(57)【要約】【課題】  加速度センサの故障を確実に検出できる高信頼性の感震器及び地震計システムを提供する。【解決手段】  感震器２は、加速度センサ２１〜２４を備える。加速度センサ２１〜２４の測定軸方向ベクトル２１ａ〜２４ａは、互いに略等角となるように設定されている。この感震器２に加速度が与えられると、各加速度センサ２１〜２４は測定軸方向２１ａ〜２４ａに応じた加速度成分を検出する。加速度センサ２１〜２４をこのように配置することによって、あらゆる方向の加速度に対して各加速度成分のベクトル和が常に一定値以下となる。そして、いずれかの加速度センサが故障した場合には、この法則が成立せず、各加速度成分のベクトル和が一定値を超えることとなる。従って、加速度センサ２１〜２４の故障を確実に検出することができる。【選択図】  図２
2006010520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震による加速度を測定するための感震器であって、
互いに異なる測定軸方向の加速度成分を測定する４つの加速度センサと、
前記４つの加速度センサを支持する支持体と
を備え、
前記４つの加速度センサそれぞれの前記測定軸方向における前記加速度成分のベクトルが互いに相殺されるように、前記支持体が前記４つの加速度センサの前記測定軸方向を保持していることを特徴とする、感震器。
【請求項２】
地震による加速度を測定するための感震器であって、
互いに異なる測定軸方向の加速度成分を測定する４つの加速度センサと、
前記４つの加速度センサを支持する支持体と
を備え、
前記４つの加速度センサにおける前記測定軸方向が互いに略等角をなすように、前記支持体が前記４つの加速度センサを支持していることを特徴とする、感震器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の感震器と、
前記４つの加速度センサのそれぞれによって測定された加速度成分のベクトル和に基づいて、前記加速度センサの故障を検出する演算部と
を備えることを特徴とする、地震計システム。
【請求項４】
前記演算部が、前記加速度成分のベクトル和と所定の閾値との大小関係に基づいて前記加速度センサの故障を検出することを特徴とする、請求項３に記載の地震計システム。
【請求項５】
前記演算部が、故障した前記加速度センサにおける前記加速度成分を、他の正常な前記加速度センサにおける前記加速度成分に基づいて算出することを特徴とする、請求項３または４に記載の地震計システム。
【請求項６】
前記演算部が、前記４つの加速度センサのそれぞれによって測定される重力加速度成分を監視することにより前記加速度センサの故障を検出することを特徴とする、請求項３〜５のいずれか一項に記載の地震計システム。
【請求項７】
前記演算部が、前記加速度成分の大きさを示す加速度信号を前記加速度センサが出力するための配線の接続状態／非接続状態を、前記加速度センサの故障を検出した結果に基づいて切り替えることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか一項に記載の地震計システム。
【請求項８】
請求項１または２に記載の感震器と、
前記４つの加速度センサからの加速度信号を記憶する記憶部と
を備えることを特徴とする、地震計システム。
【請求項９】
請求項１または２に記載の感震器と、
前記４つの加速度センサからの加速度信号を上位システムへ提供するための出力端と
を備えることを特徴とする、地震計システム。
【請求項１０】
前記４つの加速度センサのうち、少なくとも３つの前記加速度センサからの加速度信号に基づいて、地震関連情報を算出する関連情報算出部をさらに備えることを特徴とする、請求項３〜９のいずれか一項に記載の地震計システム。
【請求項１１】
地震関連情報を特定するための三次元直交座標系において、前記４つの加速度センサのうち２つの前記加速度センサの前記測定軸方向が前記三次元直交座標系の２つの軸からなる平面に沿うとともに、前記２つの加速度センサのうちいずれか一方の前記加速度センサの前記測定軸方向が前記三次元直交座標系の前記２つの軸のうちいずれか一方の軸に沿うように、前記感震器が配置されることを特徴とする、請求項３〜１０のいずれか一項に記載の地震計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元の加速度を測定するための加速度センサを備える感震器、及びこの感震器を備える地震計システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、三次元の加速度を測定するための感震器には、例えば三次元直交座標系の座標軸に合わせて３つの加速度センサが配置されている。そして、この３つの加速度センサからの加速度信号に基づいて、地震による加速度ベクトルを演算し、震度、最大加速度、各種応答値、及びＳＩ値などを算出している。
【０００３】
なお、本発明に関連する先行技術としては、以下に示す特許文献がある。
【特許文献１】特許第３３７６４７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、観測された地震の強さによって、公共交通機関やプラント設備などを緊急停止するようなシステムが開発されつつある。このようなシステムにおいては、感震器の故障による誤った地震情報が大きな経済的損害をもたらすため、感震器には極めて高い信頼性が要求される。
【０００５】
上述したような従来の感震器では、３つの加速度センサのうち１つが故障しても、その故障が認識されずに動作し続けてしまう。このため、加速度センサの故障に起因する誤ったデータを用いて震度等を算出するおそれがある。これに対し、例えば各加速度センサにテスト信号を送り、その応答をチェックすることによって故障を検出する方法や、３つの加速度センサとは別の加速度センサを設け、この加速度センサからの出力と他の加速度センサからの出力とを比較することにより故障を検出する方法などが考えられる。しかしながら、故障を検出するための装置を加速度センサとは別に設けるこれらの方法では、故障検出用の装置自体が故障することも考えられるため、公共交通機関を緊急停止させるための極めて高度な信頼性を満足することは難しい。
【０００６】
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、加速度センサの故障を確実に検出できる高信頼性の感震器及び地震計システム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】
上記した課題を解決するために、本発明による第１の感震器は、地震による加速度を測定するための感震器であって、互いに異なる測定軸方向の加速度成分を測定する４つの加速度センサと、４つの加速度センサを支持する支持体とを備え、４つの加速度センサそれぞれの測定軸方向における加速度成分のベクトルが互いに相殺されるように、支持体が４つの加速度センサの測定軸方向を保持していることを特徴とする。また、本発明による第２の感震器は、地震による加速度を測定するための感震器であって、互いに異なる測定軸方向の加速度成分を測定する４つの加速度センサと、４つの加速度センサを支持する支持体とを備え、４つの加速度センサにおける測定軸が互いに略等角をなすように、支持体が４つの加速度センサを支持していることを特徴とする。
【０００８】
