(57)【要約】【課題】  振動センサーに関し、一軸に沿った方向に動く最低共振周波数の低い直進振動、並びに、回転振動が検出可能であり、また、直進振動と回転振動とを分離して出力することができる振動センサーを提供する。【解決手段】  振動センサーは、軸と、軸を中心とする回転方向に回転可能に軸支される第１コイルおよび第２コイルと、軸に対して固定されて第１コイルおよび第２コイルに鎖交する磁界を発生する磁気回路と、軸と第１コイルとの間に第１付勢力を作用させる第１付勢部材と、軸と第２コイルとの間に第１付勢力と反対向きの第２付勢力を作用させる第２付勢部材と、第１コイルに固定されて静止時に第１付勢力と釣り合う第１偏心力を作用させる第１偏心調整機構と、第２コイルに固定されて静止時に第２付勢力と釣り合う第２偏心力を作用させる第２偏心調整機構と、を備える。【選択図】  図１
2011209018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と、該軸を中心とする回転方向に回転可能に軸支される第１コイルおよび第２コイルと、該軸に対して固定されて該第１コイルおよび該第２コイルに鎖交する磁界を発生する磁気回路と、該軸と該第１コイルとの間に第１付勢力を作用させる第１付勢部材と、該軸と該第２コイルとの間に該第１付勢力と反対向きの第２付勢力を作用させる第２付勢部材と、該第１コイルに固定されて静止時に該第１付勢力と釣り合う第１偏心力を作用させる第１偏心調整機構と、該第２コイルに固定されて静止時に該第２付勢力と釣り合う第２偏心力を作用させる第２偏心調整機構と、を備え、
該第１コイルならびに該第２コイルが回転する運動時に、該第１コイルに発生する第１起電力を第１出力端子に出力し、該第２コイルに発生する第２起電力を第２出力端子に出力する、振動センサー。
【請求項２】
前記振動センサーが、前記軸を中心とする前記回転方向に回転運動する場合に、前記第１コイルおよび前記第２コイルが相互に同一の該回転方向に回転し、
該振動センサーが、該軸と直交する一の方向に直進運動する場合に、該第１コイルおよび該第２コイルが相互に反対の該回転方向に回転する、
請求項１に記載の振動センサー。
【請求項３】
軸と、該軸を中心とする回転方向に回転可能に軸支されるコイルと、該軸に対して固定されて該コイルに鎖交する磁界を発生する磁気回路と、該軸と該コイルとの間に付勢力を作用させる付勢部材と、該コイルに固定されて静止時に該付勢力と釣り合う偏心力を作用させる偏心調整機構と、を有して、該コイルが回転する運動時に起電力を出力端子に出力する回転振動センサーを２つ備え、
２つの該回転振動センサーが、それぞれの該軸が一つの仮想の回転軸上に配置されるように連結されて、かつ、一方の該回転振動センサーの該付勢部材による該付勢力と、他方の該回転振動センサーの該付勢部材による該付勢力と、が相互に反対向きの該回転方向に加わるようにそれぞれ構成されて、
それぞれの該コイルが回転する運動時に、一方の該コイルに発生する第１起電力を第１出力端子に出力し、他方の該コイルに発生する第２起電力を第２出力端子に出力する、
振動センサー。
【請求項４】
前記振動センサーが、前記軸を中心とする前記回転方向に回転運動する場合に、一方の前記回転振動センサーの前記コイルおよび他方の前記回転振動センサーの前記コイルが相互に同一の該回転方向に回転し、
該振動センサーが、該軸と直交する一の方向に直進運動する場合に、一方の該回転振動センサーの該コイルおよび他方の該回転振動センサーの該コイルが相互に反対の該回転方向に回転する、
請求項３に記載の振動センサー。
【請求項５】
前記第１起電力と前記第２起電力とを加算する加算器をさらに有する、
請求項１から４のいずれかに記載の振動センサー。
【請求項６】
前記第１起電力と前記第２起電力とを減算する減算器をさらに有する、
請求項１から４のいずれかに記載の振動センサー。
【請求項７】
前記第１起電力と前記第２起電力とを加算する加算器と、該第１起電力と該第２起電力とを減算する減算器と、をさらに有する、
請求項１から４のいずれかに記載の振動センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
振動する物体に取り付けてその物体に加わる振動の様子を検出する振動センサー、あるいは、地層における振動を検知する振動センサーに関し、一軸に沿った方向に動く最低共振周波数の低い直進振動、並びに、直進振動の軸方向と直交する軸を中心とする回転振動が検出可能であり、また、直進振動と回転振動とを分離して出力することができる振動センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
