JP3911854B2 - 振動検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスメータなどに設置されて地震の振動を検知する振動検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の振動検出装置は、特開平８−２４７８１８号公報のようなものが知られていた。以下、その方法について図１０を参照しながら説明する。
【０００３】
図１０に示すように、地震の振動に応じてアナログ信号を出力する感震センサ１と、ガスの流れを遮断する遮断弁２とがあり、感震センサ１から出力される信号がある設定値以上である時には遮断弁を閉じる制御を行う制御装置３を備えた構成となっていた。ここで、４はインピーダンス変換回路、５は増幅回路、６はフィルタ回路、７はコンパレータ回路、８はインターフェイス回路、９は流量センサである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来技術では、感震センサ１から制御装置３まですべてに通電しておかなければならず、ガスメータのように電池を電源に使用する装置では、電池の消耗が速く長期間の動作が保証できないという課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、それぞれ直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向の振動レベルを検出し各方向の振動レベルに応じた信号を出力する振動レベル検出手段と、前記振動レベル検出手段の信号が一つでも第１の所定レベル以上か否かを判別する第１のレベル判別手段と、前記振動レベル検出手段の信号が一つでも第１の所定レベル以上であると前記第１のレベル判別手段が判別した時に動作し前記振動レベル検出手段の信号波形を検出する信号波形検出手段と、前記信号波形検出手段の検出した信号が第１の所定レベルより高い第２の所定レベル以上か否かを判別する第２のレベル判別手段と、前記信号波形検出手段の信号が地震信号か否かを判別する地震判別手段とを備え、 前記第１のレベル判別手段は前記振動レベル検出手段の各方向の振動レベルに応じて出力される信号をそれぞれ入力する３つの高インピーダンス半導体素子回路を並列動作させて前記振動レベル検出手段の信号を常時判別し、かつ前記第２のレベル判別手段は第２の所定レベル以上と判別した時に前記地震判別手段を動作させて前記信号波形検出手段の信号が地震信号か否かを判別する構成とした。
【０００６】
上記発明によれば、振動レベル検出手段が第１の所定レベル以上になるまでは、信号波形検出手段が動作せず、消費電流を抑えた状態で待機させることができ、低消費電力化が図れる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、振動レベルを検出する振動レベル検出手段と、前記振動レベル検出手段の信号が第１の所定レベル以上か否かを判別する第１のレベル判別手段と、前記第１のレベル判別手段が第１の所定レベル以上と判別した時に、前記振動レベル検出手段の信号波形を検出する信号波形検出手段と、前記信号波形検出手段の信号が地震信号か否かを判別する地震判別手段とを備えた。そして、振動レベル検出手段が第１の所定レベル以上になるまでは、信号波形検出手段が動作せず、消費電流を抑えた状態で待機させることができ、低消費電力化とすることができる。
【０００８】
また、振動レベルを検出する振動レベル検出手段と、前記振動レベル検出手段の信号が第１の所定レベル以上か否かを判別する第１のレベル判別手段と、前記第１のレベル判別手段が第１の所定レベル以上と判別した時に前記振動レベル検出手段の信号波形を検出する信号波形検出手段と、前記信号波形検出手段の検出した信号が第２の所定レベル以上か否かを判別する第２のレベル判別手段と、前記第２のレベル判別手段が第２の所定レベル以上と判別した時に前記信号波形検出手段の信号が地震信号か否かを判別する地震判別手段とを備えた。そして、振動レベル検出手段が第１の所定レベル以上になるまでは、信号波形検出手段と第２のレベル判別手段が動作せず、かつ第２の所定レベル以上になるまでは、地震判別手段が動作せず、消費電流を抑えた状態で待機させることができる。
