(57)【要約】【課題】  ガラス破壊検知に加え、確実な衝突物判定も行うことができる破壊検知方法および装置を提供する。【解決手段】  ガラス破壊検知器１１と、フィルタ１２と、レベル検出回路１３と、時間計測回路１４と、演算回路１５と出力判定回路１６から構成され、ガラスに設置されているガラス破壊検知器１１からの信号を時間軸で処理し、複数の時点で評価することにより、ガラスの破壊と非破壊を判定し、また、破壊時と非破壊時において、衝突物が何であるかを判定し、さらに、ガラスの種類による信号の時間軸の違いを考慮する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスに設置されたガラス破壊検知器の電気信号から、特定の周波数成分の強度を算出し、前記周波数成分の強度を時間ごとに比較し、前記周波数成分の強度の減衰量の大小により、前記ガラスが破壊されたことと前記ガラスに打撃が与えられたことを判別するガラス破壊検知方法。
【請求項２】
二つ以上の前記周波数成分の強度を衝突物が前記ガラスに接触してから０−２０ｍｓｅｃの間で、大小を比較することにより、前記ガラスが破壊されたことと前記ガラスに打撃が与えられたことを判別することを特徴とする請求項１記載のガラス破壊検知方法。
【請求項３】
前記周波数成分の強度の絶対値を判断し、衝突物が何であるか判定することを特徴とする請求項１または２記載のガラス破壊検知方法。
【請求項４】
前記ガラスの種類によりガラス破壊検知装置の判定設定を変えることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載のガラス破壊検知方法。
【請求項５】
ガラスの振動を検知するガラス破壊検知器と、該ガラス検知器の出力から、互いに異なる複数の周波数帯の成分を各別に抽出する複数個のフィルタと、該各フィルタ毎の振動レベルを検出するレベル検出回路と、前記ガラス破壊検知器が振動を検知してからの時間を計測する時間計測回路と、前記レベル検出回路の出力を前記時間計測回路の出力により時間軸で処理し複数の時点で演算する演算回路と、該演算回路で求めたＦＦＴ出力によりガラス破壊の有無判断や衝突物の判定を行う出力判定回路を備えることを特徴とするガラス破壊検知装置。
【請求項６】
前記ガラス破壊検知器からの出力を、デジタル信号処理により実施することを特徴とする請求項５記載のガラス破壊検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の振動現象を検出する振動検知方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、振動センサは、建造物の耐震診断や防犯セキュリティ用のガラス破壊検知装置、或いは設備や工作機械の異常振動検知に利用されている。このようなガラス破壊検知などを行うセンサとして、例えば特許文献１のガラス破壊センサがある。このセンサは、ガラス破壊に伴って生じる振動成分のレベルが小さい場合でも、ガラス破壊を確実に検出するものとして有用である。特許文献１のシステムでは、圧電材料を利用した振動センサを用いて、ガラス等の破壊現象において生じる振動を電気信号に変換することにより、破壊現象の有無を検知している。このシステムでは、信号が与えられてから一定の時間の信号を取り込んで破壊現象の有無を検知している。この場合、検知する対象物に強い振動が与えられた場合、対象物が破壊された場合と区別困難な信号が得られる。特許文献１のセンサは、破壊現象が生じたときに高周波側に特徴的な信号が観測されることから、周波数によるレベル差の大小を比較し、破壊現象と強い振動との区別をし、誤報を回避するシステム構成をとっている。
【０００３】
また、誤報の少ないガラス破壊検知器として、特許文献２に開示されている振動センサがある。特許文献２のセンサでは、振動センサからの出力を周波数帯によるレベル比を比較し、特許文献１のセンサでは検出しきれないガラス切りなどで破壊された場合の振動レベルが小さい場合でも、検出を確実にする方法をとっている。また、高周波の発生時間を計測する回路を組み合わせることにより、レベル比のみで検出しきれなかった場合の補完を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平４−３１４３７号公報
【特許文献２】特開２００４−２３３３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１および特許文献２の振動センサは、振動のレベル差またはレベル比を利用することにより、ガラス破壊と強い打撃との区別は可能となっているが、ガラスの破壊と強い振動を判断するのみであり、衝突物が何であるかの特定はできない。また、特許文献２の時間計測は、振動の発生時間を計測しているのみで、レベル比でガラス破壊を検出できなかった場合の補助的な役割のみとなっていた。
【０００６】
