JP2006201012A - 環境振動監視方法と装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】地震工学で適用されているＳＩ値の評価を環境振動の評価に適用した環境振動監視方法と装置を提供すること。
【解決手段】交通振動や機械振動による環境振動を検出し、スペクトル強度値を算出し且つスペクトル強度値に基づいて定量化された振動影響量を算出し、スペクトル強度値及び振動影響量を保存する環境振動監視方法であり、そのスペクトル強度値の算定周波数範囲を任意に調整できる。環境振動を検出するサーボ式検出器１、検出したアナログ信号を増幅する信号コンデンショナー２、アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換装置３、振動信号に基づくスペクトル強度値を算出する解析コンピュータ装置６、振動信号及びスペクトル強度値の表示するモニター装置９、スペクトル強度の算定周波数範囲を入力できる装置６、１０、及び時刻歴に基づく波形データと計算されたスペクトル強度値と定量的な振動影響量を保存するデータ保存装置８から成る。
【選択図】図１
【解決手段】交通振動や機械振動による環境振動を検出し、スペクトル強度値を算出し且つスペクトル強度値に基づいて定量化された振動影響量を算出し、スペクトル強度値及び振動影響量を保存する環境振動監視方法であり、そのスペクトル強度値の算定周波数範囲を任意に調整できる。環境振動を検出するサーボ式検出器１、検出したアナログ信号を増幅する信号コンデンショナー２、アナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換装置３、振動信号に基づくスペクトル強度値を算出する解析コンピュータ装置６、振動信号及びスペクトル強度値の表示するモニター装置９、スペクトル強度の算定周波数範囲を入力できる装置６、１０、及び時刻歴に基づく波形データと計算されたスペクトル強度値と定量的な振動影響量を保存するデータ保存装置８から成る。
【選択図】図１
Description
この発明は、交通振動や機械振動による環境振動を定量的に評価する環境振動監視方法と装置に関する。
交通振動や機械振動による振動は、その周辺住民や精密機械工場では建物、建具の揺れや機具の揺れを起こすことがある。従来の環境振動計では、高い周波数が卓越した場合には、これらの被害をおこす低い周波数成分の評価を行うことができないため、これらの被害を定量的に評価することが困難であった。また、振動公害では音響学的に、１／３オクターブバンド幅の分析手法を用いて評価することが多く、高い周波数の計測が主眼点となっており、高い周波数に隠れている低い周波数の振動特性の把握が困難であった。一般に環境振動計が市販されており、これは人の感覚に合うように周波数補正をしてｄＢ値として出力するものである。センサーとしては加速度振動計を用いているけれども、これら環境振動計の出力値は、周辺住民や精密機械工場における建物、建具の揺れや機具の揺れとの相関性はなく、特に人間の感じ方とは相関関係が見当たらない。このことは、高い周波数が卓越した場合が顕著である。
最近における比較的小規模の３階、４階建ての中層建物では、屋上や上階層の居間、張り出し架構のベランダ、或いは下階から上階への階段等において強く歩いたり飛び跳ねたりしたときに建物に微小レベルの振動を発生させる場合がある。この微小振動の発生は建物規模や形状による要因が大きく作用するが、従来では、設計段階で居住者の生活行為による振動の大きさを判断することはできず、建物の振動が問題となる虞れがあった。この点に関して、建物の生活行為による振動の評価方法が研究開発されている（特許文献１参照）けれども、環境振動を定量的に評価する方法は存在していない。
また、家鳴りの原因を特定するために使用する測定検出装置も開発されていて（特許文献２、３参照）、家鳴りの発生頻度や音圧レベルの低減を図るべく対策を講じている現状である。
地震工学では、ＳＩ値（Spectral Intensity) は構造物の終局的破壊に関与するのは地震時に構造物のもつ振動エネルギーであるとして、地震の強さを表す尺度として近年採用されている概念である。さらに、ＳＩ値の利用は、計測震度に相当する震度とＳＩ値とのアルゴリズムを搭載して、計測震度とＳＩ値との組合せで地震の震度を検出すると共に、地震振動か生活振動かを判定する地震判定部を設け、その判定出力によって電力を遮断し、感震遮断コンセントの誤作動を防止する技術（特許文献４参照）にも見られる。このＳＩ値は通常は計算周波数が０．１〜２．５秒に固定されている。
