测震传感器的制作方法

1.本发明涉及测震传感器。


背景技术：

2.在如地震发生时用于阻断煤气、电的测震传感器那样，例如被设置在电表箱(meter box))等中并电池驱动的那样的装置的情况下，尤其期望使待机电力降低。然而，虽然使用了mcu(micro controller unit，微控制器单元)的测震传感器能够通过运算处理获取用于评价地震规模的指标值，但是与以往使用的如通过振动而通电的机械式测震传感器相比功耗容易变大。
3.作为该测震传感器，以往提出了一种在从低功耗模式转移至测量模式后进行地震判定，且在判定为不是地震的情况下返回至低功耗模式的测震传感器中，通过对所测量出的加速度进行滤波，并去除噪声成分从而提高判定精度的技术(例如专利文献1)。
4.此外，还提出了一种地震仪，通过与计算出的噪声电平配合来提高触发电平，从而准确地区分检测到的振动是噪声还是地震，并且设定地震检测可能延迟的阈值，在噪声电平超过该阈值并持续一定期间的情况下，异常警报单元发出警报表示发生了无法正确地检测地震的异常，能够准确地把握地震检测可能延迟的情况(例如专利文献2)。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开第2017
‑
15604号公报
8.专利文献2：日本特开第2013
‑
108847号公报


技术实现要素：

9.发明要解决的课题
10.在上述那样的用于地震测量的测震传感器中，除功耗的降低、地震的检测精度的高敏感化之外，还以进行地震发生前后的加速度的研究为目的，寻求能够获取地震检测前的振动的加速度数据。
11.对此，考虑了在从检测到地震而转移至测量模式之前开始始终以固定间隔预先获取加速度数据，但是这种情况下，存在难以保证测震传感器在电池驱动下进行5年、10年等长时间工作的情况。或者，有可能产生用户进行电池更换的频率增加，花费工夫的缺点。
12.因此，鉴于上述那样的课题，本发明的最终目的在于提供一种测震传感器，其具备即使在地震检测前也能够进行振动的加速度数据获取的记录器功能，并且能够尽可能地降低功耗。
13.这里，本发明中的具备上述那样的记录器功能的测震传感器也可以仅采用测震传感器。
14.用于解决课题的手段
15.用于解决上述课题的本发明的测震传感器，根据所测量出的加速度，切换与地震
的检测或地震的加速度的测量相关的动作模式，其中，
16.所述测震传感器具有：
17.简易地震检测模式，在所述测量出的加速度为规定的第一阈值以下的情况下，继续在所述简易地震检测模式，并且不保存所测量出的所述加速度数据；
18.地震检测模式，在所述简易地震检测模式下测量出的所述加速度大于所述第一阈值且在第二阈值以下的情况下，继续在所述地震检测模式，并且保存所测量出的所述加速度数据，这里，所述第二阈值大于所述第一阈值；以及
19.地震测量模式，在所述地震检测模式下测量出的所述加速度大于所述第二阈值的情况下，继续在所述地震测量模式，并且测量所述加速度和si(spectrum intensity，谱烈度)值并保存。
20.根据本发明，即使在不进行地震加速度保存处理的简易地震检测模式下，也测量加速度，因此能够以低功耗进行地震检测。此外，若简易地震检测模式下测量出的加速度为规定的第一阈值以上则切换至地震检测模式，执行加速度的测量和保存，因此能够记录地震发生前的加速度数据。此外，若地震检测模式下测量出的加速度为规定的第二阈值以上则切换至地震测量模式，除加速度之外，还执行si值的测量和保存，因此，在产生了判断为地震发生的加速度的情况下，能够记录地震活动对结构物造成影响的指标。即，根据本发明能够以低功耗获取地震发生前的加速度信息。
21.此外，在本发明中，也可以采用如下测震传感器，其特征在于，所述测震传感器具备信息处理装置以及加速度传感器，在所述简易地震检测模式下，所述信息处理装置为断开状态且所述加速度传感器为接通状态，在所述地震检测模式以及所述地震测量模式下，所述信息处理装置为间歇性驱动状态且所述加速度传感器为接通状态。由此，在简易地震检测模式下，信息处理装置为断开状态，因此能够更可靠地降低功耗。此外，低功耗的加速度传感器为接通状态，因此能够将地震发生前的微振动与地震检测联系起来。
22.此外，在本发明中，也可以采用如下测震传感器，其特征在于，所述测震传感器还具备：存储部，保存所述加速度数据，所述地震检测模式以及所述地震测量模式的期间被分割为规定的加速度数据获取期间，每当经过所述加速度数据获取期间，由所述加速度传感器测量出的加速度数据被临时保存至所述信息处理装置内的存储器，在所述地震测量模式结束后，被临时保存至所述信息处理装置内的存储器的所述加速度数据被保存至所述存储部。由此，测震传感器能够获取以地震为触发条件加速度的数据。