そこで本発明は、ガラス破壊検知に加え、確実な衝突物判定も行うことができる破壊検知方法および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】
上記の課題を解決するために、本発明は、ガラスに設置されているガラス破壊検知器からの信号を時間軸で処理し、複数の時点で評価することにより、ガラスの破壊と非破壊を判定し、また、破壊時と非破壊時において、衝突物が何であるかを判定し、さらに、ガラスの種類による信号の時間軸の違いを考慮することにより、より確実なガラス破壊検知方法および装置を提供するものである。
【０００８】
また、本発明によれば、ガラスに設置されたガラス破壊検知器の電気信号から、特定の周波数成分の強度を算出し、前記周波数成分の強度を時間ごとに比較し、前記周波数成分の強度の減衰量の大小により、前記ガラスが破壊されたことと前記ガラスに打撃が与えられたことを判別することを特徴とするガラス破壊検知方法が得られる。
【０００９】
また、本発明によれば、二つ以上の前記周波数成分の強度を衝突物が前記ガラスに接触してから０−２０ｍｓｅｃの間で、大小を比較することにより、前記ガラスが破壊されたことと前記ガラスに打撃が与えられたことを判別することを特徴とするガラス破壊検知方法が得られる。
【００１０】
また、本発明によれば、前記周波数成分の強度の絶対値を判断し、衝突物が何であるか判定することを特徴とするガラス破壊検知方法が得られる。
【００１１】
また、本発明によれば、前記ガラスの種類によりガラス破壊検知装置の判定設定を変えることを特徴とするガラス破壊検知方法が得られる。
【００１２】
また、本発明によれば、ガラスの振動を検知するガラス破壊検知器と、該ガラス検知器の出力から、互いに異なる複数の周波数帯の成分を各別に抽出する複数個のフィルタと、該各フィルタ毎の振動レベルを検出するレベル検出回路と、前記ガラス破壊検知器が振動を検知してからの時間を計測する時間計測回路と、前記レベル検出回路の出力を前記時間計測回路の出力により時間軸で処理し複数の時点で演算する演算回路と、該演算回路で求めたＦＦＴ出力によりガラス破壊の有無判断や衝突物の判定を行う出力判定回路を備えることを特徴とするガラス破壊検知装置が得られる。
【００１３】
また、本発明によれば、前記ガラス破壊検知器からの出力を、デジタル信号処理により実施することを特徴とするガラス破壊検知装置が得られる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、ガラスに設置されているガラス破壊検知器からの信号を時間軸で処理し、複数の時点で評価することにより、ガラスの破壊と非破壊を誤認することなく判定することができる。さらに、破壊時と非破壊時において、衝突物が何であるかを判定することができ、ガラス近辺での状況を監視することができるガラス破壊検知方法および装置を提供することができる。
【００１５】
また、本発明により、ガラスの種類による信号の時間軸の違いを考慮することにより、より確実なガラス破壊検知方法および装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるガラス破壊検知装置ブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２におけるガラス破壊検知装置ブロック図である。
【図３】強化ガラスを破壊した場合の各周波数における時間ごとの強度レベルを表わすグラフである。
【図４】強化ガラスを金属棒で打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの強度レベルを表わすグラフである。
【図５】強化ガラスを鍵で打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの強度レベルを表わすグラフである。
【図６】強化ガラスを木槌で打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの強度レベルを表わすグラフである。
【図７】強化ガラスをゴムボールで打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの強度レベルを表わすグラフである。
【図８】強化ガラスにおける各衝突物の１５０ｋＨｚにおける強度レベルを表わすグラフである。
【図９】合わせガラスを破壊した場合の各周波数における時間ごとの強度レベルを表わすグラフである。
【図１０】合わせガラスを金属棒で打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの強度レベルを表わすグラフである。
【図１１】合わせガラスを鍵で打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの強度レベルを表わすグラフである。
【図１２】合わせガラスを木槌で打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの強度レベルを表わすグラフである。
