特許 6252188 振動演算装置、振動演算方法、および振動演算プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6252188

(24)【登録日】2017年12月8日

(45)【発行日】2017年12月27日

(54)【発明の名称】振動演算装置、振動演算方法、および振動演算プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01H 17/00 20060101AFI20171218BHJP

【ＦＩ】

   G01H17/00 D

【請求項の数】5

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2014-5434(P2014-5434)

(22)【出願日】2014年1月15日

(65)【公開番号】特開2015-132586(P2015-132586A)

(43)【公開日】2015年7月23日

【審査請求日】2016年12月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002945

【氏名又は名称】オムロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】特許業務法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】幡山 五郎

【審査官】 山口 剛

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２５００８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２１００２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｈ １／００ − １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の基板に設けた帯電電極と第２の基板に設けた対向電極とが対向し、振動にともなって生じた前記帯電電極と、前記対向電極との相対的な位置の変化に応じて発電する静電誘導式振動センサの出力である発電電圧を、予め定めた時間間隔で入力する入力部と、
前記予め定めた時間間隔毎に、その時間間隔を演算対象時間とし、前記入力部に入力された前記静電誘導式振動センサの発電電圧を用いて、この演算対象時間における前記静電誘導式振動センサの振動変位、前記静電誘導式振動センサの振動速度、および前記静電誘導式振動センサの振動加速度のうち、少なくとも１つを算出する演算部と、を備え、
前記演算部は、前記帯電電極に対する前記対向電極の相対的な位置の変化にかかる電極振動速度と、発電電圧とが比例することを条件にした演算であって、前記演算対象時間に対応する前記静電誘導式振動センサの発電電圧と、この演算対象時間の直前の演算対象時間の算出結果と、を用いた演算により、前記静電誘導式振動センサの振動変位、前記静電誘導式振動センサの振動速度、および前記静電誘導式振動センサの振動加速度のうち、少なくとも１つを算出する、振動演算装置。

【請求項2】

前記演算部が算出した前記静電誘導式振動センサの振動変位、前記静電誘導式振動センサの振動速度、または前記静電誘導式振動センサの振動加速度を出力する出力部を、備えた請求項１に記載の振動演算装置。

【請求項3】

前記演算部が算出した前記静電誘導式振動センサの振動変位、前記静電誘導式振動センサの振動速度、または前記静電誘導式振動センサの振動加速度を用いて、前記静電誘導式振動センサが取り付けられている構造物の健全性を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果を出力する出力部と、を備えた請求項１に記載の振動演算装置。

【請求項4】

コンピュータが、予め定めた時間間隔で入力部に入力された、第１の基板に設けた帯電電極と第２の基板に設けた対向電極とが対向し、振動にともなって生じた前記帯電電極と、前記対向電極との相対的な位置の変化に応じて発電する静電誘導式振動センサの出力である発電電圧を用い、前記予め定めた時間間隔を演算対象時間として、前記静電誘導式振動センサの振動変位、前記静電誘導式振動センサの振動速度、および前記静電誘導式振動センサの振動加速度のうち、少なくとも１つを算出する演算ステップを実行する振動演算方法であって、
前記演算ステップは、前記演算対象時間毎に、前記帯電電極に対する前記対向電極の相対的な位置の変化にかかる電極振動速度と、発電電圧とが比例することを条件にした演算であって、前記演算対象時間に対応する前記静電誘導式振動センサの発電電圧と、この演算対象時間の直前の演算対象時間の算出結果と、を用いた演算により、前記静電誘導式振動センサの振動変位、前記静電誘導式振動センサの振動速度、および前記静電誘導式振動センサの振動加速度のうち、少なくとも１つを算出する、振動演算方法。

【請求項5】

予め定めた時間間隔で入力部に入力された、第１の基板に設けた帯電電極と第２の基板に設けた対向電極とが対向し、振動にともなって生じた前記帯電電極と、前記対向電極との相対的な位置の変化に応じて発電する静電誘導式振動センサの出力である発電電圧を用い、前記予め定めた時間間隔を演算対象時間として、前記静電誘導式振動センサの振動変位、前記静電誘導式振動センサの振動速度、および前記静電誘導式振動センサの振動加速度のうち、少なくとも１つを算出する演算ステップをコンピュータに実行させる振動演算プログラムであって、
前記演算ステップは、前記演算対象時間毎に、前記帯電電極に対する前記対向電極の相対的な位置の変化にかかる電極振動速度と、発電電圧とが比例することを条件にした演算であって、前記演算対象時間に対応する前記静電誘導式振動センサの発電電圧と、この演算対象時間の直前の演算対象時間の算出結果と、を用いた演算により、前記静電誘導式振動センサの振動変位、前記静電誘導式振動センサの振動速度、および前記静電誘導式振動センサの振動加速度のうち、少なくとも１つを算出するステップである、振動演算プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、振動によって発電する静電誘導式振動センサを用い、このセンサの発電電圧からセンサの振動にかかる情報（振動加速度、振動速度、振動変位）を演算する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、振動によって発電する静電誘導式振動センサを用い、橋梁やビル等の建築構造物や、工場等で使用される各種機械等の健全性をモニタリングするシステムが検討されている。静電誘導式振動センサ（以下、単に振動センサという場合もある。）には、非特許文献１に記載されているエレクトレットを用いたものがある。エレクトレットを用いた振動センサは、振動に応じた電圧を発電し、出力する。エレクトレットは、公知のように、半永久的な電荷を持つ絶縁体である。

【0003】

また、エレクトレットを用いた振動センサの発電電圧から、振動センサの振動にかかる情報（振動加速度、振動速度、振動変位）を算出するための演算手法が非特許文献２に記載されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】微小な振動で発電する小型の「環境振動発電デバイス」を開発 （https://www.omron.co.jp/press/2008/11/c1111.html）