23.此外，在本发明中，也可以采用如下测震传感器，其特征在于，所述加速度数据获取期间为20秒，所述地震测量模式结束后，被保存至所述存储部的加速度数据为在所述地震测量模式下的整个数据获取期间内获取的加速度数据、以及在所述地震检测模式下的地震即将发生之前的数据获取期间内获取的加速度数据。由此，除地震发生过程之外，还能够记录地震即将发生之前的加速度数据。
24.此外，在本发明中，也可以采用如下测震传感器，其特征在于，在完成所述地震测量模式下的整个数据获取期间内获取的加速度数据的保存之后，再次切换至所述简易地震检测模式。由此，能够高可靠地获取地震发生时的加速度数据，且有利于降低功耗。此外，一旦发生的地震停息后，能够再次以低功耗继续加速度测量。
25.发明的效果
26.在测震传感器中，能够通过记录器功能进行地震检测前的振动的加速度的数据获取，并且能够降低地震检测前的加速度测量时的功耗。
附图说明
27.图1是作为测震传感器的前提的装置结构图。
28.图2(a)和图2(b)是用于对加速度记录器和测震传感器的实际的以往的动作的方式进行说明的图。
29.图3是用于对在地震发生的检测之前使测震传感器以地震检测模式进行动作的情况进行说明的图。
30.图4是测震传感器的动作模式的处理流程图。
31.图5是用于对测震传感器的动作模式进行说明的图。
32.图6(a)和图6(b)是用于对测震传感器的加速度数据获取进行说明的图。
33.附图标记说明
34.1：测震传感器
35.11：加速度传感器
36.12：mcu(micro controller unit)
37.13：存储部
38.14：输出部
39.15：输入部
具体实施方式
40.〔应用例〕
41.在本应用例中，对在测震传感器中应用了用于执行加速度数据获取的记录器功能以及用于使功耗降低的动作模式即简易地震检测模式的情况进行说明。如图1所示，本应用例的测震传感器具备：加速度传感器11；mcu12，基于加速度传感器11所测量出的加速度进行地震发生的检测以及地震规模的计算；存储部13，保持所测量出的加速度以及用于地震判断的阈值等；输出部14，输出表示地震的发生、其规模的信息；以及输入部15，即mcu12所具有的输入端子。而且，根据所测量出的加速度的大小，切换与地震检测、地震加速度测量相关的动作模式。更详细地，如图5所示，动作模式分为3种，并以简易地震检测模式、或者地震检测模式、或者地震测量模式中的任一种进行工作。
42.在简易地震检测模式下测量加速度，并不保存所测量出的加速度数据。在测量出的加速度为规定的第一阈值以下的情况下，简易地震检测模式继续工作。
43.在地震检测模式下测量加速度，并保存所测量出的加速度数据。在加速度大于第一阈值且在第二阈值以下的情况下，地震检测模式继续工作。这里，第二阈值大于第一阈值。
44.在地震测量模式下测量加速度以及si值，并保存所测量出的加速度以及si值。在地震检测模式下测量出的加速度大于第二阈值的情况下，地震测量模式继续工作规定时间。
45.如上述那样，测震传感器1具备mcu12以及加速度传感器11。在简易地震检测模式
下，mcu12为接通(on)状态、且加速度传感器11为断开(off)状态，在地震检测模式以及地震测量模式下，mcu12以及加速度传感器11均为接通状态。
46.如图6所示，以每20秒的固定间隔临时保存加速度数据，以地震为触发条件而进行数据保存的期间是，地震测量模式下检测到地震的120秒、以及地震检测模式下的地震发生前的20秒。在地震测量模式下完成120秒的测量数据的保存之后，切换至简易地震检测模式。
47.〔实施例1〕
48.下面，使用附图对本发明的实施方式的测震传感器进行说明。另外，在以下的实施方式中，对将本发明应用于模块类型的测震传感器的例子进行说明，但也可以将本发明应用于基板类型的测震传感器等其它测震传感器。以下所示的实施方式是模块类型的测震传感器的一例，本发明的模块类型的测震传感器并不限定于以下的结构。
49.<装置结构>
50.图1是作为本实施方式的测震传感器的前提的装置结构图。测震传感器1具有加速度传感器11、mcu12、存储部13、输出部14以及输入部15。
51.加速度传感器11例如为使用了压电元件的加速度传感器、或对电极间的静电电容进行检测的加速度传感器。另外，加速度传感器11所测量(也称为“采样”)出的加速度被输出至mcu12。
52.mcu12例如为通用的集成电路，并且以规定的周期来获取加速度传感器11所测量出的加速度，并基于加速度来检测地震的发生或者计算表示地震规模的指标值。此外，mcu12根据情况而在激活模式(active mode)或者睡眠模式这样的不同的形式下进行动作。睡眠模式是指mcu12接受中断的同时停止命令的执行或者停止时钟的供给等对功能进行限制的方式来进行动作，从而与激活模式(active mode)相比使功耗降低的动作形式。在激活模式(active mode)，mcu12对检测到的振动是地震还是噪声进行判定处理或者计算表示地震规模的指标值。