【図１３】合わせガラスをゴムボールで打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの強度レベルを表わすグラフである。
【図１４】合わせガラスにおける各衝突物の１５０ｋＨｚにおける強度レベルを表わすグラフである。
【図１５】強化ガラスの判定フローチャートである。
【図１６】合わせガラスの判定フローチャートである。
【図１７】実施例においてのガラス衝突試験の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
本発明においての実施の形態１について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１におけるガラス破壊検知装置ブロック図である。本発明の実施の形態１のガラス破壊検知装置は、ガラス破壊検知器１１と、フィルタ１２と、レベル検出回路１３と、時間計測回路１４と、演算回路１５と出力判定回路１６から構成されている。
【００１９】
本発明のガラス破壊検知装置は、振動センサよりなるガラス破壊検知器１１でガラスの振動を検知し、前記ガラス破壊検知器１１からの信号を４つの異なる周波数のフィルタ１２（第一のフィルタ１２ａ、第二のフィルタ１２ｂ、第三のフィルタ１２ｃ、第三のフィルタ１２ｄ）を通りそれぞれのフィルタ１２毎のレベル検出回路１３で振動を検出し演算回路１５へ入力される。演算回路１５へは、ガラス破壊検知器１１が振動を検知してからの時間を測定している時間計測回路１４からの信号も入力され、前記時間計測回路１４からの信号により前記レベル検出回路１３の信号を時間軸で処理し複数の時点で演算し、次の出力判断回路１６で判定のチャートに従ってガラスの破壊と非破壊の判断や衝突物の判定を行って、警報出力１７又は報知出力１８の出力を行う。
【００２０】
出力判定回路１６でガラスが破壊されれば、ブザー、パトライト、通報等の警報出力１７を行い、ガラスに物が当たった場合は、ブザー等の報知出力１８を行う。
【００２１】
（実施の形態２）
本発明において、実施の形態２について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態２におけるガラス破壊検知装置ブロック図である。本発明の実施の形態２のガラス破壊検知装置は、ガラス破壊検知器２１からの出力を、デジタル信号変換しＣＰＵ２４により処理されている。
【００２２】
本発明のガラス破壊検知装置は、実施の形態１と同様に振動センサよりなるガラス破壊検知器２１で、ガラスの振動を検知し前記ガラス破壊検知器２１からの信号をオペアンプ２２で増幅して、Ａ／Ｄコンバータ２３でデジタル信号に変換する。デジタル信号をＣＰＵ２４において時間軸で処理し、複数の時点で評価し、出力判断して判定のチャートに従ってガラスの破壊と非破壊の判断、衝突物の判定を行い、警報出力２５又は報知出力２６を行う。
【実施例】
【００２３】
（実施例１）
実施例１として、図１７のガラス衝突試験装置を用いて、強化ガラスにおいてガラス衝突試験を行った。図１７は、実施例においてのガラス衝突試験の模式図である。強化ガラスのガラス衝突試験は、図１７に示すように、フレーム３２にはめ込んだ縦２００ｍｍ×横６００ｍｍ×厚さ７ｍｍの大きさのガラス３１に内部に振動センサを用いたガラス破壊検知器３３を貼り付け、ガラス中央部分３５に衝突物をぶつけた。このとき、ガラス破壊検知器３３はガラス中央部分３５から１００ｍｍ離したところに設置しており、両面テープなどの振動を吸収する固定方法を用いず、ガラス３１に直接ガラス破壊検知器３３を接触させ上面から固定用テープ３４で固定した。上記の形態によりガラスに衝突物をぶつける試験を行った。衝突試験におけるガラス破壊検知器３３からの出力信号は、データ保存機能の付いたオシロスコープ３６により収集した。
【００２４】
図１７に示すガラス３１を強化ガラスにしたときの衝突物は、破壊用として市販の車両脱出用のハンマー、打撃用として、強化ガラスが破壊されるよりわずかに弱い強度を打撃の最大の強度とするため、長さ１５０ｍｍ直径１０ｍｍ重さ２００ｇの金属棒を用いた。破壊時は、ハンマーを振り下ろし強化ガラスを破壊した。打撃時は衝突物を１ｍの高さから落下させた。衝突物が強化ガラスに接触した時点でトリガーをかけ、５０ｍｓｅｃの間の電気信号をオシロスコープ３６で取り込んだ。その後、２ｍｓｅｃごとにＦＦＴ解析を行い、各時間の周波数成分の強度を算出した。５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、１５０ｋＨｚ、２００ｋＨｚにおける強度を時間ごとにプロットし、強化ガラスが破壊された時と打撃を受けた時の差異を比較した。強化ガラスが破壊されたときの時間による強度変化を図３に、金属棒で打撃を与えたときの時間による強度変化を図４に示す。
【００２５】