【非特許文献2】エレクトレット振動発電素子を用いたパッシブ型振動センサの開発 佐々木栄一、峰沢ジョージ、山口浩 東京工業大学 大学院理工学研究科 土木光学専攻 平成２４年２月２９日

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、非特許文献２に示されているように、エレクトレットを用いた振動センサの発電電圧と、この振動センサの振動加速度、振動速度、および振動変位との関係は微分方程式で表される。そして、この微分方程式は、その解を解析的に求めることができない。このため、非特許文献２では数値シミュレーションによって、振動センサの発電電圧から、この振動センサの振動速度を算出する演算手法を提案している。

【0006】

任意の時刻における振動センサの振動速度を数値シミュレーションで算出するには、その時刻における振動センサの発電電圧だけでなく、その時刻の前後に測定した複数時刻における振動センサの発電電圧を用いなければならない。このため、シミュレーションによって振動センサの振動速度を算出する演算処理は、処理負荷が大きい。また、シミュレーションによって振動センサの振動速度を算出する演算処理では、任意の時刻における振動センサの振動速度を逐次的に算出することができない。

【0007】

この発明の目的は、静電誘導式振動センサの発電電圧から、この静電誘導式振動センサの振動にかかる情報（振動加速度、振動速度、振動変位）を簡単な計算で逐次的に算出することができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明の振動演算装置は、上記目的を達するために、以下のように構成している。

【0009】

静電誘導式振動センサは、第１の基板に設けた帯電電極と第２の基板に設けた対向電極とが対向し、振動にともなって生じた帯電電極と、対向電極との相対的な位置の変化に応じて発電する。入力部には、静電誘導式振動センサの出力である発電電圧が予め定めた時間間隔で入力される。

【0010】

演算部は、予め定めた時間間隔毎に、その時間間隔を演算対象時間とし、入力部に入力された静電誘導式振動センサの発電電圧を用いて、この演算対象時間における静電誘導式振動センサの振動変位、静電誘導式振動センサの振動速度、および静電誘導式振動センサの振動加速度のうち、少なくとも１つを算出する。この演算部は、帯電電極に対する対向電極の相対的な位置の変化にかかる電極振動速度と、発電電圧とが比例することを条件にした演算であって、演算対象時間に対応する静電誘導式振動センサの発電電圧と、この演算対象時間の直前の演算対象時間の算出結果と、を用いた演算により、静電誘導式振動センサの振動変位、静電誘導式振動センサの振動速度、および静電誘導式振動センサの振動加速度のうち、少なくとも１つを算出する。

【0011】

振動演算装置は、帯電電極に対する対向電極の相対的な位置の変化にかかる電極振動速度と、発電電圧とが比例することを条件にすることによって求めた簡単な計算の近似式で、静電誘導式振動センサの振動にかかる情報（振動加速度、振動速度、および振動変位の少なくとも１つ）を算出する。

【0012】

入力部には、予め定めた時間間隔（Δ）毎に、その時間における静電誘導式振動センサの発電電圧が入力される。演算部は、予め定めた時間間隔（Δ）を演算対象時間とし、静電誘導式振動センサの振動にかかる情報を算出する。このとき、演算部は、入力部に入力された演算対象時間に対応する静電誘導式振動センサの発電電圧と、この演算対象時間の直前の演算対象時間の算出結果と、を用いて、静電誘導式振動センサの振動にかかる情報を算出する。したがって、静電誘導式振動センサの振動にかかる情報を算出する演算処理の処理負荷を低減できるとともに、任意の時刻における振動センサの振動速度を逐次的に算出することができる。

【0013】

また、振動演算装置は、演算部が算出した静電誘導式振動センサの振動にかかる情報を出力する出力部を備えてもよい。

【0014】

さらには、演算部が算出した静電誘導式振動センサの振動にかかる情報を用いて、この静電誘導式振動センサが取り付けられている構造物の健全性を判定する判定部を備え、この判定部の判定結果を出力部から出力する構成としてもよい。

【0015】

また、この発明の振動演算方法は、コンピュータが、帯電電極に対する対向電極の相対的な位置の変化にかかる電極振動速度と、発電電圧とが比例することを条件にすることによって求めた簡単な計算の近似式で、静電誘導式振動センサの振動にかかる情報を算出する。

【0016】

また、この発明の振動演算プログラムは、コンピュータに、帯電電極に対する対向電極の相対的な位置の変化にかかる電極振動速度と、発電電圧とが比例することを条件にすることによって求めた簡単な計算の近似式で、静電誘導式振動センサの振動にかかる情報を算出させる。

【発明の効果】

【0017】

この発明によれば、静電誘導式振動センサの発電電圧から、この静電誘導式振動センサの振動にかかる情報（振動加速度、振動速度、振動変位）を簡単な計算で逐次的に算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】静電誘導式振動センサを用いたモニタリングシステムの例を示す概略図である。

【図2】演算装置の主要部の構成を示す図である。

【図3】静電誘導式振動センサを説明する図である。

【図4】振動センサの発電モデルの模式図である。

【図5】検出時間毎に検出した振動センサの発電電圧を示す図である。

【図6】演算装置における振動センサの振動速度ｕ（ｔ）の算出にかかる演算処理を示すフローチャートである。

【図7】演算装置における振動センサの振動速度ｕ（ｔ）の算出にかかる演算処理を示すフローチャートである。

【図8】演算装置における振動センサの振動変位ｙ（ｔ）の算出にかかる演算処理を示すフローチャートである。

【図9】演算装置における振動センサの振動変位ｙ（ｔ）の算出にかかる演算処理を示すフローチャートである。

【図10】演算装置における振動センサの振動加速度ａ（ｔ）の算出にかかる演算処理を示すフローチャートである。演算装置の動作を示すフローチャートである。

【図11】演算装置における振動センサの振動加速度ａ（ｔ）の算出にかかる演算処理を示すフローチャートである。演算装置の動作を示すフローチャートである。

【図12】演算装置における、振動センサの振動速度ｕ（ｔ）、振動変位ｙ（ｔ）、振動加速度ａ（ｔ）の算出結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、この発明の実施形態について説明する。

