(57)【要約】【課題】大地自体もしくは大地に極めて近い空間の静電場の変化をより正確に検出し、また、多地点での大地の静電場計測データを解析して極力リアルタイムで利用できるようにする。【解決手段】大地Ｊの静電場を計測する静電場計測装置１であって、下端表面が地面に接するか又は地面の近傍に位置するように配置された金属製の球状センサ２と、該球状センサの周囲空間を覆う帯電性材料でなるカバー体４と、前記球状センサの周囲での電場変化を静電誘導による電荷密度差として検出する検出部１０とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2008175641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端表面が地面に接するか又は地面の近傍に位置するように配置された金属製の球状センサと、
該球状センサの周囲空間を覆う帯電性材料でなるカバー体と、
前記球状センサの周囲での電場変化を、静電誘導による電荷密度差として検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする大地の静電場計測装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記静電誘導による電荷密度差に基づく電位差をゲート電極への印可電圧としてドレイン電極とソース電極の間の出力電流が変動する電界効果型のトランジスタを備えていることを特徴とする請求項１記載の大地の静電場計測装置。
【請求項３】
前記検出手段には、前記トランジスタの出力データを、複数地点にそれぞれ設けられた大地の静電場計測装置からの出力データを収集するデータ収集センタに送信する送信手段が付設されていることを特徴とする請求項２記載の大地の静電場計測装置。
【請求項４】
前記トランジスタの出力データは、電子メールデータとして前記データ収集センタに送信されることを特徴とする請求項３記載の大地の静電場計測装置。
【請求項５】
複数地点にそれぞれ配置された大地の静電場計測装置からの計測データを取り扱う計測システムであって、
前記請求項３に記載のデータ収集センタを備え、
該データ収集センタは、前記請求項４に記載の大地の静電場計測装置から送信されて来る電子メールデータを受信するメールサーバを備えており、
該メールサーバは、前記地点毎の電子メールデータを解析する解析サーバと信号授受可能に接続されている、
ことを特徴とする大地の静電場計測システム。
【請求項６】
前記解析サーバによる解析結果をインターネット上に公開するサーバを更に備えていることを特徴とする請求項５記載の大地の静電場計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大地の静電場を計測する静電場計測装置、及び多地点での大地の静電場計測データを取り扱う計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大地付近の空間の静電場の変化を検知し得るものとして、例えば特願２００５−３０５００６号には、地震の前兆持に極低周波の電磁波が生じるに伴い電荷が発生するという考えを前提とし、この電荷による静電誘導作用を利用して、地震の前兆持に短時間だけ発生すると考えられるパルス的な静電気を検知するようにした、先行電磁現象検知装置が開示されている。
【０００３】
この従来技術に係る装置は、ケース本体の天井部に磁石を設けておき、この磁石に吊り下げ支持された金属線が、静電誘導により吊り下げ状態で揺動すること、更には、揺れが大きい場合には落下することで、静電場の変化を検知するものである。尚、この先行電磁現象検知装置は、都市環境で使用する場合には、静電気を帯びていない箇所として、例えば、家屋の窓際の柵の上やベランダ等に設置して使用することが推奨されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、前記従来技術に係る装置では、センサである金属線は、ケース本体の天井部に固定した磁石に吊り下げ状態で（つまり、磁石下方の空間内に）支持されており、電磁波による電荷が発生すると、この吊り下げ状態で、静電誘導によりケース内の空間で揺動し始める。
すなわち、この場合、検知されるのは、大地自体の静電場の変化ではなく、あくまでも装置の設置箇所の空間の静電場の変化である。仮に、この従来技術に係る装置を地面上に設置したとしても、大地付近の空間の静電場の変化は検知できるものの、やはり大地自体の静電場の変化は検出することができるものではない。
