(57)【要約】【課題】  加速度が検出される水平方向２成分Ｘ，Ｙを、設置現場にて容易に南北方向・東西方向に一致させることができ、あるいは、設置時または設置後に方位がずれたとしても、検出された水平方向２成分Ｘ，Ｙを南北方向・東西方向に一致させる補正情報を発信することができ、あるいは補正情報に基づいて加速度を補正できる地震計、地震計ユニット、地震データ収集装置並びに地震計の設置方法及び地震情報の補正方法を提供すること。【解決手段】  地震計１０−１は、二次元面内にて直交するＸ，Ｙ軸に沿った方向の加速度をそれぞれ検出するＸ軸加速度センサ４０及びＹ軸加速度センサ４２と、Ｙ軸と一致する方向またはＹ軸との交差角が既知である方向を第１の方向とした時、第１の方向に感度方向が設定された少なくとも一つの地磁気センサ５２とを有する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元面内にて直交するＸ，Ｙ軸に沿った方向の加速度を検出する加速度センサと、
前記Ｙ軸と一致する方向または前記Ｙ軸との交差角が既知である方向を第１の方向とした時、前記第１の方向に感度方向が設定された少なくとも一つの地磁気センサと、
を有することを特徴とする地震計。
【請求項２】
請求項１において、
前記加速度センサは、前記Ｘ，Ｙ軸に沿った方向の加速度をそれぞれ検出するＸ軸加速度センサ及びＹ軸加速度センサを含むことを特徴とする地震計。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記少なくとも一つの地磁気センサの出力の絶対値は、前記第１の方向が南北方向に一致する時に最大となり、前記第１の方向が東西方向に一致する時に最小となることを特徴とする地震計。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記少なくとも一つの地磁気センサは、
前記第１の方向に感度方向が設定されたＹ軸地磁気センサと、
前記第１の方向と直交する第２の方向に感度方向が設定されたＸ軸地磁気センサと、
を含むことを特徴とする地震計。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１の方向が南北方向に一致し、かつ、前記第２の方向が東西方向に一致する時に、前記Ｙ軸地磁気センサの出力の絶対値は最大となり、前記Ｘ軸地磁気センサの出力の絶対値は最小となり、
前記第１の方向が東西方向に一致し、かつ、前記第２の方向が南北方向に一致する時に、前記Ｙ軸地磁気センサの出力の絶対値は最小となり、前記Ｘ軸地磁気センサの出力の絶対値は最大となることを特徴とする地震計。
【請求項６】
請求項５において、
前記Ｙ軸地磁気センサの出力は、前記第１の方向が前記東西方向を境に北向きである時に第１の符号となり、前記第１の方向が前記東西方向を境に南向きである時に前記第１の符号とは逆の第２の符号となり、
前記Ｘ軸地磁気センサの出力は、前記第２の方向が前記南北方向を境に東向きである時に第３の符号となり、前記第２の方向が前記南北方向を境に西向きである時に前記第３の符号とは逆の第４の符号となることを特徴とする地震計。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記加速度センサは、前記二次元面に直交するＺ軸に沿った方向の加速度を検出し、
前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の加速度をそれぞれ増幅する第１の増幅器と、
前記少なくとも一つの地磁気センサの出力を増幅する第２の増幅器と、
前記第１，第２の増幅器からのアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器と、
をさらに設けたことを特徴とする地震計。
【請求項８】
請求項７に記載の少なくとも一つの地震計と、
時刻情報をデジタル出力する計時手段と、
前記少なくとも一つの地震計からの前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度情報と、前記少なくとも一つの地震計からの地磁気情報と、前記計時手段からの時刻情報とが入力され、前記加速度情報、地磁気情報及び時刻情報を所与の通信フォーマットに編集して送信する通信ブロックと、
を有することを特徴とする地震計ユニット。
【請求項９】
請求項８において、
前記通信ブロックは、前記前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の加速度各々についてデジタル値０を演算する演算部を含み、
前記演算部は、前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の加速度各々について、連続して出力される複数の加速度の移動平均値をデジタル０値に設定することを特徴とする地震計ユニット。
【請求項１０】
請求項９において、
前記演算部は、Ｎ番目の前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の加速度各々について、対応する軸の（Ｎ−１）番目以前の複数の加速度の移動平均値をデジタル値０に設定することを特徴とする地震計ユニット。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれかにおいて、
前記通信ブロックは、前記通信フォーマットの一単位として、オーバーヘッドフレームと少なくとも一つのイベントフレームとを含み、
前記オーバーヘッドフレームは、前記地震計を特定するアドレス情報、前記計時手段からの基準時刻及び前記地磁気情報を含み、
前記少なくとも一つのイベントフレームは、前記基準時刻に対応する前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸加速度情報を含むことを特徴とする地震計ユニット。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記少なくとも一つのイベントフレームのうちの他の一つは、前記基準時刻に対する相対時刻及び前記相対時刻に対応する前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸加速度情報を含むことを特徴とする地震計ユニット。