【0020】

図１は、静電誘導式振動センサを用いたモニタリングシステムの例を示す概略図である。この例は、建築構造物である橋梁の健全性をモニタリングするシステムである。このモニタリングシステムは、演算装置１と、中継装置２と、静電誘導式振動センサ３と、を備えている。

【0021】

静電誘導式振動センサ３（以下、単に振動センサ３という場合もある。）は、健全性をモニタリングする橋梁５の橋脚や橋げた等の複数の箇所に取り付けており、この橋梁５とともに振動する。振動センサ３は、振動に応じて発電する。振動センサ３の出力は、発電電圧である。図１では、振動センサ３を１つだけ例示している。

【0022】

中継装置２も、振動センサ３と同様に、橋梁５の橋脚や橋げた等に取り付けられている。中継装置２には、１または複数の振動センサ３が接続されている。各振動センサ３は、出力である発電電圧を中継装置２に入力する。

【0023】

中継装置２は、予め定めた計測時間間隔で、接続されている各振動センサ３の発電電圧（出力電圧）を計測する。中継装置２は、接続されている振動センサ３毎に、計測した発電電圧を無線ネットワークを介して演算装置１に送信する。中継装置２は、接続されている振動センサ３毎に、計測した発電電圧を演算装置１にリアルタイムに送信する構成であってもよいし、予め定めた送信時間間隔（例えば、１０ｓｅｃ）で、その間に計測した検出時間毎の発電電圧を一括して演算装置１に送信する構成であってもよい。

【0024】

この例では、中継装置２は、演算装置１と通信するための無線通信機能を備えているが、接続されている振動センサ３毎に、計測した発電電圧をＳＤメモリカード等の記録媒体に記録し、無線通信機能を備えない構成としてもよい。この場合には、ＳＤメモリカード等の記録媒体を人手で回収し、回収した記録媒体を演算装置１にセットすることによって、計測した振動センサ３の発電電圧を演算装置１に入力する構成にすればよい。

【0025】

図２は、演算装置の主要部の構成を示す図である。この演算装置１がこの発明にかかる振動演算装置に相当する。演算装置１は、一般的なパーソナルコンピュータ等の情報処理装置であり、制御部１１と、操作部１２、表示部１３と、通信部１４と、出力部１５と、を備えている。演算装置１は、中継装置２から送信されてきた振動センサ３の発電電圧から、この振動センサ３の振動加速度、振動センサ３の振動速度、および振動センサ３の振動変位の少なくとも１つを算出する。ここでは、振動センサ３の振動加速度、振動センサ３の振動速度、および振動センサ３の振動変位のそれぞれについて、算出する手順を説明する。

【0026】

制御部１１は、演算装置１本体の動作を制御するとともに、後述する振動センサ３の振動にかかる情報（振動センサ３の振動加速度、振動センサ３の振動速度、および振動センサ３の振動変位）の算出にかかる演算も行う。制御部１１が、この発明で言う演算部、および判定部に相当する構成を有する。

【0027】

操作部１２は、キーボードやマウス等の入力デバイスを有し、演算装置１本体に対する入力操作を受け付ける。

【0028】

表示部１３は、表示器を有し、演算装置１本体に対する入力に応じた画面の表示や、演算装置１本体で実行した演算処理の処理結果に応じた画面の表示等を行う。

【0029】

通信部１４は、無線ネットワークを介して中継装置２と通信し、中継装置２から送信されてきた振動センサ３の発電電圧を受信する。この通信部１４が、この発明で言う、入力部に相当する構成である。

【0030】

なお、この通信部１４は、振動センサ３を有線で電気的に直接接続する構成であってもよいし（この場合、中継装置２は不要である。)、上述の中継装置２を有線で電気的に接続する構成であってもよい。すなわち、通信部１４は、振動センサ３の出力である発電電圧が直接入力される構成であってもよいし、上述のように中継装置２を介して入力される構成であってもよい。また、その入力形態についても、有線であってもよいし、無線であってもよい。また、振動センサ３は、図１に示すように中継装置２に対して外付けであってもよいし、中継装置２に内蔵されていてもよい。

【0031】

出力部１５は、演算装置１本体における演算処理の処理結果等を図示していない外部装置に出力する。

【0032】

表示部１３、および出力部１５が、この発明で言う、出力部に相当する構成である。また、この演算装置１が、この発明で言う演算方法を実行するコンピュータに相当する。また、この演算装置１が、この発明で言う演算プログラムを実行するコンピュータに相当する。

【0033】

なお、図１に示したモニタリングシステムは、振動センサ３の出力である発電電圧を演算装置１に直接入力する構成としてもよい。この場合には、上述の中継装置２を不要にできる。

【0034】

次に、振動センサ３について簡単に説明しておく。この振動センサ３は、非特許文献１、２等に記載されているエレクトレットを用いたものである。図３は、振動センサの構成を示す概略図である。振動センサ３は、エレクトレット電極基板３１と、メタル電極基板３３と、を適当な間隔を開けて対向させて配置している。エレクトレット電極基板３１には、エレクトレット電極３２が所定の間隔で形成されている。また、メタル電極基板３３には、対向電極３４が所定の間隔で形成されている。また、エレクトレット電極基板３１は、振動センサ３のケースに固定しているが、メタル電極基板３３は、振動方向（図２における左右方向）に移動自在に取り付けている。初期状態では、エレクトレット電極３２と、対向電極３４とが、対向している方向において、ほぼ重なっている。振動センサ３は、振動にともなってメタル電極基板３３が振動方向に移動する振動状態においては、エレクトレット電極３２と、対向電極３４とが、対向している方向において重なっている面積が変化し、この変に応じた電流が抵抗Ｒに流れ発電する。振動センサ３の出力は、抵抗Ｒの両端の電圧である。