第１または第２の感震器に加速度が与えられると、各加速度センサはそれぞれの測定軸方向に沿った加速度成分を検出する。本発明による第１及び第２の感震器においては、各加速度センサが、加速度成分のベクトルが互いに相殺されるように、或いは測定軸方向が略等角をなすように支持されている。従って、あらゆる方向の加速度に対し、各加速度センサにおいて測定された加速度成分ベクトルのベクトル和が理論上は零ベクトルとなる。また、加速度成分ベクトルが加速度センサの取り付け誤差や測定誤差等を含んでいても、加速度成分ベクトルのベクトル和の絶対値が所定の閾値以下となる。そして、いずれかの加速度センサが故障した場合には、この法則が成立せず、各加速度成分のベクトル和が所定の閾値を超えることとなる。従って、上記第１または第２の感震器によれば、加速度成分ベクトルの総和を求めることによって加速度センサの故障を確実に検出することができる。また、１つの加速度センサが故障しても、残りの３つの加速度センサによって三次元の加速度を測定し続けることが可能である。以上のことから、上記第１または第２の感震器によれば、加速度センサとは別の故障検出装置を設けなくとも加速度センサの故障を確実に検出可能な、信頼性が極めて高い感震器を提供できる。
【０００９】
また、本発明による地震計システムは、上記したいずれかの感震器と、４つの加速度センサのそれぞれによって測定された加速度成分のベクトル和に基づいて、加速度センサの故障を検出する演算部とを備えることを特徴とする。これにより、加速度センサの故障を確実に且つ自動的に検出できる高信頼性の地震計システムを実現できる。
【００１０】
なお、本発明において「ベクトル和」とは、各加速度センサにおける加速度成分ベクトルの単純和に限られるものではなく、例えば少なくとも１つの各速度センサにおける加速度成分ベクトルを反転したうえで各加速度成分のベクトル和を求めるような場合をも含む概念である。
【００１１】
また、地震計システムは、演算部が、加速度成分のベクトル和と所定の閾値との大小関係に基づいて加速度センサの故障を検出することを特徴としてもよい。前述したように、この地震計システムが備える感震器によれば、あらゆる方向の加速度に対して各加速度成分のベクトル和の絶対値が常に一定値以下となる。従って、この地震計システムによれば、加速度成分のベクトル和に基づいて、加速度センサの故障を確実に検出することができる。
【００１２】
また、地震計システムは、演算部が、故障した加速度センサにおける加速度成分を、他の正常な加速度センサにおける加速度成分に基づいて算出することを特徴としてもよい。これによって、加速度センサが故障した場合においても震度等の地震関連情報を得ることができるので、信頼性をさらに高めることができる。
【００１３】
また、地震計システムは、演算部が、４つの加速度センサのそれぞれによって測定される重力加速度成分を監視することにより加速度センサの故障を検出することを特徴としてもよい。各加速度センサには一定の重力加速度が常に加わっているため、この重力加速度の各加速度センサにおける成分を常時監視することによって、各加速度センサそれぞれの故障を地震時以外においても検出可能となる。従って、地震計システムの信頼性をより高めることができる。また、この構成によって、感震器の水平設置状態の良否を容易に知ることができる。
【００１４】
また、地震計システムは、演算部が、加速度成分の大きさを示す加速度信号を加速度センサが出力するための配線の接続状態／非接続状態を、加速度センサの故障を検出した結果に基づいて切り替えることを特徴としてもよい。これによって、故障した加速度センサを、地震計システムを動作させた状態で修理・交換することができる。
【００１５】
また、本発明による地震計システムは、上記したいずれかの感震器と、４つの加速度センサからの加速度信号を記憶する記憶部とを備えることを特徴とする。この地震計システムによれば、記憶部に記憶された加速度信号を事後的に検証することができるので、上記した演算部を備えなくとも加速度センサの故障による誤った加速度信号を確実に見分けることができる。また、この地震計システムによれば、故障した加速度センサの加速度信号を除外して地震関連情報を算出することができる。結果的に、極めて信頼性の高い地震計システムを提供できる。なお、地震関連情報としては、例えば震度、最大加速度、速度、及び変位や、固有周期をもつ物体の加速度応答、速度応答、変位応答、及びＳＩ値などを挙げることができる。
【００１６】
また、本発明による地震計システムは、上記したいずれかの感震器と、４つの加速度センサからの加速度信号を上位システムへ提供するための出力端とを備えることを特徴とする。この地震計システムによれば、加速度センサの確かな故障情報を上位システムにおいて認識できるので、加速度センサの故障による誤った加速度信号を上位システムにおいて確実に排除することができる。結果的に、極めて信頼性の高い地震計システムを提供できる。なお、上位システムとしては、例えば地方気象台や地方自治体の役所に設置される地震観測システムを挙げることができる。
【００１７】
また、地震計システムは、４つの加速度センサのうち、少なくとも３つの加速度センサからの加速度信号に基づいて、地震関連情報を算出する関連情報算出部をさらに備えることを特徴としてもよい。これによって、信頼性の高い地震関連情報を容易に得ることができる。
【００１８】
また、地震計システムは、地震関連情報を特定するための三次元直交座標系において、４つの加速度センサのうち２つの加速度センサの測定軸方向が三次元直交座標系の２つの軸からなる平面に沿うとともに、２つの加速度センサのうちいずれか一方の加速度センサの測定軸方向が三次元直交座標系の２つの軸のうちいずれか一方の軸に沿うように、感震器が配置されることを特徴としてもよい。感震器をこのように配置することによって、感震器の設置条件を地震計システム全体において統一することができ、この地震計システムから提供される地震関連情報の算出条件を統一することができる。また、感震器をこのように配置することによって、各加速度成分を用いて三次元直交座標系に基づく地震関連情報を算出する場合に、該地震関連情報を比較的簡単な演算式によって求めることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、加速度センサの故障を確実に検出できる高信頼性の感震器及び地震計システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明による感震器及び地震計システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の第１実施形態に係る地震計システム１の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、地震計システム１は、感震器２、演算部３、関連情報算出部５、記憶部７、及びセンサテスト部８を備えている。演算部３は、故障検出部３０、監視部３５、切替部４０、及び加算反転部（後述）を有している。なお、演算部３、関連情報算出部５、及びセンサテスト部８は、電子回路によって実現されてもよく、或いは予め記憶されたプログラムに従って動作するコンピュータによって実現されてもよい。
【００２２】
感震器２は、４つの加速度センサ２１〜２４を有する。加速度センサ２１〜２４としては、例えばサーボ型加速度センサを用いるとよい。具体的には、加速度センサ２１〜２４では、まず加速度による質量−ばね系の錘の変位を検出し、サーボ系を通じて磁石とコイルからなる駆動系を錘に対して作用させ、錘の変位を元の位置に戻すのに要する電流値に基づいて加速度を求めることができる。
【００２３】
ここで、図２（ａ）は、本実施形態の感震器２の平面図である。また、図２（ｂ）は、感震器２の側面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）に示した感震器２のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）を参照すると、感震器２は、４つの加速度センサ２１〜２４と、加速度センサ２１〜２４を支持する支持体２５とを有する。
【００２４】