【請求項１３】
請求項８乃至１２のいずれかに記載の複数の地震計ユニットと回線を介して接続された地震データ収集装置であって、
前記複数の地震計ユニットからの情報がそれぞれ入力される受信部と、
前記受信部にて受信された情報を記憶する記憶部と、
を有することを特徴とする地震データ収集装置。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記記憶部に記憶された前記地磁気情報に基づいて、前記Ｘ，Ｙ軸方向の加速度情報を補正する補正部をさらに有することを特徴とする地震データ収集装置。
【請求項１５】
請求項３に記載の地震計を前記二次元面内にて前記二次元面に直交するＺ軸を中心に回転させる工程と、
前記地震計を回転した時に得られる前記少なくとも一つの地磁気センサの出力の絶対値が最大となる位置を基準として、前記地震計を設置する工程と、
を有することを特徴とする地震計の設置方法。
【請求項１６】
請求項６に記載の地震計を前記二次元面内にて前記二次元面に直交するＺ軸を中心に回転させる工程と、
前記地震計を回転した時に得られる前記Ｘ軸及びＹ軸地磁気センサの出力の絶対値が最大でかつ、該出力の符号が第１の符号となる位置を基準として、前記地震計を設置する工程と、
を有することを特徴とする地震計の設置方法。
【請求項１７】
地震計に設置された加速度センサにより、二次元面内にて直交するＸ，Ｙ軸に沿った方向の加速度をそれぞれ検出する工程と、
前記Ｙ軸と一致する方向または前記Ｙ軸との交差角が既知である方向を第１の方向とした時、前記第１の方向に感度方向が設定されて前記地震計に設置された少なくとも一つの地磁気センサから地磁気情報を検出する工程と、
前記地磁気情報に基づいて、前記第１の方向と北を示す方向とのズレ方位角θを求める工程と、
前記ズレ方位角θに基づいて、前記Ｘ，Ｙ軸に沿った方向の加速度を補正する工程と、
を有することを特徴とする地震情報の補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震計、地震計ユニット、地震データ収集装置並びに地震計の設置方法及び地震情報の補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震計は二次元面内の直交する水平方向２成分Ｘ，Ｙおよび垂直成分Ｚを検出することが知られている（特許文献１，２）。
【０００３】
特に、特許文献１では、検出される水平方向２成分Ｘ，Ｙが、南北方向の加速度成分と及び東西方向の加速度成分であることに言及しているが、地震計をどのように設置するかについては無言である。
【０００４】
地震計の設置に関しては、例えば特許文献３，４に開示されているが、地震計の設置方位については無言である。
【０００５】
一方、方位検知として、地磁気を各種の磁気センサを用いて検知することも知られている（特許文献５−７）。これらは、ナビゲーションシステムや携帯電話機や腕時計のＧＰＳ機能に用途開発されている。
【０００６】
また、磁気センサが搭載された携帯端末を情報源として、各地の地磁気情報を、ネットワークを介して収集し、その情報をもとに地震予知するシステムも提案されている（特許文献８）。しかし、この発明では、不特定多数の携帯端末が東西南北を向く確率は常に等しいと仮定して、各携帯端末の方位を無視している。
【特許文献１】特許第３３０７８４０号公報
【特許文献２】特開平８−２８５９５２号公報
【特許文献３】特開２００１−２４２２５９号公報
【特許文献４】特開２００１−３１８１６１号公報
【特許文献５】特開２００５−２２１３８３号公報
【特許文献６】特許第２９３２０７９号公報
【特許文献７】特許第３３１８７６２号公報
【特許文献８】特開２００３−２１５２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、加速度が検出される水平方向２成分Ｘ，Ｙを、設置現場にて容易に南北方向・東西方向に一致させることができ、あるいは、設置時または設置後に方位がずれたとしても、検出された水平方向２成分Ｘ，Ｙを南北方向・東西方向に一致させる補正情報を発信することができ、あるいはその補正情報に基づいて加速度を補正することができる地震計、地震計ユニット、地震データ収集装置並びに地震計の設置方法及び地震情報の補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る地震計は、二次元面内にて直交するＸ，Ｙ軸に沿った方向の加速度を検出する加速度センサと、前記Ｙ軸と一致する方向または前記Ｙ軸との交差角が既知である方向を第１の方向とした時、前記第１の方向に感度方向が設定された少なくとも一つの地磁気センサと、を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様に係る地震計では、Ｘ，Ｙ軸の加速度を検出する加速度センサに加えて、少なくとも一つの地磁気センサが搭載されている。少なくとも一つの地磁気センサは、Ｙ軸と一致する方向またはＹ軸との交差角が既知である方向を第１の方向とした時、第１の方向に感度方向が設定されているので、加速度センサからのＸ軸またはＹ軸の加速度が、実際にはどの方向の加速度であるかを示す方位情報として利用することができる。
【００１０】
少なくとも一つの地磁気センサの出力により、地震計の設置時にＹ軸の向く方向を知得して地震計の設置方向を定めることができる。さらには、Ｙ軸が当初予期した方向（例えば北方向）と設置時または設置後にずれたとしても、少なくとも一つの地磁気センサの出力により、検出されたＸ，Ｙ軸加速度から、予期した方向の加速成分を算出することができる。
【００１１】