振動する物体に加わる振動、あるいは、地層における振動を検知する振動センサーにおいては、コイルと磁気回路とを備える動電型の振動センサーがある。動電型の振動センサーでは、振動するコイル、または、振動する磁石をダンパー等の支持機構で中心保持し、振動の外力により、コイルと磁気回路とが相対的に運動するように構成されている。振動センサーでは、地層における低い周波数の振動を捉え、その振動エネルギーを高い変換効率で振動検出出力に変換することが要望されている。特に、往復動する磁石、または、往復動するコイルを備える動電型の振動センサーでは、小型化を図る場合に、コイルの重量、あるいは、ダンパーのスティフネスの限界、等により最低共振周波数を十分低くできずに高くなり、また、変換効率が低くなりやすいという不利な点がある。したがって、従来には、これらの問題を解決するために様々な振動センサーが提案されている。
【０００３】
従来には、中央ポールピース、磁石、コイル、を有しており、前記磁石及び前記コイルは前記ポールピースの周りに同心状に配設されており、前記磁石の位置は前記ポールピースと相対的に固定されており且つ前記コイルは前記磁石と相対的に移動可能である振動変換器がある（特許文献１）。ここで、コイルは、前記磁石と前記ポールピースとの間に位置されており且つ前記磁石に関して弾性的に装着され、前記ポールピースの周りに位置されているボビン上に装着されて、前記ボビンがスプリングによって装着されている。
【０００４】
また、従来には、振動する物体に加わる回転振動を検出する振動センサーがある。例えば、空間において回転する運動体上で慣性力測定器により運動体の空間回転角を測定する場合に、空間で回転する運動体にその回転面に直角の方向に可動コイルの軸を一致させて取付けた直流電流計型測定ユニツトにおいて上記運動体の回転時に上記ユニツトの可動部に作用する慣性トルクによる上記コイルの空隙磁場内の回転運動によって生じる上記コイルの出力電圧を計測し、且つこの計測値を積分するように構成した測定器と、この測定器の出力値を２回積分する手段とを具え、上記運動体の回転時の空間回転角を自動的に算定することを特徴とする空間回転角算定装置がある（特許文献２）。
【０００５】
また、磁化が所定の軸にほぼ平行に向き、物体の磁化領域の周囲に互いに分離し、この物体から間隔を保って配置されている複数の電気コイルで構成され、少なくとも部分的に磁化された物体の運動速度を磁気誘導検出するコイル系において、少なくとも４個のコイル３ａ〜３ｄを設け、それ等のうちそれぞれ２個のコイル３ａ，３ｃおよび３ｂ，３ｄを２つの磁極４ａ，４ｂの近くに回転軸５に対称に配設し、回転軸５と４個のコイル３ａ〜３ｄの軸６ａ〜６ｄとが平面７内にあり、互いに平行であることを特徴とするコイル系がある（特許文献３）。複数の電気コイルで構成されているコイルは、前記物体の磁化された領域の周囲で互いに分離し、間隔を置いて配設されているので、物体の運動速度に比例する誘導電圧がコイル中に生じる。このコイル装置では、物体の運動速度を妨害磁界に殆ど影響されずに検出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００５−５２２６６７号公報（図１〜１６）
【特許文献２】特公平４−４５０４１号公報（図１〜３）
【特許文献３】特公平４−３７９５３号公報（図１〜３）
【０００７】
特許文献１に記載の往復動するコイルを備える動電型の振動センサー、または、往復動する磁石を備える動電型の振動センサーでは、小型化を図る場合に、コイルの重量、あるいは、ダンパーのスティフネスの限界、等により最低共振周波数が高くなりやすく、また、変換効率が低くなりやすいという不利な点がある。また、特許文献２に記載の空間回転角算定装置のような振動センサーでは、回転振動のみが検出可能で、直進振動を検出するには別の振動センサーを要するという問題がある。また、一般的に、物体に加わる振動は、回転振動と直進振動が加わった複雑なものであるので、振動センサーではこれらを分離して検出できるのが好ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の従来技術が有する問題を解決するためになされたものであり、その目的は、振動する物体に取り付けてその物体に加わる振動の様子を検出する振動センサー、あるいは、地層における振動を検知する振動センサーに関し、一軸に沿った方向に動く最低共振周波数の低い直進振動、並びに、直進振動の軸方向と直交する軸を中心とする回転振動が検出可能であり、また、直進振動と回転振動とを分離して出力することができる振動センサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の振動センサーは、軸と、軸を中心とする回転方向に回転可能に軸支される第１コイルおよび第２コイルと、軸に対して固定されて第１コイルおよび第２コイルに鎖交する磁界を発生する磁気回路と、軸と第１コイルとの間に第１付勢力を作用させる第１付勢部材と、軸と第２コイルとの間に第１付勢力と反対向きの第２付勢力を作用させる第２付勢部材と、第１コイルに固定されて静止時に第１付勢力と釣り合う第１偏心力を作用させる第１偏心調整機構と、第２コイルに固定されて静止時に第２付勢力と釣り合う第２偏心力を作用させる第２偏心調整機構と、を備え、第１コイルならびに第２コイルが回転する運動時に、第１コイルに発生する第１起電力を第１出力端子に出力し、第２コイルに発生する第２起電力を第２出力端子に出力する。
【００１０】