【０００９】
また、第１のレベル判別手段は、振動レベル検出手段から出力される信号の電圧レベルにより高インピーダンス半導体素子回路を動作させて判別する構成とした。そして、振動レベル検出手段の信号により高インピーダンスの半導体素子回路を開閉してトリガ信号とすることで、低消費電流のスイッチ動作が可能とできるとともに、振動の大きさに対応して信号波形検出手段の起動が可能となり、常時信号波形検出手段が動作する必要がなく低消費電流化が図れる。
【００１０】
また、第１のレベル判別手段は、振動レベル検出手段から出力される信号の１方向の電圧レベルの変化により動作させて判別する構成とした。そして、１方向の電圧レベルのみとすることで、第１のレベル判別手段の簡素化と低消費電流化が図れる。
【００１１】
また、複数個の振動レベル検出手段と、複数個の第１のレベル判別手段からなり、複数個の第１のレベル判別手段の出力信号は並列に接続され、いずれか１つでも第１の所定レベル以上と判別すればその判別信号が出力される構成とした。
【００１２】
そして、複数個のセンサの信号により、複数方向の振動が検出できるとともに、並列接続とすることで１個に比べ動作の個数が増加し見逃しを少なくすることができ信頼性を向上することができる。
【００１３】
また、複数個の振動レベル検出手段は、切換えて１つの信号波形検出手段に入力する構成とした。そして、切換えて入力することで信号波形検出手段の簡素化と低消費電流化を可能とすることができる。
【００１４】
また、信号波形検出手段が所定時間になれば検出動作を行い、第１のレベル判別手段と振動レベル検出手段の異常確認を行うよう制御する動作確認手段を備えた構成とした。そして、所定時間ごとに信号波形検出手段を動作させて、第１レベル判別手段と振動レベル検出手段の動作をチェックすることで異常を検出することができる。
【００１５】
また、第２のレベル判別手段は、第１のレベル判別手段が第１の所定レベル以上と判別した後、所定時間において複数回の検出動作と判別動作を繰り返して信号レベルを監視する構成とした。そして、所定時間において監視することで、大小のレベル変動を伴う周期的な信号を精度よく検出することができる。
【００１６】
また、地震判別手段が地震でないと判別した時でも、所定時間にわたって第２のレベル判別手段が動作しつづける構成とした。そして、第１のレベル判別手段を介さずにレベル判別が可能となり、誤動作の要因を少なくすることがすることができる。
【００１７】
また、第２のレベル判別手段の検出レベルすべてが、第１の所定レベル以下のとき、異常を報知する報知手段を設けた構成とした。そして、第２のレベル判別手段での判別により、第１の所定レベルの動作を確認することができ、信頼性を向上することができる。
【００１８】
また、電池を駆動電源とする構成とした。そして、電池を駆動電源に使用することで電源のない屋外でも設置することができるとともに、災害などで停電が発生しても動作させることができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の振動検出装置のブロック図である。図１において、１０、１１、１２は、それぞれ直交するＸ、Ｙ、Ｚ方向の振動加速度を検出するセンサＸ、センサＹ、センサＺ、１３は各センサの信号を増幅するアンプ、１４は、各センサＸ、Ｙ、Ｚと各アンプ１３を収納した振動レベル検出手段としての振動センサ、１５は前記振動センサの信号が第１の所定レベル以上か否かを判別する第１のレベル判別手段としての高インピーダンス半導体素子のＦＥＴ、１６は前記振動センサ１４の信号波形を検出する信号波形検出手段としてのＡ／Ｄ変換器、１７は、前記Ａ／Ｄ変換器１６の検出した信号が第２の所定レベル以上か否かを判別する第２のレベル判別手段１８と、第２の所定レベル以上と判別した時に前記Ａ／Ｄ変換器１６の信号が地震信号か否かを判別する地震判別手段１９とを処理するマイコンである。