本発明の一態様では、前記加速度センサは、一つのセンサによりＸ軸及びＹ軸方向の加速度を検出するものの他、Ｘ軸加速度センサ及びＹ軸加速度センサを含むものであっても良い。
【００１２】
本発明の一態様では、前記少なくとも一つの地磁気センサの出力の絶対値は、前記第１の方向が南北方向に一致する時に最大となり、前記第１の方向が東西方向に一致する時に最小となる特性を有することができる。地磁気センサが一つでも、北軸を中心とする１８０゜の範囲では、地磁気センサの出力により地震計の設置方位を決定できる。
【００１３】
より好ましくは、前記少なくとも一つの地磁気センサは、前記第１の方向に感度方向が設定されたＹ軸地磁気センサと、前記第１の方向と直交する第２の方向に感度方向が設定されたＸ軸地磁気センサと、を含むことができる。感度方向が９０゜ずれた２つの地磁気センサからの２出力を用いれば、３６０゜の範囲で地震計の設置方位を一義的に決定できる。
【００１４】
この際、前記第１の方向が南北方向に一致し、かつ、前記第２の方向が東西方向に一致する時に、前記Ｙ軸地磁気センサの出力の絶対値は最大となり、前記Ｘ軸地磁気センサの出力の絶対値は最小となり、前記第１の方向が東西方向に一致し、かつ、前記第２の方向が南北方向に一致する時に、前記Ｙ軸地磁気センサの出力の絶対値は最小となり、前記Ｘ軸地磁気センサの出力の絶対値は最大となるように出力調整すればよい。
【００１５】
３６０゜の範囲で地震計の設置方位を一義的に決定するために、前記Ｙ軸地磁気センサの出力は、前記第１の方向が前記東西方向を境に北向きである時に第１の符号となり、前記第１の方向が前記東西方向を境に南向きである時に前記第１の符号とは逆の第２の符号となり、前記Ｘ軸地磁気センサの出力は、前記第２の方向が前記南北方向を境に東向きである時に第３の符号となり、前記第２の方向が前記南北方向を境に西向きである時に前記第３の符号とは逆の第４の符号となるように出力定義すればよい。こうすると、２つの地磁気センサからの絶対値と符号とにより、方位が一義的に定まる。
【００１６】
本発明の一態様では、前記加速度センサは、前記二次元面に直交するＺ軸に沿った方向の加速度を検出し、前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の加速度をそれぞれ増幅する第１の増幅器と、前記少なくとも一つの地磁気センサの出力を増幅する第２の増幅器と、前記第１，第２の増幅器からのアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器と、をさらに設けることができる。
【００１７】
こうすると、Ｘ，Ｙ軸加速度による横振動に加えて、Ｚ軸加速度による縦振動も検出でき、それらの各加速度を高精度で遠隔伝送可能なデジタル信号として送出できる。
【００１８】
本発明の他の態様に係る地震計ユニットは、少なくとも一つの上述の地震計と、時刻情報をデジタル出力する計時手段と、前記少なくとも一つの地震計からの前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度情報と、前記少なくとも一つの地震計からの地磁気情報と、前記計時手段からの時刻情報とが入力され、前記加速度情報、地磁気情報及び時刻情報を所与の通信フォーマットに編集して送信する通信ブロックと、を有することを特徴とする。
【００１９】
こうすると、通信ブロックから送信される通信フォーマットには、少なくとも一つの地震計からのＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度情報と、少なくとも一つの地震計からの地磁気情報と、計時手段からの時刻情報とが含んで送信することができる。このように、加速度情報と共に地磁気情報を送信することで、Ｙ軸が当初予期した方向（例えば北方向）と設置時または設置後にずれたとしても、少なくとも一つの地磁気センサの出力により、検出されたＸ，Ｙ軸加速度から、予期した方向の加速成分を算出することができる。
【００２０】
本発明の他の態様では、前記通信ブロックは、前記前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の加速度各々についてデジタル値０を演算する演算部を含み、前記演算部は、前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の加速度各々について、連続して出力される複数の加速度の移動平均値をデジタル０値に設定することができる。
【００２１】
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸加速度は、温度ドリフトによって基準レベルが変化することがあるが、基準レベルの正負側に振幅を有する加速度をデジタル化した情報（符号付デジタル値）の移動平均値を求めれば、所定の時間間隔毎に基準レベルを求めることができる。よって、その移動平均値をデジタル０値に置き換えれば、温度ドリフト補正が可能となる。
【００２２】
本発明の他の態様では、前記演算部は、Ｎ番目の前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の加速度各々について、対応する軸の（Ｎ−１）番目以前の複数の加速度の移動平均値をデジタル値０に設定することができる。つまり、過去の所定数の加速度の移動平均値を今回の加速度のデジタル０値に設定して、温度ドリフト補正を実現することができる。
【００２３】
本発明の他の態様では、前記通信ブロックは、前記通信フォーマットの一単位として、オーバーヘッドフレームと少なくとも一つのイベントフレームとを含み、前記オーバーヘッドフレームは、前記地震計を特定するアドレス情報、前記計時手段からの基準時刻及び前記地磁気情報を含み、前記少なくとも一つのイベントフレームは、前記基準時刻に対応する前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸加速度情報を含むことができる。加えて、前記少なくとも一つのイベントフレームのうちの他の一つは、前記基準時刻に対する相対時刻及び前記相対時刻に対応する前記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸加速度情報を含むことができる。