支持体２５は、底板２５ａ、側板２５ｂ〜２５ｄ、及び天板２５ｅを有する。底板２５ａは略正三角形状を呈しており、底板２５ａ上の中央部分には加速度センサ２１が載置されている。そして、加速度センサ２１の測定軸方向ベクトル２１ａは、底板２５ａの面に垂直となっている。感震器２が測定場所に設置される際には、底板２５ａは鉛直方向に対して垂直に交わるように水平に配置される。従って、加速度センサ２１は、加速度センサ２１の測定軸２１ａが鉛直方向に沿うように配置される。このような配置により、加速度センサ２１は、感震器２に加えられる加速度ベクトルのうち鉛直方向に沿った加速度成分を測定することとなる。
【００２５】
側板２５ｂ〜２５ｄは、それぞれ底板２５ａの対応する一辺に下辺が沿うように底板２５ａに固定される。また、側板２５ｂ〜２５ｄは、底板２５ａに対して傾斜して固定されており、底板２５ａを底面として想定される正四面体の側面の一部をそれぞれ構成している。また、側板２５ｂ〜２５ｄ上にはそれぞれ加速度センサ２２〜２４が載置されている。従って、加速度センサ２１〜２４それぞれの測定軸方向ベクトル２１ａ〜２４ａは、互いに略等角（１０９．２８°）をなす。なお、天板２５ｅは、側板２５ｂ〜２５ｄの機械的強度を保つために側板２５ｂ〜２５ｄの上辺を互いに固定している。また、各加速度センサ２１〜２４からは、測定された加速度成分の大きさを示す加速度信号を演算部３及び記憶部７に提供するための配線２６ａ〜２６ｄが感震器２外部へ延びている。
【００２６】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、各加速度センサ２１〜２４の測定軸方向ベクトル２１ａ〜２４ａの方向を詳細に説明するための図である。図３（ａ）は、測定軸方向ベクトル２１ａ〜２４ａの相対関係を示す斜視図である。図３（ｂ）は、測定軸方向ベクトル２１ａ〜２４ａの相対関係を鉛直上方から見た平面図である。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）において、各測定軸方向ベクトル２１ａ〜２４ａの向きは加速度成分の正方向を示している。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）において、ｕｄ軸は鉛直方向を示し、ｅｗ軸は東西方向を示し、ｎｓ軸は南北方向を示している。一般的に、地震関連情報を特定するための三次元直交座標系の軸は、ｕｄ軸、ｅｗ軸、及びｎｓ軸と一致するように設定される。
【００２７】
各測定軸方向ベクトル２１ａ〜２４ａは、各測定軸方向における加速度成分のベクトルが互いに相殺されるように設定される。具体的には、各測定軸方向ベクトル２１ａ〜２４ａは、正四面体における重心から各頂点へ向かうベクトルと略一致するように、空間での対称方向に設定される。本実施形態では、測定軸方向ベクトル２１ａと測定軸方向ベクトル２２ａとのなす角θ１２、測定軸方向ベクトル２１ａと測定軸方向ベクトル２３ａとのなす角θ１３、測定軸方向ベクトル２１ａと測定軸方向ベクトル２４ａとのなす角θ１４、測定軸方向ベクトル２２ａと測定軸方向ベクトル２３ａとのなす角θ２３、測定軸方向ベクトル２３ａと測定軸方向ベクトル２４ａとのなす角θ３４、測定軸方向ベクトル２４ａと測定軸方向ベクトル２２ａとのなす角θ２４は、互いにほぼ等しい角度に設定されている。このように加速度センサ２１〜２４の測定軸方向ベクトル２１ａ〜２４ａが設定されることによって、加速度センサ２１〜２４の各測定軸それぞれにおける加速度成分ベクトルのベクトル和が、地震動の発生の有無に拘わらず、理論上では常に零ベクトルとなる。感震器における加速度センサ異常は、平静時、地震発生初期、或いは地震動が或る強さを超えた時など、様々なタイミングで発生する。本発明に係る感震器２では、いかなるタイミングにおいても、加速度成分ベクトルのベクトル和が零ベクトルから逸脱すれば、少なくとも感震器２に異常が発生したことがわかる。実際には加速度センサ２１〜２４の取り付け誤差や支持部２５の精度誤差が存在するため、厳密には該ベクトル和は零ベクトルとはならないが、該ベクトル和の絶対値を或る一定値以下とすることができる。
【００２８】
また、地震関連情報を特定するための三次元直交座標系（本実施形態ではｕｄ軸、ｎｓ軸、及びｅｗ軸）において、４つの加速度センサ２１〜２４のうち２つの加速度センサの測定軸が三次元直交座標系の２つの軸からなる平面に沿うとともに、該２つの加速度センサのうちいずれか一方の加速度センサの測定軸が三次元直交座標系の該２つの軸のうちいずれか一方の軸に沿うように、感震器２が配置されることが好ましい。本実施形態では、加速度センサ２１〜２４のうち加速度センサ２１及び２２の測定軸方向ベクトル２１ａ及び２２ａが、三次元直交座標系のｕｄ軸及びｎｓ軸からなる平面に沿うとともに、加速度センサ２１の測定軸方向ベクトル２１ａが三次元直交座標系のｕｄ軸に沿うように感震器２が配置されている。なお、加速度センサ２３及び２４は、測定軸方向ベクトル２３ａと測定軸方向ベクトル２４ａとの差ベクトルがｅｗ軸に沿うように配置されている。
【００２９】
図４は、演算部３が有する故障検出部３０の構成を示すブロック図である。図４を参照すると、故障検出部３０は、異常検出部３１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）異常検出部３２、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）異常検出部３３、及び帯域異常検出部３４を含んで構成されている。前述したように、加速度センサの異常は、平静時、地震発生初期、或いは地震動が或る強さを超えた時など様々なタイミングで発生する。故障検出部３０においては、少なくとも各加速度センサ２１〜２４における加速度成分ベクトルのベクトル和が零ベクトルから逸脱することをもって、いかなるタイミングにおいても加速度センサの異常を検出できる。以下に説明する故障検出部３０の各構成要素においては、各加速度センサ２１〜２４における異常発生やその発生形態を詳細に検出するとともに、加速度センサの異常に対処するための各種信号を生成する。
【００３０】
異常検出部３１は、主にシステム異常や大きな障害を伴う加速度センサの故障を検出するための手段である。異常検出部３１は、各加速度センサ２１〜２４からの加速度信号Ｓ１〜Ｓ４が示す加速度成分のベクトル和を求め、該ベクトル和と所定の閾値との大小を判定することにより加速度センサの故障を検出する。具体的には、異常検出部３１は、センサ異常判定部３１ａを含んでいる。センサ異常判定部３１ａは、各加速度センサ２１〜２４からの加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を入力し、これら加速度信号Ｓ１〜Ｓ４に基づいて各加速度成分のベクトル和を演算する。そして、ベクトル和の絶対値が所定の閾値より大きい場合には、センサ異常判定部３１ａは、加速度センサ２１〜２４のうち少なくとも１つの加速度センサが故障したと判断し、システム異常と判定する。或いは、平静時において、加速度センサ２１〜２４のうち１つの加速度センサからの加速度信号が届かないような場合を想定したベクトル和と実際に求めたベクトル和とを比較することにより、故障した加速度センサを特定することもできる。センサ異常判定部３１ａは、加速度センサの故障が発生したことを示すとともに故障した加速度センサを特定する故障信号Ｓ１１を、地震計システム１の出力端１ｂ（図１参照）を介して上位システムへ出力する。また、センサ異常判定部３１ａは、故障した加速度センサに対応する故障信号Ｓ１５を切替部４０へ出力する。
【００３１】
ＬＰＦ異常検出部３２は、主にオフセット異常の検出や故障した加速度センサの特定を行うための手段である。ここで、オフセットとは、加速度センサ２１〜２４からの加速度信号Ｓ１〜Ｓ４が示す加速度成分値に定常的に含まれる値をいい、例えば実際の加速度成分値がゼロのときに加速度信号Ｓ１〜Ｓ４として或る一定のオフセット値が出力される。そして、オフセット異常とは、地震計システム１の初期設定時に調整した各加速度センサ２１〜２４のオフセットが、何らかの異常によって既定値を超えてしまう現象をいう。ＬＰＦ異常検出部３２は、加速度信号Ｓ１〜Ｓ４が示す加速度成分に含まれる高周波数成分を除去し、低周波数成分に基づいて加速度センサ２１〜２４のオフセット異常を主に検出する。また、ＬＰＦ異常検出部３２は、該低周波数成分に基づいて、故障した加速度センサを特定する。
