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JP2000249772A - 振動検出装置およびそれを用いた地震検出システム - Google Patents

振動検出装置およびそれを用いた地震検出システム

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JP2000249772A
JP2000249772A JP5547999A JP5547999A JP2000249772A JP 2000249772 A JP2000249772 A JP 2000249772A JP 5547999 A JP5547999 A JP 5547999A JP 5547999 A JP5547999 A JP 5547999A JP 2000249772 A JP2000249772 A JP 2000249772A
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signal
earthquake
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貴 簗田
Hiroyuki Furukawa
洋之 古川
Hikari Takubo
光 田久保
Yoshihisa Shimizu
善久 清水
Kenichi Koganemaru
健一 小金丸
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Tokyo Gas Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の振動検出装置では、振動とともに変化
する判別信号を利用して地震発生などの検出や制御を行
っているので、判別信号の最大の振動を確実に捕えて地
震発生などによる振動を安定して且つ確実に判断するこ
とが難しいなどの課題があった。 【解決手段】 振動とともに変化する判別信号を保持
し、これに基づいて地震発生などによる振動を判断する
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、ガス供給システ
ムにおけるガバナ室などに設置され、3軸方向の加速度
を検出する半導体加速度センサなどの振動検出器と、当
該検出信号に基づいて振動判別の演算処理を行う演算処
理回路とを防爆ケースに内蔵した振動検出装置および地
震検出システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は特開平6−186244号公報に
開示された従来の振動検出装置を利用したアクティブ制
震装置を示すブロック図である。図において、61はビ
ル、62,63,64は当該ビル61の別々の高さ位置
に配設された振動検出素子、65はこれら振動検出素子
62,63,64の加速度信号出力などを増幅する信号
増幅部、66は制御用計算機、67はビル61の屋上に
設置された振動発生部である。
【0003】次に動作について説明する。ビル61の振
動に応じて各振動検出素子62,63,64は加速度信
号を出力し、信号増幅部65は各加速度信号を増幅して
制御用計算機66に出力する。この制御用計算機66
は、これら振動に応じて変化する加速度信号などに基づ
いて振動発生部67に対して制御信号を出力し、ビル6
1の地震などによる振動を抑制し倒壊を防止する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の振動検出装置お
よび地震検出システムは以上のように構成されているの
で、振動が変化すると加速度信号も変化してしまい、振
動を判別する制御用計算機66において、その入力信号
たる加速度信号の最大の振動に対応した加速度信号を確
実に捕えて、地震発生などによる振動を安定して、且つ
確実に判断することが難しいなどの課題があった。
【0005】特に、単一の振動検出装置の誤動作による
誤った地震発生判断を行わないように別途機械式の振動
検出装置をも用い、これら2つの検出出力に基づいて最
終的な振動を判断させるように改良した場合には、地震
発生から検出出力が変化するまでの応答特性が振動検出
装置毎に異なってしまうので、例えば振動検出装置の出
力が振動なしに戻ってしまってから、機械式振動検出装
置から同一の振動に基づく振動検出出力が出力されてし
まうこともあり、これら2つの検出出力に基づく地震発
生判断の判定条件設定が非常に難しくなってしまうなど