【００２４】
本発明のさらに他の態様は、上述した複数の地震計ユニットと回線を介して接続された地震データ収集装置であって、前記複数の地震計ユニットからの情報がそれぞれ入力される受信部と、前記受信部にて受信された情報を記憶する記憶部と、を有することを特徴とする。
【００２５】
こうして、遠隔地に設定された複数の地震計ユニットからの地震情報を、地震データ収集装置にて一括管理することができる。
【００２６】
本発明のさらに他の態様では、前記記憶部に記憶部に記憶された前記地磁気情報に基づいて、前記Ｘ，Ｙ軸方向の加速度情報を補正する補正部をさらに有することができる。これにより、地震計が設置時または設置後に予期した方向からずれたとしても、正しい加速度情報に補正することができる。
【００２７】
本発明のさらに他の発明に係る地震計の設置方法は、少なくとも一つの地磁気センサを含む地震計を前記二次元面内にて前記二次元面に直交するＺ軸を中心に回転させる工程と、前記地震計を回転した時に得られる前記少なくとも一つの地磁気センサの出力の絶対値が最大となる位置を基準として、前記地震計を設置する工程と、を有することを特徴とする。この場合、北向きを中心とする１８０゜の範囲で、地震計の向きを一義的に検出して、その設置向きを設定することができる。
【００２８】
本発明のさらに他の発明に係る地震計の設置方法は、Ｘ軸及びＹ軸地磁気センサを含む地震計を前記二次元面内にて前記二次元面に直交するＺ軸を中心に回転させる工程と、前記地震計を回転した時に得られる前記少なくとも一つの地磁気センサの出力の絶対値が最大でかつ、該出力の符号が第１の符号となる位置を基準として、前記地震計を設置する工程と、を有することを特徴とする。この場合、３６０゜の全範囲で、地震計の向きを一義的に検出して、その設置向きを設定することができる。
【００２９】
本発明のさらに他の発明に係る地震情報の補正方法は、地震計に設置された加速度センサにより、二次元面内にて直交するＸ，Ｙ軸に沿った方向の加速度をそれぞれ検出する工程と、前記Ｙ軸と一致する方向または前記Ｙ軸との交差角が既知である方向を第１の方向とした時、前記第１の方向に感度方向が設定されて前記地震計に設置された少なくとも一つの地磁気センサから地磁気情報を検出する工程と、前記地磁気情報に基づいて、前記第１の方向と北を示す方向とのズレ方位角θを求める工程と、前記ズレ方位角θに基づいて、前記Ｘ，Ｙ軸に沿った方向の加速度を補正する工程と、を有することを特徴とする。
【００３０】
本発明に係る地震情報の補正方法によれば、Ｘ軸及びＹ軸加速度を、Ｙ軸と一致する方向または前記Ｙ軸との交差角が既知である方向に感度を有する少なくとも一つの地磁気センサからの方位情報に基づいて、予期した方向の加速度に補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３２】
１．遠隔震動計測システム
図１は、本発明の実施形態に係る遠隔震動計測システムの概略図である。図１において、私設または公衆の回線、好適には例えばインターネット１には、少なくとも一つ、例えばＮ（Ｎは２以上の整数）個の地震計ユニット１００−１〜１００−Ｎと、地震データ収集装置２００と、が接続されている。
【００３３】
Ｎ個の地震計ユニット１００−１〜１００−Ｎの各々は、少なくとも一つ、例えばｎ（ｎは２以上の整数）個の地震計１０−１〜１０−ｎと、一つの計時ブロック２０と、一つの通信ブロック３０と、を含んでいる。
【００３４】
ｎ個の地震計１０−１〜１０−ｎの各々は、例えば図２に示す地震計１０−１と同一の構成を有する。図２に示す地震計１０−１は、Ｘ軸加速度センサ４０、Ｙ軸加速度センサ４２、Ｚ軸加速度センサ４４及び第１の増幅器４６を含んでいる。第１の増幅器４６は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の加速度信号をそれぞれ増幅する３系統の増幅経路を含んでいる。地震計１０−１はさらに、Ｘ軸地磁気センサ５０、Ｙ軸地磁気センサ５２及び第２の増幅器５４を含んでいる。第２の増幅器５４は、Ｘ，Ｙ軸の地磁気信号をそれぞれ増幅する２系統の増幅経路を含んでいる。また、地震計１０−１には、第１，第２の増幅器４６，５４からの出力を、例えば１０ｍＳ毎に時分割でアナログ−デジタル変換して、例えば符合付きｇａｌ（重力加速度）値に変換するアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器６０が設けられている。このＡ／Ｄ変換器６０と計時ブロック２０とが、通信ブロック３０に接続されている。
【００３５】
計時ブロック２０としては、高精度のクロックジェネレータ（原子時計）、電波時計、あるいはGPS受信機から再生される高精度のClock再生信号等が利用される。いずれの場合でも、計時ブロック２０からは、予め定められたフォーマットによる年差の小さいデジタル信号の時刻情報が出力される。
【００３６】
通信ブロック３０は、Ａ／Ｄ変換器６０からのデジタル信号を、通信ブロック３０と接続される回線１に適合するフォーマットに変換して送出するもので、本実施形態ではインターネット１に適合するＴＣＰ／ＩＰ(Transmission Control Protocol / Internet Protocol)の通信フォーマットに変換して送出している。
【００３７】
通信ブロック３０は、ＭＰＵ(Micro Processing Unit)と、メモリ、システムインターフェース等の周辺装置から構成されている。通信ブロック３０は、データ送信機能だけでなく、地震データ収集装置２００側からのリクエストによりファームウェアの更新が可能である。
【００３８】