【００２１】
ここで、２０は振動センサ１４の信号を切換える切換装置、２１は切換信号を出力する切換出力器、２２は前記ＦＥＴ１５の出力信号を入力する割込み入力器、２３は動作確認手段２４により異常が確認された時に異常信号を出力する異常報知手段、２５は地震報知手段、２６はガス遮断装置、２７、２８，２９、３０は回路抵抗、３１はコンデンサ、３２は電池、３３は前記ＦＥＴ１５の出力を接続する並列接続部である。
【００２２】
次に動作、作用について図２から図８を用いて説明する。図２に示すように、本発明の振動センサ１４からの出力信号は、電池３２を電源にした単電源駆動のアンプ１３を用いているため、振動がゼロの時、オフセット電圧を発生する。振動が検知されるとオフセット電圧を中心にして振動加速度に応じた信号の変動が発生する。この信号の変動が、第１の所定レベル（例えば、８０ガルから１５０ガル相当の電圧。１００ガルが最も適している。）を超えると、ＦＥＴ１５が導通するように、抵抗２８、２９を用いて設定する。１つでもＦＥＴ１５が導通すると並列接続部３３は、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化する。この変化をトリガ信号としてマイコン１７の割込み入力器２２が検知して、割り込み処理を開始するのである。この構成では、振動センサ１４の信号がオフセット電圧より増加した場合の１方向の振動のみにしか判別できないが、第１の所定レベルを低い振動レベル（例えば、１００ガル相当の電圧）に設定することで、検知レベルを上げて信号の見逃しを防止することにしている。
【００２３】
図３に示すように、割り込み処理が開始すると、Ａ／Ｄ変換器１６によってセンサ信号を更に詳しく測定する。すなわち、１つの割込み信号によってＡ／Ｄ変換を所定時間（例えば、１秒間）、一定間隔（例えば、２０ミリ秒間隔）で行いデジタル信号に変換する。更に、３つのセンサを切換えながらＡ／Ｄ変換を行い、３方向の信号からベクトル合成して正確な振動レベルを検出するものである。ここで、切換時間は、１信号のＡ／Ｄ変換が完了した後すぐに行うことで各方向の計測時間を極力少なくなるようにする。本装置で対象にしている地震振動は、１Ｈｚ前後の低い周波数の信号のため、わずかな計測のずれ（数ミリ秒以下のずれ）は信号レベルに影響を及ぼすことが少ないことを利用しているのである。また、所定時間Ａ／Ｄ変換を繰り返しながら、ベクトル合成した信号レベルが、第２の所定レベル（例えば、２００ガルから２５０ガル相当の電圧。２３０ガルが最も適している。）と比較し、第２の所定レベル未満であれば、再度割込み待機の状態になり、待機する状態を繰り返す。
【００２４】
そして、図４のように、ベクトル合成した信号レベルが第２の所定レベル以上の時は、地震信号かどうか地震判別手段１９によって判別し、地震ではないと判別した時は、再度割込み待機の状態になる。また、地震と判別された時は、地震報知信号によりガス遮断装置２６を動作させて待機する。
【００２５】
以上の処理のフローチャートを図５〜図７に示す。ここで、図５に示す時間割込みは、定期的に振動センサ１４の信号を検出するためのもので、図６に示すように切換装置２０を切換えて３方向の振動レベルを検出する。検出した信号が所定のオフセット電圧と異常に違っていたり、第１の所定レベル以上の信号が出ているにもかかわらず、割込み信号が発生しないのかどうかなど、いろいろな異常状態をチェックすることができる。何らかの原因で振動センサ１４と第１のレベル判別手段１５の動作が充分に機能しない場合でも、定期的に動作を確認することで異常を早期に発見することができる。また、図７に示すように、３方向のベクトル合成値が第２の所定レベル以上と判別された時は、所定時間（例えば、１秒から３秒。２秒が最も適している。）Ａ／Ｄ変換処理を繰り返し、所定時間の信号データから地震判別手段１９で地震か否かを判別する。そして、所定時間経過しても地震ではない時は、再び割込み待機の状態になる。
