(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイルと、
当該各コイルに対して磁場を与える磁場生成手段と、
前記各コイルが配置され、被測定体の動きに従って、前記磁場内を前記各コイルが変位するよう構成された可動体と、
前記各コイルに誘起された誘導起電力を出力する出力手段と、を備える導電型検出器であって、
前記各コイル同士は並列接続され、
前記出力手段は、これら並列接続されたコイルに誘起される誘導起電力を出力するように構成され、
前記可動体には、貫通孔が形成されてあり、
この貫通孔に、前記各コイル同士を並列接続する為の複数の配線のうち一端が所定のコイルの始端或いは終端に接続された配線を通す様にし、
前記複数の配線のうち一端が前記所定のコイル以外のコイルの始端或いは終端に接続された配線と前記貫通孔を通された配線とを集約する中継端子を前記可動体に設け、
前記中継端子と前記出力手段とが接続されるよう構成されて成る事を特徴とする動電型検出器。
【請求項２】
請求項１記載の動電型検出器に於いて、
前記各コイルに、略等しい誘導起電力が誘起されるよう構成されて成る事を特徴とする動電型検出器。
【請求項３】
請求項２記載の動電型検出器に於いて、
前記各コイルのコイル長が略均しくされてあると共に、
前記磁場生成手段は当該各コイルに対して略等しい磁束密度の磁場を与え、
前記各コイルが、当該磁場の着磁する方向に対して略垂直な方向に、略等しい速度で変位するよう構成されて成る事を特徴とする動電型検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動電型検出器に関し、特に観測者が直接赴く事の出来ない箇所の観測に用いて好適な動電型検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動電型検出器は、「磁場中を導体が運動すると、導体にはその運動速度に比例した誘導起電力が発生する」という原理を利用して被測定体の速度や加速度などの動きを検出するものである。具体的には、例えば動電型検出器は、被測定体の動きに伴って自在に変位するよう弾性支持された可動体と、この可動体に取付けられた導体としてのコイルと、このコイルに磁場を与える磁気回路とを備えており、可動体が変位した際にコイルに発生する誘導起電力が出力されるよう構成されている。
この様な動電型検出器は、例えば火山の活動状況の観測に用いられている。この場合は、当該観測箇所に観測者が立入れないので、動電型検出器を載置したぺネトレータを、ヘリコプタ等を用いて上空から落下させ、地表に打ち込む事により、当該箇所に動電型検出器を設置する事が行われている。
【０００３】
ところで、打込時には動電型検出器に強大な衝撃加速度が加わる関係上、観測者が直接赴く事の出来ない箇所の観測に用いられる動電型検出器としては耐衝撃性を有するものが好ましい。この様な観点から、本出願人によって例えば特開平６−２３５６５６号公報に開示されてある様に、可動体が所定の振幅以上変位する事を阻止するストッパを備えたものが提案されている。この動電型検出器によれば、打込時に強大な衝撃加速度が加わったとしても、可動体が本体ケースの内面に衝突してしまわないので、可動体の破損が防止される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平６−２３５６５６号公報に開示されている動電型検出器では、可動体の破損は防止できるものの、可動体に取付けられているコイルが断線してしまう場合があった。この場合、当該動電型検出器からは何ら出力が得られないこととなる。