【0035】

なお、ここでは、振動センサ３は、メタル電極基板３３を振動方向に移動自在に取り付けているとしたが、このメタル電極基板３３を振動センサ３のケースに固定し、エレクトレット電極基板３１を振動方向に移動自在に取り付けた構成であってもよい。すなわち、振動センサ３は、振動によって、エレクトレット電極３２と、対向電極３４との対向面積が変化する構成であればよい。

【0036】

この振動センサ３の発電モデルの模式図を図４に示す。非特許文献２に示されているように、エレクトレット電極３２を可変コンデンサとみなした等価回路を解くことによって、発電量を支配する微分方程式が得られる。具体的には、以下に示す数（１−１）〜（１−５）を連立的に解くことによって、発電量を支配する微分方程式が得られる。

【0037】

【数1】

【0038】

数（１−１）は、電磁場におけるガウスの法則を表したものであり、表面電荷が平面上の電場の総和と等しいことを示している。数（１−２）、および数（１−３）は、エレクトレットによる電位降下が総電位と等しいことを示している。数（１−４）は、回路内で保存される電荷量Ｑが一定であることを示している。数（１−５）は、静電誘導により流れた電流と、発電電圧との関係（オームの法則）を示したものである。

【0039】

上述したように、数（１−１）〜（１−５）の解を解析的に求めることはできない。

【0040】

この例にかかる演算装置１は、振動センサ３のエレクトレット電極基板３１（エレクトレット電極３２）に対するメタル電極基板３３（対向電極３４）の相対的な位置の変化にかかる振動速度と、発電電圧とが比例することを条件にして求めた近似式の演算によって、振動センサ３の振動にかかる情報（振動加速度、振動速度、振動変位）を算出する。

【0041】

なお、図４に示した振動センサ３は、エレクトレット電極３２と、対向電極３４との振動方向の幅が同じ長さ（ｘ1（ｔ）＋ｘ2（ｔ））である。また、図４において、ｘ1（ｔ）は、振動方向においてエレクトレット電極３２と、対向電極３４とが重なっている長さを示している。

【0042】

振動センサ３のエレクトレット電極基板３１（エレクトレット電極３２）に対するメタル電極基板３３（対向電極３４）の相対的な位置の変化にかかる振動速度と、発電電圧とが比例することを条件にした近似式について説明する。演算装置１は、この近似式の演算によって、振動センサ３の振動にかかる情報を算出する。

【0043】

上述した数（１−４）を時間ｔで微分すると、

【0044】

【数2】

【0045】

となる。この数（２）を、数（１−１）、数（１−２）、および数（１−３）を用いて、静電場Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃを消去した式に書き換えると、

【0046】

【数3】

【0047】

となる。したがって、振動センサ３の発電電圧Ｖ（ｔ）は、両辺にＲを掛けることによって、

【0048】

【数4】

【0049】

で表すことができる。ここで、エレクトレット電極基板３１（エレクトレット電極３２）に対するメタル電極基板３３（対向電極３４）の相対的な位置の変化をｘ（ｔ）とすると、数（４）における、ｘ1（ｔ）、およびｘ2（ｔ）は、

【0050】

【数5】

【0051】

で表される。数（５）におけるＷ0は、振動方向におけるエレクトレット電極３２の幅である。この数（５）を用いて、数（４）を書き換えると、

【0052】

【数6】

【0053】

となる。ここで、エレクトレットを用いた一般的な振動センサ３における、エレクトレット電極３２の厚さｄは、1.50×10^-5ｍ程度であり、エレクトレット電極３２の振動方向の幅Ｗ0は、7.00×10^-3ｍ程度である。また、エレクトレット電極３２と、対向電極３４との距離ｇは、7.00×10^-5ｍ程度である。また、真空の誘電率ε0は、8.85×10^-12Ｆ／ｍであり、エレクトレット電極３２の比誘電率εは、2.10程度である。

【0054】

これらの値を用いると、数（６）における、右辺の
Ｖ（ｔ）ｘ（ｔ）にかかる項の係数は、1.90×10^-4であり、
Ｖ（ｔ）にかかる項の係数は、1.40×10^-5であり、
ｘ（ｔ）にかかる項の係数は、1.20である。

【0055】

また、エレクトレットを用いた一般的な振動センサ３では、発電電圧の最大値は１Ｖ程度であり、エレクトレット電極３２に対する対向電極３４の相対的な位置の変化幅は数ｍｍである。したがって、数（６）における、右辺のＶ（ｔ）ｘ（ｔ）にかかる項の値、およびＶ（ｔ）にかかる項は、ｘ（ｔ）にかかる項に比べてオーダーが数桁小さい値である。このため、数（６）は、右辺のＶ（ｔ）ｘ（ｔ）にかかる項、およびＶ（ｔ）にかかる項を無視した近似式、

【0056】

【数7】

【0057】

で表すことができる。この数（７）におけるＤは、
Ｄ＝（ｄ＋εｇ）／（ｄδＬＲ）
である。この近似式である数（７）から、振動センサ３の発電電圧（出力電圧）は、エレクトレット電極３２と対向電極３４との相対的な位置の変化にかかる電極の振動速度に比例する関係にあると言える。また、上記の説明から明らかなように、数（７）におけるｘ'（ｔ）は、エレクトレット電極３２と対向電極３４との相対的な位置の変化にかかる電極の振動速度であり、振動センサ３自体の振動速度（振動センサ３を取り付けた位置における橋梁５の振動速度）ではない。