【００２６】
また、動作確認手段２４は、図８のように、第２のレベル判別手段１８が動作する所定時間（例えば、１秒から３秒。２秒が最も適している。）の検出レベルが、すべて第１の所定レベル以下のとき、異常報知手段２３が異常を報知する構成とした。
【００２７】
そして、第２のレベル判別手段１８での判別により、第１の所定レベルの動作を確認することができ、信頼性を向上することができる。この異常は、異常を報知するだけで動作を中止するほどの強制力はないが、長期間にわたっていつもこの異常が報知されている場合は、第１のレベル判別手段１５、または第２のレベル判別手段１８の異常が発生しているものと考えられ、早期に改善することができる。
【００２８】
このように、振動レベルが第１の所定レベル以上になるまでは、Ａ／Ｄ変換器１６や地震判別処理などを動作させる必要がなく、消費電流を抑えた状態で待機させることができ、低消費電力化とすることができる。そして、３個のセンサＸ、Ｙ、Ｚで３方向の振動を検出することで、１個に比べ動作の個数が増加し見逃しを少なくすることができ信頼性を向上することができる。また、切換えて入力することでＡ／Ｄ変換器１６は１個でよく回路の簡素化と低消費電流化を可能とすることができる。
【００２９】
そして、高インピーダンスのＦＥＴ１５１素子を開閉してトリガ信号とすることで、回路の簡素化と低消費電流のスイッチ動作が可能とできるとともに、振動の大きさに対応して割込み処理の起動が可能となり、常時Ａ／Ｄ変換器１６が動作する必要がなく低消費電流化が図れる。また、１方向の振動変化のみを対象としていることで、レベル判別手段の簡素化と低消費電流化が図れる。また、所定時間ごとに信号波形検出手段１６を動作させて、第１レベル判別手段１５と振動センサ１４の動作をチェックすることで早期に異常を検出することができる。そして、Ａ／Ｄ変換を所定時間において監視することで、大小のレベル変動を伴う周期的な信号でも精度よく検出することができる。また、電池３２を駆動電源に使用することで電源のない屋外でも設置することができるとともに、災害などで停電が発生しても動作させることができる。また、振動レベル検出手段１４が低レベルの第１の所定レベル以上になるまでは、信号波形検出手段１６と第２のレベル判別手段１８が動作せず、かつ高レベルの第２の所定レベル以上になるまでは、地震判別手段１９が動作せず、消費電流を抑えた状態で待機させることができる。そして、第２のレベル判別手段１８でベクトル合成した値を判別に用いてレベル判別の精度を向上して低レベルでの誤動作を防止することができる。
【００３０】
なお、本実施例では、ＦＥＴ１５を用いて説明したが、Ｃ−ＭＯＳ、ＭＯＳ−ＦＥＴ、高インピーダンスの低消費電力タイプのコンパレータなどを用いた場合も同様の効果が得られる。また、振動センサ１４としては、圧電タイプや静電容量タイプの加速度センサを用いるとよい。そして、３方向の信号に対して第１のレベル判別手段１５を配置したが、地震振動は水平方向に発生することが多いので、水平２方向のみに第１のレベル判別手段１５を配置してもよいし、更に簡素化と低消費電流化を図るためには、水平方向のうちいずれか１方向のみに第１のレベル判別手段１５を用いてもよい。
【００３１】
（実施例２）
実施例２について、図１と図９を用いて説明する。図９は本発明の実施例２の振動検出装置を示すタイミングチャートである。実施例１と異なる点は、第２のレベル判別手段１８が第２の所定レベル以上と判別し、地震判別手段１９が動作して、その判別結果が地震でないと判別した時でも、所定時間にわたって第２のレベル判別手段１８が動作しつづける構成としたことにある。
【００３２】