また、今日は鉄道や道路等の交通機関や工場等の事業所から発生する地盤振動対策として地中に設けた空溝や各種地中壁の防振効果を地盤条件や地中壁の材質、規模、位置に応じて算出する方法や装置（特許文献５参照）を開発して、定量的な評価手法の確立を狙っている技術も見られる。しかしながら、積極的に低い周波数の振動特性を把握して環境振動を定量的に評価することには到っていない。
特開２００３−３５９０号公報
特開２００３−４９４９９号公報
特開２００３−５０１５５号公報
特開２００３−１６４０５６号公報
特開２００３−９６８０８号公報
それ故に、この発明の課題は、地震工学で適用されているＳＩ値の評価を環境振動の評価に適用して、ＳＩ値の計算周波数をデータに基づいて環境振動評価用にアレンジして、交通振動や機械振動による環境振動を検出し、振動信号に基づきスペクトル強度値を算出し且つスペクトル強度値に基づいて定量化された振動影響量を算出し、それらスペクトル強度値及び振動影響量を保存する環境振動監視技術において、精確に定量的に環境振動を評価できる環境振動監視方法と装置を提供することである。
この課題は、この発明によると、交通振動や機械振動による環境振動を検出し、振動信号に基づきスペクトル強度値を算出し且つスペクトル強度値に基づいて定量化された振動影響量を算出し、それらスペクトル強度値及び振動影響量を保存する環境振動監視方法において、そのスペクトル強度値の算定周波数範囲を任意に調整できることによって解決される。
さらに、この課題は、交通振動や機械振動による環境振動を検出し、振動信号に基づきスペクトル強度値を算出し且つスペクトル強度値に基づいて定量化された振動影響量を算出し、それらスペクトル強度値及び振動影響量を保存する環境振動監視方法において、建物、建具及び機具の揺れ経験に基づいたスペクトル強度値の算定周波数範囲を入力すること、建物、建具及び機具の揺れの検出データに基づいて自動的にスペクトル強度値の算定周波数範囲を設定すること、或いは人が振動を感知したときの揺れのレベルを評価して感知スイッチボタンを押すことによりスペクトル強度値の算定周波数範囲の設定を補正することによって解決される。
また、この課題は、この発明の環境振動監視装置によると、環境振動を検出する少なくとも一つ以上のサーボ式検出器と、検出したアナログ信号を増幅する信号コンデンショナーと、その増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換装置と、振動信号に基づくスペクトル強度値を算出する解析コンピュータ装置と、振動信号及びスペクトル強度値を表示するモニター装置と、スペクトル強度の算定周波数範囲を調整入力できる装置、及び時刻歴に基づく波形データと計算されたスペクトル強度値と定量的な振動影響量を保存するデータ保存装置から成ることによって解決される。
この発明の環境振動監視方法と装置は、スペクトル強度値の算定周波数範囲を任意に調整できるから、高い周波数が卓越した振動状況においても、建屋、建具の揺れ、機具の揺れを生じる振動の大きさを定量的に評価することが可能となるものである。また、人間の感覚とマッチして定量的に評価することが可能となる。建屋、建具、機具等に適当な対策を講じることにより不快な揺れを防止することが簡単に可能となると共に、工場や作業現場に応じた環境振動を検出して評価できるので、適切な対策も立てられ得る。
この発明によると、地震工学で適用されているスペクトル強度値の評価を環境振動の評価に適用して、スペクトル強度値の計算周波数をデータに基づいて環境振動評価用にアレンジして、対象となるものの固有振動数が異なる場合には振動感知スイッチによる出力で補正することによって、精確に定量的に環境振動を評価できるから、極めてコンパクトなシステムとして製作できるので、いかなる場所でも容易に設置してモニタリングすることが可能である。
この発明によると、環境振動監視装置を用いて環境振動に基づく建物、建具、機具の揺れをスペクトル強度値として算出して人が振動を感知したときのスペクトル強度値の範囲を特定し、人の不快感を防止するために揺れの対象の固有振動数を除去できるように簡単な対策を企図され得る。