53.存储部13为ram(random access memory，随机存取存储器)等临时存储单元、eprom(erasable programmable read only memory，可抹除可编程只读存储器)等非易失性存储器，例如保持所测量出的加速度、用于地震判断的阈值等。另外，存储部13也可以为内置有加速度传感器11、mcu12的存储器。此外，输出部14例如为mcu12所具有的输出端子。例如在判定为发生了地震的情况下，mcu12经由输出部14向其它装置输出表示地震的发生、其规模的信息。该输出部14也可以具有通信功能。此外，输入部15为mcu12所具有的输入端子。也可以采用如下方式，即，mcu12经由输入部15来接受例如未图示的开关的操作、来自其它装置的指令的输入等。
54.另外，也可以在加速度传感器11与mcu12之间设置未图示的高通滤波器来去除重力成分。此外，也可以采用如下方式，即，mcu12将加速度传感器11所测量出的加速度转换为以规定的偏移量为基准的加速度的绝对值来进行处理。
55.图2是用于对加速度记录器和测震传感器1的实际的现有的动作的方式进行说明的图。图2(a)表示加速度记录器的动作的概要。一般的加速度记录器以启动信号等为触发条件来获取加速度数据。作为该启动信号，考虑(1)开始按钮的点击产生的信号、(2)通过计时器设定而在到达规定时刻时被输出的信号、(3)在检测到规定以上的加速度信号的情况
下被输出的信号、(4)上述组合产生的信号等。尤其在使用(1)开始按钮的点击产生的信号、(2)通过计时器设定而在到达规定时刻时被输出的信号的情况下，与地震的发生无关地开始加速度数据的获取，因此所获取的数据量变得庞大。其次，图2(b)表示现有的测震传感器1的动作的概要。现有的测震传感器1以地震发生为触发条件来获取加速度数据。这种情况下，mcu12在地震发生前不工作，因此不能够进行地震检测前的振动的加速度的数据获取。此外，在用于检测地震发生的阈值过高的情况下，不能够检测到在地震发生时先于s波而到达的低加速度的p波，此外，在阈值过低的情况下，有可能会将生活振动等噪声也误检测为地震。
56.此外，作为测震传感器1的动作的方式，考虑在利用加速度传感器11来检测地震发生之前，使其以通过更少的功耗来进行加速度的检测的地震检测模式进行动作。图3是用于对在地震发生的检测之前使上述测震传感器1以地震检测模式进行动作的情况进行说明的图。在图3中，加速度传感器11为始终接通状态，所获取的加速度数据被临时存储在加速度传感器11内的ram(未图示)中。在地震检测模式下，mcu12从加速度传感器11接收加速度数据。反复如下过程：使mcu12的接通状态持续10msec(毫秒)、断开状态持续320msec。即，mcu12以每隔330msec就接通10msec的比例从加速度传感器11内的ram获取加速度数据。所获取的加速度数据中20秒量被存储至mcu12的ram(未图示)，若超过20秒则被删除，再次开始20秒量的加速度数据的存储。
57.在地震测量模式下，在与地震检测模式相同的定时mcu12接通，从加速度传感器11的ram接收加速度数据，保存至mcu12的ram。此时，同时还进行数学式(1)所示的si值的运算。
58.【数学式1】
[0059][0060]
上述的si值为，通过刚性较高的结构物的固有周期即0.1秒～2.5秒之间的速度响应谱(response spectrum)积分值的平均来作为表示地震活动的破坏力的指标。另外，s
v
为速度响应谱(response spectrum)，t为周期，h为衰减常数。因此，如图3所示，mcu12为接通状态的期间长于地震检测模式，断开状态的期间短于地震检测模式。因此，地震测量模式下的功耗大于地震检测模式。
[0061]
此外，在这种情况下，也会在通过加速度传感器11来对地震的发生进行检测之前获取大量的数据，导致mcu12的工作时间变长从而增大功耗，并不高效。
[0062]
立足于上述问题，以下，将本实施例中的测震传感器1设置为具备如下记录器功能的测震传感器，该记录器功能在地震检测前以低功耗的模式工作，且能够进行地震检测前的振动的加速度的数据获取。这里，对于具备了该记录器功能的测震传感器，也规定为相当于测震传感器1。
[0063]
