで、上側の磁気センサ１及び下側の磁気センサ２はマグネットテーブル６中央の上面及び下面に所定の隙間を有して検知方向が対面して配置されている。
前記磁気センサ１、２としては、磁気を検知して電圧に変換するホール素子、ＭＲ素子、フラックスゲート方式などのセンサが使用される。
地震時には、装置本体及び装置に固定された磁気センサ１，２がまず揺れることになるが、コイルバネ５に支承されたマグネットテーブル６は慣性の法則によりその位置に留まろうとする。そのため、上下の磁気センサ１、２がマグネットテーブル６との位置関係において位置ずれを生じ、この位置ずれによって電気信号が生じてセンサに検知される。
【００１５】
前記信号処理回路７は、磁気センサ１、２からの信号を増幅する増幅器１１、増幅器１１からの信号を演算処理するマイクロコンピュータ１２、マイクロコンピュータ１２からの信号をデジタル変換して送信する変換器１３を備えている。
また、信号処理回路７にはＤＣ電源が接続されて、装置の稼働及び信号処理に必要な電力が供給される。
増幅器１１は２個の磁気センサ１、２が検知した検知信号をそれぞれ増幅する。
マイクロコンピュータ１２は増幅器１１によって増幅された信号を演算して（演算手段）、所定のアルゴリズムに従って感知信号を分析し縦揺れ、横揺れ、そしてその程度を判別する。
変換器１３は、マイクロコンピュータ１２の信号をデジタル信号に変換してシリアルポート出力する。
また、出力信号は光ファイバ伝送することでノイズや信号の干渉を防ぎ、遠方であっても正確に早く信号を送ることができる。
【００１６】
次に、図３〜５に基づいてマイクロコンピュータにおける信号の演算処理方法について説明する。
図３は縦揺れ時に磁気センサに検知される信号推移を表している。
一例として、磁気センサ１と磁気センサ２の間に、上側をＮ極、下側をＳ極とした磁石８を配置した状態を示している。
定常時は上部磁気センサ１にはＮ極が対面し、下部磁気センサ２にはＳ極が対面している。
そのため、上部磁気センサ信号Ｈａは定常のプラス値を検知し、下部磁気センサ信号Ｈｂは定常のマイナス値を検知する。
【００１７】
ここで、磁石の変動磁界ΔＨｍはＮ極が＋符合、Ｓ極は−符合で表される。そして、磁気センサ１信号Ｈａと、磁気センサ２信号Ｈｂ、ＨａとＨｂの合成信号Ｈは次式で表される。そのときの本装置の周囲の磁場影響をＨｓとすると、
磁気センサ１信号（Ｈａ）  ：  Ｈａ＝Ｈｓ＋ΔＨｍ
磁気センサ２信号（Ｈｂ）  ：  Ｈｂ＝−（Ｈｓ−ΔＨｍ）
合成信号        （Ｈ）    ：  Ｈ＝Ｈａ＋Ｈｂ
装置本体及び装置の上下の磁気センサ１、２は検知方向が対面して配置しているので、地磁気など外部の磁界を打ち消し合い磁石８との位置ずれによって生じる電気信号のみが揺れ判定の信号となる。
【００１８】
地震により磁石が上に揺れると、磁気センサ１にＮ極が接近するため検知される磁気センサ信号Ｈａはプラス値が増大することになる。一方、磁気センサ２はＳ極が離反するので、検知される磁気センサ信号Ｈｂはマイナス値が減少することになる。
そのため、磁石が上に揺れると合成信号であるＨはＨａとＨｂを加算した２倍の値、すなわちＨ＝２ΔＨｍの値を示すことになる。
【００１９】
次に、磁石が下に揺れると、上部磁気センサ１はＮ極が離反して磁気センサ信号Ｈａはプラス値が減少する。一方、下部磁気センサ２はＳ極が接近するので、磁気センサ信号Ｈｂはマイナス値が増大する。
この場合も前記と同様に、磁石が下に揺れると合成信号Ｈは２倍の値、Ｈ＝２ΔＨｍの値を示すことになる。
【００２０】
前記合成信号Ｈの推移を表したグラフが図３右端のグラフである。
このグラフでは、２倍の隆起信号が所定の間隔で発生しており、このような隆起信号が所定の間隔で連続する場合は縦揺れであることが判別される。
【００２１】
尚、地震センサの設置場所によっては、地磁気または鉄等による磁場が磁気センサに影響を与えるおそれがある。しかし、上部磁気センサ１と下部磁気センサ２は逆向きに配置しているため、互いに同じベクトル量ｈの磁界を正反対に検知することとなり、地磁気などの平等磁界に関しては＋検知磁気センサと−検知磁気センサの合成量は零の信号になる。
従って、本実施例では周囲の変動磁界の影響は無視できる値となる。
【００２２】
次に、図４は横揺れ時に磁気センサに検知される信号推移を表している。
一例として、磁気センサ１と磁気センサ２の間に上側をＮ極、下側をＳ極とした磁石を１個配置した状態を示している。
定常時は上部磁気センサ１にはＮ極が対面し、下部磁気センサ２にはＳ極が対面している。
そのため、上部磁気センサ信号Ｈａは定常のプラス値を検知し、下部磁気センサ信号Ｈｂは定常のマイナス値を検知する。この定常値はそれぞれ上下に隆起した頂点の座標である。
【００２３】
地震により磁石が左右に揺れると、上部磁気センサ１はＮ極が離反するので磁気センサ信号Ｈａはプラス値が減少する。一方、下部磁気センサ２はＳ極が離反するので、磁気センサ信号Ｈｂはマイナス値が減少する。
横揺れでは、上部磁気センサ１はＮ極が接近と離反を繰り返し、磁気センサ信号Ｈａは接近時を最高点とした山型となる。そして、下部磁気センサ２はＳ極が接近と離反を繰り返すため接近時を最下点とした谷型となる。
このように、横揺れの場合には、上側の磁気センサと下側の磁気センサの検知値が相反した動きを示すことになる。
【００２４】
