(57)【要約】【課題】人的要因による影響を受けることなく、簡易かつ正確に傾斜補正を行う。【解決手段】永久磁石２２とコイル２３を有し、永久磁石２２がケース体２１内に固定され、コイル２３が振子２５に取り付けられ、振子２５の振動によりコイル２３の両端に振動の大きさに応じた電圧を発生させて振動を検出する振動検出器２の傾斜を補正する傾斜補正装置１であって、ケース体２１の水平面に対する傾斜角を変化させる駆動手段１１と、コイル２３に発生する電圧を増幅させる増幅器１３１を有し、増幅された電圧を増幅器１３１の入力に帰還させる共振回路部１３と、この共振回路部１３により増幅された電圧の電圧値が所定値を超えているか否かを判断する判断手段１４と、この判断手段１４により、電圧値が所定値を超えていると判断された場合に、駆動手段１１の駆動を停止させる駆動制御手段１２と、を備えた。【選択図】図１
2006071542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石と、この永久磁石により形成される磁界内に配置されたコイルと、を有し、前記永久磁石と前記コイルのうち一方がケース体内に固定され、他方がケース体内で振動可能となるよう弾性的に支持された振子に取り付けられ、前記振子の振動により前記コイルの両端に振動の大きさに応じた電圧を発生させて振動を検出する振動検出器の傾斜を補正する傾斜補正装置であって、
前記ケース体の水平面に対する傾斜角を変化させる駆動手段と、
前記コイルに発生する電圧を増幅させる増幅器を有し、増幅された電圧を前記増幅器の入力に帰還させる共振回路部と、
この共振回路部により増幅された電圧の電圧値が所定値を超えているか否かを判断する判断手段と、
この判断手段により、前記電圧値が所定値を超えていると判断された場合に、前記駆動手段の駆動を停止させる駆動制御手段と、
を備えることを特徴とする傾斜補正装置。
【請求項２】
前記共振回路部により増幅された電圧のノイズ成分を除去するノイズ除去手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の傾斜補正装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の傾斜補正装置を用いた傾斜補正方法であって、
前記駆動手段を駆動させて、前記ケース体の水平面に対する傾斜角を変化させる傾斜ステップと、
前記共振回路部により、前記コイルに発生する電圧を前記増幅器で増幅させ、増幅された電圧を前記増幅器の入力に帰還させる共振ステップと、
前記判断手段により、前記共振回路部により増幅された電圧値が所定値を超えているか否かを判断する判断ステップと、
前記判断手段により前記電圧値が所定値を超えていると判断された場合に、前記駆動制御手段により前記駆動手段の駆動を停止させる駆動停止ステップと、
を備えることを特徴とする傾斜補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震計等に設けられる傾斜補正装置及び傾斜補正装置による傾斜補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地中や海底等に埋設され、地震を検出する地震計が知られている。かかる地震計には、バネにより往復移動可能に支持された振子が中立位置に設けられており、地震が発生して振子に加速度が加えられ、振子が中立位置からずれると、このずれた量を静電容量の変化量に変換して検出し、振動データを取得するようになっている。従って、振子を中立位置に正確に合わせておかなければ、正確な振動データは得られなくなってしまう。そこで、地震計を使用する際には、振子を中立位置に合わせるための傾斜補正が行われる（例えば、特許文献１参照。）。
また、地震計の中でも低い固有振動数を有する水平動振子は、傾斜に対する感度が大きく、中立を維持しなければ、振子は振子を収容するケース体の傾斜方向に倒れて振子としての機能を果たすことができない。そのため、振子の固有振動数が低い場合には、ケース体を水平にする作業が不可欠である。
【０００３】
具体的には、振子の静的変位量は、振子の固有振動数とケース体の傾斜角の関数として、下記の式で表される。
ｘ＝ｇ・ｓｉｎθ／（２πｆ）2
ｘ：振子の静的変位量(cm)
ｇ：重力加速度(980cm/s2)
θ：水平面に対するケース体の傾斜角(度)
ｆ：振子の固有振動数(Hz)
【０００４】
この式によれば、例えば、振子の固有振動数が１Hzの場合、ケース体が１度傾斜しただけでも振子は4.3mmも中立点からずれてしまうことになる。通常、微小地震観測に用いられる振動検出器における振子の可動範囲は±2〜3mm程度であり、このような振動検出器の振子の可動範囲を最大限に確保するためには、特に低い固有振動数を有する振子では限りなく傾斜角が０度となるような傾斜補正が必要である。