図１において、インターネット１に接続された地震データ収集装置２００は、例えば、インターネット１に接続された地震データ収集サーバ２１０と、この地震データ収集サーバ２１０と回線例えばＬＡＮ(Local Area Network)２２０を介して接続された少なくとも一つの端末装置２３０を有している。
【００３９】
地震データ収集サーバ２１０は、インターネット１を介して受信された加速度情報、方位情報、計時情報を所定のフォーマットに変換して記憶する。端末装置２３０は例えばパーソナルコンピュータであり、地震データ収集サーバ２１０に蓄えられた情報を、ＬＡＮ２２０を介して受信し、データ処理して出力（表示出力または印刷出力）することができる。また、端末装置２３０の操作等によって、通信ブロック３０のファームウェア等を更新可能である。
【００４０】
このように、本実施形態では、地震計ユニット１００−１〜１００−Ｎとは離れた位置に設置された地震データ収集装置２００にて、地震データを収集して観測することができる。また、端末装置２３０側から遠隔地にある通信ブロック３０に対してファームウェア等の更新の遠隔操作が可能である。なお、地震データ収集装置２００の詳細について後述する。
【００４１】
２．センサブロック
図３は、図１に示す地震計１０−１のうち、５つのセンサ４０〜４４、５０〜５２が搭載されたセンサブロック７０を示している。このセンサブロック７０は、水平基盤７２と垂直基盤７４とを有する。水平基盤７２上には、Ｘ軸加速度センサ４０、Ｙ軸加速度センサ４２、Ｘ軸地磁気センサ５０及びＹ軸地磁気センサ５２が設けられている。垂直基盤７４には、Ｚ軸加速度センサ４４が設けられている。この各センサを搭載したセンサブロック７０は、地中、水底または人工物等の地震設置部位に設置される。なお、第１，第２の増幅器４６，５４及びＡ／Ｄ変換器６０は、必ずしもセンサブロック７０上に設置する必要はなく、センサブロック７０上のセンサと配線されていれば良い。
【００４２】
また、図３では、Ｘ軸加速度センサ４０、Ｙ軸加速度センサ４２、Ｚ軸加速度センサ４４を別個のセンサにて構成したが、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の加速度をそれぞれ検出する一体型加速度センサとしてもよく、こうすることでセンサブロック７０をコンパクト化することができる。
【００４３】
水平基盤７２は、二次元面内にて直交するＸ，Ｙ軸が定義されている。また、垂直基盤７４は、水平基盤７２の二次元面と直交するＺ軸と平行に、水平基盤７２と一体成形されるか、あるいは水平基盤７２に固定されている。Ｘ軸加速度センサ４０は、Ｘ軸に沿った方向の加速度を検出するように、水平基盤７２上に設置される。Ｙ軸加速度センサ４２は、Ｙ軸に沿った方向の加速度を検出するように、水平基盤７２上に設置される。Ｚ軸加速度センサ４４は、Ｚ軸に沿った方向の加速度を検出するように、垂直基盤７４上に配置されている。
【００４４】
この種の加速度センサとしては、静電容量式、ピエゾ抵抗式、あるいはシリコンの結晶異方性エッチングを応用した半導体加速度センサや、歪ゲージ式又は圧電式の加速度センサ、あるいは磁気抵抗効果型加速度センサ等を挙げることができる。特に、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)を用いて製造される半導体加速度センサは、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸との一致性が高い加工精度で担保できる点で好ましい。
【００４５】
水平基盤７２上にはさらに、Ｘ軸及びＹ軸地磁気センサ５０，５２が設けられている。このＸ軸及びＹ軸地磁気センサ５０，５２は、感度方向が互いに９０゜だけずれている。Ｙ軸地磁気センサ５２は、例えばＹ軸と一致する方向（第１の方向）に感度方向が設定されている。ただし、Ｙ軸地磁気センサ５０の感度方向は、Ｙ軸と一致するものに代えて、Ｙ軸との交差角が既知である方向（この場合は、これが第１の方向となる）であってもよい。Ｘ軸地磁気センサ５２は、第１の方向と直交する第２の方向に感度方向が設定されている。Ｙ軸と同様に、Ｘ軸地磁気センサ５０の感度方向は、Ｘ軸と一致するものに代えて、Ｘ軸との交差角が既知である方向であってもよい。この場合でも、Ｘ軸及びＹ軸地磁気センサ５０，５２は、感度方向が互いに９０゜だけずれていることが条件となる。
【００４６】
この種の地磁気センサとしては、巨大磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ）、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）、フラックスゲート素子、半導体ホール効果センサ、トンネル型磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）等を挙げることができる。
【００４７】
３．地震計の設置方法
図３に示すセンサブロック７０のうち、Ｘ軸地磁気センサ５０及びＹ軸地磁気センサ５２を用いた方位検出について、図４〜図６も参照して説明する。
【００４８】
ここで、図３に示すセンサブロック７０を設置場所に設置するには、図１に示す地震計１０−１等に内蔵されたユーザーインターフェースを介して、センサブロック７０からのＸ，Ｙ軸の地磁気情報をユーザ装置にて観測できる。
【００４９】
図４は、センサブロック７０の方位検出を行なう概念図を示している。図４に示すように、センサブロック７０のＹ軸が北→東→南→西の順位方向に向くように、センサブロック７０を３６０°回転させる。このときの、Ｘ軸及びＹ軸地磁気センサ５０，５２の出力は図５の通り定義すると、Ｘ軸及びＹ軸地磁気センサ５０，５２の出力は図６に示す通りとなる。
【００５０】
図５及び図６に示すように、第１の方向であるＹ軸が南北方向に一致し、かつ、第２の方向であるＸ軸が東西方向に一致する時に、Ｙ軸地磁気センサ５２の出力の絶対値は最大となり、Ｘ軸地磁気センサ５０の出力の絶対値は最小となる。逆に、Ｙ軸である第１の方向が東西方向に一致し、かつ、第２の方向であるＸ軸が南北方向に一致する時に、Ｙ軸地磁気センサ５２の出力の絶対値は最小となり、Ｘ軸地磁気センサ５０の出力の絶対値は最大となる。上述したＸ軸及びＹ軸地磁気センサ５０，５２の感度方向とは、図５の定義のように、ある特定方向に一致させた時にセンサ出力の絶対値が最大となる方向である。この感度方向とは、Ｘ軸及びＹ軸地磁気センサ５０，５２の感度に幅がある場合には、最大感度方向を意味する。