好ましくは、本発明の振動センサーは、振動センサーが、軸を中心とする回転方向に回転運動する場合に、第１コイルおよび第２コイルが相互に同一の回転方向に回転し、振動センサーが、軸と直交する一の方向に直進運動する場合に、第１コイルおよび第２コイルが相互に反対の回転方向に回転する。
【００１１】
また、本発明の振動センサーは、軸と、軸を中心とする回転方向に回転可能に軸支されるコイルと、軸に対して固定されてコイルに鎖交する磁界を発生する磁気回路と、軸とコイルとの間に付勢力を作用させる付勢部材と、コイルに固定されて静止時に付勢力と釣り合う偏心力を作用させる偏心調整機構と、を有して、コイルが回転する運動時に起電力を出力端子に出力する回転振動センサーを２つ備え、２つの回転振動センサーが、それぞれの軸が一つの仮想の回転軸上に配置されるように連結されて、かつ、一方の回転振動センサーの付勢部材による付勢力と、他方の回転振動センサーの付勢部材による付勢力と、が相互に反対向きの回転方向に加わるようにそれぞれ構成されて、それぞれのコイルが回転する運動時に、一方のコイルに発生する第１起電力を第１出力端子に出力し、他方のコイルに発生する第２起電力を第２出力端子に出力する。
【００１２】
また、好ましくは、本発明の振動センサーは、振動センサーが、軸を中心とする回転方向に回転運動する場合に、一方の回転振動センサーのコイルおよび他方の回転振動センサーのコイルが相互に同一の回転方向に回転し、振動センサーが、軸と直交する一の方向に直進運動する場合に、一方の回転振動センサーのコイルおよび他方の回転振動センサーのコイルが相互に反対の回転方向に回転する。
【００１３】
また、好ましくは、本発明の振動センサーは、第１出力端子に出力される第１起電力と第２出力端子に出力される第２起電力とを加算する加算器をさらに有し、加算器の出力を振動センサーの運動時の回転運動のセンサー出力として出力する。
【００１４】
また、好ましくは、本発明の振動センサーは、第１出力端子に出力される第１起電力と第２出力端子に出力される第２起電力とを減算する減算器をさらに有する。
【００１５】
また、好ましくは、本発明の振動センサーは、第１起電力と第２起電力とを加算する加算器と、第１起電力と第２起電力とを減算する減算器と、をさらに有する。
【００１６】
以下、本発明の作用について説明する。
【００１７】
本発明の振動センサーは、軸と、軸を中心とする回転方向に回転可能に軸支される第１コイルおよび第２コイルと、軸に対して固定されて第１コイルおよび第２コイルに鎖交する磁界を発生する磁気回路と、軸と第１コイルとの間に第１付勢力を作用させる第１付勢部材と、軸と第２コイルとの間に第１付勢力と反対向きの第２付勢力を作用させる第２付勢部材と、第１コイルに固定されて静止時に第１付勢力と釣り合う第１偏心力を作用させる第１偏心調整機構と、第２コイルに固定されて静止時に第２付勢力と釣り合う第２偏心力を作用させる第２偏心調整機構と、を備える。あるいは、本発明の振動センサーは、軸と、軸を中心とする回転方向に回転可能に軸支されるコイルと、軸に対して固定されてコイルに鎖交する磁界を発生する磁気回路と、軸とコイルとの間に付勢力を作用させる付勢部材と、コイルに固定されて静止時に付勢力と釣り合う偏心力を作用させる偏心調整機構と、を有して、コイルが回転する運動時に起電力を出力端子に出力する回転振動センサーを２つ備え、２つの回転振動センサーが、それぞれの軸が一つの仮想の回転軸上に配置されるように連結されている。
【００１８】
ここで、第１付勢部材による第１付勢力（もしくは、２つの回転振動センサーのうちの一方の回転振動センサーの付勢部材による付勢力）は、軸と第１コイルとの間で第１コイルを回転方向の一方の向きに動かすように作用する。また、第２付勢部材による第２付勢力（もしくは、２つの回転振動センサーのうちの他方の回転振動センサーの付勢部材による付勢力）は、軸と第２コイルとの間で第２コイルを回転方向の他方の向きに動かすように作用する。また、第１偏心調整機構ならびに第２偏心調整機構による第１偏心力ならびに第２偏心力（もしくは、２つの回転振動センサーのそれぞれの偏心調整機構による偏心力）は、それぞれ、静止時に第１付勢力と釣り合う回転方向、あるいは、静止時に第２付勢力と釣り合う回転方向に作用する。つまり、一方の付勢部材による付勢力と、他方の付勢部材による付勢力と、が相互に反対向きの回転方向に加わる、あるいは、一方の偏心調整機構による偏心力と、他方の偏心調整機構による偏心力と、が相互に反対向きの回転方向に加わる、ようにそれぞれ構成されている。なお、付勢部材は、代表的には巻バネであり、軸と付勢部材とを一体にして、コイルを支える軸が捻れる様に変形することで付勢力を発生させるものであっても良い。
【００１９】
すなわち、本発明の振動センサーでは、振動センサーの静止時には、それぞれのコイルが、軸を中心とする回転方向に回転可能に軸支され、付勢部材と偏心調整機構とにより静止している。一方、振動センサーの運動時には、第１コイル（もしくは、２つの回転振動センサーのうちの一方の回転振動センサーのコイル）ならびに第２コイル（もしくは、２つの回転振動センサーのうちの他方の回転振動センサーのコイル）が、振動センサーに加わる振動に伴ってそれぞれ回転する。振動センサーは、第１コイル（もしくは一方の回転振動センサーのコイル）に発生する第１起電力を第１出力端子に出力し、第２コイル（もしくは他方の回転振動センサーのコイル）に発生する第２起電力を第２出力端子に出力する。
