(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平面内の全周方向にわたって均一な振動検知感度を有し、かつ振動レベルに応じて電気信号を出力する円筒状の圧電部材、この圧電部材の内壁に電気的に接続されるとともに、電気回路を実装した基板に中心軸が直交するように一端が固定された第１電極、前記圧電部材の外壁に電気的に接続した第２電極、および前記第１電極の他端側に設けられた揺動可能な重り部からなる振動検知手段を備えた感震装置。
【請求項２】
基板は板面が水平面となるように配置した請求項１記載の感震装置。
【請求項３】
振動検知手段における第１電極と第２電極をそれぞれ電気端子に接続し、かつ円筒状の圧電部材の一端を固定した第１コネクタと、前記第２電極と接続し前記圧電部材の他端を電気的にシールドする重り部としての第２コネクタとを備えた請求項１記載の感震装置。
【請求項４】
振動検知手段を収納する収納容器の内部に不活性ガスを封入した請求項１記載の感震装置。
【請求項５】
第１電極は、その上部を基板に固定するとともに、下部に重り部を設け、振動検知手段の収納容器に封入した不導電性液体中に前記重り部を位置させた請求項１記載の感震装置。
【請求項６】
振動検知手段を収納する収納容器と第２電極とを電気的に接続させ、重り部と前記収納容器とが接触することで傾き検知を行う傾き検知手段を備えた請求項１記載の感震装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスメーターなどに設置されて地震の振動を検知する感震装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の感震装置は、特開平３−２９５４２１号公報のようなものが知られていた。以下、その構成について図１３を参照しながら説明する。
【０００３】
図１３に示すように、互いに直交する圧電プラスチックフィルム１、２と、圧電プラスチックフィルム１、２の起電圧信号をそれぞれ２乗する２乗回路３、４と、２乗回路３、４の信号を加算する加算回路５と、加算回路５の信号を開平する開平回路６と、開平回路６の信号をインピーダンス変換するＭＯＳＦＥＴ７とで構成した。ここで、８は出力端子である。
【０００４】
上記構成において、直交する圧電プラスチックフィルム１、２の起電圧信号Ｖａ、Ｖｂは、ある方向θの振動Ｆに対して、出力信号Ｖａ＝Ｋ・Ｆ・ｃｏｓ（θ）、Ｖｂ＝Ｋ・Ｆ・ｓｉｎ（θ）となる。そして、これらの信号を２乗加算して開平することで、
【０００５】
【数１】
0003642139.tif 000002
【０００６】
を検出することができる。ここで、Ｋは比例定数である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術では、２方向の圧電プラスチックフィルムの出力電圧を検出するために、２乗回路が２個必要であり複雑になるという課題があった。そして、２乗回路では、電圧値が２乗されるために非常に幅広い電圧範囲の回路構成が必要で電池などの限られた電源の電圧範囲で構成するには非常に困難であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、水平面内の全周方向にわたって均一な振動検知感度を有し、かつ振動レベルに応じて電気信号を出力する圧電部材からなる振動検知手段を備えた構成とした。
【０００９】
上記発明によれば、水平な周方向に均一な感度を有し、信号処理は１組の検出回路で構成できるのでシンプルな構成とすることができる。また、ベクトル合成するための２乗加算などが不要なため、電池などの電圧範囲が限られた電源でも検出回路を構成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、水平面内の全周方向にわたって均一な振動検知感度を有し、かつ振動レベルに応じて電気信号を出力する円筒状の圧電部材、この圧電部材の内壁に電気的に接続されるとともに、電気回路を実装した基板に中心軸が直交するように一端が固定された第１電極、前記圧電部材の外壁に電気的に接続した第２電極、および前記第１電極の他端側に設けられた揺動可能な重り部からなる振動検知手段を備えたもので、信号処理が１組の検出回路でよいのでシンプルな構成とすることができる。また、ベクトル合成するための２乗加算などが不要なため、電池などの電圧範囲が限られた電源でも検出回路を構成することができる。
【００１１】