【0058】

エレクトレット電極３２に対する対向電極３４の相対的な位置の変位ｘ（ｔ）と、振動センサ３の変位ｙ（ｔ）と、の関係は、非特許文献２で示されているように、サイズモ系の運動方程式として、

【0059】

【数8】

【0060】

で表すことができる。振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）と、振動センサ３の変位ｙ（ｔ）とは、ｕ（ｔ）＝ｙ'（ｔ）の関係であることから、数（８）の両辺を時間ｔで微分すると、

【0061】

【数9】

【0062】

となり、この数（９）を、数（７）を用いてｘ（ｔ）を消去すると、

【0063】

【数10】

【0064】

となる。数（１０）は、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）と、振動センサ３の発電電圧Ｖ（ｔ）との関係を示している。すなわち、数（１０）によって、検出した振動センサ３の発電電圧Ｖ（ｔ）から、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を算出することができる。具体的には、数（１０）の両辺を２回積分し、整理することで、

【0065】

【数11】

【0066】

を得ることができる。この数（１１）における定数Ａ、Ｂは、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）の平均値と平均的な傾きとが、ともに０になるように定めればよい。すなわち、定数Ａ、Ｂは、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）の基線を補正するパラメータである。この数（１１）は、積分可能な連続関数で与えられた振動センサ３の発電電圧Ｖ（ｔ）から、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を算出する演算式である。

【0067】

上述したように、演算装置１には、予め定めた計測時間間隔で計測した振動センサ３の発電電圧が入力される。計測時間間隔Δは、例えば１０ｍｓｅｃである。したがって、演算装置１に入力される振動センサ３の発電電圧は、離散データである。

【0068】

振動センサ３の振動速度は、振動センサ３の発電電圧の離散データから以下の演算を行うことにより算出できる。

【0069】

この離散データにおける振動センサ３の発電電圧の検出時刻ｔをｔ＝０，Δ，２Δ，３Δ，・・・ｎΔとする。ここでは、検出時刻ｔの初期値を０にしている。計測時間間隔Δは、振動センサ３の発電電圧の変化がある程度小さくなるように、言い換えれば大きく変化しないように定めている。

【0070】

ここで、２つの補助変数Ｗi，Ｘiを、

【0071】

【数12】

【0072】

にすると、計測時間間隔Δで計測された振動センサ３の発電電圧の離散データから、任意の検出時刻ｔにおける振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）（ｔ＝０，Δ，２Δ，３Δ，・・・ｎΔ）を、

【0073】

【数13】

【0074】

で算出できる。この数（１３）は、数（７）に基づいて得られた演算式であり、振動センサ３の発電電圧（出力電圧）がエレクトレット電極３２と対向電極３４との相対的な位置の変化にかかる電極の振動速度に比例することを条件にした近似式である。

【0075】

この数（１３）から、明らかなように、検出時刻ｔにおける振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）は、簡単な四則演算によって算出できる。また、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）は、今回の計測時間ｎΔ（＝ｔ）における発電電圧Ｖ（ｎΔ）、および直前の計測時間（ｎ−１）Δにおける振動速度の算出で得た補助変数Ｗn-1，Ｘn-1を用いるだけでよい。したがって、検出時刻ｔにおける振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を簡単な計算で逐次的に算出することができ、この演算処理にかかる負荷も小さくできる。

【0076】

数（１３）における定数Ａ、Ｂは振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）がわからないと求まらない。したがって、定数Ａ、Ｂがわからないときには(例えば、設置後最初に振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を演算するときや、環境変化等を考慮して先に算出した定数Ａ、Ｂを更新するときには、)、一旦Ａ＝Ｂ＝０として、各検出時刻ｔにおける振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を上記の演算で算出する。その後、各検出時刻ｔの振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）の離散データを線形回帰分析して、定数Ａ、Ｂを算出する。そして、得られた定数Ａ、Ｂを用いて、先に算出した各検出時刻ｔの振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を補正する。具体的には、算出した定数Ａ、Ｂを用いて、（ｕ（ｔ）−（Ａｔ＋Ｂ））にかかる補正を行う。この補正を、ここでは一次補正と呼ぶ。また、算出した定数Ａ、Ｂを制御部１１が有するメモリ（不図示）に記憶する。定数Ａ、Ｂがわかっているときには（メモリに記憶している定数Ａ、Ｂを用いるときには、）、上述した定数Ａ、Ｂを算出する処理を行わないので、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）をリアルタイムに演算できる。

【0077】

次に、振動センサ３の振動変位を算出する演算について説明する。

【0078】

振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）は、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を時間ｔで積分したものである。したがって、数（１１）の両辺を時間ｔで積分し、整理することで、

【0079】

【数14】

【0080】

を得ることができる。この数（１４）も、数（７）に基づいて得られた演算式であり、振動センサ３の発電電圧（出力電圧）がエレクトレット電極３２と対向電極３４との相対的な位置の変化にかかる電極の振動速度に比例することを条件にした近似式である。

【0081】

この数（１４）における定数Ａ、Ｂ、Ｃは、振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）の近似２次曲線がＡ／２ｔ²＋Ｂｔ＋Ｃとなるように定める。すなわち、定数Ａ、Ｂ、Ｃは、振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）の基線を補正するパラメータである。なお、定数Ａ、Ｂは、上述した振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）の説明で用いた定数Ａ、Ｂと同じ値である。

【0082】

この数（１４）は、積分可能な連続関数で与えられた振動センサ３の発電電圧Ｖ（ｔ）から、振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）を算出する演算式である。演算装置１には、予め定めた計測時間間隔で計測した振動センサ３の発電電圧が入力される。したがって、演算装置１に入力される振動センサ３の発電電圧は、離散データである。