本発明は、かかる事情に鑑み成されたものであり、より信頼性の高い動電型検出器を提供する事を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の動電型検出器は、例えば図１に示す様に、複数のコイル（４ａ，４ｂ）と、当該各コイルに対して磁場を与える磁場生成手段（例えば、磁気回路５，６等）と、前記各コイルが配置され、被測定体の動きに従って、前記磁場内を前記各コイルが変位するよう構成された可動体（３）と、前記各コイルに誘起された誘導起電力を出力する出力手段（例えば、出力端子１３，１４等）と、を備える導電型検出器であって、前記各コイル同士は並列接続され、前記出力手段は、これら並列接続されたコイルに誘起される誘導起電力を出力するように構成され、
前記可動体には、貫通孔が形成されてあり、
この貫通孔に、前記各コイル同士を並列接続する為の複数の配線のうち一端が所定のコイルの始端或いは終端に接続された配線を通す様にし、
前記複数の配線のうち前記所定のコイル以外のコイルの始端或いは終端に接続された配線と前記貫通孔を通された配線とを集約する中継端子を前記可動体に設け、
前記中継端子と前記出力手段とが接続されるよう構成されて成る事を特徴とする。
【０００６】
ここで、磁場生成手段としては、磁場を生成するものであれば特に限定されず、例えば、永久磁石、電磁石、若しくはこれらによって磁化される鉄その他の磁性体、又はこれらを組合せて成る磁気回路等を用いることができる。
【０００７】
この場合に於いて、前記各コイルに、略等しい誘導起電力が誘起されるよう構成するのが好ましい。
【０００８】
具体的には、前記各コイルのコイル長を略均しくすると共に、前記磁場生成手段が当該各コイルに対して略等しい磁束密度の磁場を与えるようにし、全ての前記コイルが、当該磁場の着磁する方向に対して略垂直な方向に、略等しい速度で、変位するよう構成するとよい。
【０００９】
何れの場合に於いても、前記可動体に貫通孔（３３ａ，３３ｂ）を形成し、この貫通孔に、前記各コイル同士を並列接続する為の配線を通す様にするのが好ましい。
【００１０】
本発明の動電型検出器によれば、複数のコイルの各々には、磁場生成手段によって磁場が与えられる。そして、被測定体が動くと、当該被測定体の動きに従って各コイルが磁場内を変位する。この事により、各々のコイル中の電荷には、被測定体の動きに応じたローレンツ力が作用する。従って、当該各コイルには、被測定体の動きに応じた誘導起電力が発生する。また、各コイル同士は並列接続されていて、これら並列接続されたコイルに誘起される誘導起電力が出力手段によって出力されるので、打込時の衝撃で仮に一部のコイルが断線されたとしても、少なくとも１のコイルが断線されていなければ、これらのコイル全体からは、被測定体の動きに応じた電圧が出力される。従って、仮に複数のコイルの内、一部のコイルが断線されたとしても、被測定体の動きの観測を継続できることとなって、動電型検出器の信頼性を向上できる。
【００１１】
また、本発明の動電型検出器によれば、被測定体が動いた場合に、全てのコイルに略等しい誘導起電力が誘起されるので、コイル間に電位差が生じず、並列接続されたコイル同士が互いに負荷となることはない。従って、全てのコイルが正常に並列接続されている場合であっても、或いは、打込時の衝撃で一部のコイルが断線された場合であっても、これらのコイル全体からは、各々のコイルに誘起される誘導起電力と略等しい電圧が出力される。従って、動電型検出器の信頼性を一層向上できる。
【００１２】
また、本発明の動電型検出器によれば、全てのコイルのコイル長が略均しくされ、磁場生成手段が当該各コイルに対して略等しい磁束密度の磁場を与え、全てのコイルが磁場の着磁する方向に対して略垂直な方向に、略等しい速度で変位するので、被測定体が動いた場合は、全てのコイルに、略等しい誘導起電力が誘起される。この誘導起電力の値は次の式で与えられる。