【００２０】
本発明の振動センサーは、２つのコイルが、仮想的な場合を含めて共通する軸を中心に回転可能に配置されている。つまり、振動センサーが軸を中心とする回転方向に回転運動する場合には、第１コイル（もしくは、２つの回転振動センサーのうちの一方のコイル）および第２コイル（もしくは、２つの回転振動センサーのうちの他方のコイル）が相互に同一の回転方向に回転し、振動センサーが、軸と直交する一の方向に直進運動する場合に、第１コイルおよび第２コイルが相互に反対の回転方向に回転するように構成されている。具体的には、第１コイルの第１偏心調整機構を構成する偏心錘と、第２コイルの第２偏心調整機構を構成する偏心錘と、は、それぞれｚ軸を挟んで反対側に配置されている。その結果、振動センサーが回転運動する場合には、第１起電力と第２起電力とが同位相の関係となり、振動センサーが直進運動する場合には、第１起電力と第２起電力とが逆位相の関係となる。
【００２１】
したがって、本発明の振動センサーは、第１出力端子に出力される第１起電力と第２出力端子に出力される第２起電力とを加算する加算器、および／または、第１起電力と第２起電力とを減算する減算器と、をさらに有していれば、直進振動と回転振動とを分離して出力することができる。例えば、加算器の出力を振動センサーの運動時の回転運動のセンサー出力として出力し、減算器の出力を振動センサーの運動時の直進運動のセンサー出力として出力することができる。
【００２２】
また、振動センサーのコイルは、付勢部材による付勢力と偏心調整機構による偏心力とが、静止時に均衡して釣り合うように構成されている。したがって、コイルの重量に起因する慣性力が大きくなったとしても、ウェイトを移動させる偏心調整機構による偏心力を調整することで、付勢力と偏心力とを釣り合わせることができ、その結果、一軸に沿った方向に動く最低共振周波数の低い直進振動、並びに、最低共振周波数の低い回転振動が検出可能になる。地層における振動を検知する振動センサーでは、最低共振周波数を限りなく低くすることが要望されるので、地震などによる地層内の直進振動、並びに、回転振動を検出することができる。
【発明の効果】
【００２３】
振動する物体に取り付けてその物体に加わる振動の様子を検出する振動センサー、あるいは、地層における振動を検知する振動センサーに関し、一軸に沿った方向に動く最低共振周波数の低い直進振動、並びに、回転振動が検出可能であり、また、直進振動と回転振動とを分離して出力することができる振動センサーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の好ましい実施形態による振動センサー１を説明する斜視図およびブロックダイアグラムである。（実施例１）
【図２】本発明の好ましい実施形態による振動センサー１を構成する回転振動センサー１ａおよび１ｂを説明する分解展開図である。（実施例１）
【図３】本発明の好ましい実施形態による振動センサー１の静止時の状態を説明する図である。（実施例１）
【図４】本発明の好ましい実施形態による振動センサー１の回転振動時の動作を説明する図である。（実施例１）
【図５】本発明の好ましい実施形態による振動センサー１の直進振動時の動作を説明する図である。（実施例１）
【図６】本発明の好ましい実施形態による振動センサー１の回転振動時の出力信号を説明するグラフである。（実施例１）
【図７】本発明の好ましい実施形態による振動センサー１の回転振動時の出力信号の周波数特性を説明するグラフである。（実施例１）
【図８】本発明の好ましい実施形態による振動センサー１の直進振動時の出力信号を説明するグラフである。（実施例１）
【図９】本発明の好ましい実施形態による振動センサー１の直進振動時の出力信号の周波数特性を説明するグラフである。（実施例１）
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の好ましい実施形態による振動センサーについて説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。
【実施例１】
【００２６】
図１は、本発明の好ましい実施形態による振動センサー１を説明する斜視図およびブロックダイアグラムである。また、図２は、この振動センサー１を構成する回転振動センサー１ａおよび１ｂを説明する分解展開図である。なお、振動センサー１および検出回路２０の一部の構造や、説明に不要な内部構造等は、図示を省略している。
【００２７】