【0083】

振動センサ３の振動変位は、振動センサ３の発電電圧の離散データから以下の演算を行うことにより算出できる。

【0084】

ここで、３つの補助変数Ｗi、Ｘi、Ｙiを

【0085】

【数15】

【0086】

にすると（補助変数Ｗi、Ｘiについては、数（１２）で示している。）、計測時間間隔Δで計測された振動センサ３の発電電圧の離散データから、任意の検出時刻ｔにおける振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）（ｔ＝０，Δ，２Δ，３Δ，・・・ｎΔ）を、

【0087】

【数16】

【0088】

で算出できる。この数（１６）は、数（７）に基づいて得られた演算式であり、振動センサ３の発電電圧（出力電圧）がエレクトレット電極３２と対向電極３４との相対的な位置の変化にかかる電極の振動速度に比例することを条件にした近似式である。

【0089】

この数（１６）から、明らかなように、検出時刻ｔにおける振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）は、簡単な四則演算によって算出できる。また、振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）は、今回の検出時刻ｔ（＝ｎΔ）における発電電圧Ｖ（ｎΔ）、および直前の計測時間（ｎ−１）Δにおける振動変位の算出で得た補助変数Ｗn-1，Ｘn-1，Ｙn-1を用いるだけでよい。したがって、任意の検出時刻ｔにおける振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）についても、上述した振動速度ｕ（ｔ）と同様に逐次的に算出することができるとともに、この演算処理にかかる負荷も小さくできる。

【0090】

数（１６）における定数Ａ、Ｂ、Ｃは振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）がわからないと求まらない。したがって、定数Ａ、Ｂ、Ｃがわからないときには(例えば、設置後最初に振動センサ３の振動変移ｙ（ｔ）を演算するときや、環境変化等を考慮して先に算出した定数Ａ、Ｂ、Ｃを更新するときには、)、一旦Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝０として、各検出時刻ｔにおける振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）を上記の演算で算出する。その後、各検出時刻ｔの振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）の離散データを回帰分析して、定数Ａ、Ｂ、Ｃを算出する。そして、得られた定数Ａ、Ｂ、Ｃを用いて、先に算出した各検出時刻ｔの振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）を補正する。具体的には、算出した定数Ａ、Ｂ、Ｃを用いて、（ｙ（ｔ）−（Ａ／２ｔ²＋Ｂｔ＋Ｃ））にかかる補正を行う。この補正を、ここでは二次補正と呼ぶ。また、算出した定数Ａ、Ｂ、Ｃを制御部１１が有するメモリ（不図示）に記憶する。定数Ａ、Ｂ、Ｃがわかっているときには（メモリに記憶している定数Ａ、Ｂ、Ｃを用いるときには、）、上述した定数Ａ、Ｂ、Ｃを算出する処理を行わないので、振動センサ３の振動変移ｙ（ｔ）をリアルタイムに演算できる。

【0091】

次に、振動センサ３の振動加速度を算出する演算について説明する。

【0092】

振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）は、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を時間ｔで微分すればよい。すなわち、数（１０）の両辺を時間ｔで積分し、整理することで、

【0093】

【数17】

【0094】

を得ることができる。この数（１７）も、数（７）に基づいて得られた演算式であり、振動センサ３の発電電圧（出力電圧）がエレクトレット電極３２と対向電極３４との相対的な位置の変化にかかる電極の振動速度に比例することを条件にした近似式である。

【0095】

この数（１７）における定数Ａは、振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）の平均値が０となるように定める。すなわち、定数Ａは、振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）の基線を補正するパラメータである。なお、定数Ａは、上述した振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）や、振動変位ｙ（ｔ）の説明で用いた定数Ａと同じ値である。

【0096】

この数（１７）も、積分可能な連続関数で与えられた振動センサ３の発電電圧Ｖ（ｔ）から、振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）を算出する演算式である。上述したように、演算装置１には、予め定めた計測時間間隔で計測した振動センサ３の発電電圧が入力されるので、演算装置１に入力される振動センサ３の発電電圧は、離散データである。

【0097】

振動センサ３の振動加速度は、振動センサ３の発電電圧の離散データから以下の演算を行うことにより算出できる。計測時間間隔Δで計測された振動センサ３の発電電圧の離散データから、任意の検出時刻ｔにおける振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）（ｔ＝０，Δ，２Δ，３Δ，・・・ｎΔ）を、

【0098】

【数18】

【0099】

で算出できる。この数（１８）は、数（７）に基づいて得られた演算式であり、振動センサ３の発電電圧（出力電圧）がエレクトレット電極３２と対向電極３４との相対的な位置の変化にかかる電極の振動速度に比例することを条件にした近似式である。

【0100】

この数（１８）から、明らかなように、検出時刻ｔにおける振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）は、簡単な四則演算によって算出できる。また、振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）は、前回の検出時刻ｔ（＝（ｎ−１）Δ）における発電電圧Ｖ（（ｎ−１）Δ）今回の検出時刻ｔ（＝ｎΔ）における発電電圧Ｖ（ｎΔ）、および直前の計測時間（ｎ−１）Δにおける振動変位の算出で得た補助変数Ｗn-1を用いるだけでよい。したがって、任意の検出時刻ｔにおける振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）についても、上述した振動速度ｕ（ｔ）と同様に逐次的に算出することができるとともに、この演算処理にかかる負荷も小さくできる。

【0101】

数（１８）における定数Ａは振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）がわからないと求まらない。したがって、定数Ａがわからないときには(例えば、設置後最初に振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）を演算するときや、環境変化等を考慮して先に算出した定数Ａを更新するときには、)、一旦Ａ＝０として、各検出時刻ｔにおける振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）を上記の演算で算出する。その後、各検出時刻ｔの振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）の離散データを線形回帰分析して、定数Ａを算出する。そして、得られた定数Ａを用いて、先に算出した各検出時刻ｔの振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）を補正する。具体的には、算出した定数Ａを用いて、（ａ（ｔ）−Ａ）にかかる補正を行う。この補正を、ここでは０次補正と呼ぶ。また、算出した定数Ａを制御部１１が有するメモリ（不図示）に記憶する。定数Ａがわかっているときには（メモリに記憶している定数Ａを用いるときには、）、上述した定数Ａを算出する処理を行わないので、振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）をリアルタイムに演算できる。