【００３２】
具体的には、ＬＰＦ異常検出部３２は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３２ａ及びオフセット異常判定部３２ｂを含んでいる。ＬＰＦ３２ａは、各加速度センサ２１〜２４からの加速度信号Ｓ１〜Ｓ４が示す加速度成分にフィルタリングを行い、所定の周波数よりも低い帯域の低周波数成分を抽出するための手段である。ＬＰＦ３２ａは、各加速度センサ２１〜２４における加速度成分から抽出した低周波数成分を、オフセット異常判定部３２ｂへ提供する。
【００３３】
オフセット異常判定部３２ｂは、ＬＰＦ３２ａから受けた低周波数成分に基づいて、各加速度センサ２１〜２４のオフセット異常を判定するための手段である。すなわち、オフセット異常判定部３２ｂは、各加速度センサ２１〜２４における加速度成分から抽出した低周波数成分それぞれのベクトル和を演算し、該ベクトル和の絶対値と所定の閾値との大小を比較する。オフセット異常判定部３２ｂは、低周波数成分のベクトル和が所定の閾値よりも大きい場合に、加速度センサ２１〜２４のうち少なくとも１つの加速度センサをオフセット異常と判定し、異常センサを特定する。オフセット異常判定部３２ｂは、加速度センサにオフセット異常が発生したことを示すとともに故障センサを特定する故障信号Ｓ１２を、地震計システム１の出力端１ｂ（図１参照）を介して上位システムへ出力する。また、オフセット異常判定部３２ｂは、故障した加速度センサに対応する故障信号Ｓ１６を切替部４０へ出力する。
【００３４】
ＨＰＦ異常検出部３３は、主に過渡動作異常の検出や故障した加速度センサの特定を行うための手段である。ここで、本来、加速度センサ２１〜２４からの加速度信号Ｓ１〜Ｓ４は、加速度センサ２１〜２４に加わる加速度に応じてなめらか（過渡的）に動作する。過渡動作異常とは、加速度センサ２１〜２４からの加速度信号Ｓ１〜Ｓ４が加速度に応じてなめらかに動作せず、段階的な動作をする現象をいう。ＨＰＦ異常検出部３３は、加速度信号Ｓ１〜Ｓ４が示す加速度成分に含まれる低周波数成分を除去し、高周波数成分に基づいて加速度センサ２１〜２４の過渡動作異常を主に検出する。また、ＨＰＦ異常検出部３３は、該高周波数成分に基づいて、故障した加速度センサを特定する。
【００３５】
具体的には、ＨＰＦ異常検出部３３は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３３ａ及び過渡動作異常判定部３３ｂを含んでいる。ＨＰＦ３３ａは、各加速度センサ２１〜２４からの加速度信号Ｓ１〜Ｓ４が示す加速度成分にフィルタリングを行い、所定の周波数よりも高い帯域の高周波数成分を抽出するための手段である。ＨＰＦ３３ａは、各加速度センサ２１〜２４における加速度成分から抽出した高周波数成分を、過渡動作異常判定部３３ｂへ提供する。
【００３６】
過渡動作異常判定部３３ｂは、ＨＰＦ３３ａから受けた高周波数成分に基づいて、各加速度センサ２１〜２４の過渡動作異常を判定するための手段である。すなわち、過渡動作異常判定部３３ｂは、各加速度センサ２１〜２４における加速度成分から抽出した高周波数成分それぞれのベクトル和を演算し、該ベクトル和の絶対値と所定の閾値との大小を比較する。過渡動作異常判定部３３ｂは、高周波数成分のベクトル和が所定の閾値よりも大きい場合に、加速度センサ２１〜２４のうち少なくとも１つの加速度センサを過渡動作異常と判定する。また、加速度センサ２１〜２４の故障の状態によっては、フィルタリング処理を行うと加速度信号値が過大となる場合があり、これによって異常センサを特定することができる。過渡動作異常判定部３３ｂは、加速度センサに過渡動作異常が発生したことを示すとともに故障センサを特定する故障信号Ｓ１３を、地震計システム１の出力端１ｂ（図１参照）を介して上位システムへ出力する。また、過渡動作異常判定部３３ｂは、故障した加速度センサに対応する故障信号Ｓ１７を切替部４０へ出力する。
【００３７】
帯域異常検出部３４は、加速度信号Ｓ１〜Ｓ４が示す加速度成分の異常を周波数成分毎に検出するための手段である。帯域異常検出部３４は、加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を周波数領域の信号に変換した上で、各加速度成分の異常を所定の周波数成分毎に検出する。また、帯域異常検出部３４は、検出した異常な周波数成分に基づいて、故障した加速度センサを特定する。
【００３８】
具体的には、帯域異常検出部３４は、高速フーリエ変換部（Fast Fourier Transformer：ＦＦＴ）３４ａ、帯域異常判定部３４ｂ、及び逆フーリエ変換部（Reverse Fourier Transformer：ＲＦＴ）３４ｃを含んでいる。ＦＦＴ３４ａは、各加速度センサ２１〜２４からの加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を周波数領域の信号に変換するための手段である。ＦＦＴ３４ａは、各加速度センサ２１〜２４における加速度成分から変換した周波数領域信号を、帯域異常判定部３４ｂへ提供する。
【００３９】
帯域異常判定部３４ｂは、ＦＦＴ３４ａから受けた周波数領域データに基づいて、周波数帯域毎に加速度信号Ｓ１〜Ｓ４の異常を判定するための手段である。すなわち、帯域異常判定部３４ｂは、各加速度センサ２１〜２４の加速度信号Ｓ１〜Ｓ４から変換された周波数領域信号のベクトル和を所定の周波数成分毎に演算し、該ベクトル和の絶対値と所定の閾値との大小を比較する。なお、このとき、所定の閾値は周波数成分毎に定められてもよい。帯域異常判定部３４ｂは、或る周波数成分におけるベクトル和が当該周波数成分における所定の閾値よりも大きい場合に、加速度センサ２１〜２４のうち少なくとも１つの加速度センサの当該周波数帯域における加速度信号を異常と判定し、異常センサを特定する。帯域異常判定部３４ｂは、加速度信号における或る周波数成分に異常が発生したことを示すとともに故障センサを特定する故障信号Ｓ１４を地震計システム１の出力端１ｂ（図１参照）を介して上位システムへ出力する。また、帯域異常判定部３４ｂは、故障した加速度センサに対応する故障信号Ｓ１８を切替部４０へ出力する。また、帯域異常判定部３４ｂは、周波数領域信号において異常のあった周波数成分を含む帯域をマスク処理し、該周波数領域信号をＲＦＴ３４ｃへ出力する。
【００４０】
ＲＦＴ３４ｃは、帯域異常判定部３４ｂからの周波数領域信号に逆フーリエ変換を施すための手段である。ＲＦＴ３４ｃが入力する周波数領域信号には、上述した帯域異常判定部３４ｂによって異常な周波数帯域にマスク処理が施されている。従って、この周波数領域信号が逆フーリエ変換されると、異常な周波数成分が除去された時系列の加速度信号Ｓ２１〜Ｓ２４が生成される。ＲＦＴ３４ｃは、生成した加速度信号Ｓ２１〜Ｓ２４を切替部４０へ出力する。
【００４１】
図５は、演算部３が有する加算反転部１１〜１４及び切替部４０の構成を示すブロック図である。加算反転部１１〜１４は、加速度センサ２１〜２４のうち故障した加速度センサにおける加速度信号を除く３つの加速度信号が示す加速度成分に基づいて、故障した加速度センサにおける加速度成分を算出して補完するための手段である。本実施形態においては、各加速度センサ２１〜２４の測定軸が図３（ａ）及び図３（ｂ）に示した方向に設定されているため、故障した加速度センサを除く３つの加速度センサからの加速度信号を加算且つ反転することによって、故障した加速度センサにおける加速度成分を算出することが可能である。
【００４２】