本実施例の振動センサー１は、２つの回転振動センサー１ａおよび１ｂを、一つの仮想の回転軸ｚに沿って配置するように連結した振動センサーである。２つの回転振動センサー１ａおよび１ｂは、内部にそれぞれ有するコイルが回転する運動時に、起電力をそれぞれの出力端子に出力する回転振動センサーであり、振動センサー１では、それぞれの軸が回転軸ｚに一致するように連結されている。この振動センサー１は、回転軸ｚを中心とする（図示する）Ｒ方向の回転振動時の運動と、回転軸ｚと直交する（図示する）Ｘ方向の直進振動時の運動と、を分離して検出することが出来る。
【００２８】
振動センサー１を構成する回転振動センサー１ａおよび１ｂは、それぞれの出力端子に接続する接続線２１ａおよび２１ｂを介して、検出回路２０の入力端子２２ａおよび２２ｂに接続する。検出回路２０は、入力端子２２ａおよび２２ｂにそれぞれ接続するプリアンプ２３ａおよび２３ｂと、プリアンプ２３ａおよび２３ｂの出力を加算する加算器２４と、プリアンプ２３ａおよび２３ｂの出力を減算する減算器２５と、加算器２４の出力を検出回路２０の出力とする出力端子２６と、減算器２５の出力を検出回路２０の出力とする出力端子２７と、を含む。振動センサー１および検出回路２０は、加算器２４の出力を振動センサー１の回転運動のセンサー出力として出力端子２６から出力し、減算器２５の出力を振動センサー１の直進運動のセンサー出力として出力端子２７から出力することができる。
【００２９】
回転振動センサー１ａおよび１ｂは、静止状態から運動状態に移る時にコイル３ａまたは３ｂが最初に回転しようとする回転方向が相互に反対側に設定されている点を除いて、共通する構成を有する回転振動センサーである。具体的には、回転振動センサー１ａ（１ｂ）は、筒状のヨーク８ａ（８ｂ）と、ヨーク８ａの内部で回転可能に軸支されるコイル３ａ（３ｂ）と、コイル３を上下に軸支する軸２ａ（２ｂ）と、軸２に対して固定されてコイル３に鎖交する磁界を発生するマグネット７ａ（７ｂ）と、軸２とコイル３との間に付勢力を作用させる付勢部材である巻バネ６ａ（６ｂ）と、コイル３に固定されて静止時に付勢力と釣り合う偏心力を作用させる偏心錘５ａ（５ｂ）およびレール４ａ（４ｂ）から構成される偏心調整機構と、を有する。したがって、以下において、回転振動センサー１ａおよび１ｂで共通するところは、一方の回転振動センサー１ａについて説明し、他方の回転振動センサー１ｂについては差異点を説明する。
【００３０】
回転振動センサー１ａは、ｚ軸方向長が約２６ｍｍ、その直径がφ約２６ｍｍの略円筒形状のヨーク８ａを有する小型で軽量な回転振動センサーである。鉄を含む磁性体の金属からなるヨーク８ａは、ヨーク８ａの一方の開口端に連結する蓋部１１ａと、他方の開口端を連結する蓋部１２ａと、により閉塞される。回転振動センサー１ａの蓋部１１ａは、もう一方の回転振動センサー１ｂの蓋部１１ｂに連結する。蓋部１２ａには出力端子１３ａが設けられており、蓋部１２ａの内部側で出力端子１３ａとコイル３ａとが接続する。略円筒形状のヨーク８ａの内部に於いて、コイル３ａは、非磁性のホルダー１４ａと上下二つの軸２ａとにより回転可能に保持され、ホルダー１４ａは、ヨーク８ａに固定されている。また、マグネット７ａは、略円筒形状のヨーク８ａの内部に於いて、非磁性のスペーサー１５ａによりヨーク８ａに固定されている。
【００３１】
マグネット７ａは、外径直径がφ約１８ｍｍで長さが約９ｍｍの円柱状の希土類の磁石の一部に平面を設けた磁石であって、マグネット７ａの円柱の右半分側と、円柱の左半分側とでそれぞれ異なる磁極（Ｎ極、Ｓ極）が現れるように径方向着磁されている。なお、希土類磁石とは、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系のネオジウム磁石、もしくは、Ｓｍ−Ｃｏ系のサマリウムコバルト磁石であって、磁石の最大エネルギー積（ＢＨ）ｍａｘが大きな値をとる磁石であり、残留磁化および保磁力がさらに大きく、小さい体積でも保磁力の強いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石であってもよい。もちろん、マグネット７ａは、フェライト系磁石であってもよい。マグネット７ａとヨーク８ａとは、コイル３に鎖交する磁界を発生する磁気回路を構成する。
【００３２】
本実施例の軸２ａは、材料が黄銅で成型されて、ホルダー１４ａの軸受孔に係合する軸部と、軸と反対側の端部がコイル３ａに連結する連結部を含む部品である。軸２ａは、巻バネ６ａの中心を通るように組み付けられてホルダー１４ａに固定される。また、巻バネ６ａは、その直径がφ約５ｍｍの鋼材を内側から外側に向かうにつれて時計回り方向、または、反時計回り方向の渦巻状に形成した巻バネであって、その一方端が軸２ａに固定され、その他方端がコイル３ａに固定される。したがって、巻バネ６ａは、軸２ａとコイル３ａとの間に、コイル３ａを図示するＲ回転方向の何れかの向きに動かすように、付勢力を作用させる。
【００３３】
なお、回転振動センサー１ａにおいて、コイル３ａの上下にそれぞれ配置される２つの巻バネ６ａは、図２に図示するように、上下で逆向きに（上側は内側から外側に向かうにつれて反時計回り方向に、下側は内側から外側に向かうにつれて時計回り方向に。）渦を巻くように形成されている。長さのある渦巻バネである巻バネ６ａは、静止状態から中心軸をＲ回転方向のどちらに傾けてもバネ性を示す。２つの巻バネ６ａは、この様に上下で反対方向に配置することで、それぞれの巻バネ６ａの非線形性を打ち消す作用を発揮して、検出精度を向上することが出来る。また、２つの巻バネ６ａは、この様に上下で反対方向に配置することで、重力による倒れこみを修正できる。