図３は、強化ガラスを破壊した場合の各周波数における時間ごとの強度レベルを表わすグラフである。図４は、  強化ガラスを金属棒で打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの強度レベルを表わすグラフである。非常用ハンマーで強化ガラスを割った時と前記金属棒で打撃を与えた時を比較した。強化ガラスが割れた時は、各周波数において、４〜６ｍｓｅｃを境にして急激に周波数成分の強度が落ちている。特に１５０ｋＨｚで減衰量が大きい。１４ｍｓｅｃ以降では完全に信号がなくなっていた。一方、強化ガラスが破壊されず打撃を受けたときは、強化ガラスが振動し続けているため減衰がない。１５０ｋＨｚで２〜４ｍｓｅｃと８〜１０ｍｓｅｃの比較をすることにより、強度差３０ｄＢ以上で「破壊」と判定することができる。
【００２６】
実施例１記載の破壊時において、２〜４ｍｓｅｃでは５０ｋＨｚの周波数成分の強度をＩ５０ｋＨｚ、１５０ｋＨｚの周波数成分の強度をＩ１５０ｋＨｚとすると、Ｉ５０ｋＨｚ≦Ｉ１５０ｋＨｚとなるが、１０〜２０ｍｓｅｃではＩ５０ｋＨｚ＞Ｉ１５０ｋＨｚとなる。強化ガラスが割れない打撃では、周波数成分の強度を比較すると、時間が経っても１０ｄＢ以上の差が観測されない。よって、５０ｋＨｚと１５０ｋＨｚの時間による大小を比較することにより「破壊」と判定することができる。
【００２７】
次に、他の材料を用い、打撃を与えて比較した。図５は、強化ガラスを鍵で打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの周波数成分の強度レベルを表わすグラフである。図６は、  強化ガラスを木槌で打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの周波数成分の強度レベルを表わすグラフである。図７は、  強化ガラスをゴムボールで打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの周波数成分の強度レベルを表わすグラフである。図８は、強化ガラスにおける各衝突物の１５０ｋＨｚにおける強度レベルを表わすグラフである。実施例１と同様に、打撃用として、重さ１０ｇの金属の鍵、重さ１００ｇの木槌、直径３０ｍｍのゴムボールを用い、それぞれ高さ１ｍから落下させた。鍵で打撃を与えたときの時間による周波数成分の強度変化を図５に、木槌で打撃を与えたときの時間による周波数成分の強度変化を図６に、ゴムボールで打撃を与えたときの時間による周波数成分の強度変化を図７に示す。また、それぞれの衝突物の比較を図８に示す。これらと実施例１で記載されている金属棒を落下させた場合を比較した。金属棒を落下させた場合、５０ｋＨｚでは信号の減衰はないが、２００ｋＨｚで時間が経つと減衰が観測される。鍵を落下させた場合、２０ｍｓｅｃ程度まで信号の減衰がなく、また周波数による強度の違いは、Ｉ５０ｋＨｚ＞Ｉ１００ｋＨｚ＞Ｉ１５０ｋＨｚ＞Ｉ２００ｋＨｚとなり、０〜１２秒の間で大小の関係は変化しない。木槌を落下させた場合では、各周波数において、時間が経つと緩やかな減衰が観測された。また周波数により、Ｉ５０ｋＨｚ＞Ｉ１００ｋＨｚ＞Ｉ１５０ｋＨｚ＞Ｉ２００ｋＨｚとなり、０〜１２秒の間で大小の関係は変化しない。ゴムボールを落下させた場合では、強度が他の衝突物を落下させた場合と比べると非常に小さい。以上の比較をすることにより、ガラスに打撃が与えられた場合、衝突物が何であるか判断が可能となる。
【００２８】
（実施例２）
実施例２として、図１７のガラス衝突試験装置を用いて、合わせガラスにおいてガラス衝突試験を行った。実施例１と同様にして、フレーム３２にはめ込んだ縦２００ｍｍ×横６００ｍｍ×厚さ８．１ｍｍの大きさの合わせガラスにガラス破壊検知器３３を固定用テープ３４で貼り付け固定し、合わせガラスの中央に衝突物をぶつけた。合わせガラスは４ｍｍのガラスの間にフィルムが挟んである構造をとる。衝突物は、実施例１と同様に、破壊用として市販の車両脱出用のハンマー、打撃用として、合わせガラスが破壊されるよりわずかに弱い周波数成分の強度を打撃の最大の周波数成分の強度とするため、長さ１５０ｍｍ直径１０ｍｍ重さ２００ｇの金属棒を用いた。合わせガラスが破壊されたときの時間による強度変化を図９に、金属棒で打撃を与えたときの時間による強度変化を図１０に示す。
【００２９】
図９は、合わせガラスを破壊した場合の各周波数における時間ごとの周波数成分の強度レベルを表わすグラフである。図１０は、合わせガラスを金属棒で打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの周波数成分の強度レベルを表わすグラフである。合わせガラスでは、ガラスが破壊された場合、強化ガラスのように急激に減衰することはなかった。周波数ごとに観察してみると、５０ｋＨｚでは減衰がほとんどなく、長時間振動が続いているが、高周波になるにつれて減衰量が多くなっている。２００ｋＨｚでは１５ｄＢ減衰している。一方、金属棒を落下させた場合は８ｍｓｅｃを境に急激に減衰している。特に１５０ｋＨｚ以上で減衰が大きくなっている。