前記基板は板面が水平面となるように配置する。また、振動検知手段における第１電極と第２電極をそれぞれ電気端子に接続し、かつ円筒状の圧電部材の一端を固定した第１コネクタと、前記第２電極と接続し前記圧電部材の他端を電気的にシールドする重り部としての第２コネクタとを備え、ノイズの少ない振動検出手段とした。
【００１２】
振動検知手段を収納する収納容器の内部に不活性ガスを封入しておけば、電極などの腐食を防止することができ、さらに、第１電極の上部を基板に固定するとともに、下部に重り部を設け、振動検知手段の収納容器に封入した不導電性液体中に前記重り部を位置させれば、液体の粘性により振動子が高速に振動することを抑制し、低周波数の振動のみを検出することができるようになる。
【００１３】
加えて、振動検知手段を収納する収納容器と第２電極とを電気的に接続させ、重り部と前記収納容器とが接触することで傾きの検知を行うことができる。
【００１４】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１において、９は振動検知手段としての円筒状の圧電部材、１０は圧電部材９の内壁に電気的に接続された第１電極としての導線、１１は圧電部材９の外壁に電気的に接続された第２電極、１２は圧電部材９の一端としての導線１０に揺動可能に取付けた重り部、１３は固定端としてのハンダ、１４は電気回路を実装する基板、１５は第２電極１１を基板１４と接続するリード線、１６は前記部材を収納し内部に不活性ガス１７を充満させた導電性の収納容器である。
【００１６】
ここで、１８は導線１０と重り部１２を接続するハンダ、１９は収納容器を第２電極１１と電気的に接続するハンダ、２０は圧電部材の被覆膜、２１は基板を固定するねじ、２２は感震装置を固定するケースである。
【００１７】
また、図２に示すように、振動を検出する電気回路は、圧電部材９の起電力を増幅する前置アンプ２３と信号増幅手段２４と、第１電極１０と収納容器１６との接触を検出して傾きを検知する傾き検知手段２５と、これらの電気回路に電気を供給する電池２６で構成した。ここで、２７は信号増幅手段２４の出力部、２８は傾き検知手段２５の出力部である。
【００１８】
次に動作、作用について図３から図７を用いて説明する。図３に示すように、振動を検知するための圧電部材９は、導線１０の回りに圧電部材９と、第２電極１１と、被覆膜２０とを同心円状に構成している。
【００１９】
そして、導線１０の一端を基板１４にハンダ１３で接着し、導線１０の他端には重り部１２をハンダ１８で接着した。このように構成にすることで、水平方向の振動が発生すると、図４に示すように重り部１２が水平方向に振動する。
【００２０】
その結果、圧電部材９に歪みを生じ、起電力が発生することになる。この起電力を図２のアンプ２３と信号増幅手段２４で増幅することで振動レベルに応じた電気出力を得ることができる。ここで、図３に示すように、同心円状に周方向に対して対称な形状となっているので、図５に示す感度特性のように、水平方向のどの方向の振動でも等しい感度で振動を検出することができる。
【００２１】
また、図６に示すように、水平面に対して感震装置が傾くと、重り部１２と収納容器１６が接触するので、導線１０と第２電極１１とが接触して電気的にスイッチがオンになった状態になる。図２に示すようにこのスイッチ機構の通電状態を検出する傾き検知手段２５を設けた。
【００２２】
この傾き検知手段２５によって所定角度以上傾いた状態で、振動の検出が困難になるので、傾きを検知したとして振動検出の異常を知らせることとした。
【００２３】
そして、収納容器１６の内部には不活性ガス１７を充満することとしたため、各電極の腐食が防げ、圧電部材９との接触を長年にわたって保つことができる。しかも、重り部１２と収納容器１６との接触があってスパークしても火花が発生しにくくガス器具などで使用する場合においても防爆の効果がある。
【００２４】
また、図７に示すように、収納容器１６の内部には不活性ガスのほかに不導電性液体２９を入れるようにした。そして、重り部１２がこの液体２９中に沈むことで重り部１２の動きを緩慢にすることができ、比較的周波数の高い振動は検知せず、低周波数の振動のみを検出することができるようになる。よって、電気回路でローパスフィルターのようなものを使用しなくてもよく、電気回路の低消費電力化ができると共に、電源のオン・オフに対する応答性が早くできる。
【００２５】
さらに、図８に示すように、導線１０を噛締めて接合する第１電気端子３０と、円筒状の圧電部材９の一端を全周にわたって均一に固定した第２電極３１を噛締めて接合する第２電気端子３２とを備えた第１コネクタ３３と、第２電極３１と接続して圧電部材９の他端を電気的にシールドする重り部としての第２コネクタ３４と、基板１４に設置した第３コネクタ３５に第１コネクタ３３を嵌合して設置した。ここで３６は絶縁体、３７は導線１０と接続する第３電極である。