次に、この発明は、添付図面に基づいて実施態様を詳細に説明される。図１はこの発明の環境振動監視装置の概略図を示し、図２はこの発明の環境振動監視方法を実施する手順フロー図を示す。
図１はこの発明の環境振動監視装置の概略図を示し、この環境振動監視装置において少なくとも一つ以上のサーボ式検出器１によって交通振動や機械振動による環境振動をアナログ信号として検出し、信号コンデンショナー２によって検出したアナログ信号を増幅し、次に、信号変換装置３においてその増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。そのデジタル信号は解析用パソコン６へ送られる。
この実施例において、サーボ式検出器１は揺れ具合を見る場所の水平二方向、垂直一方向の三方向の振動を計測する検出器や二方向や一方向の検出器を用いる場合もあり、これは加速度ばかりでなく、速度や変位も計測可能である。解析用パソコン６は基本的には積分回路を内蔵し、スペクトル密度を算出するアルゴリズムを搭載しており、また、積分範囲の外部入力を受付けたり、自分自身でデータベース７と比較しながら自動的に範囲を変化することもできる。
スピーカーやブザー等の外部警報出力手段４は、解析用パソコン６から出力された信号を信号変換装置３（Ｉ／Ｏ変換）を介して入力されてスピーカーやブザー等を駆動して警報を発生する。解析用パソコン６は、信号変換装置３の他に、予め編集された揺れ具合に対するデータを保管するデータベース７、測定したデータを時刻暦に保存する大容量記憶装置８、測定された揺れ具合やスペクトル密度を表示する表示装置９と、キーボード等の外部から積分範囲やデータベース７の内容を手動で入力変更する積分範囲入力装置１０とも接続されている。
人が振動を感知したときに感知レベルに応じた感知操作ボタンを押し、信号変換装置３（Ｉ／Ｏ変換）を介してパソコン６へ取り込み、データの収集を開始する。大容量記憶装置８には収集された時刻歴に基づく波形データと計算されたスペクトル強度値を決められたフォーマットで保存する。
図２はこの発明の環境振動監視方法を実施する手順フロー図を示し、左側手順フローを説明する；振動が発生すると、まず、検出工程Iにて振動センサーであるサーボ式検出器
１によって加速度等を検出し、増幅工程IIにて信号コンデンショナー２によってアナログ
信号を増幅する。次に、信号変換工程IIIにて信号変換装置３（Ａ／Ｄ変換）においてその増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
１によって加速度等を検出し、増幅工程IIにて信号コンデンショナー２によってアナログ
信号を増幅する。次に、信号変換工程IIIにて信号変換装置３（Ａ／Ｄ変換）においてその増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
振動計測工程IVでは解析用パソコン６内のデータロガー装置により振動計測する。スペ
クトル解析工程Vでは解析用パソコン６によってエネルギーの大きい低周波数域に着目し
てスペクトル強度値を解析する。この解析用パソコン６にて算定周波数範囲の調整が可能である。表示工程VIでは表示装置９で振動波形を視覚的に確認できてスペクトル強度値も
表示される。データ保存工程VIIでは大容量記憶装置８によって加速度等の波形やスペクトル強度値を収録して記憶する。データ比較工程VIIIではデータベース７に蓄積したデータのスペクトル強度値と感知スイッチ５の振動レベルとの整合性を検証する。再設定工程IXではその整合性に基づいてフイードバックされて、スペクトル強度値を算定する周波数範囲を再設定する。
クトル解析工程Vでは解析用パソコン６によってエネルギーの大きい低周波数域に着目し
てスペクトル強度値を解析する。この解析用パソコン６にて算定周波数範囲の調整が可能である。表示工程VIでは表示装置９で振動波形を視覚的に確認できてスペクトル強度値も
表示される。データ保存工程VIIでは大容量記憶装置８によって加速度等の波形やスペクトル強度値を収録して記憶する。データ比較工程VIIIではデータベース７に蓄積したデータのスペクトル強度値と感知スイッチ５の振動レベルとの整合性を検証する。再設定工程IXではその整合性に基づいてフイードバックされて、スペクトル強度値を算定する周波数範囲を再設定する。
