(57)【要約】【課題】地震と衝撃の判別を精度良く行うと共に、地震の強度を演算することが可能な、感震装置を提供すること。【解決手段】加えられた振動の加速度の大きさに応じた加速度値を逐次出力する加速度センサ１０と、加速度値から地震と衝撃を識別し判定する地震判定部１１と、加速度値から震度相当値を演算する震度演算部１２とを備え、地震判定部１１は、加速度値を所定の閾値で二値化した二値（０と１）の発生パターンから地震と衝撃を識別し判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加えられた振動の加速度の大きさに応じた加速度値を逐次出力する加速度センサと、
前記加速度値から地震と衝撃を識別し判定する地震判定部と、
前記加速度値から震度相当値を演算する震度演算部と、
を備えた感震装置。
【請求項２】
前記地震判定部は、前記加速度値を所定の閾値で二値化した二値（０と１）の発生パターンから地震と衝撃を識別し判定することを特徴とする請求項１記載の感震装置。
【請求項３】
前記所定の閾値を加速度値ゼロとした請求項２記載の感震装置。
【請求項４】
前記地震判定部は、前記発生パターンから所定期間の二値が変化する周波数を求め、該周波数が所定値以上の場合に衝撃と判定することを特徴とする請求項２又は３記載の感震装置。
【請求項５】
前記地震判定部は、所定の閾値で二値化した値が閾値未満の値（０）から閾値以上の値（１）へ変化する回数が、所定期間に所定回数未満の場合に衝撃と判定することを特徴とする請求項２又は３記載の感震装置。
【請求項６】
逐次出力される前記加速度値を記録する記録部を有し、
前記震度演算部は、前記地震判定部で地震と判定された場合に、前記記録部に記録された加速度値を用いて震度相当値を演算することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の感震装置。
【請求項７】
前記震度演算部は、前記加速度センサが所定加速度値以上を出力した場合に、震度相当値を演算することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の感震装置。
【請求項８】
前記震度演算部で演算された震度相当値が所定以上か否かを判定する震度判定部を備え、前記震度判定部で震度相当値が所定値以上と判定し、且つ、前記地震判定部が地震と判定した場合に、地震有り信号を出力する請求項１〜７のいずれか１項に記載の感震装置。
【請求項９】
請求項１〜８に記載の感震装置と、地震発生時に安全を確保する保安機能を有し、
前記保安機能は、前記震度相当値が所定値以上で、且つ、前記地震判定部が地震と判定した場合に前記保安機能を動作させる保安装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地震と衝撃を識別できる感震装置及びこれを用いた保安装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
異常発生時にガスを遮断する機能を有するガス遮断装置においては、地震を検知した場合に、ガスの遮断を行う保安機能を搭載したものがあり、この為の感震装置が種々提案されている。
【０００３】
この様なガス遮断装置においては不要なガス遮断が発生しないようにする為、地震でない場合には遮断しないほうが好ましく、日常発生するようなガス配管を通して伝播される衝撃等を地震と判断して遮断しないようにする必要が有り、地震と衝撃を判別する機能を有する感震装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の感震装置は、規定の加速度以上の振動によりオンとオフの繰り返し信号を発生する感震器を用いるもので、一般的に地震波は周期、振幅共に不規則に変動するが、衝撃波は同一周期で振幅が時間の経過と共に次第に減衰していく波形となることに着目し、感震器のオン・オフ信号の各時間幅も地震の振動では不規則なものとなり、衝撃時の振動では全体的な傾向としてオンの時間幅は次第に減少し、オフの時間幅は次第に増加するといった規則性を示すようになることを利用して、地震と衝撃の識別を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１８７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の感震装置は、規定の加速度以上の振動によりオンとオフの繰り返し信号を発生する感震器を用いる為に、オンとオフの時間や周期により地震と衝撃の区別及び地震の大きさを判断する必要があり、地震の大きさに関しては正確に求めることができないという課題があった。