の問題もあった。
【0006】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、検出信号の最大の振動を確実に捕
えることができる振動検出装置を得ることを目的とす
る。
【0007】また、この発明は上記のような課題を解決
するためになされたもので、地震発生判断の判定条件設
定が簡易で、しかも、検出信号の最大の振動を確実に捕
えて地震発生を安定して、且つ確実に判断することがで
きる地震検出システムを得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係る振動検出
装置は、振動に応じて変化する検出信号を出力する振動
検出器と、上記検出信号をサンプリングしてサンプリン
グデータを出力するサンプリング手段と、上記サンプリ
ングデータに基づいて所定の演算を実施し、所定の判別
時間間隔毎の判別信号を出力する振動判別手段と、上記
判別信号を上記所定の判別時間間隔よりも長い所定の保
持期間保持し、且つ、当該保持期間にそれを超える振動
を示す判別信号が入力された場合には、その新たな判別
信号を上記所定の保持期間保持する出力手段とを備えた
ものである。
【0009】この発明に係る振動検出装置は、振動判別
手段が、演算に使用する複数の固有周期を不均等な周期
間隔にて選定するものである。
【0010】この発明に係る地震検出システムは、上記
振動検出装置と、機械式振動検出装置と、これら2つの
振動検出装置の判別出力が入力され、この2つの判別出
力が共に振動検出である場合に地震検出信号を出力する
最終判別手段とを備えたものである。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1による地
震検出システムを適用したガス供給システムを示すブロ
ック図である。図において、1は防爆域を備えたガス製
造工場、2はガスタンク、3は高圧導管、4は防爆域を
保有したガバナステーション、5は緊急遮断弁、6は中
圧導管、7は防爆域を保有したガバナ室、8は低圧導
管、9はガスを供給される家庭、10はガスを供給され
る工場である。また、11は監視室、12および13は
緊急遮断指示、14は緊急遮断機能を有したガバナ、1
5は緊急遮断機能を有したガバナである。
【0012】16は3軸(X,Y,Z軸)計測が可能で
振動に応じて変化する検出信号を出力する半導体加速度
センサ(振動検出器)、17はこの検出信号に基づいて
振動判別を行い判別信号18を出力する演算処理回路、
18は演算処理回路17から出力されるデジタル(2
値)形式の判別信号、19は振り子などを利用して振動
を検出する機械式地震センサ(機械式振動検出装置)、
20は判別信号18と機械式地震センサ19の出力信号
とが入力され、この両方共が振動検出である場合に遮断
信号(地震検出信号)を発生させる判定回路(最終判別
手段)、21はこの遮断信号、22はこの遮断信号21
により防爆域においてガス流路を遮断するガバナであ
る。なお、半導体加速度センサ16および演算処理回路
17は防爆域内に設置されるため防爆ケースに収容さ
れ、機械式地震センサ19および判定回路20は非防爆
域であるガバナ室7外壁面に設置された制御盤23内に
配設されている。
【0013】なお、上記半導体加速度センサ16として
は、例えば、特開平9−43068号公報に記載された
静電容量の変化を利用したセンサおよびその信号処理回
路を用いることができる。同公報の従来の技術の欄にあ
る通り、固定基板と可撓基板との各対向面に電極を着設
して対向配置される静電容量素子を複数対設け、当該基
板面に平行なXY平面を設定し、これと直交するZ軸の
X,Y,Z軸3次元方向の加速度の変化を、複数対の静
電容量素子間の静電容量変化に基づき、各X,Y,Z軸
方向成分の検出を行うものである。そして、X軸方向の
加速度に対する出力として、静電容量素子C21とC2
3との静電容量差(C21−C23)、Y軸方向の加速
度に対する出力として、静電容量素子C22とC24と
の静電容量差(C22−C24)、Z軸方向の加速度に
対する出力として、静電容量素子C25の静電容量C2
5あるいはC21+C22+C23+C24として検出
することができる。他にも、半導体加速度センサ16と
しては、静電容量型加速度センサに限定されず、例え
ば、ピエゾ抵抗型あるいは圧電型の加速度センサを使用
することもできる。また、半導体加速度センサ16は3
軸(X,Y,Z軸)計測ができるようにしたほうがよ