【００２６】
そして、第１コネクタ３３と第３コネクタ３５を嵌合することで、基板１４に対して垂直に圧電部材９を取付けることができる。基板１４が水平に設置されれば、必然的に水平方向の振動が検知できるようになるのである。
【００２７】
また、第２コネクタ３４で圧電部材９の終端をシールドしているので、ノイズを拾うことがないので低ノイズの振動検知手段とすることができる。さらに、各電極を噛締めるだけで製造することができるので製造性もよい。
【００２８】
このように、どの方向の振動が発生するはわからないようなところの振動でも、ひとつの圧電部材と１組の検出回路で、水平方向のどの方向の振動も等しい感度で検知することができる。また、ベクトル合成するための２乗加算などが不要なため、電池などの電圧範囲が限られた電源でも検出回路を構成することができる。
【００２９】
そして、圧電部材の一端を全周にわたって均一に固定することで、全周方向に均一な振動感度を得ることができると共に、第２電極と接続した第２コネクタで圧電部材の他端をシールドすることでノイズの少ない振動検出手段とすることができる。
【００３０】
また、収納容器１６の内部に不活性ガスを入れることで電極の腐食を防止することができる。そして、収納容器１６の内部に液体を入れることで、液体の粘性により振動子が高速に振動することを抑制し、低周波数の振動のみを検出することができる。また、圧電部材で振動レベルの検知を行うと共に、円筒状の圧電部材が傾きによってたわむことで、収納容器と重り部が接触することから傾きを検知することができる。
【００３１】
（実施例２）
図９は本発明の実施例２の感震装置を示す構成図である。実施例１と異なる点は、薄い振動板３８に接着した円盤状の圧電部材３９と、圧電部材３９からの起電力を検出する２つの電極としてのリード線４０と、振動板３８の中央部に同心円状に備えた円柱状の振動子４１と、振動板３８の外周の少なくとも一部を固定端４２としたことにある。
【００３２】
そして、振動板３８が水平方向に配置されると共に、収納容器４３の中には不活性ガス１７が充満されている。さらに、電気信号を検出する電気回路４４はこの収納容器の中に納められている。ここで、４５は信号の出力線、４６は基板である。
【００３３】
次に動作、作用について図１０を用いて説明する。図１０に示すように、水平方向の振動が発生すると、振動子４１が振動板３８上に倒れるように振動する。このときに振動子４１の下端に接合された振動板３８が歪みを生じるとともに、振動板３８に接着された圧電部材３９が歪みを生じる。この結果、圧電部材３９から起電力が発生するので、この起電力を前述した実施例１と同様に増幅することで振動を検出することができるのである。
【００３４】
そして、円盤状の圧電部材３９と、円柱状の振動子４１によって、周方向に対称形状であるため、水平方向のどの方向に対しても等しい感度の振動検知手段とすることができる。また、電気回路も収納容器４３の中に入れることで温度による感度特性を補正することもできる。
【００３５】
なお、図１１のように振動子４１は振動板３８の下側に設置されても同様の効果が得られる。そして、振動子４１が浸かる程度に不導電性の液体２９を収納容器４３内に封入することで、前述の実施例１と同様に低周波数の振動のみを検出することができる。
【００３６】
このように、円対称な振動子４１によって円盤状の圧電部材３９は水平方向の周方向に均一な感度とすることができるので、水平方向の全方向の検出を処理回路１組で構成することができる。また、収納容器４３の内部に不活性ガス１７を入れることで電極の腐食を防止するすることができる。
【００３７】
そして、収納容器４３の内部に液体２９を入れることで、液体の粘性により振動子が高速に振動することを抑制し、低周波数の振動のみを検出することができる。
【００３８】
（実施例３）
図１２は本発明の実施例３の感震装置を示す構成図である。実施例１と異なる点は、３次元空間の全周方向に均一な振動検知感度を備えた球状の圧電部材４７と、圧電部材４７の内部に球状の重り部４８とを備え、球状の圧電部材４７の内壁に電気的に接着した第１電気端子４９と、圧電部材４７の外壁に電気的に接着した第２電気端子５０を備えたことにある。
【００３９】
ここで、５１は起電力を検出するリード線、５２はリード線５１の被覆、５３は収納容器、５４は圧電部材４７を保持する弾性体である。
【００４０】