图4是本实施例中的测震传感器1的动作模式的处理流程图。该流程通过由mcu12执行在测震传感器1的存储部13中存储的程序从而发挥功能。测震传感器1根据所测量出的加速度的大小来切换地震检测、地震加速度测量的模式。该模式分为3种，并以简易地震检测模式、或者地震检测模式、或者地震测量模式中的任一种进行工作。若本流程被执行，则
首先，测震传感器1以简易地震检测模式进行工作(图4：s101)。接着，在加速度传感器11中，在简易地震检测模式下获取加速度数据(s102)。在简易地震检测模式下，不保存加速度数据。
[0064]
对于s102的处理中获取的加速度数据，执行与预先设定于测震传感器1中的规定的第一阈值(加速度阈值)之间的比较(s103)。在简易地震检测模式下获取的加速度为第一阈值以下的情况下(s103：否)，继续进行简易地震检测模式。另一方面，在简易地震检测模式下获取的加速度大于第一阈值的情况下(s103：是)，测震传感器1切换至地震检测模式(s104)。
[0065]
测震传感器1切换至地震检测模式之后，执行加速度数据的获取以及保存(s105)。对于所获取的加速度，执行与预先设定于测震传感器1中的规定的第二阈值(加速度阈值)之间的比较(s106)。这里，第二阈值大于第一阈值。在地震检测模式下获取的加速度为第二阈值以下的情况下(s106：否)，返回s103。在s103中，再次执行与第一阈值(加速度阈值)之间的比较(s103)。在上一次于s105中获取的加速度为第一阈值以下的情况下(s103：否)，切换至简易地震检测模式。另一方面，在上一次于s105中获取的加速度大于第一阈值的情况下(s103：是)，继续地震检测模式(s104)。另一方面，在地震检测模式下获取的加速度大于第二阈值的情况下(s106：是)，测震传感器1切换至地震测量模式(s107)。这里，地震测量模式相当于测量模式。
[0066]
测震传感器1切换至地震测量模式之后，执行加速度数据获取(s108)。基于所获取的加速度来计算si值(s109)。此外，进行切换至地震测量模式之后是否经过了120秒的判断(s111)。在未经过120秒的情况下(s111：否)，返回s108的处理，反复从加速度的数据获取开始执行。在经过了120秒的情况下(s111：是)，保存地震测量模式下的120秒量的数据和地震检测模式下的20秒量的数据(s112)，并再次切换至简易地震检测模式。
[0067]
图5是用于对本实施例中的测震传感器1的动作模式进行说明的图。简易地震检测模式、地震检测模式、以及地震测量模式的切换如图4的处理流程图所示。在测震传感器1的工作期间，加速度传感器11在任一模式下均为时常接通状态，而且mcu12在简易地震检测模式下为断开状态，与此相对地，在地震检测模式以及地震测量模式下为接通状态(间歇性接通的状态)。
[0068]
因此，在加速度传感器11为接通状态且mcu12为断开状态的简易地震检测模式下，最可能降低测震传感器1的功耗。此外，若从简易地震检测模式切换至地震检测模式，则mcu12转移至接通状态，因此能够将地震检测模式作为地震发生前的记录器功能进行运用。
[0069]
图6是用于对本实施例中的测震传感器1的加速度数据的获取进行说明的图。图6(a)表示测震传感器1的内部动作的方式。图6(b)表示测震传感器1的动作的方式。如图6(a)所示，在加速度传感器11中获取的加速度的测量数据以每20秒的固定间隔被临时保存至mcu12内的ram(未图示)。此外，如图6(b)所示，以地震为触发条件对测量数据进行保存的期间是，地震测量模式下检测到地震的120秒、以及地震检测模式下的地震发生前的20秒。因此，除地震发生过程中的加速度数据之外，测震传感器1还能够记录地震发生前的加速度数据。另外，在进行测量数据保存后，除了地震测量模式下检测到地震的120秒、以及地震检测模式下的地震发生前的20秒以外的加速度数据会被重置(reset)。
[0070]
另外，以下，为了能够进行本发明的结构要件与实施例的结构之间的对比，通过标
注附图标记的方式记载了本发明的结构要件。
[0071]
<发明1>
[0072]
一种测震传感器1，其根据所测量出的加速度，切换与地震的检测或地震的加速度的测量相关的动作模式，所述测震传感器1具有：
[0073]
简易地震检测模式，在所述测量出的加速度为规定的第一阈值以下的情况下，继续在所述简易地震检测模式，并且不保存所测量出的所述加速度数据；
[0074]
地震检测模式，在所述简易地震检测模式下测量出的所述加速度大于所述第一阈值且在第二阈值以下的情况下，继续在所述地震检测模式，并且保存所测量出的所述加速度数据，这里所述第二阈值大于所述第一阈值；以及
[0075]
地震测量模式，在所述地震检测模式下测量的所述加速度大于所述第二阈值的情况下，继续在所述地震测量模式，并且测量并保存所述加速度和si值。