い。これにより、正確な地震動の振動計測ができる。特
に直下型地震では、Z軸(鉛直)方向が最初に振動する
ことから、より重要な計測情報を得ることができる。
【0014】図2はこの発明の実施の形態1による演算
処理回路17およびその周辺部材の詳細な構成を示すブ
ロック図である。図において、45は半導体加速度セン
サ16の検出信号とともに基準電圧回路24および補正
用温度センサ25の出力が入力され、検出信号をサンプ
リングしてサンプリングデータを出力するセンサインタ
フェース(サンプリング手段)、26はメモリ27、リ
アルタイムクロック28、バックアップ回路29、電源
回路30などが接続されるとともに上記サンプリングデ
ータに基づいて演算および判定し、デジタル(2値)形
式の判別信号やアナログ信号を出力する制御部(振動判
別手段、出力手段)であり、31はこの判別信号を外部
に出力するデジタル出力インタフェースである。なお、
上記メモリ27には、例えば、速度応答スペクトルなど
のデータや、それに基づいて地震による振動の有無を判
断するためのしきい値などが予め記録されている。
【0015】制御部26において、32はSI値演算部
32aによって算出された地震動の強度の一つの尺度で
あるSI(Spectrum Intensity)値
と、震度演算部32bによって算出された震度と、加速
度演算部32cによって算出された加速度と、変位量演
算部32dによって算出された変位量と、速度演算部3
2eによって算出された速度の各算出値の中から任意の
複数の算出値を選択する算出値選択手段(振動判別手
段)である。すなわち、この算出値選択手段32は、各
種演算機能を必要に応じて適宜組み合わせることによ
り、設置現場において最適な設定を提供することができ
る。また、33はこれらの算出値に基づいて振動判別を
行い、判別信号18を出力するトリガ信号出力手段(出
力手段)、34は上記リアルタイムクロック28のクロ
ック信号に基づいて判別時間をカウントする第一タイ
マ、35は上記リアルタイムクロック28のクロック信
号に基づいて保持時間をカウントする第二タイマであ
る。なお、これらのタイマ機能はソフトウェアにて実現
することもできる。
【0016】また、36はデジタル入力インタフェー
ス、37は演算処理結果をリレー接点出力信号として出
力するリレーインタフェース、38はアナログ出力イン
タフェース、39はローダーインタフェースである。こ
のリレーインタフェース37は、例えば、直流24ボル
トや交流100ボルトなどの回路を直接、接続できるよ
うに構成されており、したがって、アクチュエータやバ
ルブ、大型の継電器などの各種の負荷を直接動作させる
ことができるようになっているものである。また、この
リレーインタフェース37と図示しない接点側回路とは
電気的に分離して設けられている。なお、リレーインタ
フェース37は、リレーを用いた構造にかぎられるもの
ではなく、フォトカプラやフォトモスリレーなどの分離
絶縁型電気部品を使用した構造であっても良い。ローダ
ーインタフェース39は、携帯型設定器を接続するため
の図示しないローダー接続端子を備え、例えば特許25
23053号公報に開示された手段により算出値選択手
段32に算出値を選択させるための設定信号が与えられ
たり、故障時や異常時においてその原因を調査するため
の各種情報が呼び出されたり、更に、試運転時において
各種出力を強制的に動作させたり、入力を監視したりし
て装置の早期立ち上げを援助することもできる。
【0017】なお、電源回路30への外部電源からの配
線や各インタフェース31,36,37,38,39の
配線は、防爆ケースの外部に引き出されている。また、
判別信号18はデジタル信号となっているのでノイズに
強くなっており、この配線をガバナ室7から制御盤23
まで引き回したとしても誤動作し難くなる。
【0018】次に動作について説明する。図3はこの発
明の実施の形態1によるSI値演算部32a(他の演算
部32b〜32eはSI値演算部32aと同じ動作であ
る)の動作を示すフローチャートである。図において、
ST1は第一タイマ34のタイムアウト毎に(例えば1
0ms毎に)加速度/温度/基準電圧をセンサインタフ
ェース45を通して測定する処理ステップである。な
お、温度/基準電圧は安定しているので、加速度のサン
プリング周期と同等の周期毎にサンプリングする必要は
なく、例えば上記10ms毎のタイムアウトが100回
来る毎(すなわち、1秒毎)に測定すれば十分である。