【０００５】
周知のように、近年では、様々な電子機器が身近に多数存在し、また、自動車等の車両に搭載されて或いは個人に帯同されて移動しており、これらの電子機器が発する電磁波が絶えず環境空間を飛び交っている。従って、前記従来技術に係る装置のように、設置箇所の空間の静電場の変化を検知するようにしたのでは、不可避的に外乱ノイズが多く誤検知が生じ易くなり、大地の静電場の変化を正確に検出するという観点からは、更に不都合である。
【０００６】
このような静電場計測に用いるセンサとして、金属製でその形状を球状としたものが知られている。この球状センサを用いることで、特定方向についての指向性を排し全方位にわたって非常に均一な感度を得ることが可能になり、計測精度の一層の向上を図ることができる。
【０００７】
また、大地の静電場を多地点で計測し、その多地点での計測データを解析して、この解析データを、できるだけリアルタイムで利用できるようにすることが望ましい。
【０００８】
そこで、この発明は、大地自体および大地に極めて近い空間の静電場の変化をより正確に検出することができる静電場計測装置を提供し、また、多地点での大地の静電場計測データを解析して極力リアルタイムで利用できるようにする計測システムを提供することを、基本的な目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このため、本願の第１の発明に係る大地の静電場計測装置は、下端表面が地面に接するか又は地面の近傍に位置するように配置された金属製の球状センサと、該球状センサの周囲空間を覆う帯電性材料でなるカバー体と、前記球状センサの周囲での電場変化を、静電誘導による電荷密度差として検出する検出手段とを備えたことを特徴としたものである。
【００１０】
また、本願の第２の発明は、前記第１の発明において、前記検出手段は、前記静電誘導による電荷密度差に基づく電位差をゲート電極への印可電圧としてドレイン電極とソース電極の間の出力電流が変動する電界効果型のトランジスタを備えていることを特徴としたものである。
【００１１】
更に、本願の第３の発明は、前記第２の発明において、前記検出手段には、前記トランジスタの出力データを、複数地点にそれぞれ設けられた大地の静電場計測装置からの出力データを収集するデータ収集センタに送信する送信手段が付設されていることを特徴としたものである。
【００１２】
また更に、本願の第４の発明は、前記第３の発明において、前記トランジスタの出力データは、電子メールデータとして前記データ収集センタに送信されることを特徴としたものである。
【００１３】
また、本願発明に係る大地の静電場計測システムは、複数地点にそれぞれ配置された大地の静電場計測装置からの計測データを取り扱う計測システムであって、前記第３の発明に係るデータ収集センタを備え、該データ収集センタは、前記第４の発明に係る大地の静電場計測装置から送信されて来る電子メールデータを受信するメールサーバを備えており、該メールサーバは、前記地点毎の電子メールデータを解析する解析サーバと信号授受可能に接続されている、ことを特徴としたものである。
【００１４】
更に、本願の第６の発明は、前記第５の発明において、前記解析サーバによる解析結果をインターネット上に公開するサーバを更に備えていることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本願発明に係る大地の静電場計測装置によれば、球状センサの下端表面が地面に接するか又は地面の近傍に位置しているので、大地自体および大地に極めて近い空間の静電場の変化を、しかも外乱ノイズの影響が抑制された状態でより正確に検出することができる。また、センサを球状体としたことにより、特定方向についての指向性を排し全方位にわたって非常に均一な感度を得ることが可能になり、静電場計測の精度の一層の向上を図ることができる。
【００１６】
また、本願発明に係る大地の静電場計測システムによれば、複数地点に配置された前記大地の静電場計測装置からそれぞれ送信されて来る電子メールデータをメールサーバで受信し、地点毎の電子メールデータを解析サーバで解析することにより、各地点での計測結果に対する解析データを略リアルタイムで得るようにすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態をについて、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る大地の静電場計測装置１（以下、適宜、単に「装置」と略称する）の全体構成を概略的に示す構成図である。