【００３０】
強化ガラスと合わせガラスでは割れた場合の強度変化の様子に違いがあるが、センサを設置する際にガラスの種類によりガラス破壊検知装置の設定を変更すれば、正しく破壊と非破壊の判別をすることができる。
【００３１】
次に、他の材料を用い、打撃を与えて比較した。図１１は、合わせガラスを鍵で打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの周波数成分の強度レベルを表わすグラフである。図１２は、合わせガラスを木槌で打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの周波数成分の強度レベルを表わすグラフである。図１３は、合わせガラスをゴムボールで打撃を与えた場合の各周波数における時間ごとの周波数成分の強度レベルを表わすグラフである。図１４は、合わせガラスにおける各衝突物の１５０ｋＨｚにおける強度レベルを表わすグラフである。実施例３と同様にして、打撃用として、重さ１０ｇの金属の鍵、重さ１００ｇの木槌、直径３０ｍｍのゴムボールを用い、それぞれ高さ１ｍから落下させた。鍵で打撃を与えたときの時間による強度変化を図１１に、木槌で打撃を与えたときの時間による強度変化を図１２に、ゴムボールで打撃を与えたときの時間による強度変化を図１３に示す。また、それぞれの衝突物の比較を図１４に示す。これらと実施例４で記載されている金属棒を落下させた場合を比較した。金属棒では８ｍｓｅｃを境に減衰している。鍵を落とした場合では、一度減衰したのちに８ｍｓｅｃ付近で増幅している。木槌を落下させた場合は、４ｍｓｅｃから緩やかに減衰している。ゴムボールを落下させたときは、他の場合よりもレベルが非常に小さい。以上の比較をすることにより、合わせガラスに打撃が与えられた場合、衝突物が何であるか判断できる。
【００３２】
次に、強化ガラスと合わせガラスの破壊および衝突物の特定を行う判断の手順をまとめる。図１５は、強化ガラスの判定フローチャートである。図１６は、合わせガラスの判定フローチャートである。ガラスの破壊と非破壊、破壊における衝突物の特定、非破壊における衝突物の特定は、図１５と図１６に示すフローチャートのように行う。強化ガラスでは、４ｍｓｅｃを境にした急激な減衰と、５０ｋＨｚと１５０ｋＨｚの周波数の強度レベルが２〜４ｍｓｅｃでＩ５０ｋＨｚ≦Ｉ１５０ｋＨｚとなり、１０〜２０ｍｓｅｃではＩ５０ｋＨｚ＞Ｉ１５０ｋＨｚとなったとき、破壊と判断する。それ以外の非破壊では、強度レベルが非常に小さければゴム、緩やかな減衰があれば木、減衰が小さければ金属と判断する。さらに金属のうち、６ｍｓｅｃまでの周波数の強度レベルが同程度なら大きな金属、高周波帯ほどレベルが小さいならば薄く小さな金属、例えば鍵や硬貨など、と判定する。合わせガラスでは、レベルの減衰が１６ｍｓｅｃ減衰しなければ、破壊と判断する。非破壊のうち、レベルが非常に小さければゴム、緩やかな減衰があれば木、減衰が小さければ金属と判断する。金属のうち、８〜１０ｍｓｅｃでレベルが上がっていれば鍵や硬貨などの小さな金属、６ｍｓｅｃレベルの減衰がなく、その後急激に減衰していれば大きな金属と判断する。以上の判断の手順により、ガラスの破壊と非破壊を誤認することなく判定することができる。さらに、破壊時と非破壊時において、衝突物が何であるかを判定することができる。
【００３３】
以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。
【００３４】
本発明は、対象物の振動現象を検出する振動検知装置及びガラス破壊検知器を備えた振動検知システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１１      ガラス破壊検知器
１２      フィルタ
１２ａ    第一のフィルタ
１２ｂ    第二のフィルタ
１２ｃ    第三のフィルタ
１２ｄ    第四のフィルタ
１３      レベル検出回路
１４      時間計測回路
１５      演算回路
１６      出力判断回路
１７      警報出力
１８      報知出力
２１      ガラス破壊検知器
２２      オペアンプ（ＯＰ）
２３      Ａ／Ｄコンバータ
２４      ＣＰＵ
２５      警報出力
２６      報知出力
３１      ガラス
３２      フレーム
３３      ガラス破壊検知器
３４      固定用テープ
３５      ガラス中央部分
３６      オシロスコープ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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