次に動作、作用について図９を用いて説明する。第１のレベル判別手段１５により割込み信号が入力され、第２のレベル判別手段１８が動作する。そして、第２のレベル判別手段１８が第２の所定レベル以上と判別し地震判別手段１９が動作する。そして、地震ではないと判別した時、実施例１では、再び割込み待機の状態としたが、実施例２では、第２のレベル判別手段１８を所定時間（例えば、５秒から６０秒間。３０秒が最もよい。）または、振動が所定レベル（例えば、８０ガルから２００ガル以下。８０ガル以下が最もよい。）が所定時間（例えば、１０秒間。）継続するまで動作させる構成とした。所定時間または所定レベル以下が所定時間継続するいずれかの現象が第２のレベル判別手段１８によって確認された時、第２のレベル判別手段１８の処理を中止し、割込み待機の状態になる。
【００３３】
このように、第１のレベル判別手段１５を介さずにレベル判別が可能となり、誤動作の要因を少なくすることがすることができる。特に、１度、第１のレベル判別手段１５で振動が検知された後、余震が続くことが充分に考えられ、いちいち第１のレベル判別手段１５を介して第２のレベル判別手段１８を起動しているより、第１のレベル判別手段１５の動作の影響を受けず、かつより速く第２のレベル判別手段１８が起動することができる。
【００３４】
以上説明したように本発明の実施の形態における振動検出装置によれば、次の効果が得られる。
【００３５】
振動レベル検出手段の信号が第１の所定レベル以上と判別した時に、信号波形検出手段と地震判別手段が動作することで、振動レベル検出手段が第１の所定レベル以上になるまでは、信号波形検出手段と地震判別手段が動作せず、消費電流を抑えた状態で待機させることができ、低消費電力化とすることができる。
【００３６】
また、振動レベル検出手段の信号が第１の所定レベル以上と判別した時に前記振動レベル検出手段の信号波形を検出する信号波形検出手段と、前記信号波形検出手段の検出した信号が第２の所定レベル以上と判別した時に地震信号か否かを判別する地震判別手段とを備えることで、振動レベル検出手段が第１の所定レベル以上になるまでは、信号波形検出手段と第２のレベル判別手段が動作せず、かつ第２の所定レベル以上になるまでは、地震判別手段が動作せず、消費電流を抑えた状態で待機させることができる。
【００３７】
そして、振動レベル検出手段から出力される信号の電圧レベルにより高インピーダンス半導体素子回路を動作させて判別することで、低消費電流のスイッチ動作が可能とできるとともに、振動の大きさに対応して信号波形検出手段の起動が可能となり、常時信号波形検出手段が動作する必要がなく低消費電流化が図れる。
【００３８】
また、１方向の電圧レベルのみとすることで、第１のレベル判別手段の簡素化と低消費電流化が図れる。
【００３９】
そして、複数個のセンサの信号により、複数方向の振動が検出できるとともに、１個に比べ動作の個数が増加し見逃しを少なくすることができ信頼性を向上することができる。
【００４０】
また、複数個の振動レベル検出手段を切換えて１つの信号波形検出手段に入力することで、信号波形検出手段の簡素化と低消費電流化を可能とすることができる。さらに、所定時間ごとに信号波形検出手段を動作させて、第１レベル判別手段と振動レベル検出手段の動作をチェックすることで異常を検出することができる。
【００４１】
また、所定時間において第２のレベル判別手段を動作することで、大小のレベル変動を伴う周期的な信号でも精度よく検出することができる。
【００４２】
そして、地震判別手段が地震でないと判別した時でも、所定時間にわたって第２のレベル判別手段が動作しつづける構成とすることで、第１のレベル判別手段を介さずにレベル判別が可能となり、誤動作の要因を少なくすることがすることができる。
【００４３】
また、第２のレベル判別手段の検出レベルすべてが、第１の所定レベル以下のとき異常を報知することで、第２のレベル判別手段での判別により、第１の所定レベルの動作を確認することができ、信頼性を向上することができる。
【００４４】