【００３４】
コイル３ａは、線径がφ約０．０３ｍｍの銅線を、内部にマグネット７ａが収容できる矩形状（巻幅約２１ｍｍ×巻高約１３ｍｍ×巻厚約６ｍｍ）に巻回して構成した空芯コイルである。上述のように、コイル３ａの両端は、端子１３ａに接続されて、コイル３ａに発生するコイル起電力を出力する。コイル３ａは、非磁性のホルダー１４ａと上下二つの軸２ａとにより回転可能に保持されている。また、コイル３ａの上端面には、偏心錘５ａを移動可能に固定するレール４ａが設けられている。レール４ａには、軸２ａから離れた位置において移動調整が可能で所定の位置で固定される偏心錘５ａが取り付けられており、偏心調整機構を構成している。
【００３５】
軸２ａは、コイル３ａの重心軸に一致するｚ軸に配置されており、コイル３ａは、偏心錘５ａおよびレール４ａから構成される第１偏心調整機構によって、その重心が偏る。つまり、この第１偏心調整機構は、偏心錘５ａをレール４ａ上で移動させてある位置で固定すると、ｚ軸を中心として回転するコイル３ａに、偏心力を作用させることが出来る。同様に、偏心錘５ｂおよびレール４ｂから構成される第２偏心調整機構、偏心錘５ｂをレール４ｂ上で移動させてある位置で固定すると、ｚ軸を中心として回転するコイル３ｂに、偏心力を作用させることが出来る。
【００３６】
ここで、図示するように、本実施例の振動センサー１では、一方の回転振動センサー１ａの第１偏心調整機構において、コイル３ａの偏心錘５ａは、ｚ軸よりも右側に設けられている。また、他方の回転振動センサー１ｂの第２偏心調整機構において、コイル３ｂの偏心錘５ｂは、ｚ軸よりも左側に設けられている。つまり、第１偏心調整機構を構成するコイル３ａの偏心錘５ａと、第２偏心調整機構を構成するコイル３ｂの偏心錘５ｂと、は、それぞれｚ軸を挟んで反対側に配置されている。したがって、一方の回転振動センサー１ａのコイル３ａに働く偏心錘５ａによる第１偏心力は、振動センサー１の静止時に、巻バネ６ａによる第１付勢力と釣り合うように作用する。また、他方の回転振動センサー１ｂのコイル３ｂに働く偏心錘５ｂによる第２偏心力は、振動センサー１の静止時に、巻バネ６ｂによる第２付勢力と釣り合うように作用する。その結果、第１偏心調整機構による第１偏心力と第２偏心調整機構による第２偏心力とがお互いに反対側の回転方向に作用し、巻バネ６ａによる第１付勢力と巻バネ６ｂによる第２付勢力とがお互いに反対側の回転方向に作用する、という関係になる。
【００３７】
図３は、振動センサー１の静止時の状態を説明する分解展開図である。また、図４は、振動センサー１の回転振動時の動作を説明する分解展開図であり、図５は、振動センサー１の直進振動時の動作を説明する分解展開図である。さらに、図６は、振動センサー１を人間の手で回転させた場合の回転振動時の出力信号を説明するグラフであり、図７は、その回転振動時の出力信号の周波数特性を説明するグラフである。また、図８は、振動センサー１を人間の手で直進方向に振動させた場合の直進振動時の出力信号を説明するグラフであり、図９は、その直進振動時の出力信号の周波数特性を説明するグラフである。以下では、振動センサー１の静止時、回転振動時、あるいは、直進振動時のコイル３ａおよび３ｂの動作を説明する。
【００３８】
図３に示すように、振動センサー１では、回転振動センサー１ａのコイル３ａと回転振動センサー１ｂのコイル３ｂとがそれぞれ、ｚ軸を中心とする回転方向に回転可能に軸支される。そして、コイル３ａとコイル３ｂとがそれぞれ、運動しない静止時に、ｘ軸方向にそれらの巻軸方向が一致する向きで、付勢部材（コイル３ａに対する巻バネ６ａ。コイル３ｂに対する巻バネ６ｂ。）による付勢力と、偏心調整機構（コイル３ａに対する偏心錘５ａ。コイル３ｂに対する偏心錘５ｂ。）による偏心力と、が、それぞれ均衡して釣り合うことで静止している。
【００３９】
なお、コイル３ａと３ｂの静止時の位置を調整するには、巻バネ６ａまたは６ｂの一端を固定する軸２ａまたは２ｂを、ｚ軸方向の何れかに回転させる。例えば、コイル３ａ（３ｂ）を軸支する上下の軸２ａ（２ｂ）を同じ方向に回転させると、第１付勢力（第２付勢力）を変えて静止時の位置を調整することができる。また、上下の軸２ａ（２ｂ）を逆方向にちょうど同じ角度だけ回転させると、静止時の位置を変更させることなく巻バネ６ａ（６ｂ）に伸び縮みの変位を与えられるので、共振周波数の微調整を取ることが出来る。
【００４０】
つまり、コイル３ａと３ｂは、運動しない静止時に、同じｘ軸方向に向いて静止している。コイル３ａおよびコイル３ｂは、回転しなければこれらに鎖交する磁界の磁束密度が変化することもない。したがって、振動センサー１が運動しない静止時には、コイル３ａおよびコイル３ｂの両端には、起電力が発生しない。一方、コイル３ａまたはコイル３ｂが回転して、それぞれのコイルを鎖交する磁束の磁束密度が時間的に変化すると、コイル３ａまたはコイル３ｂの両端には、コイルを鎖交する磁束の磁束密度の時間的に変化に略比例して起電力が発生する。