地震計の傾斜補正を行うには、振子の振動波形をペンレコーダ等により記録紙に記録し、記録された振動波形のうち振幅が大きな箇所を作業者が確認する。そして、作業者の操作によって地震計を振動波形の振幅が大きくなったときの姿勢に修正する。
【特許文献１】特開平１０−７３６６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の地震計の傾斜補正においては、作業者が記録紙を確認してから地震計の姿勢を修正しなければならないため、傾斜補正に手間がかかるという問題があった。また、作業者が記録紙を読み誤ったり、作業者によって記録紙の読み取り誤差があるため、正確に傾斜補正を行えない場合があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、人的要因による影響を受けることなく、簡易かつ正確に傾斜補正を行うことができる傾斜補正装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、永久磁石と、この永久磁石により形成される磁界内に配置されたコイルと、を有し、前記永久磁石と前記コイルのうち一方がケース体内に固定され、他方がケース体内で振動可能となるよう弾性的に支持された振子に取り付けられ、前記振子の振動により前記コイルの両端に振動の大きさに応じた電圧を発生させて振動を検出する振動検出器の傾斜を補正する傾斜補正装置であって、前記ケース体の水平面に対する傾斜角を変化させる駆動手段と、前記コイルに発生する電圧を増幅させる増幅器を有し、増幅された電圧を前記増幅器の入力に帰還させる共振回路部と、この共振回路部により増幅された電圧の電圧値が所定値を超えているか否かを判断する判断手段と、この判断手段により、前記電圧値が所定値を超えていると判断された場合に、前記駆動手段の駆動を停止させる駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。
ここで、判断手段が電圧値の大きさの判断に用いる所定値は、ユーザが任意に設定する閾値であり、コイルに発生する電圧のノイズより十分に大きく、振子が自由振動したときにコイルに発生する電圧値より小さい値に設定しておくことが好ましい。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の傾斜補正装置において、前記共振回路部により増幅された電圧のノイズ成分を除去するノイズ除去手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の傾斜補正装置を用いた傾斜補正方法であって、前記駆動手段を駆動させて、前記ケース体の水平面に対する傾斜角を変化させる傾斜ステップと、前記共振回路部により、前記コイルに発生する電圧を前記増幅器で増幅させ、増幅された電圧を前記増幅器の入力に帰還させる共振ステップと、前記判断手段により、前記共振回路部により増幅された電圧値が所定値を超えているか否かを判断する判断ステップと、前記判断手段により前記電圧値が所定値を超えていると判断された場合に、前記駆動制御手段により前記駆動手段の駆動を停止させる駆動停止ステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、駆動手段を駆動させて、ケース体の水平面に対する傾斜角を変化させると、ケース体内に弾性的に支持された振子が振動する。振子が振動することにより、永久磁石が形成する磁界とコイルが相対運動し、コイルの両端に電圧を発生させる。コイルに発生する電圧は増幅器によって増幅され、増幅された電圧は共振回路部によって増幅器の入力に帰還される。そして、判断手段により、共振回路部により増幅された電圧の電圧値が所定値を超えているか否かが判断される。ここで、判断手段により、電圧値が所定値を超えていると判断されると、駆動制御手段は駆動手段の駆動を停止させ、ケース体の姿勢が定まる。
【００１１】
すなわち、地震計においては振子が中立位置にある場合に自由振動することができ、自由振動しているときに振幅が大きくなるため、コイルに発生する電圧も自由振動しているときが最も大きくなる。一方、コイルが永久磁石に接触し、振子が自由振動しない場合には、振幅がほぼゼロであるため、コイルに発生する電圧も限りなく小さいものとなる。
【００１２】
この原理を利用し、コイルに発生する電圧を共振回路部によって増幅、共振させることで、振子が自由振動しているときとしていないときの電圧値の差を更に大きくすることができるので、振子が自由振動しているか否かをより明確に把握できるようになる。そして、この所定値をノイズとして出力される電圧値よりも十分に大きく、振子が自由振動しているときにコイルに発生する電圧の電圧値よりも小さく設定しておけば、駆動制御手段は、振子が自由振動している状態でケース体の傾斜を止めることができる。