また、電池を駆動電源に使用することで電源のない屋外でも設置することができるとともに、災害などで停電が発生しても動作させることができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明の振動検出装置は、振動レベル検出手段の信号が第１の所定レベル以上と判別した時に前記振動レベル検出手段の信号波形を検出する信号波形検出手段と、前記信号波形検出手段の検出した信号が第２の所定レベル以上と判別した時に地震信号か否かを判別する地震判別手段とを備えることで、振動レベル検出手段が第１の所定レベル以上になるまでは、信号波形検出手段と第２のレベル判別手段が動作せず、かつ第２の所定レベル以上になるまでは、地震判別手段が動作せず、消費電流を抑えた状態で待機させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１の振動検出装置のブロック図
【図２】 同振動検出装置の動作を示す信号波形図
【図３】 同振動検出装置の動作を示すタイミングチャート
【図４】 同振動検出装置の動作を示すタイミングチャート
【図５】 同振動検出装置の処理を示すフローチャート
【図６】 同振動検出装置の処理を示すフローチャート
【図７】 同振動検出装置の処理を示すフローチャート
【図８】 同振動検出装置の処理を示すフローチャート
【図９】 本発明の第２の実施例を示すタイミングチャート
【図１０】 従来の振動検出装置を示すブロック図
【符号の説明】
１０ センサＸ（振動レベル検出手段）
１１ センサＹ（振動レベル検出手段）
１２ センサＺ（振動レベル検出手段）
１５ ＦＥＴ（第１のレベル判別手段）
１６ Ａ／Ｄ変換器（信号波形検出手段）
１８ 第２のレベル判別手段
１９ 地震判別手段
２０ 切換装置
２１ 切換出力器
２２ 割込み入力器
２３ 異常報知手段
２４ 動作確認手段
２５ 地震報知手段
３２ 電池

Claims (6)

1. それぞれ直交するＸ，Ｙ，Ｚ方向の振動レベルを検出し各方向の振動レベルに応じた信号を出力する振動レベル検出手段と、前記振動レベル検出手段の信号が一つでも第１の所定レベル以上か否かを判別する第１のレベル判別手段と、前記振動レベル検出手段の信号が一つでも第１の所定レベル以上であると前記第１のレベル判別手段が判別した時に動作し前記振動レベル検出手段の信号波形を検出する信号波形検出手段と、前記信号波形検出手段の検出した信号が第１の所定レベルより高い第２の所定レベル以上か否かを判別する第２のレベル判別手段と、前記信号波形検出手段の信号が地震信号か否かを判別する地震判別手段とを備え、 前記第１のレベル判別手段は前記振動レベル検出手段の各方向の振動レベルに応じて出力される信号をそれぞれ入力する３つの高インピーダンス半導体素子回路を並列動作させて前記振動レベル検出手段の信号を常時判別し、かつ前記第２のレベル判別手段は第２の所定レベル以上と判別した時に前記地震判別手段を動作させて前記信号波形検出手段の信号が地震信号か否かを判別する振動検出装置。
2. 信号波形検出手段が所定時間になれば検出動作を行い、第１のレベル判別手段と振動レベル検出手段の異常確認を行うよう制御する動作確認手段を備えた請求項１記載の振動検出装置。
3. 第２のレベル判別手段は、第１のレベル判別手段が第１の所定レベル以上と判別した後、所定時間にわたって複数回の検出動作と判別動作を繰り返して信号レベルを監視する請求項１または２記載の振動検出装置。
4. 地震判別手段が地震でないと判別した時でも、所定時間にわたって第２のレベル判別手段が動作しつづける請求項１から３のいずれか１項記載の振動検出装置。
5. 第２のレベル判別手段の検出レベルすべてが、第１の所定レベル以下のとき、異常を報知する異常報知手段を設けた請求項１から４のいずれか１項記載の振動検出装置。
6. 電池を駆動電源とした請求項１から５のいずれか１項記載の振動検出装置。

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