この図に示すように、前記装置１は、静電場計測に用いるセンサとして、金属製（例えばアルミニウム製）で、その形状を球状とした球状センサ２を備えている。尚、この球状センサ２は、例えば中空状に形成されており、その直径は例えば約４［ｃｍ］に設定されている。
【００１８】
このようにセンサ２を球状体としたことにより、特定方向についての指向性を排し全方位にわたって非常に均一な感度を得ることが可能になり、静電場計測の精度の一層の向上に資することができる。
【００１９】
前記球状センサ２は、その下端表面が地面Ｊに接するように配設されており、その周囲空間がカバー体４で覆われている。このカバー体４は、例えば金属等の帯電性材料で製作され、外部から球状センサ２を視認できる部材として構成されている。本実施形態では、このカバー体４として、例えば、金属製のメッシュ材（網材）を用いた。
【００２０】
このように、球状センサ２の下端表面が地面Ｊに接するように配置したことにより、大地Ｊ自体および地面Ｊに限りなく近い空間の静電場の変化を、しかも外乱ノイズの影響が抑制された状態でより正確に検出することができる。
【００２１】
尚、図１の例では、球状センサ２の下端表面が地面Ｊ上に直接に接するようにしているが、この代わりに、静電場計測に関して地面Ｊと略同等の電気特性を有する材料で構成された層または板材や帯材などが地面Ｊを直接に覆っている場合、或いは、装置１の底板として設けられている場合には、これら層または板材の表面に球状センサ２の下端表面が接するようにしても良い。或いは、球状センサ２の下端表面が地面Ｊの近傍に位置するように、当該球状センサ２を保持するようにしても良い。かかる保持状態は、地面Ｊ又は前記カバー体４から保持部材を突出して設けることなどによって実現することができる。
【００２２】
前記カバー体４の上端中央部には、球状センサ２を地面Ｊの所定位置に保持するセンサ保持体３の上端部が結合され、このセンサ保持体３の上端部の上側には、球状センサ２の周囲での電場変化を検出するための検出器１０が配置されている。前記センサ保持体３は、所定位置にて地面Ｊ上に支持された球状センサ２が、不用意に動くことがないように、位置決め状態に保持するものである。このような保持作用を行う部材は、カバー体４の側面に結合することもできる。或いは、かかる保持作用を行うものを地面Ｊ上に設けるようにしても良い。
【００２３】
前記検出器１０は、球状センサ２の周囲での電場変化を、静電誘導による電荷密度差として検出するものである。
図２は、前記検出器１０の内部構成を概略的に示す構成図である。この図に示すように、前記検出器１０では、一端が球状センサ２の表面に接合された電線ｗ４の他端が、センサ支持体３の内部を通って、トランジスタ１２のゲート電極Ｇに接続されている。
【００２４】
前記トランジスタ１２は、入力電圧によって出力電流を制御する、所謂、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）であり、本実施形態では、金属酸化絶縁体半導体（metal oxide semiconductor: MOS）を用いたもので、例えば図３に示すように、Ｐ型半導体Ｐの中に２つのＮ型半導体Ｎを配置した、Ｎチャンネルのエンハンス型ＦＥＴを採用した。
【００２５】
このＭＯＳ−ＦＥＴタイプのトランジスタ１２では、ゲート電極Ｇに電圧が印可されない状態では、ドレイン電極Ｄとソース電極Ｓの間にＰＮ接合の逆バイアスが生じるので、両電極Ｄ，Ｓ間に電流が流れることはないが、ゲート電極Ｇに正（＋）の電圧が印可されると、ゲート電極Ｇ付近に電子が引き寄せられる結果チャンネルが形成され、図３において破線矢印で示すように、ドレイン電極Ｄとソース電極Ｓの間に電流Ｉｄが流れるようになっている。尚、図３において、符号１３，１４はそれぞれ金属材，酸化絶縁膜を示している。
【００２６】
球状センサ２の周囲に電場変化がない状態では、静電誘導による電荷密度差が生じることはなく、かかる電荷密度差に基づく電位差がゲート電極Ｇに印可されることはない。従って、ドレイン電極Ｄとソース電極Ｓの間に電流Ｉｄが流れることはない。
一方、球状センサ２の周囲に電場変化が生じると、静電誘導による電荷密度差が発生して、この電荷密度差に基づく電位差がゲート電極Ｇに印可され、ドレイン電極Ｄとソース電極Ｓの間に電流Ｉｄが流れることになる。
【００２７】