【００４１】
本実施例の振動センサー１を構成する回転振動センサー１ａおよび１ｂは、約−５１度〜約＋５１度の範囲でのＲ回転方向を検出することが出来る。振動センサー１は、コイル３ａに発生する第１起電力を出力端子１３ａに出力し、コイル３ｂに発生する第２起電力を出力端子１３ｂに出力することができる。振動センサー１を構成する回転振動センサー１ａおよび１ｂは、コイル３ａおよびコイル３ｂが、相互に同一のＲ回転方向に回転する場合には、同位相の第１起電力および第２起電力を出力するように設定されている。その反対に、コイル３ａおよびコイル３ｂが、相互に反対のＲ回転方向に回転する場合には、逆位相の第１起電力および第２起電力を出力する。
【００４２】
次に、第４図に示すように、振動センサー１がｚ軸を中心とするＲ回転方向に回転運動する場合には、回転振動センサー１ａのコイル３ａおよび回転振動センサー１ｂのコイル３ｂは、振動センサー１が回転する方向とは反対向きで、相互に同一のＲ回転方向に回転する。例えば、振動センサー１に、図示する時計回り方向に回転しようとすると、コイル３ａおよびコイル３ｂには、それぞれ慣性力が働いて反対の反時計回り方向に回転しようとする。反対に振動センサー１が反時計回り方向に回転しようとする回転力が加わると、コイル３ａおよびコイル３ｂは、それぞれ時計回り方向の回転に対して、位相差（時間遅れ）をもって運動しようとする。反時計回り方向に回転力を加える振動が、回転振動センサー１ａおよび１ｂの最低共振周波数よりも高い周波数である場合には、コイル３ａおよびコイル３ｂは、それぞれ時計回り方向に回転することになる。
【００４３】
ただし、振動センサー１がｚ軸を中心とするＲ回転方向に回転運動する場合には、コイル３ａおよび回転振動センサー１ｂのコイル３ｂは、相互に同一のＲ回転方向に回転するので、図６のグラフに示すように、コイル３ａに発生する第１起電力（図６の３１ａ）と、コイル３ｂに発生する第２起電力（図６の３１ａ）と、は、ほぼ同位相で同振幅の時間波形信号になる。第１起電力（図７の３２ａ）と第２起電力（図７の３２ｂ）は、約６．０〜６．５Ｈｚにピークを有するほぼ一致する周波数スペクトルを示している。したがって、本実施例の振動センサー１は、出力端子１３ａに出力される第１起電力と出力端子１３ｂに出力される第２起電力とを、検出回路２０の加算器２４で加算すれば、この加算器２４に接続する出力端子２６からの出力を、回転運動時のセンサー出力として出力することができる。
【００４４】
次に、第５図に示すように、振動センサー１がｚ軸と直交するＸ方向に直進運動する場合には、回転振動センサー１ａのコイル３ａおよび回転振動センサー１ｂのコイル３ｂは、相互に反対のＲ回転方向に回転する。例えば、振動センサー１が、Ｘ方向に直進運動しようとすると、コイル３ａおよびコイル３ｂには、それぞれ慣性力が働いて相互に反対の回転方向に回転しようとする。具体的には、振動センサー１が図示する手前側のＸ方向に直進運動しようとすると、図示するように、コイル３ａは反時計回りに回転し、反対にコイル３ｂは時計回りに回転する。このように直進運動による慣性力が加わると、付勢部材による付勢力と、偏心調整機構による偏心力と、の均衡が変わるので、コイル３ａまたはコイル３ｂは、それぞれ直進運動の振動周波数で回転振動することになる。
【００４５】
ただし、振動センサー１がｚ軸と直交するＸ方向に直進運動する場合には、コイル３ａおよび回転振動センサー１ｂのコイル３ｂは、相互に反対のＲ回転方向に回転するので、図８のグラフに示すように、コイル３ａに発生する第１起電力（図８の３３ａ）と、コイル３ｂに発生する第２起電力（図８の３３ｂ）と、は、ほぼ逆位相で同振幅の時間波形信号になる。第１起電力（図９の３４ａ）と第２起電力（図９の３４ｂ）は、約２．０Ｈｚにピークを有するほぼ一致する周波数スペクトルを示している。したがって、本実施例の振動センサー１は、出力端子１３ａに出力される第１起電力と出力端子１３ｂに出力される第２起電力とを、検出回路２０の減算器２５で加算すれば、この減算器２５に接続する出力端子２７からの出力を、直進運動時のセンサー出力として出力することができる。
【００４６】
なお、振動センサー１を構成する回転振動センサー１ａおよび１ｂにおいて、コイル３ａおよびコイル３ｂが相互に同一のＲ回転方向に回転する場合に、上記実施例とは反対に、逆位相の第１起電力および第２起電力を出力するように設定されていれば、減算器２５に接続する出力端子２７からの出力を、回転運動時のセンサー出力として出力することができる。また、その反対に、コイル３ａおよびコイル３ｂが相互に反対のＲ回転方向に回転する場合に、上記実施例とは反対に、同位相の第１起電力および第２起電力を出力するように設定されていれば、加算器２４に接続する出力端子２６からの出力を、直進運動時のセンサー出力として出力することができる。
【００４７】