従って、傾斜補正装置が自動的にケース体の傾斜補正を行うので、人的要因による影響を受けることなく、簡易かつ正確に傾斜補正を行うことができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、ノイズ除去手段を備えることにより、共振回路部により増幅された電圧のノイズ成分を除去することができる。
従って、所定値をより低く設定することができるため、振子が微小な振動をしていても自由振動しているか否かを容易に判断することができるため、検出精度を必要以上に高める必要がなくなる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、傾斜ステップでは、駆動手段を駆動させて、ケース体の水平面に対する傾斜角を変化させることにより、ケース体内に弾性的に支持された振子が振動する。振子が振動することにより、永久磁石が形成する磁界とコイルが相対運動し、コイルの両端に電圧を発生させる。次いで、共振ステップでは、コイルに発生する電圧は増幅器によって増幅され、増幅された電圧は共振回路部によって増幅器の入力に帰還される。次いで、判断ステップでは、共振回路部により増幅された電圧の電圧値が所定値を超えているか否かが判断手段によって判断される。そして、駆動停止ステップでは、判断手段によって電圧値が所定値を超えていると判断されると、駆動制御手段が駆動手段の駆動を停止させ、ケース体の姿勢を定める。
【００１５】
すなわち、地震計においては振子が中立位置にある場合に自由振動することができ、自由振動しているときに振幅が大きくなるため、コイルに発生する電圧も自由振動しているときが最も大きくなる。一方、コイルが永久磁石に接触し、振子が自由振動しない場合には、振幅がほぼゼロであるため、コイルに発生する電圧も限りなく小さいものとなる。
【００１６】
この原理を利用し、コイルに発生する電圧を共振回路部によって増幅、共振させることで、振子が自由振動しているときとしていないときの電圧値の差を更に大きくすることができるので、振子が自由振動しているか否かをより明確に把握できるようになる。そして、この所定値をノイズとして出力される電圧値よりも十分に大きく、振子が自由振動しているときにコイルに発生する電圧の電圧値よりも小さく設定しておけば、駆動制御手段は、振子が自由振動している状態でケース体の傾斜を止めることができる。
従って、傾斜補正装置が自動的にケース体の傾斜補正を行うので、人的要因による影響を受けることなく、簡易かつ正確に傾斜補正を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明に係る傾斜補正装置の最良の形態について詳細に説明する。なお、本実施形態では、地震計において地震振動を検出する振動検出器に備えられた傾斜補正装置を例に挙げて説明する。
【００１８】
＜振動検出器の全体構成＞
図１及び図２に示すように、傾斜補正装置１が設けられる振動検出器２は、ケース体２１と、ケース体２１の内部側壁に固定された永久磁石２２と、永久磁石２２により形成される磁界内に配置されたコイル２３と、コイル２３の一端に取り付けられ、ケース体２１内で振動可能となるように弾性部材としての板バネ２４によって弾性的に支持された振子２５と、を備えている。
【００１９】
ケース体２１は、略立方体状に形成され、その上端は振動検出器２を保護する保護ケース２６に回動自在に連結されている。また、ケース体２１の下端は、保護ケース２６の底部に設けられた姿勢制御モータ１１（後述する）と連結されており、姿勢制御モータ１１を駆動させることにより、ケース体２１をその上端部を回動中心として回動させ、ケース体２１を水平面に対して傾斜させることができるようになっている。
【００２０】
永久磁石２２には、コイル２３を挿入させる円環状の磁気空隙２２ａが形成されており、永久磁石２２の磁界内にコイル２３を配置させることができるように形成されている。
【００２１】
コイル２３は、永久磁石２２の磁気空隙２２ａに挿入され、他端は振子２５に取り付けられている。すなわち、コイル２３は、振子２５の振動とともに振動するようになっている。また、コイル２３は、共振回路部１３（後述する）に電気的に接続されている。すなわち、コイル２３が永久磁石２２の磁界内を動くことによりコイル２３の両端に発生した電圧を共振回路部１３に伝達できるようになっている。
【００２２】