具体的には、加算反転部１１は、加速度センサ２２〜２４から加速度信号Ｓ２〜Ｓ４を入力する。そして、加速度信号Ｓ２〜Ｓ４が示す加速度成分ベクトルをそれぞれａ２〜ａ４とすると、加算反転部１１は−（ａ２＋ａ３＋ａ４）を演算する。加算反転部１１は、演算結果を補完信号Ｓ３１として切替部４０へ出力する。同様に、加算反転部１２は、加速度センサ２１、２３、及び２４から加速度信号Ｓ１、Ｓ３、及びＳ４を入力する。そして、加速度信号Ｓ１が示す加速度成分ベクトルをａ１とすると、加算反転部１２は、−（ａ１＋ａ３＋ａ４）を演算し、演算結果を補完信号Ｓ３２として切替部４０へ出力する。また、加算反転部１３は、加速度センサ２１、２２、及び２４から加速度信号Ｓ１、Ｓ２、及びＳ４を入力する。そして、加算反転部１３は、−（ａ１＋ａ２＋ａ４）を演算し、演算結果を補完信号Ｓ３３として切替部４０へ出力する。また、加算反転部１４は、加速度センサ２１〜２３から加速度信号Ｓ１〜Ｓ３を入力する。そして、加算反転部１４は、−（ａ１＋ａ２＋ａ３）を演算し、演算結果を補完信号Ｓ３４として切替部４０へ出力する。
【００４３】
切替部４０は、加速度センサ２１〜２４が加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を出力するための配線の接続状態／非接続状態を、故障検出部３０における故障検出結果に基づいて切り替えるための手段である。切替部４０は、スイッチ手段ＳＷ１〜ＳＷ１２を含んで構成されている。スイッチ手段ＳＷ１〜ＳＷ１２は、例えば機械式スイッチといった電気的に絶縁可能なスイッチであることが好ましいが、トランジスタなどの電気的スイッチを用いてもよい。
【００４４】
スイッチ手段ＳＷ１〜ＳＷ３の一端は、互いに電気的に接続され、関連情報算出部５に接続されている。スイッチ手段ＳＷ１の他端は、加速度センサ２１に電気的に接続されており、加速度信号Ｓ１を受ける。なお、図５に示すように、スイッチ手段ＳＷ１と加速度センサ２１との間には、Ａ／Ｄ変換部１５が設けられてもよい。このＡ／Ｄ変換部１５によって、加速度信号Ｓ１をアナログ信号からデジタル信号へ変換した上で、加速度信号Ｓ１をスイッチ手段ＳＷ１を介して関連情報算出部５へ提供できる。また、スイッチ手段ＳＷ２の他端は、加算反転部１１に電気的に接続されている。スイッチ手段ＳＷ２の他端には、加速度センサ２１からの加速度信号Ｓ１を除く３つの加速度信号をベクトル的に加算・反転した補完信号Ｓ３１が加算反転部１１から入力される。また、スイッチ手段ＳＷ３の他端は、故障検出部３０の帯域異常検出部３４に電気的に接続されている。スイッチ手段ＳＷ３の他端には、異常な周波数帯域をマスク処理された加速度信号Ｓ２１が帯域異常検出部３４から入力される。
【００４５】
切替部４０は、故障検出部３０から入力した故障信号Ｓ１５〜Ｓ１８、及び後述するセンサテスト部８から入力した故障信号Ｓ５３に基づいて、スイッチ手段ＳＷ１〜ＳＷ３のうちいずれか１つのスイッチ手段を接続状態とし、他のスイッチ手段を非接続状態とする。すなわち、故障信号Ｓ１５〜Ｓ１８及びＳ５３のいずれも入力されない場合には、スイッチ手段ＳＷ１を接続状態とし、スイッチ手段ＳＷ２及びＳＷ３を非接続状態とする。そして、故障信号Ｓ１５〜Ｓ１７及びＳ５３のいずれかを入力し、この故障信号が加速度センサ２１の故障を示している場合には、スイッチ手段ＳＷ１及びＳＷ３を非接続状態とし、スイッチ手段ＳＷ２を接続状態とする。また、故障信号Ｓ１８を入力し、故障信号Ｓ１８が加速度センサ２１からの加速度信号Ｓ１の異常を示す場合には、スイッチ手段ＳＷ１及びＳＷ２を非接続状態とし、スイッチ手段ＳＷ３を接続状態とする。
【００４６】
スイッチ手段ＳＷ４〜ＳＷ１２の構成及び動作も、スイッチ手段ＳＷ１〜ＳＷ３と同様である。すなわち、スイッチ手段ＳＷ４〜ＳＷ６の一端同士、スイッチ手段ＳＷ７〜ＳＷ９の一端同士、及びスイッチ手段ＳＷ１０〜ＳＷ１２の一端同士はそれぞれ互いに電気的に接続され、関連情報算出部５に接続されている。スイッチ手段ＳＷ４，ＳＷ７，及びＳＷ１０の他端は、加速度センサ２２〜２４にそれぞれ電気的に接続されており、加速度信号Ｓ２〜Ｓ４を受ける。なお、図５に示すように、スイッチ手段ＳＷ４，ＳＷ７，及びＳＷ１０と加速度センサ２２〜２４との間には、Ａ／Ｄ変換部１５が設けられてもよい。また、スイッチ手段ＳＷ５，ＳＷ８，及びＳＷ１１の他端は、それぞれ加算反転部１２〜１４に電気的に接続されている。スイッチ手段ＳＷ５，ＳＷ８，及びＳＷ１１それぞれの他端には、補完信号Ｓ３２〜Ｓ３４が加算反転部１２〜１４から入力される。また、スイッチ手段ＳＷ６，ＳＷ９，及びＳＷ１２の他端は、故障検出部３０の帯域異常検出部３４に電気的に接続されている。スイッチ手段ＳＷ６，ＳＷ９，及びＳＷ１２の他端には、加速度信号Ｓ２２〜Ｓ２４が帯域異常検出部３４から入力される。
【００４７】
切替部４０は、故障検出部３０から入力した故障信号Ｓ１５〜Ｓ１８、及び後述するセンサテスト部８から入力した故障信号Ｓ５３に基づいて、スイッチ手段ＳＷ４〜ＳＷ６の組み合わせ、スイッチ手段ＳＷ７〜ＳＷ９の組み合わせ、及びスイッチ手段ＳＷ１０〜ＳＷ１２の組み合わせのそれぞれにおいて、いずれか１つのスイッチ手段を接続状態とし、他のスイッチ手段を非接続状態とする。すなわち、故障信号Ｓ１５〜Ｓ１８及びＳ５３のいずれも入力されない場合には、スイッチ手段ＳＷ４，ＳＷ７，及びＳＷ１０を接続状態とし、スイッチ手段ＳＷ５，ＳＷ６，ＳＷ８，ＳＷ９，ＳＷ１１，及びＳＷ１２を非接続状態とする。そして、故障信号Ｓ１５〜Ｓ１７及びＳ５３のいずれかを入力し、この故障信号が加速度センサ２２〜２４のうちいずれかの加速度センサの故障を示している場合には、スイッチ手段ＳＷ５，ＳＷ８，ＳＷ１１のうち故障した加速度センサに対応するスイッチ手段を接続状態とし、スイッチ手段ＳＷ４，ＳＷ７，ＳＷ１０のうち故障した加速度センサに対応するスイッチ手段を非接続状態とする。また、故障信号Ｓ１８を入力し、故障信号Ｓ１８が加速度センサ２２〜２４のうちいずれかの加速度信号の異常を示す場合には、スイッチ手段ＳＷ６，ＳＷ９，ＳＷ１２のうち異常な加速度信号に対応するスイッチ手段を接続状態とし、スイッチ手段ＳＷ４，ＳＷ７，ＳＷ１０のうち異常な加速度信号に対応するスイッチ手段を非接続状態とする。
【００４８】
切替部４０の上記機能により、加速度センサ２１〜２４のそれぞれに対応して、加速度センサ２１〜２４からの加速度信号Ｓ１〜Ｓ４、帯域異常検出部３４からの加速度信号Ｓ２１〜Ｓ２４、及び加算反転部１１〜１４からの補完信号Ｓ３１〜Ｓ３４のうちいずれかの信号が選択され、加速度信号Ｓ５〜Ｓ８として関連情報算出部５へ出力される。なお、切替部４０におけるスイッチ手段ＳＷ１〜ＳＷ１２の切り替えは、上述したように切替部４が自動的に行う以外にも、例えば操作者が故障信号Ｓ１５〜Ｓ１８及びＳ５３に基づいて手動で行ってもよい。
【００４９】
再び図１を参照する。監視部３５は、加速度センサ２１〜２４の故障を、加速度センサ２１〜２４によって測定される重力加速度成分に基づいて検出するための手段である。加速度センサ２１〜２４には、地震時以外にも重力加速度が常に加わっており、加速度信号Ｓ１〜Ｓ４として重力加速度成分が常に検出されている。監視部３５は、加速度センサ２１〜２４から加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を地震時を除いて入力し、各加速度信号Ｓ１〜Ｓ４における重力加速度成分に大幅な変化がないかチェックする。各加速度信号Ｓ１〜Ｓ４における重力加速度成分に大幅な変化がみられた場合、監視部３５は、加速度センサに重力値異常が発生したことを示すとともに故障センサを特定する故障信号Ｓ１９を、出力端１ｃを介して上位システムへ出力する。
【００５０】