ST2はこれらの加速度/温度/基準電圧を基に新たな
速度応答SVを求め、更に最終的なSI値を演算するS
I値演算ステップであり、ST3はこの新たに演算した
最新SI値がSI値演算部32aで保持している保持S
I値以上(一般的に、実際に記録しているのはメモリ2
7である。)であるか否かを判定する更新判断ステップ
であり、ST4はこの最新SI値が保持SI値よりも小
さい場合に実行され、第二タイマ35が2回タイムアウ
トしたか否かを判断する保持終了判断ステップであり、
ST5はこの最新SI値が保持SI値以上である場合に
実行され、第二タイマ35のタイムアウト回数をリセッ
トするタイマリセット処理ステップであり、ST6は最
新SI値を新たに保持させる更新処理ステップである。
以上のSI値演算部32aの動作により、制御部26
は、第一タイマ34のタイムアウト期間毎に最新のSI
値を求め、第二タイマ35に設定された保持期間の間に
これ以上の値のSI値が得られなければ、少なくとも当
該保持期間の間は最新SI値を保持することになる。以
上の動作に求められたSI値に対してトリガ信号出力手
段33はメモリ27に設定された閾値と比較を行なって
判別信号18を出力する。なお、この実施の形態1では
SI値に基づく判別信号出力の例について説明したが、
別の演算部32b〜32eの演算値に基づいて判別信号
を出力させる場合も略同様の動作である。
【0019】次に、このように制御部26や周辺部品が
動作している最中に地震が発生した場合の動作を説明す
る。図4はこの発明の実施の形態1による地震検出シス
テムの地震検知動作の一例を説明するタイミングチャー
トである。図において、40は地震の振動波形、41は
この地震振動に応じて半導体加速度センサ16の検出信
号出力に基づいてSI値演算部32aにて演算されるS
I瞬時値(計算SI値)、42は保持されたあとのSI
出力値、43はこのSI出力値42と比較されるメモリ
27に保有されたSI値の閾値である。同図に示すよう
に、SI出力値は、地震などによる振動が発生すると瞬
時値とともに増加し、瞬時値が低下しても第二タイマ3
5が2回タイムアウトするまでは最大の瞬時値を保持す
る。従って、判別信号18も少なくもと上記第二タイマ
35が2回タイムアウトするまでの期間、つまり少なく
とも第二タイマ35に設定した期間保持されることにな
る。
【0020】そして、判定回路20はこの判別信号18
と機械式地震センサ19の出力との両方が振動検出であ
る場合に遮断信号21を発生し、これに応じてガバナ2
2はガス流路を遮断する。これにより、低圧導管8への
ガスの供給が緊急遮断され、ガス漏れによる被害の拡大
や2次災害の発生を有効に防止できる。
【0021】なお、この実施の形態1ではSI値のみに
基づいて判別信号18を得る例で説明したが、振動検出
装置の設置状況などに応じて、例えば震度とSI値との
両方に基づいて判別信号18を出力することになる。こ
れにより、振動検出装置の設置状況などに応じてより確
実な検出を期待することができる。
【0022】また、この実施の形態1では、判定回路2
0が判別信号18と機械式地震センサ19の出力との両
方が振動検出である場合に遮断信号21を発生し、これ
により振動検出の安定性(確実性)を向上させる構成と
なっているが、例えば、地震発生時に早期に安全を確保
させたい場合などにおいては、判別信号18と機械式地
震センサ19の出力とのいずれか一方が振動検出である
場合に遮断信号21を発生するようにしてもよい。
【0023】更に、リレーインタフェース37は、演算
処理結果をデジタル信号ではなくリレー接点出力信号と
して出力するため、これを例えば、直流24ボルトや交
流100ボルトなどの回路に接続すれば、アクチュエー
タやバルブ、大型の継電器などの各種の負荷を直接動作
させることができる。この場合、リレーインタフェース
37と図示しない接点側回路とは、電気的に分離して設
けられているので、デジタル出力インタフェース31の
出力たる判別信号18よりも、さらにノイズ特性が向上
することになる。
【0024】以上のように、この実施の形態1によれ
ば、振動に応じて変化する検出信号を出力する半導体加
速度センサ16と、上記検出信号をサンプリングしてセ
ンサインタフェース45と、そのサンプリングデータを
基に演算し、各種演算値を求める算出値選択手段32
と、その演算値をメモリ27に保有する閾値と比較判定
するトリガ信号出力手段33とを備えているので、所定
の判別時間間隔毎に出力される判別信号18を当該所定