また、感震器の構造で規定の加速度が決定される為に、種々の地震振動パターンや衝撃に対応できず誤判定の可能性も有った。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、加速度センサを用いることにより、地震と衝撃の判別を精度良く行うと共に、地震の強度を演算することが可能な感震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】
【０００８】
前記従来の課題を解決するために、本発明の感震装置は、加えられた振動の加速度の大きさに応じた加速度値を逐次出力する加速度センサと、前記加速度値から地震と衝撃を識別し判定する地震判定部と、前記加速度値から震度相当値を演算する震度演算部と、を備えたものである。
【０００９】
これによって、地震と衝撃の判別を精度良く行うと共に、地震の強度を演算することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の感震装置は、地震と衝撃の判別を精度良く行うと共に、地震の強度を演算することが可能となり、また、この感震装置を利用した保安装置の誤動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態１における感震装置のブロック図
【図２】（ａ）地震振動による加速度波形図、（ｂ）衝撃振動による加速度波形図
【図３】（ａ）地震振動による加速度波形図とその二値化グラフ、（ｂ）衝撃振動による加速度波形図とその二値化グラフ
【図４】（ａ）地震振動による加速度波形図とその二値化グラフ、（ｂ）衝撃振動による加速度波形図とその二値化グラフ
【図５】実施の形態２における衝撃振動による加速度波形図とその二値化グラフ
【図６】実施の形態３における感震装置のブロック図
【図７】実施の形態４における感震装置のブロック図
【図８】実施の形態５におけるガス遮断装置の概略図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、加えられた振動の加速度の大きさに応じた加速度値を逐次出力する加速度センサと、前記加速度値から地震と衝撃を識別し判定する地震判定部と、前記加速度値から震度相当値を演算する震度演算部と、を備えた感震装置であり、地震と衝撃の判別を精度良く行うと共に、地震の強度を演算することが可能となる。
【００１３】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記地震判定部は、前記加速度値を所定の閾値で二値化した二値（０と１）の発生パターンから地震と衝撃を識別し判定することを特徴とするもので、加速度のパターン判定を簡素化することができ、マイクロコンピュータでの処理が容易となる。
【００１４】
第３の発明は、特に、第２の発明において、前記所定の閾値を加速度値ゼロとしたものである。
【００１５】
第４の発明は、特に、第２または３の発明において、前記地震判定部は、前記発生パターンから所定期間の二値が変化する周波数を求め、該周波数が所定値以上の場合に衝撃と判定することを特徴とするものである。
【００１６】
第５の発明は、特に第２または３の発明において、前記地震判定部は、所定の閾値で二値化した値が閾値未満の値（０）から閾値以上の値（１）へ変化する回数が、所定期間に所定回数未満の場合に衝撃と判定することを特徴とするものである。
【００１７】
第６の発明は、特に第１〜５のいずれか１つの発明において、逐次出力される前記加速度値を記録する記録部を有し、前記震度演算部は、前記地震判定部で地震と判定された場合に、前記記録部に記録された加速度値を用いて震度相当値を演算することを特徴とするものである。
【００１８】
第７の発明は、特に第１〜６のいずれか１つの発明において、前記震度演算部は、前記加速度センサが所定加速度値以上を出力した場合に、震度相当値を演算することを特徴とするものである。
【００１９】
第８の発明は、特に第１〜７のいずれか１つの発明において、前記震度演算部で演算された震度相当値が所定以上か否かを判定する震度判定部を備え、前記震度判定部で震度相
当値が所定値以上と判定し、且つ、前記地震判定部が地震と判定した場合に、地震有り信号を出力するものである。