なお、監視部３５において各加速度信号Ｓ１〜Ｓ４における重力加速度成分をチェックする際には、各加速度信号Ｓ１〜Ｓ４の高周波数成分が除去されていることが好ましい。このため、監視部３５は、高周波数成分が除去された加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を故障検出部３０のＬＰＦ３２ａから入力し、ＬＰＦ３２ａからの加速度信号Ｓ１〜Ｓ４に基づいて重力加速度成分の変化をチェックするとよい。また、監視部３５が各加速度信号Ｓ１〜Ｓ４における重力加速度成分を監視することによって、感震器２の水平設置状態の良否を知ることもできる。
【００５１】
図６は、関連情報算出部５の内部構成を示すブロック図である。図６を参照すると、関連情報算出部５は、波形記録部５１、震度演算部５２、及び応答値・ＳＩ値処理部５３を有している。
【００５２】
波形記録部５１は、各加速度センサ２１〜２４から演算部３を介して入力された加速度信号Ｓ５〜Ｓ８に対して所定のフィルタ処理や演算処理等を行うことにより地震関連情報を生成し、該地震関連情報を紙などの記録媒体を所定の書式で記録・印字するための手段である。具体的には、波形記録部５１は、加速度信号Ｓ５〜Ｓ８に基づいて所定のフィルタ処理や演算処理等を行い地震関連情報を生成する前処理部５１ａと、前処理部５１ａにおいて生成された地震関連情報を記録する記録部５１ｂとを含んで構成されている。波形記録部５１において記録される地震関連情報としては、例えば波形情報（トリガ時刻、設置情報、地震波の加速度波形等）、一地震情報（６０秒を一地震としたトリガ時刻、震度、計測震度、最大加速度等）、区間情報（１０秒を一区間とした区間毎の震度、計測震度、最大加速度等）などがある。
【００５３】
震度演算部５２は、各加速度センサ２１〜２４から演算部３を介して入力された加速度信号Ｓ５〜Ｓ８に基づいて計測震度を演算するための手段である。震度演算部５２は、ＨＰＦ５２ａ、ＦＦＴ５２ｂ、震度演算フィルタ５２ｃ、ＲＦＴ５２ｄ、及び処理部５２ｅを含んで構成されている。ＨＰＦ５２ａは、加速度信号Ｓ５〜Ｓ８のオフセットといった低周波数成分をカットし、地震波の周波数帯域を含む高周波数成分を通過させるフィルタである。なお、震度演算部５２は、ＨＰＦ５２ａに換えて、故障検出部３０のＨＰＦ異常検出部３３におけるＨＰＦ３３ａを兼用してもよい。
【００５４】
ＦＦＴ５２ｂ、震度演算フィルタ５２ｃ、及びＲＦＴ５２ｄは、加速度信号Ｓ５〜Ｓ８から地震波の周波数帯域における加速度信号を抽出するための手段である。ＦＦＴ５２ｂは、ＨＰＦ５２ａによって低周波数成分がカットされた加速度信号Ｓ５〜Ｓ８を、時間領域の信号から周波数領域の信号へ変換する。震度演算フィルタ５２ｃは、周波数領域の信号へ変換された加速度信号Ｓ５〜Ｓ８における地震波の周波数帯域以外の成分をカットする。ＲＦＴ５２ｄは、地震波の周波数帯域以外の成分がカットされた加速度信号Ｓ５〜Ｓ８を、周波数領域の信号から時間領域の信号へ戻す。処理部５２ｅは、地震波の周波数帯域以外の成分がカットされた時間領域の加速度信号Ｓ５〜Ｓ８に基づいて、ベクトル合成により計測震度を算出するための手段である。処理部５２ｅは、算出した計測震度を、地震関連情報Ｓ９の一部である震度情報Ｓ９１として、地震計システム１の出力端１ａ（図１参照）から上位システムへ出力する。
【００５５】
なお、処理部５２ｅにおいて、三次元直交座標系の各軸（図３のｕｄ軸、ｎｓ軸、及びｅｗ軸）方向の加速度成分が必要な場合は、次の各数式（１）〜（３）によって容易に求めることができる。すなわち、加速度センサ２１〜２４が測定する加速度成分ベクトルをそれぞれａ１〜ａ４とし、ｕｄ軸方向、ｎｓ軸方向、及びｅｗ軸方向の加速度成分ベクトルをそれぞれａｕｄ、ａｎｓ、及びａｅｗとすると、
【数１】
2006010520.tif 000003
【数２】
2006010520.tif 000004
【数３】
2006010520.tif 000005
と表すことができる。なお、数式中のｋ及びｍは、幾何的に求まる定数である。また、加速度の大きさａは、次式（４）
【数４】
2006010520.tif 000006
によって容易に求めることができる。なお、加速度ベクトルａｕｄ、ａｎｓ、及びａｅｗ、並びに加速度の大きさａは、加速度センサ２１〜２４のうち１つの加速度センサが故障しても、残りの正常な加速度センサからの加速度信号に基づいて求めることができる。
【００５６】
応答値・ＳＩ値処理部５３は、各加速度センサ２１〜２４から演算部３を介して入力された加速度信号Ｓ５〜Ｓ８に基づいて、応答値（或る固有周期を有する構造物への加速度応答・速度応答・変位応答などの総称）及びＳＩ値を算出するための手段である。応答値・ＳＩ値処理部５３は、前処理部５３ａ、速度化演算部５３ｂ、変位化演算部５３ｃ、及び処理部５３ｄを含んで構成されている。前処理部５３ａは、所定のフィルタ処理や演算処理等を行う。速度化演算部５３ｂは、加速度信号Ｓ５〜Ｓ８に基づいて地震動の速度を求める。変位化演算部５３ｃは、速度化演算部５３ｂによって求められた地震動の速度に基づいて地面の変位を求める。処理部５３ｄは、加速度信号Ｓ５〜Ｓ８、速度化演算部５３ｂによって求められた地震動の速度、及び変位化演算部５３ｃによって求められた地面の変位に基づいて、応答値及びＳＩ値を算出する。処理部５３ｄは、算出した応答値及びＳＩ値のそれぞれを、地震関連情報Ｓ９の一部である応答値情報Ｓ９２及びＳＩ値情報Ｓ９３として、地震計システム１の出力端１ａ（図１参照）から上位システムへ出力する。
【００５７】
また、関連情報算出部５は、妥当性チェック部５４ａ〜５４ｉをさらに有している。妥当性チェック部５４ａ〜５４ｉは、関連情報算出部５内部の各処理において、加速度信号Ｓ５〜Ｓ８に新たな異常が発生していないか（すなわち、関連情報算出部５を構成する各要素が故障していないか）をチェックするための手段である。妥当性チェック部５４ａ〜５４ｉは、加速度信号Ｓ５〜Ｓ８が示す加速度成分ベクトルのベクトル和を演算し、このベクトル和と所定の閾値との大小比較、或いはベクトル和が零ベクトルであるか否かのチェックにより、妥当性チェック部５４ａ〜５４ｉそれぞれの直前に設けられている要素の故障を発見することができる。本実施形態において、妥当性チェック部５４ａは演算部３と波形記録部５１、震度演算部５２、及び応答値・ＳＩ値処理部５３との間に設けられている。妥当性チェック部５４ｂは、波形記録部５１の前処理部５１ａと記録部５１ｂとの間に設けられている。妥当性チェック部５４ｃは、震度演算部５２のＨＰＦ５２ａとＦＦＴ５２ｂとの間に設けられている。妥当性チェック部５４ｄは、震度演算部５２のＦＦＴ５２ｂと震度演算フィルタ５２ｃとの間に設けられている。妥当性チェック部５４ｅは、震度演算部５２の震度演算フィルタ５２ｃとＲＦＴ５２ｄとの間に設けられている。妥当性チェック部５４ｆは、震度演算部５２のＲＦＴ５２ｄと処理部５２ｅとの間に設けられている。妥当性チェック部５４ｇは、応答値・ＳＩ値処理部５３の前処理部５３ａと速度化演算部５３ｂとの間に設けられている。妥当性チェック部５４ｈは、応答値・ＳＩ値処理部５３の速度化演算部５３ｂと変位化演算部５３ｃとの間に設けられている。妥当性チェック部５４ｉは、応答値・ＳＩ値処理部５３の変位化演算部５３ｃと処理部５３ｄとの間に設けられている。
【００５８】
なお、関連情報算出部５は、アナログまたはデジタルの電子回路によって実現されてもよく、或いは予め記憶されたプログラムに従って動作するコンピュータによって実現されてもよい。デジタル回路やコンピュータによって関連情報算出部５を実現する場合には、関連情報算出部５と各加速度センサ２１〜２４との間にＡ／Ｄ変換部１５（図５参照）を設けるとよい。
【００５９】