Ｅ＝ＢＬＶ
ここで、Ｅは誘導起電力を表し、Ｂは磁束密度を表し、Ｌはコイル長を表し、Ｖはコイルの相対速度を表す。
従って、全てのコイルが正常に並列接続されている場合であっても、或いは、打込時の衝撃で一部のコイルが断線された場合であっても、これらのコイル全体からは、各々のコイルに誘起される誘導起電力Ｅと略等しい電圧が出力される。
これにより、動電型検出器の信頼性を確実に向上できる。
【００１３】
また、本発明の動電型検出器によれば、可動体に形成された貫通孔に各コイル同士を並列接続する為の配線のうち一端が所定のコイルの始端或いは終端に接続された配線を通す様にしたので、打込時の衝撃で配線に磁場生成手段等が接触してしまう事を回避できる。従って、配線が断線されにくくなり、動電型検出器の信頼性を向上できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明が適用された動電型速度ピックアップの構成について説明する。
図１は、実施の形態による動電型速度ピックアップの縦断面概略図である。図示の様に、この動電型速度ピックアップ１００の主要部は、外殻を構成する有底円筒状の筐体１によって覆われている。この筐体１の内周面には、弾性支持部材としての支持バネ２ａ，２ｂを介して可動体３が図１中の上下方向に変位自在に拘束されている。この可動体３には、互いに並列接続された２つのコイル４ａ，４ｂが上下２段に巻装されている。当該各コイル４ａ，４ｂは、それぞれ磁場生成手段としての磁気回路５，６によって取囲まれている。これら磁気回路５，６は、筐体１の内周面に上下２段に固着されている。
【００１５】
上段に取付けられた磁気回路５は、可動体３の上段に巻装されたコイル４ａに対して磁場を与えるもので、断面Ｌ字型の磁性体５１及び断面Ｉ字型の磁性体５２と、これら磁性体５１，５２を磁化させる永久磁石５３とにより構成されている。
磁性体５１は、筐体１内の中央に配置されて図１中の上下方向に延在する円筒状の円筒部５１ａと、この円筒部５１ａの下面から筐体１の内周面に亙って鍔状に張り出した鍔部５１ｂと、を有している。鍔部５１ｂ上面の周縁部分には、矩形断面を有するリング状の永久磁石５３が着接されている。永久磁石５３の上面には、これと略同じ外径を有するリング状の磁性体５２が着接されている。
【００１６】
また、円筒部５１ａの外周面と、磁性体５２の内周面との間には、略円筒状の空隙部Ｇ１が出来ている。この空隙部Ｇ１には、永久磁石５３の一方の磁極に着接した磁性体５１と、永久磁石５３の他方の磁極に着接した磁性体５２とによって静的な平等磁場が形成されている。この静磁場が形成された略円筒状の空隙部Ｇ１には、可動体３の上段に巻装されたコイル４ａが遊嵌されている。そして、静磁場の磁束は、このコイル４ａを、当該半径方向、即ち当該コイル４ａを構成する導線の巻回方向に対して略垂直な方向に貫いている。
【００１７】
また、下方に取付けられた磁気回路６は、可動体３の下段に巻装されたコイル４ｂに磁場を与えるもので、断面Ｌ字型の磁性体６１及び断面Ｉ字型の磁性体６２と、これら磁性体６１，６２を磁化する永久磁石６３とから構成されている。
磁性体６１は、平面視において円筒部５１ａと重なるように配置されて図１中の上下方向に延在する円筒状の円筒部６１ａと、この円筒部６１ａの上面から筐体１の内壁に亙って鍔状に張り出した鍔部６１ｂと、を有している。当該鍔６１ｂと鍔部５１ｂとは隣接している。そして、鍔部６１ｂ下面の周縁部分には、矩形断面を有するリング状の永久磁石６３が着接されている。永久磁石６３の下面には、これと略同じ外径を有するリング状の磁性体６２が着接されている。
【００１８】