振子２５は、所定の質量を有し、板バネ２４を介してケース体２１内に取り付けられている。振子２５は、ケース体２１が傾斜することによってケース体２１内で板バネ２４の板厚方向に振動することができるようになっている。
【００２３】
＜傾斜補正装置の全体構成＞
図１及び図２に示すように、振動検出器２の傾斜を補正する傾斜補正装置１は、ケース体２１の水平面に対する傾斜角を変化させる駆動手段としての姿勢制御モータ１１と、姿勢制御モータ１１の駆動を制御して、ケース体２１の姿勢制御を行う駆動制御手段としてのモータ制御回路部１２と、コイル２３に発生する電圧を増幅させる増幅器１３１（後述する）を有し、この増幅器１３１によって増幅された電圧を増幅器１３１の入力に帰還させる共振回路部１３と、共振回路部１３により増幅された電圧の電圧値が所定値を超えているか否かを判断する判断手段としてのコンパレータ１４とを備えている。
【００２４】
姿勢制御モータ１１は、保護ケース２６の底面に設置され、駆動機構（図示略）によりケース体２１の下端部を、ケース体２１の上端部を中心として回動させて、ケース体２１を傾斜させる駆動源となるものである。
【００２５】
モータ制御回路部１２は、姿勢制御モータ１１に電気的に接続されており、姿勢制御モータ１１に駆動や停止等の電気信号を送信することにより、姿勢制御モータ１２の駆動を制御する。また、モータ制御回路部１２は、コンパレータ１４により、共振回路部１３により増幅された電圧の電圧値が所定値を超えていると判断された場合に、姿勢制御モータ１１に停止信号を送信して駆動を停止させる。
【００２６】
共振回路部１３は、図３に示すように、コイル２３に発生した電圧を増幅器１３１に入力して電圧を増幅させ、その出力を増幅器１３１の入力に帰還させるように構成されている。すなわち、増幅させた電圧を再度増幅器１３１に入力することにより、共振させることができるようになっている。従って、入力された電圧は大幅に増幅され、大きな振動波形として出力される。
また、共振回路部１３には、増幅器１３１の入力の前にリレー１３２が設けられており、このリレー１３２を切り替えることにより、電流の流れる方向を変えることができるようになっている。具体的には、図３に示すように、リレー１３２を姿勢制御モードａに接続すると、コイル２３に発生した電圧は増幅器１３１に出力され、リレー１３２を観測モードｂに接続すると、コイル２３に発生した電圧は振動データを取得する地震計のメイン制御部（図示略）に出力され、地震の測定が行われる。
【００２７】
コンパレータ１４は、事前に電圧値の所定値を設定しておくと、共振回路部１３から入力された電圧の電圧値が所定値を超えた場合には、モータ制御回路部１２に姿勢制御モータ１１の駆動を停止させるための電気信号を送信するように構成されている。従って、共振回路部１３から送電された電圧の電圧値が所定値よりも小さい場合には、コンパレータ１４はモータ制御回路部１２に電気信号を送信することはなく、姿勢制御モータ１１の駆動が停止することはない。
【００２８】
＜傾斜補正方法＞
次に、傾斜補正装置１による振動検出器２の傾斜補正方法について、図４のフローチャートを用いて説明する。
図１に示すように、ケース体２１の水平レベルが許容範囲内にないときには、コイル２３はストッパー（図示略）に接触して自由振動をすることができない状態となっており、図３の端子Ｔ１からの出力波形は、図５の振子不動範囲である微小なノイズ電圧波形を出力する。この状態のときに、振動検出器２の傾斜補正を行う際には、リレー１３２を姿勢制御モードａに設定しておき、モータ制御回路部１２により姿勢制御モータ１１を駆動させて、ケース体２１の水平面に対する傾斜角を徐々に変化させ、ケース体２１を傾斜させていく（ステップＳ１：傾斜ステップ）。
【００２９】
ケース体２１を傾斜させることにより振子２５は傾くが、その振子２５を元の位置に戻そうとする板バネ２４の弾性力により振子２５は振動する。振子２５の振動により、コイル２３の両端部には電圧が発生し、共振回路部１３に出力される。共振回路部１３では、入力された電圧を増幅器１３１で増幅させ、増幅させた電圧を増幅器１３１の入力に帰還させて共振させる（ステップＳ２：共振ステップ）。
ここで、ケース体２１が振子動作範囲になるまでに水平レベルが回復すると、振子２５はストッパーから離れて自由振動を開始し、振子２５の固有振動数で大きく振れ、図５に示すように、出力波形はノイズ電圧波形に比べて大きな振幅となり、大きな電圧を発生することとなる。
【００３０】