【００５１】
さらに、Ｙ軸地磁気センサ５２の出力は、第１の方向であるＹ軸が東西方向を境に北向きである時にプラス（広義には第１の符号）となり、第１の方向であるＹ軸が東西方向を境に南向きである時にマイナス（広義には第１の符号とは逆の第２の符号）となる。一方、Ｘ軸地磁気センサ５０の出力は、第２の方向であるＸ軸が南北方向を境に東向きである時にプラス（後期には第３の符号）となり、第２の方向であるＸ軸が南北方向を境に西向きである時にマイナス（広義には第３の符号とは逆の第４の符号）となる。
【００５２】
つまり、図６に示すＸ軸地磁気センサ５０の出力はサインカーブＳＩＮ（Ｘ）となり、Ｙ軸地磁気センサ５２の出力はコサインカーブＣＯＳ（Ｙ）となる。
【００５３】
図６から明らかなように、ユーザーインターフェースを介してＸ軸及Ｙ軸地磁気センサ５０，５２の出力値が得られれば、センサブロック７０が現在どの方位を向いているかが分かる。例えば、図６において、Ｘ軸及Ｙ軸地磁気センサ５０，５２の出力値Ａ，Ｂが得られれば、Ｙ軸に対するズレ方位角θが一義的に求まる。
【００５４】
換言すれば、次の方法により、センサブロック７０の方位を正しく設定できる。まず、センサブロック７０を最大３６０°の範囲に回転させながら、ユーザーインターフェースを介してＸ軸及Ｙ軸地磁気センサ５０，５２の出力値Ａ，Ｂをモニタする。Ｘ軸地磁気センサ５０の出力値Ａが＋１であり、Ｙ軸地磁気センサ５２の出力値Ｂが０であれば、Ｙ軸は真北を示していることになる。従って、出力値Ａ＝＋１及び出力値Ｂ＝０の位置でセンサブロック７０の回転を停止すれば、Ｙ軸が真北を向いた状態でセンサブロック７０を設置することができる。なお、地震計１０−１の最小単位をセンサブロック７０とすれば、上述の方法で地震計１０−１を設置できる。つまり、図２に示す計時ブロック２０、第１，第２の増幅器４６，５４、Ａ／Ｄ変換器６０は、必ずしもセンサブロック７０と同じ位置に設置する必要はない。
【００５５】
変形例として、Ｘ軸及びＹ軸地磁気センサ５０，５２のいずれか一方を省略しても良い。例えばＸ軸地磁気センサ５０を省略した場合した場合、図６に示すＣＯＳ（Ｙ）の出力値Ｂのみが求められる。この場合でも、Ｙ軸を中心に±９０°未満、トータル１８０°未満の範囲であれば、出力値Ｂに対応するズレ方位角θは一義的に求まる。Ｙ軸地磁気センサ５２を省略することで得られるＳＩＮ（Ｘ）の出力値Ａの場合も同様である。従って、この場合には、センサブロック７０のＹ軸が、東西方向を境に北側を向くようにして１８０°未満の範囲でセンサブロック７０を回転させればよい。上記回転範囲にて、出力Ａ＝０または出力値Ｂ＝＋１での停止位置にて、センサブロック７０のＹ軸は真北を向くことになる。
【００５６】
４．方位検出方法
次に、Ｘ軸及Ｙ軸地磁気センサ５０，５２の出力値Ａ，Ｂを用いた方位検出方法について、図７を参照して説明する。
【００５７】
図７は、図６に示すＸ軸及Ｙ軸地磁気センサ５０，５２の出力値Ａ，Ｂが得られた時の、Ｙ軸に対するズレ方位角θの演算方法の一例を図示したものである。図７において、Ｘ軸及Ｙ軸地磁気センサ５０，５２の出力値Ａ，Ｂは、Ｘ軸及びＹ軸のベクトル成分と理解できる。出力値Ａ，Ｂの合成ベクトルｒは、ｒ＝（Ａ２＋Ｂ２）１／２…式（１）であり、その合成ベクトルｒがＹ軸となす角（ズレ方位角）θは、θ＝ｔａｎ−１（Ａ／Ｂ）…式（２）となる。
【００５８】
図１に示す地震計１０−１等から通信ブロック３０、インターネット１を介して方位情報Ａ，Ｂが地震データ収集装置２００に収集できれば、地震データ収集サーバ２１０または端末装置２３０にて上述の式（１）（２）の演算を実行することで、センサブロック７０のＹ軸が南北方向から角度θだけずれていることが分かる。
【００５９】
以上のことから、センサブロック７０のＹ軸が南北方向からずれて設置された場合でも、あるいは、センサブロック７０の方位が設地後にずれた場合でも、上記式（１）（２）からそのズレ方位角θを演算できる。よって、この値θを用いて、後述する通り加速度方向の補正を行なうことができる。
【００６０】
５．加速度データと方位との関連付け
Ｘ軸、Ｙ軸加速度センサ４０，４２のＸ，Ｙ軸が、それぞれ東向き，北向きと常に一致していれば、加速度データと方位とを関連付ける必要はない。しかし、上述した通り、センサブロック７０のＹ軸が真北を向けて設置されるとは限らず、あるいはセンサブロック７０の向きが設置後に変化することもある。
【００６１】
本実施形態では、加速度情報と共に方位情報を検出できるので、センサブロック７０のＹ軸が真北からずれたとしても、その加速度情報を方位情報と関連付けすることができる。
【００６２】
図８は、図７に示すように、センサブロック７０のＹ軸が北を示すＮ方向から角度θずれた場合を示している。この場合、センサブロック７０のＸ軸は東を示すＥ方向から角度θずれている。Ｘ軸加速度センサ４０より検出されたＹ方向の加速度をｘとし、Ｙ軸加速度センサ４２より検出されたＸ方向の加速度をｙとする。これらｘ，ｙは、Ｎ方向から角度θ、Ｅ方向から角度θ、それぞれずれた方向の加速度である。よって、これらｘ，ｙを北向き、東向きの加速度と仮定して計算すると、合成加速度の大きさやその加速度方向を誤ることになる。
【００６３】
そこで、図８の通り、Ｙ軸方向の加速度ｙからＮ方向の加速度ＹＮ＝ｙ×ＣＯＳθを求め、同様に、Ｘ軸方向の加速度ｘからＥ方向の加速度ＸＥ＝ｘ×ＣＯＳθを求めことができる。つまり、Ｘ軸加速度センサ５０の出力ｘ、Ｙ軸加速度センサ５２の出力ｙと、そのズレ方位角θとを関連付けて記憶しておけば、合成加速度の大きさやその加速度方向を常に正しく得ることができる。
【００６４】