そして、円筒部６１ａの外周面と、磁性体６２の内周面との間には、略円筒状の空隙部Ｇ２が出来ている。この空隙部Ｇ２には、永久磁石６３の一方の磁極に着接した磁性体６１と、永久磁石６３の他方の磁極に着接した磁性体６２とによって静的な平等磁場が形成されている。この静磁場が形成された略円筒状の空隙部Ｇ２には、可動体３の下段に巻装されたコイル４ｂが遊嵌されている。そして、当該静磁場の磁束は、コイル４ｂを、当該半径方向、即ち当該コイル４ａを構成する導線の巻回方向に対して略垂直な方向に貫いている。
【００１９】
これら永久磁石５３，６３の磁力は略同じであると共に、磁気回路５，６の特性も略同じであり、コイル４ａ，４ｂに対しては、それぞれ略等しい磁束密度の磁場が与えられている。即ち、当該各コイル４ａ，４ｂには、略同じ密度の磁束が着磁している。
【００２０】
また、上方の空隙部Ｇ１に遊嵌されているコイル４ａと、下方の空隙部Ｇ２に遊嵌されているコイル４ｂとはコイル長が略均しく、これ等は共に一体の可動体３に取付けられてある。この可動体３は、例えば円環状のダイアフラムスプリング等の支持バネ２ａ，２ｂによって、被測定体の動きに従って、図１中の上下方向に自在に変位するよう弾性支持されている。
これによって、被測定体が動くと、筐体１の内壁に固定的に取付けられた磁気回路５、６に対して、全てのコイル４ａ，４ｂが、当該磁場の着磁する方向すなわち磁束が貫く方向と、当該コイルの巻回方向すなわち起電力が発生する方向と、に対して略垂直な方向（図１中の上下方向）に、略等しい速度で相対的に変位するように成っている。
【００２１】
また、可動体３は、上下２段に配設されたコイル巻装部としてのコイルボビン３１，３２と、これらコイルボビン３１，３２を一体的に繋ぐ柱状の本体部３３と、を有している。コイルボビン３１，３２には、それぞれコイル４ａ及びコイル４ｂが巻装されていて、これらコイルボビン３１，３２は、本体部３３によって一体的に連結されている。
【００２２】
この内、上側のコイルボビン３１の上面には、第１の中継端子７と第２の中継端子８とが立設されている。第１の中継端子７は、全てのコイル４ａ，４ｂの始端に短絡されてあり、第２の中継端子８は、全てのコイル４ａ，４ｂの終端に短絡されている。
詳細には、第１の中継端子７と、全てのコイル４ａ，４ｂの始端とは個別の配線を用いて接続されていると共に、第２の中継端子８と、全てのコイル４ａ，４ｂの終端とは個別の配線を用いて接続されている。
【００２３】
より詳細には、各々のコイル同士は、配線９，１０，１１，１２を具備して構成される接続手段によって並列接続されている。
このうち、配線９は、一端がコイル４ａの始端に接続され、他端が第１の中継端子７に接続されている。配線１０は、一端がコイル４ｂの始端に接続され、他端が第１の中継端子７に接続されている。
また、配線１１は、一端がコイル４ｂの終端に接続され、他端が第２の中継端子８に接続されている。配線１２は、一端がコイル４ａの終端に接続され、他端が第２の中継端子８に接続されている。
【００２４】
また、柱状の本体部３３には、当該長手方向に沿って一端から他端に連通する２つの貫通孔３３ａ，３３ｂが形成されていて、各コイル同士を並列接続する為の配線１０，１１が当該各貫通孔に挿通されている。即ち、一端がコイル４ｂの始端に接続された配線１０は貫通孔３３ａを通されて第１の中継端子７に接続されている。また、一端がコイル４ｂの終端に短絡された配線１１は貫通孔３３ｂを通されて第２の中継端子８に接続されている。
【００２５】
また、第１の中継端子７と第２の中継端子８とは、それぞれ配線１５，配線１６によって、筐体１の上面に立設された出力手段としての第１の出力端子１３及び第２の出力端子１４に接続されている。そして、当該各端子１３，１４から、並列接続されたコイル４ａ，４ｂに誘起される誘導起電力が出力されるように成っている。即ち、第１の出力端子１３と、第２の出力端子１４との間の電位を計測する事により、各コイル４ａ，４ｂに誘起される誘導起電力を計測できる様に成っている。