の判別時間間隔よりも長い所定の保持期間保持すること
ができる。しかも、当該保持期間に保持演算値を超える
振動が生じ、新たな大きな演算値が入力された場合には
算出値選択手段32がその新たな大きな演算値を少なく
とも上記所定の保持期間保持することができる。従っ
て、最大の演算値を基に判定された判別信号18を生成
してそれを所定の保持期間保持することができ、所望の
最大演算値の振動を確実に捕えることができる効果があ
る。
【0025】この実施の形態1によれば、上記半導体加
速度センサ16、センサインタフェース45および制御
部26を有する振動検出装置とともに機械式地震センサ
19を設け、且つ、これら2つの振動検出装置の判別出
力が入力され、この2つの判別出力が共に振動検出であ
る場合に遮断信号21を出力する判定回路20を備えた
ので、上記振動検出装置からの判別信号18の最大の振
動を一定時間保持して判定回路20においてこれを確実
に捕えることができ、しかも、これら2つの判別出力が
同一の振動に基づく検出出力を同一タイミングにおいて
出力することができるので、この判定回路20において
は当該タイミングにおいてともに検出出力であることを
判定すればよく、非常に簡易な判定条件設定で地震発生
を安定して且つ確実に判断することができる効果があ
る。
【0026】また、異なる検出方式の検出装置の複数の
検出信号に基づいて遮断信号を出力するようにしている
ので、一方の振動検出装置の誤った地震検出などにより
不用意にガス供給を停止してしまうことがなくなり、そ
の復旧に必要となる莫大な支出を防止することができる
効果がある。
【0027】なお、この実施の形態1では、SI値を保
持し、これに基づいて振動検出を行うようにしている
が、この他にも、加速度値や震度、変位、速度などを保
持し、振動検出を行うようにしてもよい。
【0028】実施の形態2.図5はこの発明の実施の形
態2によるSI値演算処理内容を説明する説明図であ
る。図において、横軸は地震の振動成分たる固有周期T
[s]、縦軸は速度応答Sv(θ,T)である。なお、
このθは射影方向であり、現在時刻の速度応答ベクトル
とSI値を求める方向ベクトルとのなす角度である。そ
して、同図に示すように、この実施の形態2では、
「0.1,0.6,1.1,1.5,1.9,2.2,
2.5」の7つの固有周期Tn(n=1,2,・・・,
7)における速度応答Sv(θ,T)を下記式1に代入
して各個有周期のSI値を求めた。そして、射影方向毎
に得られる当該7つの個有周期のSI値の総和であるS
I値の最大値を最新SI値とした。
【0029】
【数1】 これ以外の構成および動作は実施の形態1と同様であり
説明を省略する。
【0030】以上のように、この実施の形態2によれ
ば、演算部が、「0.1,0.6,1.1,1.5,
1.9,2.2,2.5」のようにSI値演算に使用す
る複数の固有周期を不均等な周期間隔にて選定している
ので、SI値に寄与する割合が大きい周期を高密度に選
定することができ、これにより均等な周期間隔毎に選定
した場合(例えば「0.1,0.5,0.9,1.3,
1.7,2.1,2.5」)と同様の演算量、記憶量で
ありながら、それよりも精度の高いSI値(演算結果)
を得ることができる効果がある。
【0031】特に、この実施の形態2では、固有周期の
長いほうが短いほうよりも高密度となるように選定して
いるので、地震の振動においてSI値への寄与率が高い
固有周期を高密度に演算することができ、地震の振動に
基づくSI値を地震検出上許容できる高い精度で演算す
ることができる。
【0032】また、別の見方をすれば、演算部がSI値
演算に使用する複数の固有周期を不均等な周期間隔にて
選定することにより、均等に固有周期を求める場合に比
べて少ない固有周期数にて同等の精度のSI値を得るこ
とができるので、従って演算の高速化、コストダウン、
容易製品化などのメリットがある。
【0033】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、振動
に応じて変化する検出信号を出力する振動検出器と、上
記検出信号をサンプリングしてサンプリングデータを出
力するサンプリング手段と、上記サンプリングデータに
基づいて所定の演算を実施し、所定の判別時間間隔毎の
判別信号を出力する振動判別手段と、上記判別信号を上
記所定の判別時間間隔よりも長い所定の保持期間保持す
る出力手段とを備えているので、所定の判別時間間隔毎