【００２０】
第９の発明は、特に第１〜８のいずれか１つの発明の感震装置と、地震発生時に安全を確保する保安機能を有し、前記保安機能は、前記震度相当値が所定値以上で、且つ、前記地震判定部が地震と判定した場合に前記保安機能を動作させる保安装置としたものである。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における感震装置のブロック図を示すものである。
【００２２】
図１において、加速度センサ１０は、地震等の振動を検知し、加速度に応じた加速度値を逐次出力する。地震判定部１１は、加速度センサ１０の加速度値から地震と衝撃を識別し判別する。震度演算部１２は、加速度センサ１０の加速度値を用い、所定の演算方法により震度相当値を演算する。加速度判定部１３は加速度センサ１０が所定以上の加速度値を出力したことを判定する。そして、加速度判定部１３が所定以上の加速度値と判定した場合、地震判定部１１と震度演算部１２に加速度値を出力し、判定や演算をするように指示する。
【００２３】
地震判定部１１と震度演算部１２は、加速度判定部１３の指示により、判定と演算を所定期間実行し、地震の有無を示す地震判定信号（信号ａ−１）、震度の大きさを示す震度相当値（信号ａ−２）を出力する。地震判定部１１と震度演算部１２と加速度判定部１３はマイクロコンピュータ（図示せず）による処理で実現することができる。
【００２４】
図２（ａ）は、加速度センサで得られる地震振動による加速度波形であり、（ｂ）は衝撃を受けた場合の振動（以下、衝撃振動と称す）による加速度波形の一例を示すものであり、特に、配管に接続されたガス遮断装置に搭載される感震装置で計測される衝撃振動による加速度波形を例示している。この場合、ガス遮断装置の筐体は配管の固有周波数の影響を受ける為に、振動が継続する。
【００２５】
図に示すように、地震と衝撃の加速度の振動パターンには明らかに異なっており、地震は不規則な振動パターンを示し、衝撃による波形は衝撃が加わった初期を除いて、周期がほぼ一定であり、次第に減衰する傾向がある。
【００２６】
地震判定部１１は、この地震と衝撃とで振動波形が異なることを利用して地震と衝撃を識別し判別するものである。
【００２７】
震度演算部１２で演算する震度相当値は、地震の大きさの指標値として、気象庁の定める計測震度、或いは、地震動がどの程度、建築物に被害を及ぼすかを計る指標としてのＳＩ値等であり、加速度センサ１０が出力する加速度値を基に、演算することができる。
【００２８】
また、加速度判定部１３で所定の加速度を検出した場合、すなわち振動が生じた時のみ地震判定と震度相当値を演算するので、判定や演算で消費する電力を抑制することができる。特に震度相当値の演算は複雑な数値計算処理で実現されるので、マイクロコンピュータの消費電力を軽減し、電源としての電池の消耗を抑制する。
【００２９】
以上の構成により、加速度センサ１０の加速度値を基に、地震か衝撃かを判別すると同時に地震の大きさを示す震度相当値を求めることが可能な感震装置を実現できる。
【００３０】
次に、図３を用いて、地震判定部１１における地震と衝撃の具体的な判別方法を例示する。
【００３１】
図３（ａ）は、地震振動による加速度波形と、この加速度波形を閾値Ａにより０，１に二値化（閾値Ａ以上を１、未満を０とする）したグラフである。また、図３（ｂ）は、衝撃振動による加速度波形と、この加速度波形を閾値Ａにより０，１に二値化（閾値Ａ以上を１、未満を０とする）したグラフである。例えば、閾値Ａは震度４の地震で生じる概加速度相当の５０ｇａｌとする。ガス遮断装置としては震度５強を判定してガスを遮断するため、その震度になる前に加速度波形を二値化することが好ましい。
【００３２】
図３から分かるように、地震振動では、二値化した値１の幅はランダムで、発生タイミングもランダムであることが分かり、一方、衝撃振動では、二値化した値１の発生タイミングが、ほぼ一定であり、徐々にその時間が短くなっていることが分かる。
【００３３】
従って、地震判定部１１は、このパターンの違いで地震と衝撃を識別し、判別することができる。この方法によると、加速度波形を演算に用いるのと同時に所定の閾値で二値化することで値０、１と時間で表すことができ、加速度波形そのものを解析するよりも簡単に判断することができる。
【００３４】