【００２６】
以上の様にして構成された動電型速度ピックアップ１００の作用は次の通りである。動電型速度ピックアップ１００に対して図示せぬ被測定体より振動が与えられると、可動体３が支持バネ２ａ，２ｂによって拘束されながら図１中の上下方向に弾性的に変位する。尚、ここに云う被測定体とは、火山の活動状況を観測する際には、大地等がこれに相当する。
【００２７】
すると、可動体３に取付けられた全てのコイル４ａ，４ｂがそれぞれ当該磁場の着磁する方向に対して略垂直な方向に変位する。この事により、各々のコイル４ａ，４ｂを構成する導線中の電荷には、被測定体の速度に応じたローレンツ力が作用する。従って、各々のコイル４ａ，４ｂには、被測定体の動きに応じた誘導起電力が発生する。当該各コイル４ａ，４ｂに誘起される誘導起電力は次の式（１）で表される。
【００２８】
Ｅ＝Ｂ×Ｌ×Ｖ×ｓｉｎθ・・・（１）
式（１）に於いて、Ｅはコイルに誘起される誘導起電力を表し、Ｂは磁気回路によって発生される磁場の磁束密度を表し、Ｌはコイルを構成する導線の長さ即ちコイル長を表し、Ｖはコイルと磁気回路との相対速度を表し、θはコイルが相対変位する方向と当該コイルに磁束が着磁する方向との間の角度を示す。
尚、本実施の形態に於いては、磁気回路５，６が固定されていて、コイル４ａ，４ｂが変位するので、相対速度Ｖは、コイル４ａ，４ｂの変位速度と等価である。
【００２９】
ここで、全てのコイル４ａ，４ｂのコイル長Ｌが略均しくされてあると共に、磁気回路５，６がそれぞれコイル４ａ，４ｂに対して略等しい磁束密度Ｂの磁場を与え、全てのコイル４ａ，４ｂが、当該磁場の着磁する方向に対して略垂直な方向（θ＝π／２[ｒａｄ]）に、略等しい速度Ｖで、相対的に変位するよう構成されているので、被測定体が動いた場合には、全てのコイル４ａ，４ｂに略等しい誘導起電力Ｅ＝Ｂ×Ｌ×Ｖが誘起される。
【００３０】
従って、当該各コイル４ａ，４ｂ間には電位差が生じず、並列接続されたコイル４ａ，４ｂ同士が互いに負荷となることは無い。よって、並列接続されたコイル全体からは、各々のコイルに誘起される誘導起電力Ｅと略等しい電圧が出力される。
そして、出力された電圧、即ち、被測定体の速度を表す信号は、出力端子１３，１４を介して図示せぬ外部装置に出力される。
【００３１】
ここで、外部装置とは、動電型速度ピックアップ１００からの出力を受ける側の計測系の装置を云う。この外部装置の入力インピーダンスは、動電型速度ピックアップ１００のインピーダンスに比べて充分に大きく設計されている。
動電型速度ピックアップ１００のインピーダンスは、２つのコイル４ａ，４ｂが正常に並列接続されている場合は、各コイルのインピーダンスをＲとすると、略Ｒ／２であり、何れかのコイルが断線された場合は、Ｒとなる。従って、外部装置の入力インピーダンスは、少なくともＲ以上に設計するとよい。
そして、この外部装置の計測結果は、例えばマイクロ波その他の電波で図示せぬセンタ装置へ集約される。
【００３２】
以上説明した動電型速度ピックアップ１００によれば、次の様な効果が得られる。
（１）各々略等しい誘導起電力Ｅを発生するコイル４ａ，４ｂ同士が並列接続されているので、２つのコイルが正常に動作している場合であっても、或いは、打込時の衝撃で一方のコイルが断線された場合であっても、これらのコイル全体からは、各々のコイルに誘起される誘導起電力Ｅと略等しい電圧が出力される。従って、一方のコイルが断線された場合であっても、被測定体の速度の観測を継続して行うことができる。よって、動電型速度ピックアップ１００の信頼性を向上できる。
【００３３】