なお、上述した説明は、Ｘ軸またはＹ軸地磁気センサ５０，５２の感度方向が、Ｘ軸又はＹ軸と一致せずに、Ｘ軸またはＹ軸との交差角が既知である場合にも、その既知の角度に基づいて、図８に示す方法によって補正することができる。
【００６５】
また、北を示すＮ方向に対するＹ軸のズレ方位角θは、必ずしも図７に示す演算によるものに限らず、図６に示す波形に基づいて、例えばＸ，Ｙ軸地磁気センサ５０，５２の少なくとも一方の出力ＡまたはＢから求めても良い。一例として、Ｘ，Ｙ軸地磁気センサ５０，５２の少なくとも一方の出力ＡまたはＢを入力とし、図６に示す対応するズレ方位角θを出力とするルックアップテーブルを用いることができる。
【００６６】
６．通信ブロック
図２に示す通信ブロック３０は、ＭＰＵ及びその周辺装置の主たる機能として、通信フォーマット生成部３１、送受信部３２、ファームウェア記憶部３３、温度ドリフト補正部３４等を有している。通信フォーマット生成部３１及び温度ドリフト補正部３４の詳細は後述する。
【００６７】
送受信部３２は、インターネット１を介して地震データ収集装置２００側と送受信を行なう。送受信部３２には、Ａ／Ｄ変換部６０からのデータをフォーマット形式にて送信する送信部を含み、この送信部には、その開始制御と終了制御を行なう送信開始制御部３２Ａ及び送信終了制御部３２Ｂが設けられている。送信開始制御部３２Ａは、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸加速度が一定値以下である時はノイズ程度と判断するために「送信開始データ閾値」を設定し、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸加速度が「送信開始データ閾値」以下である時は送信しない。送信終了制御部３２Ｂには、揺れが収まったと判断するための「送信終了データ閾値」とその「送信データ継続時間」が設定されている。そして、送信終了制御部３２Ｂは、送信開始後にＸ，Ｙ，Ｚ軸加速度が「送信終了データ閾値」を下回る検出状態が所与の「送信データ継続時間」を継続した時に、送信を終了制御する。なお、送受信部３２は、送信データが存在しない状態が継続した場合でも、地震計１０−１等が正常に動作していることを知らせるためのチェック用データ（地震データとしては無効）を定期的に送信することができる。
【００６８】
また、通信ブロック３０は、上述した通り、地震データ収集装置２００側から、遠隔地にある通信ブロック３０に対してファームウェア等の更新の遠隔操作が可能であり、送受信部３２を介して受信されたファームウェアは、ファームウェア記憶部３３に記憶される。地震データ収集サーバ２１０からのリクエストに従って、ファームウェア記憶部３３の内容がアップデートされる。
【００６９】
６．１．加速度センサ出力の温度ドリフト補正
通信ブロック３０に設けられた温度ドリフト補正部３４は、Ａ／Ｄ変換部６０からのＸ，Ｙ，Ｚ軸加速度に対して、温度ドリフト補正を実施する。温度ドリフトとは、図９に模式的に示すように、デジタル値の０に相当する基準アナログ値Ａ１を境に正負に変動する加速度データは、経時的に、基準アナログ値がＡ１→Ａ２→Ａ３とシフトする現象が見られる。この要因が温度であり、この現象が温度ドリフトと呼ばれる。
【００７０】
このような温度ドリフトが生ずると、基準アナログ値Ａ１をデジタル値のゼロと設定し続けると、基準アナログ値Ａ２，Ａ３はデジタル値０よりも高い値になり、デジタル０値とはなり得ない。
【００７１】
そこで、基準アナログ値Ａ１，Ａ２，Ａ３が全てデジタル値のゼロになるための補正が必要である。この補正が、通信ブロック３０内に設けられたＭＰＵの演算機能によって行なわれる。
【００７２】
図１０は、温度ドリフト補正の概念図であり、例えばＸ軸加速度センサ４０の出力を示している。上述した通り、Ｘ軸加速度センサ４０の出力は、図２に示す第１の増幅器４６にて増幅された後に、例えば１０ｍＳ毎にサンプリングされてアナログ−デジタル変換される。図１０に示すイベントＮ，Ｎ＋１，Ｎ＋２は、１０ｍＳ毎に出力されるＸ軸加速度デジタルデータである。図示は省略するが、Ｙ軸及びＺ軸加速度も同様である。
【００７３】
ここで、イベントＮをデジタル値で表す基準となるデジタル値０は、イベントＮの上流側の例えば５００ｍＳ間、イベント数で５０個のイベントＮ−１〜Ｎ−５０のデータの移動平均により求める。イベントＮ−１〜Ｎ−５０は、図９において基準値Ａ１を境に正負に触れるデータのデジタル値であり、移動平均により基準値Ａ１が求まる。この基準値Ａ１を、イベントＮのデジタル０値として用いる。
【００７４】
イベントＮ＋１についてはイベントＮ〜イベントＮ−４９を用い、イベントＮ＋２についてはイベントＮ＋１〜Ｎ−４８を用い、それぞれ例えば直前の５０個のデータの移動平均により、デジタル０値を計算している。この結果、図９で示す基準値Ａ１，Ａ２，Ａ３がそれぞれデジタル０値に補正され、温度ドリフトが補正される。
【００７５】
６．２．通信ブロック３０での通信フォーマット
上述した通り、通信ブロック３０は、Ａ／Ｄ変換器６０からのデジタル信号を、インターネット１に適合するＴＣＰ／ＩＰの通信フォーマットに変換して送出している。図１１（Ａ）（Ｂ）は、その通信フォーマットを模式的に示している。図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、通信ブロック３０から送信される１パケットのデータは、大別して、オーバーヘッドフレーム３００と、少なくとも一つのイベントフレーム３１０とを有する。
【００７６】
オーバーヘッドフレーム３００は、各地震計ユニット１００−１〜１００−Ｎの各地震計１０−１〜１０−ｎ毎に固有のアドレスとして、例えばＭＡＣアドレスが付されている。オーバーヘッドフレーム３００にはさらに、計時ブロック２０からの出力に基づく基準時刻（年／月／日／時／分／秒）と、Ｘ軸及びＹ軸地磁気センサ５０，５２からの出力に基づく方位情報と、その他の機能情報（ファームデータの種別、暗号・圧縮のフラグなど）とが含まれている。つまり、オーバーヘッドフレーム３００には、それに追従するイベントフレーム３１０の情報を識別しまたは補足する共通情報が含まれている。