そして、この出力電流Ｉｄを抵抗Ｒ５に通し、その両端の電位差を出力として検出するようにしている。つまり、球状センサ２の周囲に電場変化がない状態からこの電場変化が生じた場合には、この出力電圧が発生することで検出することができる。
【００２８】
このように、球状センサ２の周囲での電場変化を、静電誘導による電荷密度差として検出する検出器１０に、静電誘導による電荷密度差に基づく電位差をゲート電極Ｇへの印可電圧としてドレイン電極Ｄとソース電極Ｓの間の出力電流Ｉｄが変動するＭＯＳタイプの電界効果型トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）１２を用いたことにより、装置１の構成を比較的簡単でコンパクトなものとすることができる。
【００２９】
前記検出器１０からの出力信号は、図１に示されるように、アンプ２１で増幅されフィルタ２３を通過した後、例えばパーソナルコンピュータ（パソコン）２５に入力され、そのディスプレイ（不図示）画面に表示し得るようになっている。前記パソコン２５は、好ましくは、電子メール送受信機能を備え、インターネットに接続されている。また、前記フィルタ２３としては、高周波電場変動を除去するために、例えば１０Ｈｚのローパスフィルタを用いた。
【００３０】
尚、このフィルタ２３を通過した前記検出器１０からの出力信号を、例えば音響または音声等による警報を発し得る警報装置（不図示）に入力し、検出器１０からの出力電圧が予め設定した所定値を越えると警報を発して、当該地点で大地の静電場に一定以上の大きな変化が生じたことを報知できるようにすることもできる。
【００３１】
図４は、前記球状センサ２自体の静電場計測性能（感度など）を確かめるために行った試験での測定データを示すグラフである。
この試験は、図１に示すように球状センサ２の下端表面を大地に接触させて行ったのではなく、具体的には図示しなかったが、台座上に取り付けられた支持部材で球状センサの下端部を支持しておき、台座表面から例えば７０［ｃｍ］の高さ位置に電極を配置して、球状センサに鉛直方向の電場をかけ、その電場強度とセンサ応答出力との関係を測定したものである。
【００３２】
この試験では、ソース電極Ｓとドレイン電極Ｄの間に配設したバイアス電源Ｂ（図２参照）の出力電圧ＶＢ（バイアス電圧）を固定しておき、電場強度を０［Ｖ／ｍ］近傍から徐々に上昇させながらセンサ出力［ｍＶ］を測定し、この出力が電場強度の上昇に対して飽和状態となるまで測定を行った。図４に示したグラフは、固定するバイアス電圧ＶＢを２［Ｖ］，３［Ｖ］，４［Ｖ］の３種類の値に変えて同様の測定を行った場合についてのものである。
【００３３】
図４に示した試験結果から、バイアス電圧ＶＢを上げることによって出力電圧の飽和レベルも上昇することが確認できた。また、各プロットラインの傾きから、試験に用いた球状センサが約１［Ｖ／ｍ］の分解能を有していることが分かった。
すなわち、静電場計測装置１のセンサとしてかかる球状センサを採用することにより、高感度で比較的安価な、従って多地点での計測に好適なセンサを得ることができる。
【００３４】
本実施形態では、静電場計測装置１の検出器１０から前記パソコン２５に入力されたセンサ出力信号は、好ましくは、大地の静電場計測システムのデータ収集センタに送信される。このデータ収集センタは、多数の観測点にそれぞれ設けられた前記大地の静電場計測装置１からの出力データを収集するもので、その概略を図５のブロック構成図に示すように、メールサーバ３１を備えている。
【００３５】
また、このメールサーバ３１はＬＡＮを介して解析サーバ３３と信号授受可能に接続されている。この解析サーバ３３は、メールサーバ３１で受信された各観測点の静電場計測装置１からの電子メールデータを観測点毎に類別してデータ解析を行い、その解析結果を種々の好適なグラフとしてデータ化することができるものであり、データ収集センタ３０内に設けても良いし或いは外部に設けても良い。
【００３６】
各観測点に設置された大地の静電場計測装置１はそれぞれクライアントＣ（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…，Ｃｎ）として識別され、各クライアントＣからの計測データは、各々のパソコン２５を介して、電子メールに添付された添付ファイルの形式でインターネットを介して、データ収集センタ３０のメールサーバ３１に送られて来る。
【００３７】