（２）被測定体の動きに伴って自在に変位するよう弾性支持された一体の可動体３に、全てのコイル４ａ，４ｂを取付けると共に、当該可動体３には貫通孔３３ａ，３３ｂを形成し、これら貫通孔３３ａ，３３ｂに各コイル４ａ，４ｂを並列接続する為の配線１０，１１をそれぞれ通す様にしたので、コイルの配置構造が合理化されるのは勿論の事、打込時の衝撃で配線１０，１１に磁気回路５，６等が接触してしまう事を回避できる。従って、配線が断線されにくくなるので、動電型ピックアップ１００の信頼性を向上できる。
【００３４】
（３）可動体３に、第１の中継端子７と第２の中継端子８とを設け、当該各端子７，８に並列接続の為の配線９，１０，１１，１２を一旦集約し、当該各端子７，８と出力端子１３，１４とを夫々配線１５，１６によって接続してあるので、可動体３の変位に伴って遊ぶ配線は配線１５，１６のみである。従って、配線の遊びが可動体の変位に影響を及ぼすのを最小限に抑える事ができるから、正確な観測が行える。
【００３５】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の技術思想はこれに限られるものではない。
例えば、動電型速度ピックアップ１００は、各コイル４ａ，４ｂに誘起される誘導起電力が異なるよう構成してもよい。即ち、例えば、各コイル４ａ，４ｂのコイル長は異なっていてもよい。但し、この場合、何れかのコイルが断線した以後は、動電型速度ピックアップ１００における出力電圧の絶対値が変動するので、何れのコイルが断線されたかを検出する断線コイル検出手段と、この断線コイル検出手段の検出結果に基づいて出力電圧値を補正する補正手段と、を備えるとよい。尚、この補正手段は、前述した外部装置に設けることとしてもよい。
【００３６】
また、コイル４ａ，４ｂに加えて静磁場中にダンピング調整用コイルを更に設け、このダンピング調整用コイルに電流を供給する事により生じるフレミングの力で以って、可動体３に所望のダンピングを与えることとしてもよい。
【００３７】
また、前述した接続手段に、当該各コイル４ａ，４ｂを並列接続する状態と、直列接続する状態とに切り換える切換手段を更に具備することとしてもよい。この切換手段はスイッチ及び端子を用いて容易に実現できる。
尚、各コイル４ａ，４ｂを直列接続した状態では、これらコイル全体として出力される誘導起電力は、各々のコイルに誘起される誘導起電力の和となるので、検出の感度を向上させる事ができる。
【００３８】
また、コイルを３つ或いはそれ以上に設けることとしてもよい。この場合は、２つのコイルを搭載する場合に比べてさらに信頼性を向上できる。コイルを３つ以上搭載する場合であっても、各々のコイルの始端或いは終端と、中継端子７、８と、をそれぞれ個別の配線を用いて接続するのが好ましい。この様にして、当該各コイルを並列接続した場合は、経路の途中に配線の集約箇所を設ける場合に比べて配線の数は増えるものの、１の配線が断線された場合でも、犠牲になるのは１のコイルだけで済み、確実に信頼性を向上できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、複数のコイルのうち一部のコイルが断線されたとしても、何れか１のコイルが断線されていなければ、被測定体の動きの観測を継続できるので、動電型検出器の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態による動電型速度ピックアップの構成を示す縦断面概略図。
【符号の説明】
３                可動体
４ａ，４ｂ        コイル
５，６            磁気回路（磁場生成手段）
１３，１４        出力端子（出力手段）
３３ａ，３３ｂ    貫通孔
【図１】
0004653909.tif 000002