【００７７】
一つのイベントフレーム３１０には、最小イベント情報として、基準時刻に対応するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸加速度情報が含まれている。特に図１１（Ｂ）のように複数例えばＭ（Ｍは２以上の整数）個のイベントフレーム３１０を有する場合には、最初のイベントの基準時刻に対する他のイベントの相対時刻情報（本実施形態では１０ｍＳ×３の倍数）が含まれる。なお、図１１Ｂに示すようにＭ個のイベントが含まれる場合でも、Ｘ軸及びＹ軸地磁気センサ５０，５２からの出力に基づく方位情報は、オーバーヘッドフレーム３００に１計測分のみ設けられれば良い。方位が頻繁に変動することは極まれであるからである。
【００７８】
図１２は、図１１（Ｂ）に示すように、一つのオーバーヘッドフレーム３００に対して複数のイベントフレーム３１０を有する場合の送信を示している。通信ブロック３０から地震データ収集サーバ２１０にオーバーヘッドフレーム３００が送信されるのに続いて、イベントフレーム３１０として、イベント１、イベント２、…イベントＭと順次送信される。以降、通信フォーマット単位でこれを繰り返すことになる。
【００７９】
なお、通信ブロック３０は、ファームウェアの設定により、データを圧縮して送信できるようになっている。
【００８０】
７．地震データ収集装置
上述の通り、図１に示す地震データ収集装置２００は、例えば、インターネット１に接続された地震データ収集サーバ２１０と、この地震データ収集サーバ２１０と回線例えばＬＡＮ２２０を介して接続された少なくとも一つの端末装置２３０を有している。
【００８１】
地震データ収集サーバ２１０は、インターネット１を介して上述の通信フォーマット受信する受信部と、受信された通信フォーマット内の加速度情報、方位情報、計時情報等を所定のフォーマットに変換し、長期に亘ってデータを記憶する記憶部と、を少なくとも含んでいる。端末装置２３０は、地震データ収集サーバ２１０に蓄えられた情報を、例えばＬＡＮ２２０を介して受信し、データ処理して出力（表示出力または印刷出力）し、また、端末装置２３０の操作等によって、通信ブロック３０のファームウェア等を更新可能である。
【００８２】
図８に示した地磁気情報に基づきＸ，Ｙ，Ｚ軸加速度の大きさと方位の補正は、地震データ収集装置２００の地震データ収集サーバ２１０または端末装置２３０にて実施される。
【００８３】
端末装置２３０での出力モードの一つとして、地震計ユニット１００−１〜１００−Ｎ毎であって、かつ、かつ地震計１０−１〜１０−ｎ毎に、Ｘ，Ｙ，Ｘ軸加速度センサ４０，４２，４４からの加速度の時間的変化を波形表示することができる。
【００８４】
端末装置２３０での出力モードの他の一つとして、地震計ユニット１００−１〜１００−Ｎ毎であって、かつ地震計１０−１〜１０−ｎ毎に、地図上にて地震の発生場所とその大きさ（例えば震度表示）を表すことができる。このときの震度は、地震データ収集装置２００にて、重力加速度（ｇａｌ）の大きさの他に、地震波の周期や継続時間が考慮して、公知の手法により計算される。
【００８５】
端末装置２３０での出力モードの一つとして、地震計ユニット１００−１〜１００−Ｎ毎であって、かつ、かつ地震計１０−１〜１０−ｎ毎に、Ｘ，Ｙ，Ｘ軸加速度センサ４０の稼働状況として、その最終通信時刻を表示することができる。
【００８６】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるものである。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態に係る遠隔震動計測システムの概略ブロック図である。
【図２】図１に示す地震計ユニットの一つを示すブロック図である。
【図３】地震計ユニットに含まれるセンサブロックの概略斜視図である。
【図４】センサブロックの設置方向を示す概略図である。
【図５】センサブロック中のＸ軸及びＹ軸地磁気センサの定義を示す概略説明図である。
【図６】センサブロックを設置した時のＸ軸及びＹ軸地磁気センサかせの出力を示す波形図である。
【図７】Ｘ軸及Ｙ軸地磁気センサの出力値からＹ軸に対するズレ方位角θを演算する方法の一例を示す図である。
【図８】センサブロックのＹ軸が北を示すＮ方向から角度θずれた場合に、合成加速度の大きさやその加速度方向を演算する一例を示す図である。
【図９】加速度データの温度ドリフトを説明するための図である。
【図１０】温度ドリフト補正の概念図である。
【図１１】図１１（Ａ）（Ｂ）は、通信フォーマットを模式的に示す図である。
【図１２】通信ブロックから地震データ収集サーバにデータを送信する状態を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  公衆回線、１０−１〜１０−ｎ  地震計、２０  計時ブロック、３０  通信ブロック、３１  通信フォーマット生成部、３２  送受信部、３２Ａ  送信開始制御部、３２Ｂ  送信終了制御部、３３  ファームウェア記憶部、３４  温度ドリフト補正部、４０  Ｘ軸加速度センサ、４２  Ｙ軸加速度センサ、４４  Ｚ軸加速度センサ、４６  第１の増幅器、５０  Ｘ軸加速度センサ、５２  Ｙ軸加速度センサ、５４  第２の増幅器、６０  Ａ／Ｄ変換器、７０  センサブロック、７２  水平基盤、７４  垂直基盤、１００−１〜１００−Ｎ  センサユニット、２００  地震データ収集装置、２１０  地震データ収集サーバ、２２０  ＬＡＮ、２３０  端末装置、３００  オーバーヘッドフレーム、３１０  イベントフレーム
【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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