次に、図２の右側手順フローを説明する；人間の感覚的な振動の程度に応じて、振動感知スイッチ５により、振動レベルを例えば(1)不在、(2)振動を感じない、(3)揺れを感じる、(4)色々のものが揺れる、(5)かなりひどい揺れの５段階に評価して、その振動レベル評価信号を感知スイッチ５のボタンをオンにする（振動感知工程Ｘ）。これにより再設定工程IV
における解析用パソコン６内のデータロガー装置により感知スイッチ５との連携計測が行われる。
における解析用パソコン６内のデータロガー装置により感知スイッチ５との連携計測が行われる。
この発明の環境振動監視方法と装置は、振動の対象である建物、建具、機具、或いは工場や作業現場の固有の周波数範囲を再設定して、人間の感覚に対応できる環境を作るために役立てられ得る。例えば建物が揺れると人が感じるときには、揺れのある壁には筋交を入れるとか、梁を太くするとかの対策を企図することが出来る。
この発明の環境振動監視手法は、極めてコンパクトなシステムとして製作できるので、いかなる場所でも容易に設置してモニタリングすることが可能である。それ故に、振動の対象となるものに応じた対策を容易に立てることが出来る。
１．．．．．サーボ式検出器
２．．．．．信号コンデンショナー
３．．．．．信号変換装置（Ａ／Ｄ、Ｉ／Ｏ）
４．．．．．外部警報出力手段
５．．．．．振動感知操作スイッチ
６．．．．．解析用パソコン
７．．．．．データベース
８．．．．．大容量記憶装置
９．．．．．表示装置
１０．．．．．積分範囲入力装置
I〜IX．．．振動処理の各工程
Ｘ．．．．．人間の感覚的な振動の程度に応じた感知スイッチの操作工程
２．．．．．信号コンデンショナー
３．．．．．信号変換装置（Ａ／Ｄ、Ｉ／Ｏ）
４．．．．．外部警報出力手段
５．．．．．振動感知操作スイッチ
６．．．．．解析用パソコン
７．．．．．データベース
８．．．．．大容量記憶装置
９．．．．．表示装置
１０．．．．．積分範囲入力装置
I〜IX．．．振動処理の各工程
Ｘ．．．．．人間の感覚的な振動の程度に応じた感知スイッチの操作工程
Claims (5)
- 交通振動や機械振動による環境振動を検出し、振動信号に基づきスペクトル強度値を算出し且つスペクトル強度値に基づいて定量化された振動影響量を算出し、それらスペクトル強度値及び振動影響量を保存する環境振動監視方法において、そのスペクトル強度値の算定周波数範囲を任意に調整できることを特徴とする環境振動監視方法。
- 交通振動や機械振動による環境振動を検出し、振動信号に基づきスペクトル強度値を算出し且つスペクトル強度値に基づいて定量化された振動影響量を算出し、それらスペクトル強度値及び振動影響量を保存する環境振動監視方法において、建物、建具及び機具の揺れ経験に基づいたスペクトル強度値の算定周波数範囲を入力することを特徴とする環境振動監視方法。
- 交通振動や機械振動による環境振動を検出し、振動信号に基づきスペクトル強度値を算出し且つスペクトル強度値に基づいて定量化された振動影響量を算出し、それらスペクトル強度値及び振動影響量を保存する環境振動監視方法において、建物、建具及び機具の揺れの検出データに基づいて自動的にスペクトル強度値の算定周波数範囲を設定することを特徴とする環境振動監視方法。
- 交通振動や機械振動による環境振動を検出し、振動信号に基づきスペクトル強度値を算出し且つスペクトル強度値に基づいて定量化された振動影響量を算出し、それらスペクトル強度値及び振動影響量を保存する環境振動監視方法において、人が振動を感知したときの揺れのレベルを評価して感知スイッチボタンを押すことによりスペクトル強度値の算定周波数範囲の設定を補正することを特徴とする環境振動監視方法。
- 環境振動を検出する少なくとも一つ以上のサーボ式検出器と、検出したアナログ信号を増幅する信号コンデンショナーと、その増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換装置と、振動信号に基づくスペクトル強度値を算出する解析コンピュータ装置と、振動信号及びスペクトル強度値を表示するモニター装置と、スペクトル強度の算定周波数範囲を調整入力できる装置、及び時刻歴に基づく波形データと計算されたスペクトル強度値と定量的な振動影響量を保存するデータ保存装置から成ることを特徴とする環境振動監視装置。
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