【0102】

次に、この例にかかる演算装置１の動作について説明する。中継装置２は、予め定めた計測時間間隔で、振動センサ３の発電電圧Ｖ（ｔ）を計測している。図５は、計測時間を１０ｍｓｅｃとした振動センサ３の発電電圧の計測結果を示す図である。中継装置２は、図５に示した計測時間Δ毎の振動センサ３の発電電圧をほぼリアルタイムに演算装置１に送信する構成であってもよいし、予め定めた送信時間毎に、その送信時間内における計測時間Δ毎の振動センサ３の発電電圧を一括してまとめて送信してもよい。

【0103】

演算装置１は、通信部１４において、中継装置２から送信されてきた振動センサ３の発電電圧Ｖ（ｔ）を受信する。これにより、演算装置１には、計測時間Δ間隔で計測された振動センサ３の発電電圧Ｖ（ｔ）が入力される。

【0104】

演算装置１は、入力された計測時間Δ毎の振動センサ３の発電電圧Ｖ（ｔ）を用いて、この振動センサ３の振動にかかる情報を算出する。振動センサ３の振動にかかる情報は、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）、振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）、および振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）の少なくとも１つである。

【0105】

図６、および図７は、演算装置における振動センサの振動速度ｕ（ｔ）の算出にかかる演算処理を示すフローチャートである。図６は、定数Ａ、Ｂがわからないときにおける振動センサの振動速度ｕ（ｔ）の算出処理を示し、図７は、定数Ａ、Ｂがわかっているときにおける振動センサの振動速度ｕ（ｔ）の算出処理を示している。また、図８、および図９は、演算装置における振動センサの振動変位ｙ（ｔ）の算出にかかる演算処理を示すフローチャートである。図８は、定数Ａ、Ｂ、Ｃがわからないときにおける振動センサの振動変移ｙ（ｔ）の算出処理を示し、図９は、定数Ａ、Ｂ、Ｃがわかっているときにおける振動センサの振動変移ｙ（ｔ）の算出処理を示している。さらに、図１０、および図１１は、演算装置における振動センサの振動加速度ａ（ｔ）の算出にかかる演算処理を示すフローチャートである。図１０は、定数Ａがわからないときにおける振動センサの振動加速度ａ（ｔ）の算出処理を示し、図１１は、定数Ａがわかっているときにおける振動センサの振動加速度ａ（ｔ）の算出処理を示している。

【0106】

まず、図６を参照しながら、定数Ａ、Ｂがわからないときにおける振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）の算出にかかる演算処理について説明する。この演算処理は、制御部１１が行う。制御部１１は、数（１２）で定義した補助変数Ｗ、Ｘを初期値（＝０）に設定するとともに、演算対象時点ｔ（検出時刻ｔ）を初期値（＝０）に設定する（ｓ１）。また、ｓ１では、定数Ａ、Ｂの値を、０（Ａ＝Ｂ＝０）に仮設定する。

【0107】

制御部１１は、入力されている演算対象時点ｔにおける振動センサ３の発電電圧Ｖ（ｔ）をパラメータＶに設定する（ｓ２）。

【0108】

制御部１１は、補助変数Ｗを（Ｗ＋Ｖ×Δ）に設定するとともに、補助変数Ｘを（Ｘ＋ｔ×Ｖ×Δ）に設定する（ｓ３）。

【0109】

制御部１１は、演算対象時点ｔにおける、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を、
ｕ（ｔ）＝（ｐｔ＋ｑ）Ｗ−ｐＸ＋ＤＶ
により算出する（ｓ４）。

【0110】

制御部１１は、演算対象時点ｔを計測時間間隔であるΔだけ進めた時点に設定する（ｓ５）。制御部１１は、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内であるかどうかを判定する（ｓ６）。制御部１１は、ｓ６で、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内であると判定すると、ｓ２に戻って上記処理を繰り返す。

【0111】

一方、制御部１１は、ｓ６で、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内でないと判定すると、ｓ１で０に仮設定した定数Ａ、Ｂを算出し、メモリに記憶する（ｓ７）。

【0112】

ｓ７では、ｓ４で繰り返し算出した演算対象時点ｔ毎の振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）の平均値、および平均的な傾きがともに０になる定数Ａ、Ｂを算出する。具体的には、ｓ４で繰り返し算出した演算対象時点ｔ毎の振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を線形回帰分析により、
ｕ（ｔ）＋（Ａｔ＋Ｂ）の平均値、および平均的な傾きがともに０になる定数Ａ、Ｂを算出する。制御部１１は、算出した定数Ａ、Ｂの値をメモリに記憶する。

【0113】

制御部１１は、ｓ７で算出した定数Ａ、Ｂを用いて、ｓ４で算出した演算対象時点ｔ毎の振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を、ｕ（ｔ）＋（Ａｔ＋Ｂ）に補正する一次補正を行う（ｓ８）。

【0114】

このように、定数Ａ、Ｂがわからないときは、この定数Ａ、Ｂの値を算出する必要があるため、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）が算出できるまでに、若干のタイムラグがある。

【0115】

次に、図７を参照しながら、定数Ａ、Ｂがわかっているときにおける振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）の算出にかかる演算処理について説明する。図７では、図６と同じ処理については同じステップ番号（ｓ＊＊）を付している。

【0116】

制御部１１は、数（１２）で定義した補助変数Ｗ、Ｘを初期値（＝０）に設定するとともに、演算対象時点ｔ（検出時刻ｔ）を初期値（＝０）に設定する（ｓ１１）。また、ｓ１１では、定数Ａ、Ｂの値を、メモリに記憶している値に設定する。