に出力される判別信号を当該所定の判別時間間隔よりも
長い所定の保持期間保持することができる。しかも、当
該保持期間に保持演算値を超える振動が生じ、新たな大
きな演算値が入力された場合には、出力手段がその新た
な大きな演算値を少なくとも上記所定の保持期間保持す
ることができる。従って、最大の演算値を基に判定され
た判別信号を生成してそれを所定の保持期間保持するこ
とができ、所望の最大演算値の振動を確実に捕えること
ができる効果がある。
【0034】この発明によれば、振動判別手段が、演算
に使用する複数の固有周期を不均等な周期間隔にて選定
するので、演算結果の精度を高い精度に維持しつつ、振
動判別処理時間の短縮やサンプリングデータを記憶する
記憶手段の削減を実現することができる効果がある。
【0035】この発明によれば、上記振動検出装置と、
機械式振動検出装置と、これら2つの振動検出装置の判
別出力が入力され、この2つの判別出力が共に振動検出
である場合に地震検出信号を出力する最終判別手段とを
備えたので、上記振動検出装置からの検出信号の最大の
振動を一定時間保持して最終判別手段において確実に捕
えることができ、しかも、これら2つの判別出力が同一
の振動に基づく検出出力を同一タイミングにおいて出力
することができるので、この最終判定手段においては当
該タイミングにおいてともに検出出力であることを判定
すればよく、非常に簡易な判定条件設定で地震発生を安
定して、且つ確実に判断することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1による地震検出システ
ムを適用したガス供給システムを示すブロック図であ
る。
【図2】この発明の実施の形態1による演算処理回路お
よびその周辺部材の詳細な構成を示すブロック図であ
る。
【図3】この発明の実施の形態1による制御部の動作を
示すフローチャートである。
【図4】この発明の実施の形態1による地震検出システ
ムの地震検知動作の一例を説明するタイミングチャート
である。
【図5】この発明の実施の形態2によるSI値演算処理
内容を説明する説明図である。
【図6】従来の振動検出装置を利用したアクティブ制震
装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
16 半導体加速度センサ(振動検出器) 19 機械式地震センサ(機械式振動検出装置) 20 判定回路(最終判別手段) 26 制御部(振動判別手段、出力手段) 32 算出値選択手段(振動判別手段) 33 トリガ信号出力手段(出力手段) 45 センサインタフェース(サンプリング手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古川 洋之 東京都渋谷区渋谷2丁目12番19号 株式会 社山武内 (72)発明者 田久保 光 東京都渋谷区渋谷2丁目12番19号 株式会 社山武内 (72)発明者 清水 善久 埼玉県幸手市香日向2−26−3 (72)発明者 小金丸 健一 東京都港区芝浦2−2−16 シティ田町 704

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 振動に応じて変化する検出信号を出力す
    る振動検出器と、 上記検出信号をサンプリングしてサンプリングデータを
    出力するサンプリング手段と、 上記サンプリングデータに基づいて所定の演算を実施
    し、所定の判別時間間隔毎の判別信号を出力する振動判
    別手段と、 上記判別信号を上記所定の判別時間間隔よりも長い所定
    の保持期間保持し、且つ、当該保持期間にそれを超える
    振動を示す判別信号が入力された場合には、その新たな
    判別信号を上記所定の保持期間保持する出力手段とを備
    えた振動検出装置。
  2. 【請求項2】 振動判別手段は、演算に使用する複数の
    固有周期を不均等な周期間隔にて選定することを特徴と
    する請求項1記載の振動検出装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載された振
    動検出装置と、 機械式振動検出装置と、 これら2つの振動検出装置の判別出力が入力され、この
    2つの判別出力が共に振動検出である場合に地震検出信
    号を出力する最終判別手段とを備えた地震検出システ
    ム。
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