再び図１を参照する。記憶部７は、加速度センサ２１〜２４からの加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を記憶するための手段である。記憶部７は、例えばメモリなどの記憶素子、ハードディスクなどの記憶装置、或いは光ディスクなどの記憶媒体によって実現される。記憶部７は各加速度センサ２１〜２４と電気的に接続されており、加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を入力する。記憶部７は、加速度信号Ｓ１〜Ｓ４をそのままの状態で記憶してもよいし、加速度信号Ｓ１〜Ｓ４に所定の処理を施したものを記憶してもよい。記憶部７では、４つの加速度センサ２１〜２４それぞれの加速度信号Ｓ１〜Ｓ４に対して同じ処理を施したものを記憶することが好ましい。また、加速度センサ２１〜２４のいずれかが故障検出部３０において故障と判定されていても、加速度信号Ｓ１〜Ｓ４をそのまま記憶しておくことが好ましい。そうすることにより、信頼性が低い加速度信号の中から良好な加速度信号或いはその周波数成分を抽出して震度演算等に用いることができる。また、加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を記憶部７に記憶させることにより、加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を事後的に検証することができる。各加速度信号Ｓ１〜Ｓ４は、各加速度センサ２１〜２４から出力されたそのままの信号であり、加速度信号Ｓ１〜Ｓ４が示す加速度成分ベクトルのベクトル和の絶対値は、加速度センサ故障がなければ常に一定値以下となる。言い換えると、加速度成分ベクトルのベクトル和の絶対値が一定値以下から逸脱した時点が感震器２における異常発生時点であり、強い地震動によって地震計システム１が正常動作できない場合であっても、記憶部７に記憶されているデータが残っていれば事後的に感震器２の異常の有無を見分けることができる。例えば、取得した加速度信号Ｓ１〜Ｓ４とその取得時刻とを記憶部７に記憶しておけば、感震器２における異常発生時刻が分かる。従って、少なくとも異常発生時刻までに得られた加速度信号Ｓ１〜Ｓ４は、高度な信頼性に基づくものと言える。なお、記憶部７は、演算部３や関連情報算出部５の一部として設けられていてもよいし、感震器２に付属していてもよい。
【００６０】
センサテスト部８は、加速度センサ２１〜２４を個別に検査するための手段である。センサテスト部８は、加速度センサ２１〜２４のそれぞれが有するテスト端子（例えばコイルの一端）に定電流パルス信号Ｓ５１を印加し、各加速度センサ２１〜２４から応答信号Ｓ５２を入力する。センサテスト部８は、いずれかの加速度センサ２１〜２４の応答信号Ｓ５２が異常である場合に、加速度センサの故障を示す故障信号Ｓ５３を演算部３の切替部４０へ出力する。
【００６１】
また、地震計システム１は、各加速度センサ２１〜２４からの加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を上位システムへ出力するための出力端１ｄを備えている。地震計システム１は、出力端１ｄを介して加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を上位システムへ出力する。なお、このとき、アナログ信号である加速度信号Ｓ１〜Ｓ４をデジタル信号へ変換するためのＡ／Ｄ変換部を、地震計システム１がさらに備えることが好ましい。
【００６２】
また、地震計システム１は、上記各部の他に、各加速度センサ２１〜２４から出力された加速度信号Ｓ１〜Ｓ４、関連情報算出部５から出力された地震関連情報Ｓ９、故障検出部３０から出力された故障信号Ｓ１１〜Ｓ１４、及び監視部から出力された故障信号Ｓ１９を、上位システムへ出力するための図示しないインターフェース部をさらに備えていることが好ましい。このインターフェース部は、例えば通信用インターフェース回路等によって実現される。このようなインターフェース部を備えることにより、地震計システム１は、複数の地震計からの地震関連情報を総合的に処理する上位システムへ各信号を確実に提供できる。
【００６３】
以上の構成を備える地震計システム１の動作について説明する。まず、各加速度センサ２１〜２４が地面の加速度に応じて加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する。加速度信号Ｓ１〜Ｓ４は、故障検出部３０、監視部３５、切替部４０、及び記憶部７に与えられる。記憶部７では、加速度信号Ｓ１〜Ｓ４が記憶される。また、故障検出部３０及び監視部３５において故障が検出されないときは、切替部４０において加速度信号Ｓ１〜Ｓ４が加速度信号Ｓ５〜Ｓ８として関連情報算出部５に提供され、関連情報算出部５において震度等の地震関連情報Ｓ９が算出される。地震関連情報Ｓ９は、上位システムへ出力される。
【００６４】
加速度信号Ｓ１〜Ｓ４は、故障検出部３０において異常検出部３１、ＬＰＦ異常検出部３２、ＨＰＦ異常検出部３３、及び帯域異常検出部３４に提供される。これらのうち少なくとも１つの異常検出部が加速度信号Ｓ１〜Ｓ４の異常を検出すると、故障検出部３０は故障信号Ｓ１１〜Ｓ１４を上位システムへ出力するとともに、故障信号Ｓ１５〜Ｓ１８を切替部４０へ提供する。切替部４０は、故障が検出された加速度センサについて、帯域異常以外の故障のときは他の正常な加速度センサから補完信号を生成し、正常な加速度信号及び補完信号を関連情報算出部５に提供する。また、センサテスト部８において故障が検出された場合にも、切替部４０は、正常な加速度信号及び補完信号を関連情報算出部５に提供する。また、少なくとも１つの加速度信号が帯域異常である場合には、切替部４０は、異常な周波数帯域をマスク処理された加速度信号を関連情報算出部５に提供する。こうして、地震計システム１は、加速度センサの故障後も地震関連情報Ｓ９を算出することができる。
【００６５】
以上に説明した感震器２及び地震計システム１が有する効果について説明する。本実施形態の感震器２は、上述したように４つの加速度センサ２１〜２４を備え、測定軸方向２１ａ〜２４ａにおける加速度成分のベクトルが互いに相殺されるように、或いは測定軸方向２１ａ〜２４ａが略等角をなすように、加速度センサ２１〜２４が支持されている。従って、あらゆる方向の加速度に対し、各加速度センサ２１〜２４において測定された加速度成分ベクトルのベクトル和が理論上は零ベクトルとなる。実際には、加速度センサの取り付け誤差や測定誤差、加速度信号Ｓ１〜Ｓ４に含まれる電気的ノイズ等が加速度成分に含まれているが、加速度成分のベクトル和の絶対値は常に一定値以下となる。そして、いずれかの加速度センサが故障した場合には、この法則が成立せず、各加速度成分のベクトル和が所定の閾値を超えることとなる。従って、本実施形態の感震器２によれば、加速度成分のベクトル和を求めることによって加速度センサ２１〜２４の故障を確実に検出することができる。また、１つの加速度センサが故障しても、残りの３つの加速度センサによって三次元の加速度を測定し続けることが可能である。以上のことから、本実施形態の感震器２によれば、加速度センサ２１〜２４とは別の故障検出装置を設けなくとも加速度センサ２１〜２４の故障を確実に検出可能な、信頼性が極めて高い感震器を提供できる。
【００６６】
また、このように、感震器２ではあらゆる方向の加速度に対して各加速度成分のベクトル和の絶対値が常に一定値以下となる。従って、演算部３は、本実施形態のように故障検出部３０において加速度成分のベクトル和と所定の閾値との大小関係に基づいて加速度センサ２１〜２４の故障を検出することが好ましい。これにより、加速度センサ２１〜２４の故障を確実に且つ自動的に検出できる高信頼性の地震計システム１を実現できる。
【００６７】
また、本実施形態のように、演算部３は、加算反転部１１〜１４において、加速度センサ２１〜２４のうち故障した加速度センサにおける加速度成分を、他の正常な加速度センサにおける加速度成分に基づいて算出して補完することが好ましい。これによって、加速度センサ２１〜２４のうちいずれかの加速度センサが故障した場合においても震度等の地震関連情報を得ることができるので、信頼性をさらに高めることができる。