地震振動の主周波数はおよそ６Ｈｚまでと低周波であり、１ｍ程度の一般的な配管に設置されたガス遮断装置の衝撃振動の主周波数はおよそ１０Ｈｚである。デジタルフィルタの手法でローパスフィルタを通し高周波成分を除去し衝撃振動を判別する方法も考えられるが、この方法では、ローパスフィルタを実現する処理が複雑で電池消耗の負担となる。
【００３５】
また、衝撃振動は地震振動と比べ加速度変動が大きく低周波成分を含む複合波形であり、地震周波数帯にも大きな加速度変化が存在し、震度演算において地震相当の演算値となってしまうが、加速度値の二値化によると数値比較での簡素な処理により、波形の違いの特徴をパターン化することができる。
【００３６】
なお、この所定の閾値は固定の値でもよいが、振動の大きさ等で地震と衝撃の識別が難しい場合には、可変することで特徴をより明確に抽出することが可能となる。
【００３７】
次に、図４を用いて他の実施例を示す。図４は、上記の閾値Ａを加速度値ゼロとしたもので、図４（ａ）は、地震振動による加速度波形と、この加速度波形を閾値Ａにより０，１に二値化（閾値Ａ以上を１、未満を０とする）したグラフである。また、図４（ｂ）は、衝撃振動による加速度波形と、この加速度波形を閾値Ａにより０，１に二値化（閾値Ａ以上を１、未満を０とする）したグラフである。
【００３８】
図４から分かるように、地震振動では、二値化した値１の幅はランダムで、発生タイミングもランダムであることが分かり、一方、衝撃振動では、二値化した値１の発生タイミングが、ほぼ一定であり、二値化した値１と値０の時間間隔がほぼ同じなっていることが分かる。
【００３９】
従って、地震判定部１１は、異なる特徴によるパターンの違いで地震と衝撃を識別し、判別することができる。
【００４０】
そして、地震判定部１１は、二値化したデータを元に、その周波数を求める。地震振動の場合は周期が一定しないので、二値化データに継続して繰り返す周期を求めることは困難であるが、衝撃振動の場合は、周期がほぼ一定している為、二値化データより周期を求
めることができる。そして、この周期が衝撃振動特有の周期であれば、衝撃による振動と判定する。
【００４１】
この感震装置をガス遮断装置に適用する場合の一例として、ガス遮断装置に接続された配管振動の固有周波数（６Ｈｚ以上＝配管長１３０ｍｍ以下）での継続的な揺れを想定した場合であれば、６Ｈｚ以上に設定することで、衝撃の判別ができる。
（実施の形態２）
次に、地震判定部１１における地震と衝撃の識別の他の実施例を例示する。
【００４２】
図５は、衝撃振動の他の事例で、図２（ｂ）に示すような配管の固有振動を受けず、単発的に短期間で振動が終息する場合の加速度波形と閾値Ａによる二値化したグラフを示す。
【００４３】
このような単発的な衝撃振動の場合、前述のような周期や規則性を見出すことが困難であるが、本実施の形態の地震判定部１１では、閾値Ａ（震度４相当≒５０ｇａｌ）以上を検出した場合、所定時間ｔ１の計時を行い、ｔ１経過後に別の所定時間ｔ２の計時を行う。そして、この所定時間ｔ２に発生する二値化データの値０から値１に変化する回数をカウントし、このカウント値が所定回数未満の場合に衝撃振動と判別する。このグラフの場合値１の数は１個となり、この数が所定回数（例えば３個）未満であるので単発的な衝撃によるものと判断することができる。
【００４４】
なお、所定時間ｔ１は単発的な衝撃振動において加速度値が変動している時間とし、衝撃による激しい加速度変化が生じている間はカウントしないようにしている。ガス遮断装置では２から３秒程度である。所定時間ｔ２は５秒程度とし、ｔ１＋ｔ２は地震の継続時間と比較し小さいものとする。継続時間が短い地震は一般的にその規模も小さく、ガス遮断装置が遮断に至る震度相当に至らないので、地震判定部１１が衝撃と誤判定しても支障はない。
（実施の形態３）
図６は、実施の形態３における感震装置２００のブロック図を示すものである。
【００４５】
図１と符号が同じものは実施形態１と同様な動作であり説明を省略する。実施の形態１と異なるのは加速度値を逐次記録する記録部１４を備えた点である。図６において、加速度判定部１３は、加速度センサ１０が所定以上の加速度値を出力したことを判定し、地震判定部１１と記録部１４に加速度値を出力し、地震判定部１１に判定するように指示する。記録部１４は加速度値を逐次記録する。地震判定部１１は、地震と判別した時、震度演算部１２に演算するように指示する。震度演算部１２は、記録部１４からデータを読込み、震度相当値を演算する。
【００４６】