このように、本実施例の振動センサー１は、接続する検出回路２０が加算器２４および減算器２５を有しているので、振動センサー１に加わる回転振動と直進振動とを分離して出力することができる。検出回路２０は、回転振動センサー１ａないし１ｂにそれぞれ接続するプリアンプ２３ａまたは２３ｂを有しているが、プリアンプ２３ａまたは２３ｂは、アナログ信号をデジタル信号に変換するＤ／Ａ変換器を含むものであっても良い。また、加算器２４および減算器２５は、アナログ回路で実現するものであっても良く、また、デジタル回路で演算するものであってもよい。
【００４８】
振動センサー１のコイル３ａおよび３ｂは、上記のように付勢部材（巻バネ６ａおよび６ｂ）による付勢力と、偏心調整機構（コイル３ａに対する偏心錘５ａ。コイル３ｂに対する偏心錘５ｂ。）による偏心力と、が、静止時に均衡して釣り合うように構成されている。したがって、コイル３ａまたは３ｂの重量に起因する慣性力が大きくなったとしても、偏心錘５ａまたは５ｂを移動させる偏心調整機構による偏心力を調整することで、付勢力と偏心力とを釣り合わせることができる。したがって、最低共振周波数の低いＲ回転方向の振動と、Ｘ軸に沿った方向に動く最低共振周波数の低い直進振動と、が検出可能になる。振動センサー１を地層における振動を検知する振動センサーに用いると、最低共振周波数を低くできるので、地震などによる地層内の直進振動、並びに、回転振動を検出することができる。
【００４９】
本実施例の振動センサー１は、２つの回転振動センサー１ａおよび１ｂを一つの仮想の回転軸ｚに沿って配置するように連結した振動センサーであるが、このような実施形態に限定されるものではない。（図示しない）他の実施形態の振動センサー１は、回転振動センサー１ａおよび１ｂを一体化して、軸２と、軸２を中心とする回転方向に回転可能に軸支される第１コイル３ａおよび第２コイル３ｂと、軸２に対して固定されて第１コイル３ａおよび第２コイル３ｂに鎖交する磁界を発生する磁気回路と、軸２と第１コイル３ａとの間に第１付勢力を作用させる第１付勢部材６ａと、軸２と第２コイル３ｂとの間に第１付勢力と反対向きの第２付勢力を作用させる第２付勢部材６ｂと、第１コイル３ａに固定されて静止時に第１付勢力と釣り合う第１偏心力を作用させる第１偏心調整機構（レール４ａおよび偏心錘５ａ）と、第２コイル３ｂに固定されて静止時に第２付勢力と釣り合う第２偏心力を作用させる第２偏心調整機構（レール４ｂおよび偏心錘５ｂ）と、を備えるものであればよい。
【００５０】
また、この振動センサー１は、軸２を中心とする回転方向に回転運動する場合に、第１コイル３ａおよび第２コイル３ｂが相互に同一の回転方向に回転し、振動センサー１が、軸２と直交する一の方向に直進運動する場合に、第１コイル３ａおよび第２コイル３ｂが相互に反対の回転方向に回転するものであればよい。
【００５１】
また、これらの第１付勢部材６ａおよび第２付勢部材６ｂは、先の実施例のような巻バネであってもよく、また、軸２と付勢部材とを一体にするゴムのような弾性体であってもよい。具体的には、第１付勢部材６ａおよび第２付勢部材６ｂは、金属バネに限定されず、他の弾性を有する樹脂、あるいは、エラストマ等の弾性体、等であってもよい。つまり、第１付勢部材６ａおよび第２付勢部材６ｂは、第１コイル３ａおよび第２コイル３ｂを支える軸２が、捻れる様に変形することで第１付勢力または第２付勢力を発生させるものであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の振動センサーは、地層用の振動センサーのみならず、地震計にも使用可能である。また、本発明の振動センサーは、自動車、飛行機、船舶、等の移動する機械、あるいは、他の工作機械、等にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１              振動センサー
１ａ、１ｂ      回転振動センサー
２ａ、２ｂ      軸
３ａ、３ｂ      コイル
４ａ、４ｂ      レール
５ａ、５ｂ      偏心錘
６ａ、６ｂ      巻バネ
７ａ、７ｂ      マグネット
８ａ、８ｂ      ヨーク
１１ａ、１１ｂ  蓋部
１２ａ、１２ｂ  蓋部
１３ａ、１３ｂ  出力端子
１４ａ、１４ｂ  ホルダー
１５ａ、１４５  スペーサー
２０            検出回路
２１ａ、２１ｂ  接続線
２２ａ、２２ｂ  入力端子
２３ａ、２３ｂ  プリアンプ
２４            加算器
２５            減算器
２６、２７      出力端子
【図１】
2011209018.tif 000003
【図２】
2011209018.tif 000004
【図３】
2011209018.tif 000005
【図４】
2011209018.tif 000006
【図５】
2011209018.tif 000007
【図６】
2011209018.tif 000008
【図７】
2011209018.tif 000009
【図８】
2011209018.tif 000010
【図９】
2011209018.tif 000011