次に動作、作用について説明する。振動が発生すると球状の重り部４８が振動方向に振動する。そのときに球状の圧電部材４７が弾性体５４に圧迫され歪みを生じることになる。そのときに発生した起電力を増幅して振動信号として検出するのである。
【００４１】
重り部４８が球状の形状であり、かつ圧電部材４７も球状の形状であるので、３次元のどの方向に対しても等しい感度の振動検出が可能である。ここで、各電気端子は振動子と圧電部材に対して十分に細い形状とするので、電気端子の方向の振動もほぼ他の方向と同様に検出することができる。
【００４２】
このように、３次元のどの方向の振動でも１組の電気回路で検出することができ、検出回路をシンプルな構成とすることができる。また、ベクトル合成するための２乗回路などが不要で、電池などの電圧範囲が限られた電源でも検出が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかのように本発明の感震装置によれば、次の効果が得られる。
【００４４】
水平面内の全周方向に均一な振動検知感度を備え、かつ検知した振動レベルに応じて電気信号を出力する圧電部材からなる振動検知手段を備えることで、水平方向の周方向に均一に振動を検出することができ、かつ信号処理は１組の検出回路で構成できるのでシンプルな構成とすることができる。また、ベクトル合成するための２乗加算などが不要なため、電池などの電圧範囲が限られた電源でも検出回路を構成することができる。
【００４５】
また、第１電極と第２電極をそれぞれ電気端子に接続し、かつ円筒状の圧電部材の一端を全周にわたって均一に固定した第１コネクタと、第２電極と接続して圧電部材の他端を電気的にシールドする重り部としての第２コネクタとを備えた。そして、圧電部材の一端を全周にわたって均一に固定することで、全周方向に均一な振動感度を得ることができると共に、第２電極と接続した第２コネクタで圧電部材の他端をシールドすることでノイズの少ない振動検出手段とすることができる。
【００４６】
さらに、収納容器の内部に不活性ガスを入れることで電極の腐食を防止することができるもので、加えて、収納容器の内部に液体を入れることで、液体の粘性により振動子が高速に振動することを抑制し、低周波数の振動のみを検出することができる。
【００４７】
また、円筒状の圧電部材が傾きによってたわむことで、収納容器と重り部が接触することから傾きを検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の感震装置の側断面図
【図２】  同感震装置の電気信号の流れを示すブロック図
【図３】  同感震装置の圧電部材の平面断面図
【図４】  同感震装置の重り部が振動したときを示す側断面図
【図５】  同感震装置の感度特性図
【図６】  同感震装置全体が傾斜した場合の側断面図
【図７】  同感震装置の収納容器の中に不導電性液体を入れた場合の側断面図
【図８】  同感震装置のコネクタ部を説明する側断面図
【図９】  本発明の実施例２を示す感震装置の側断面図
【図１０】  同感震装置の動作を説明する側断面図
【図１１】  同感震装置の振動子が振動板の下側に設けられた場合の側断面図
【図１２】  本発明の実施例３を示す感震装置の断面図
【図１３】  従来の感震装置を示す構成図
【符号の説明】
９、３９、４７  圧電部材
１０  導線（第１電極）
１１  第２電極
１２、４８  重り部
１３  ハンダ（固定端）
１４、４６  基板
１６、４３  収納容器
１７  不活性ガス
２５  傾き検知手段
２６  電池
２９  液体
３０、４９  第１電気端子
３２、５０  第２電気端子
３３  第１コネクタ
３４  第２コネクタ
３５  第３コネクタ
３８  振動板
４０  リード線（電極）
４１  振動子
【図１】
0003642139.tif 000003
【図２】
0003642139.tif 000004
【図３】
0003642139.tif 000005
【図４】
0003642139.tif 000006
【図５】
0003642139.tif 000007
【図６】
0003642139.tif 000008
【図７】
0003642139.tif 000009
【図８】
0003642139.tif 000010
【図９】
0003642139.tif 000011
【図１０】
0003642139.tif 000012
【図１１】
0003642139.tif 000013
【図１２】
0003642139.tif 000014
【図１３】
0003642139.tif 000015