次いで、コンパレータ１４により、共振回路部１３により増幅された電圧値が所定値を超えているか否かを判断する（ステップＳ３：判断ステップ）。ここで、コンパレータ１４により電圧値が所定値を超えていると判断された場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、モータ制御回路部１２は、姿勢制御モータ１１の駆動を停止させる（ステップＳ４：駆動停止ステップ）。この状態は、振子２５が中立位置に達したことを意味し、地震の検出が可能な状態であり、リレー１３２を観測モードｂに切り替え、地震観測を端子Ｔ２からの出力信号として得ることができる。
一方、コンパレータ１４により電圧値が所定値を超えていないと判断された場合（ステップＳ３：ＮＯ）、再度ステップＳ１に戻り、モータ制御回路部１２は、姿勢制御モータ１１を駆動させてケース体２１を傾斜させる。
【００３１】
＜実施形態の作用効果＞
このように、本発明に係る傾斜補正装置１及び傾斜補正方法によれば、モータ制御回路部１２により姿勢制御モータ１１を駆動させて、ケース体２１の水平面に対する傾斜角を変化させると、ケース体２１内に板バネ２４により弾性的に支持された振子２５が振動する。振子２５が振動することにより、永久磁石２２が形成する磁界とコイル２３が相対運動し、コイル２３の両端に電圧を発生させる。コイル２３に発生する電圧は増幅器１３１によって増幅され、増幅された電圧は共振回路部１３によって増幅器１３１の入力に帰還される。そして、コンパレータ１４により、共振回路部１３により増幅された電圧の電圧値が所定値を超えているか否かが判断される。ここで、コンパレータ１４により、電圧値が所定値を超えていると判断されると、モータ制御回路部１２は姿勢制御モータ１１の駆動を停止させ、ケース体２１の姿勢が定まる。
【００３２】
すなわち、振子２５に取り付けられたコイル２３がストッパーに接触しない位置、すなわち、図２に示すような中立位置にある場合に自由振動することができ、自由振動しているときにコイル２３の振幅が大きくなるため、コイル２３に発生する電圧も自由振動しているときが最も大きくなる。一方、図１に示すように、コイル２３が永久磁石２２に接触し、振子２５が自由振動しない場合には、振幅がほぼゼロであるため、コイル２３に発生する電圧も限りなく小さいものとなる。
【００３３】
この原理を利用し、コイル２３に発生する電圧を共振回路部１３によって増幅、共振させることで、振子２５が自由振動しているときとしていないときの電圧値の差を更に大きくすることができるので、振子２５が自由振動しているか否かをより明確に把握できるようになる。そして、この所定値をノイズとして出力される電圧値よりも十分に大きく、振子２５が自由振動しているときにコイル２３に発生する電圧の電圧値よりも小さく設定しておけば、モータ制御回路部１２は、振子２５が自由振動している状態でケース体２１の傾斜を止めることができる。
従って、傾斜補正装置１が自動的にケース体２１の傾斜補正を行うので、人的要因による影響を受けることなく、簡易かつ正確に傾斜補正を行うことができる。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、コンパレータと共振回路部との間に増幅器により増幅された電圧のノイズ成分を除去するノイズ除去手段としてのフィルタを設けてもよい。これにより、所定値をより低く設定することができるため、振子が微小な振動をしていても自由振動しているか否かを容易に判断することができるため、検出精度を必要以上に高める必要がなくなる。その他、本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲内で自由に変更、改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る傾斜補正装置による振動検出器の傾斜補正前の説明図である。
【図２】本発明に係る傾斜補正装置による振動検出器の傾斜補正後の説明図である。
【図３】本発明に係る傾斜補正装置の共振回路部の回路図である。
【図４】本発明に係る傾斜補正方法についての流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る傾斜補正装置における振子の振動波形を共振回路部により増幅させたときの例を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  傾斜補正装置
１１  姿勢制御モータ（駆動手段）
１２  モータ制御回路部（駆動制御手段）
１３  共振回路部
１３１  増幅器
１４  コンパレータ（判断手段）
２  振動検出器
２１  ケース体
２２  永久磁石
２３  コイル
２４  板バネ
２５  振子
【図１】
2006071542.tif 000003
【図２】
2006071542.tif 000004
【図３】
2006071542.tif 000005
【図４】
2006071542.tif 000006
【図５】
2006071542.tif 000007