以上のとおり、本実施例の地震センサでは、縦揺れの場合は合成信号Ｈが２倍のピーク値を示し、横揺れの場合にはＨａとＨｂがそれぞれ相反したピークを検出するので、ＨａとＨｂの合成信号Ｈ、及びＨａとＨｂの各信号をマイクロコンピュータ１２で演算処理することにより縦揺れと横揺れを検出することができる。
例えば、合成信号Ｈが所定間隔で同一方向の大きなピークを示した場合には、縦揺れであることが判別され、ＨａとＨｂが所定間隔で相反したピークを示した場合には横揺れであることが判別される。従って、本発明では磁気センサ１、２の検知信号の増減変化と、磁気センサの検知信号の合成信号Ｈを組み合わせて、縦揺れと横揺れ及びそれらの複合した揺れを検出できる。
前記Ｈａ、Ｈｂ、Ｈの３つの信号はマイクロコンピュータによって演算され、演算後の情報は変換器によってデジタル信号に変換されてシリアルポート送信される。
【００２５】
図５は横揺れの信号を大きく検知できるように磁石の極性を交互に並べたマグネットテーブル６を使用した例である。
図５のグラフは横揺れの際に磁気センサに検知される信号推移を表している。
定常時は上部磁気センサ１にＮ極が対面し、下部磁気センサ２にＳ極が対面している。そのため、上部磁気センサ信号Ｈａは定常のプラス値を検知し、下部磁気センサ信号Ｈｂは定常のマイナス値を検知する。
【００２６】
マグネットテーブル６が左右に揺れると、上部磁気センサはＮ極が離反し、同時に隣接するＳ極が接近するので磁気センサ信号Ｈａはプラスとマイナスが交互する波型となる。
一方、下部磁気センサはＳ極が離反し、同時に隣接するＮ極が接近するので、磁気センサ信号Ｈｂはマイナスとプラスが交互する波型となる。
そして、これら上側の磁気センサと下側の磁気センサの波形信号の推移は同一波形ではなく、相反した波形を示している。
このようなマグネットテーブルを使用することにより、横揺れのデータの詳細な検知が可能となる。
尚、横揺れ時にはＨａとＨｂの合成値Ｈの推移は互いに相殺し合うため０となる。
【００２７】
次に、図６のフローチャートに基づいて本発明の作用を説明する。
上部磁気センサ１及び下部磁気センサ２はマグネットテーブル６の磁束を検知してＨａ、Ｈｂ、Ｈを検知する（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）
これらの、Ｈａ、Ｈｂ、Ｈの信号はマイクロコンピュータ１２によって演算され（Ｓ４）、地震の揺れがない場合にはループの待ち状態となる。
地震により磁気センサに電圧変化が発生した場合にはマイクロコンピュータの演算手段によって、合成信号Ｈの変化が大きいか、小さいか判別される（Ｓ５）。
合成信号の変化が大きい場合には縦揺れであることが判別され（Ｓ８）、合成信号の変化が小さい場合には横揺れであることが判別される（Ｓ９）。
【００２８】
ここで、合成信号の変化を検出した際に、磁気センサ信号Ｈａ、Ｈｂの個別の動きを同時に演算する。これは、縦揺れまたは横揺れのみの他に、それらの複合した揺れが発生していないかのチェックである。
つまり、Ｓ６において磁気センサ信号の増減が逆になっていないかチェックを行う。逆になっていれば、横揺れも発生していることが判別される。
また、Ｓ７において磁気センサ信号の信号が同じように増減していないかチェックを行う。同じように増減している場合には縦揺れも発生していることが判別される。
これらの複合した揺れは大地震の時に発生が予測されるものである（Ｓ１０）。
これらの、マイクロコンピュータによって演算された信号は、デジタル信号に変換されてシリアルポート出力される。
この出力信号は光ファイバ伝送することでノイズや信号の干渉を防ぎ、遠方であっても正確に早く信号を送ることができる。
【００２９】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明の具体的な構成は前記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、前記実施例では磁石を４方向から支承する構成としたが、３方向から支承する構成とすることも可能であり、さらに多数方向から支承する構成であっても良い。
また、前記実施例では装置本体を水平方向に配置したが、装置本体を垂直方向に配置し、同時に演算処理回路を垂直方向に適用させて使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】地震センサの概略構成を示す斜視図である。
【図２】地震センサのブロック図である。
【図３】縦揺れ時の信号変化を示す説明図である。
【図４】横揺れ時の信号変化を示す説明図である。
【図５】マグネットテーブルを適用した場合の横揺れ時の信号変化を示す説明図である。
【図６】本発明の作用を示すフローチャートである。
【図７】従来例に係る磁鉄球を使用した地震センサの説明図である。
【図８】従来例に係る振り子を使用した地震センサの説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  磁気センサ
２  磁気センサ
３  基板
４  支柱
５  コイルバネ
６  マグネットテーブル
７  信号処理回路
８  磁石
９  支持部
１０  水平素子
１１  増幅器
１２  マイクロコンピュータ
１３  変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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