【００６８】
また、本実施形態のように、演算部３は、監視部３５において、加速度センサ２１〜２４のそれぞれによって測定される重力加速度成分を監視することによって加速度センサ２１〜２４の故障を検出することが好ましい。各加速度センサ２１〜２４には一定の重力加速度が常に加わっているため、この重力加速度の各加速度センサ２１〜２４における成分を常時監視することによって、各加速度センサ２１〜２４それぞれの故障を地震時以外においても検出可能となる。従って、地震計システム１の信頼性をより高めることができる。また、感震器２は、図３（ａ）に示したように、加速度センサ２１の測定軸方向２１ａがｕｄ軸に沿うように（すなわち図２に示した底板２５ａが水平になるように）設置されることが好ましいので、加速度センサ２１〜２４によって測定される重力加速度成分を監視することによって、感震器２の水平設置状態の良否を容易に知ることができる。なお、このように加速度センサ２１〜２４において重力加速度成分を監視する場合には、各加速度センサ２１〜２４の測定軸方向２１ａ〜２４ａが水平方向に沿っていると重力加速度成分がゼロとなるため、測定軸方向２１ａ〜２４ａが水平方向に対して０°より大きな角度を成すことが好ましい。
【００６９】
また、本実施形態のように、演算部３は、切替部４０において、加速度センサ２１〜２４が加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を関連情報算出部５へ出力するための配線の接続状態／非接続状態を、故障信号Ｓ１５〜Ｓ１８及びＳ５３に基づいて切り替えることが好ましい。これによって、故障した加速度センサを、地震計システム１を動作させた状態で修理・交換することができるので、地震計システム１の稼働率向上につながる。
【００７０】
また、本実施形態の地震計システム１は、加速度センサ２１〜２４からの加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を記憶する記憶部７を備えている。これによって、記憶部７に記憶された加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を事後的に検証することができるので、地震計システム１が演算部３を備えない場合であっても、加速度センサの故障による誤った加速度信号を確実に見分けることができる。また、故障した加速度センサの加速度信号を除外して地震関連情報を算出することができる。結果的に、極めて信頼性の高い地震計システム１を提供できる。
【００７１】
また、本実施形態の地震計システム１は、４つの加速度センサ２１〜２４からの加速度信号Ｓ１〜Ｓ４を上位システムへ提供するための出力端１ｄを備えている。これにより、上位システムにおいて加速度成分のベクトル和をチェックすることによって、加速度センサ２１〜２４の確かな故障情報を上位システムにおいて認識できる。従って、加速度センサの故障による誤った加速度信号を上位システムにおいて確実に排除することができる。結果的に、極めて信頼性の高い地震計システム１を提供できる。
【００７２】
また、本実施形態のように、地震計システム１は、加速度センサ２１〜２４のうち少なくとも３つの加速度センサからの加速度信号に基づいて、地震関連情報Ｓ９を算出する関連情報算出部５をさらに備えることが好ましい。これによって、信頼性の高い地震関連情報Ｓ９を容易に得ることができる。
【００７３】
また、本実施形態のように、地震計システム１では、加速度センサ２１〜２４のうち２つの加速度センサ２１及び２２の測定軸２１ａ及び２２ａの方向が三次元直交座標系の２つの軸（ｕｄ軸及びｎｓ軸）からなる平面に沿うとともに、加速度センサ２１及び２２のうち一方の加速度センサ２１の測定軸２１ａの方向が２つの軸（ｕｄ軸及びｎｓ軸）のうち一方の軸（ｕｄ軸）に沿うように、感震器２が配置されていることが好ましい。感震器２がこのように配置されることによって、上述した数式（１）〜（３）に示したように、加速度ベクトルａｕｄ、ａｎｓ、及びａｅｗを求める際の演算量を低減することができる。また、上述した数式（４）に示したように、加速度の大きさａも簡易な計算によって求めることができる。
【００７４】
また、本実施形態のように、演算部３は、帯域異常検出部３４において、加速度成分に含まれる所定の周波数成分のベクトル和に基づいて、加速度成分における異常な周波数成分を検出してもよい。この場合、加速度センサ２１〜２４の故障に対して周波数領域での詳細な不具合解析を行うことができ、異常の種別を特定することが容易になる。
【００７５】
また、本実施形態のように、演算部３は、帯域異常検出部３４において、異常な周波数帯域成分を加速度成分から除去（マスク処理）してもよい。地震波の周波数帯域とは異なる帯域に異常が検出された場合、地震波の周波数帯域における加速度信号は正常である場合がある。従って、加速度成分における異常な周波数成分を含む帯域を帯域異常検出部３４においてマスク処理することにより、加速度センサ２１〜２４の稼働率を向上することができる。
【００７６】
本発明による感震器及び地震計システムは、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態の演算部及び関連情報算出部は感震器の外部に設けられているが、演算部及び関連情報算出部は感震器の内部に設けられても良い。或いは、演算部及び関連情報算出部の内部要素のうちの一部が感震器の内部に設けられてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る地震計システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２（ａ）は、本実施形態の感震器の平面図である。また、図２（ｂ）は、感震器の側面図であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）に示した感震器のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は、測定軸方向ベクトルの相対関係を示す斜視図である。図３（ｂ）は、測定軸方向ベクトルの相対関係を鉛直上方から見た平面図である。
【図４】図４は、演算部が有する故障検出部の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、演算部が有する加算反転部及び切替部の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、関連情報算出部の内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７８】
１…地震計システム、１ａ〜１ｄ…出力端、２…感震器、３…演算部、５…関連情報算出部、７…記憶部、８…センサテスト部、１１〜１４…加算反転部、１５…Ａ／Ｄ変換部、２１〜２４…加速度センサ、２１ａ〜２４ａ…測定軸、２５…支持体、３０…故障検出部、３１…異常検出部、３２…ＬＰＦ異常検出部、３３…ＨＰＦ異常検出部、３４…帯域異常検出部、３５…監視部、４０…切替部、５１…波形記録部、５２…震度演算部、５３…応答値・ＳＩ値処理部、５４ａ〜５４ｉ…妥当性チェック部、Ｓ１〜Ｓ４，Ｓ５〜Ｓ８…加速度信号、Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ１５〜Ｓ１８，Ｓ１９，Ｓ５３…故障信号、Ｓ２１〜Ｓ２４…加速度信号、Ｓ３１〜Ｓ３４…補完信号、Ｓ５１…定電流パルス信号、Ｓ５２…応答信号、Ｓ９…地震関連情報、Ｓ９１…震度情報、Ｓ９２…応答値情報、Ｓ９３…ＳＩ値情報。
【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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