このように、地震判定部１１が衝撃振動と判断した場合は、震度演算を実施しないので電池の消耗を更に抑制することができる。記録部１４はマイクロコンピュータ（図示せず）に備わったＲＡＭやフラッシュメモリにより実現することができる。
（実施の形態４）
図７は、実施の形態４における感震装置３００のブロック図を示すものである。
【００４７】
図１と符号が同じものは実施形態１と同様な動作であり説明を省略する。実施の形態１と異なるのは震度判定部１５、出力判定部１６を備えた点である。
【００４８】
そして、出力判定部１６は、地震判定部１１が地震と判定し、且つ、震度判定部１５が震度演算部１２が演算した震度相当値が所定の値以上であると判定した時、信号ｂ（地震有り信号）を出力する。
【００４９】
ここで、所定の値は、保安装置を機能させるかどうかを判定する為の値であり、ガス遮断装置の場合、遮断すべき値であるおよそ震度５強相当に設定される。
【００５０】
従って、本実施の形態の感震装置３００を用いると、信号ｂ（地震有り信号）を受けた保安装置は、信号処理を行うことなく、即座に、保安機能を動作させることができる。
（実施の形態５）
図７は、本願の感震装置１００，２００,３００のいずれかを搭載した保安装置としてガス遮断装置を示した概略図である。
【００５１】
図において、ガス遮断装置２０は、ガス導入用の配管３１と接続される入口部２１、ガス導出用の配管３２が接続される出口部２２、入口部２１と出口部２２との間に構成されたＵ字状に形成されたガス流路２３、ガス流路２３の中間に配置されガスの流量を計測する流量計測部２４、流量計測部２４よりも上流側に配置され異常検知時にガスを遮断する保安機能としての遮断弁２５、及び、流量計測部２４の検知信号からガス流量の演算、異常の有無を判断し異常時に遮断弁２５を駆動する制御回路２６が実装された回路基板２７から構成されている。
【００５２】
感震装置１００（２００、３００）は、この回路基板２７に搭載され、信号ａ（信号ａ−１：地震判定信号、信号ａ−２：震度相当値）或いは、信号ｂ（地震有り信号）を制御回路２６に出力する。信号ａを受けた制御回路２６は、信号ａ−１の地震判定信号が地震（衝撃でない）を判定し、且つ、信号ａ−２の震度相当値がガスを遮断すべき値（およそ震度５強相当）であると判定した時、遮断弁２５を動作させてガスを遮断することで、安全を確保することが出来る。
【００５３】
また、制御回路２６は、信号ａ−１の地震判定信号が地震でない場合、震度相当値が震度５相当以上であってもガスを遮断しない様にすることで、衝撃による配管振動等の生活振動（ノイズ）でガスを遮断することが無く、利便性も向上する。
【００５４】
また、制御回路２６は、信号ｂ（地震有り信号）を受けた場合は、即座に遮断弁２５を動作させてガスを遮断することができる。
【００５５】
なお、地震判定部１１、震度演算部１２、加速度判定部１３、記録部１４はマイクロコンピュータの処理やＲＡＭで実現可能であるため、ガス遮断装置２０の制御回路２６に備えたマイクロコンピュータにおいて本感震装置の処理を実現しても同様な効果が得られる。
【００５６】
なお、信号ａは、震度相当値に限らず、衝撃の有無を含めるなど、感震装置１００で検出できるものであれば限定はされない。例えば、本実施例では説明していないが、感震装置で落下による衝撃を判別できるように構成し、信号ａ、信号ｂとして落下の有無を制御回路２６に送信することで、制御回路２６は、表示等によりガス遮断装置が落下により損傷を受けた可能性があることを報知するなど、適切な対応を行うことが出来る。
【００５７】
以上のように、本願発明の感震装置を保安装置に搭載することで、必要なときのみ保安機能を動作させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
以上のように、本願発明の感震装置によれば、地震を確実に判別でき、震度相当値を出力できるので、ガス遮断装置のみならず、地震により電力を遮断したり、水道を遮断するなどの保安装置に適用できる。
【符号の説明】
【００５９】
１０  加速度センサ
１１  地震判定部
１２  震度演算部
１３  加速度判定部
１４  記録部
１５  震度判定部
２０  ガス遮断装置（保安装置）
２５  遮断弁（保安機能）
１００、２００、３００  感震装置
【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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