このクライアントＣからインターネットを介してのメールサーバ３１へのデータ送信は、当該クライアントＣでのデータ収録毎に逐次行うことが好ましいが、データ収録インターバルがごく短い場合には一定の短時間毎に纏めて行うようにしても良い。各クライアントＣでのデータ収録および電子メールデータとしてのデータの送信は、各クライアントＣに備えられたパソコン２５に所定のソフトウェア（例えばＰｒｏＤｉｇｉｏ（Ｔ＆Ｄ））をインストールしておき、このソフトウェアを利用することにより行うことができる。
【００３８】
メールサーバ３１が各クライアントＣからの電子メールデータを受信する際には、クライアントＣ毎に予め設定された観測点ＩＤ（ユーザ名）やパスワード等により、正規のクライアントからの電子メールであるか否かが判断される。受信データは、添付ファイルの形式であるので観測点ＩＤ毎のフォルダに振り分けられた後、解析サーバ３３に転送される。この解析サーバ３３へのデータ転送は、メールサーバ３１が各クライアントＣから電子メールデータを受け取る度に逐次行われる。尚、各クライアントＣからの電子メールデータを観測点ＩＤ毎に振り分けるデータ用フォルダを、メールサーバ３１の外部、例えば解析サーバ３３自体に設けるようにしても良い。
【００３９】
メールサーバ３１から前記電子メールデータを受け取った解析サーバ３３は、所定のソフトウェアを用いてデータ解析を行い、その解析結果を、種々の好適な形式のグラフデータとして表し、観測点ＩＤ毎に解析フォルダに収納する。
以上のように、複数の観測点に配置された大地の静電場計測装置１（各クライアントＣ）からそれぞれ送信されて来る電子メールデータをメールサーバ３１で受信し、観測点毎の電子メールデータを解析サーバ３３で解析することにより、各観測点での計測結果に対する解析データを略リアルタイムで得ることが可能になる。
【００４０】
また、本実施形態では、より好ましくは、インターネット上にデータを公開するウェブサーバ（不図示）が前記解析サーバ３３に連繋して設けられており、このウェブサーバを介して解析サーバ３３による解析データがインターネット上に公開されるようになっている。
これにより、各観測点での計測結果に対する解析データを、略リアルタイムで、且つ非常に広範に利用することができるのである。
【００４１】
尚、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更や修正を加え得るものであることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、大地の静電場を計測する静電場計測装置および多地点での大地の静電場計測データを取り扱う計測システムに関するもので、大地自体および大地に極めて近い空間の静電場の変化をより正確に検出することができる静電場計測装置として、また、多地点での大地の静電場計測データを解析して極力リアルタイムで利用できるようにする静電場計測システムとして、有効に利用することができ、更に、地震の前兆持に極低周波の電磁波が生じるに伴い電荷が発生する場合には、かかる地震の先行電磁現象を検知するものとして有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係る大地の静電場計測装置の全体構成を概略的に示す構成図である。
【図２】前記静電場計測装置に備えられた検出器の内部構成を概略的に示す構成図である。
【図３】前記検出器に備えられたトランジスタの構成の一例を概略的に示す構成図である。
【図４】前記静電場計測装置で用いた球状センサの静電場計測性能の確認試験結果の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態に係る大地の静電場計測システムのシステム構成の概略を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  大地の静電場計測装置
２  球状センサ
４  カバー体
１０  検出部
２５  パーソナルコンピュータ
３０  データ収集センタ
３１  メールサーバ
３３  解析サーバ
Ｄ  ドレイン電極
Ｇ  ゲート電極
Ｊ  大地
Ｓ  ソース電極
【図１】
2008175641.tif 000003
【図２】
2008175641.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008175641.tif 000006
【図５】
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