【0117】

制御部１１は、上述したｓ２〜ｓ４にかかる処理を行い、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を算出する。さらに、制御部１１は、ｓ１１で値を設定した定数Ａ、Ｂを用いて、ｓ４で算出した振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）に対する一次補正を行う（ｓ１８）。この一次補正は、上述したｓ８と同様の処理である。

【0118】

制御部１１は、演算対象時点ｔを計測時間間隔であるΔだけ進め（ｓ５）、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内であるかどうかを判定する（ｓ６）。制御部１１は、ｓ６で、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内であると判定すると、ｓ２に戻って上記処理を繰り返す。

【0119】

一方、制御部１１は、ｓ６で、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内でないと判定すると、本処理を終了する。

【0120】

このように、定数Ａ、Ｂがわかっているときは、この定数Ａ、Ｂの値を算出する処理を行う必要がないので、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）をリアルタイムに算出できる。なお、ｓ４にかかる演算と、ｓ１８にかかる演算とは、１つに纏めた演算で行ってもよい。

【0121】

次に、図８を参照しながら、定数Ａ、Ｂ、Ｃがわからないときにおける振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）の算出にかかる演算処理について説明する。この演算処理は、制御部１１が行う。制御部１１は、数（１４）で定義した補助変数Ｗ、Ｘ、Ｙを初期値（＝０）に設定するとともに、演算対象時点ｔ(検出時刻ｔ)を初期値（＝０）に設定する（ｓ２１）。また、ｓ２１では、定数Ａ、Ｂ、Ｃの値を、０（Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝０）に仮設定する。

【0122】

制御部１１は、入力されている演算対象時点ｔにおける振動センサ３の発電電圧Ｖ（ｔ）をパラメータＶに設定する（ｓ２２）。

【0123】

制御部１１は、補助変数Ｗを（Ｗ＋Ｖ×Δ）に設定するとともに、補助変数Ｘを（Ｘ＋ｔ×Ｖ×Δ）に設定し、さらに補助変数Ｙを（Ｙ＋ｔ×ｔ×Ｖ×Δ）に設定する（ｓ２３）。

【0124】

制御部１１は、演算対象時点ｔにおける、振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）を、
ｙ（ｔ）＝（ｐ×ｔ×ｔ／２＋ｑ×ｔ＋Ｄ）×Ｗ−（ｐ×ｔ＋ｑ）×Ｘ＋ｐ／２×Ｙ
により算出する（ｓ２４）。

【0125】

制御部１１は、演算対象時点ｔを計測時間間隔であるΔだけ進めた時点に設定する（ｓ２５）。制御部１１は、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内であるかどうかを判定する（ｓ２６）。制御部１１は、ｓ２６で、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内であると判定すると、ｓ２２に戻って上記処理を繰り返す。

【0126】

一方、制御部１１は、ｓ２６で、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内でないと判定すると、ｓ２１で０に仮設定した定数Ａ、Ｂ、Ｃを算出し、メモリに記憶する（ｓ２７）。

【0127】

ｓ２７では、ｓ２４で繰り返し算出した演算対象時点ｔ毎の振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）の近似二次曲線が、−（Ａ／２ｔ²＋Ｂｔ＋Ｃ）になる、定数Ａ、Ｂ、Ｃを算出する。具体的には、ｓ１４で繰り返し算出した演算対象時点ｔ毎の振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）の回帰分析により、この振動変位ｙ（ｔ）の近似２次曲線が−（Ａ／２ｔ²＋Ｂｔ＋Ｃ）となる定数Ａ、Ｂ、Ｃを算出する。制御部１１は、算出した定数Ａ、Ｂ、Ｃの値をメモリに記憶する。

【0128】

制御部１１は、ｓ２７で算出した定数Ａ、Ｂ、Ｃを用いて、ｓ２４で算出した演算対象時点ｔ毎の振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）を、ｙ（ｔ）＋（Ａ／２ｔ²＋Ｂｔ＋Ｃ）に補正する二次補正を行う（ｓ２８）。

【0129】

このように、定数Ａ、Ｂ、Ｃがわからないときは、この定数Ａ、Ｂ、Ｃの値を算出する必要があるため、振動センサ３の振動変移ｙ（ｔ）が算出できるまでに、若干のタイムラグがある。

【0130】

次に、図９を参照しながら、定数Ａ、Ｂ、Ｃがわかっているときにおける振動センサ３の振動変移ｙ（ｔ）の算出にかかる演算処理について説明する。図９では、図８と同じ処理については同じステップ番号（ｓ＊＊）を付している。

【0131】

制御部１１は、数（１４）で定義した補助変数Ｗ、Ｘ、Ｙを初期値（＝０）に設定するとともに、演算対象時点ｔ（検出時刻ｔ）を初期値（＝０）に設定する（ｓ３１）。また、ｓ３１では、定数Ａ、Ｂ、Ｃの値を、メモリに記憶している値に設定する。

【0132】

制御部１１は、上述したｓ２２〜ｓ２４にかかる処理を行い、振動センサ３の振動変移ｙ（ｔ）を算出する。さらに、制御部１１は、ｓ３１で値を設定した定数Ａ、Ｂ、Ｃを用いて、ｓ２４で算出した振動センサ３の振動変移ｙ（ｔ）に対する二次補正を行う（ｓ３８）。この二次補正は、上述したｓ２８と同様の処理である。

【0133】

制御部１１は、演算対象時点ｔを計測時間間隔であるΔだけ進め（ｓ２５）、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動変移ｙ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内であるかどうかを判定する（ｓ２６）。制御部１１は、ｓ２６で、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動変移ｙ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内であると判定すると、ｓ２２に戻って上記処理を繰り返す。

【0134】

一方、制御部１１は、ｓ２６で、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動変移ｙ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内でないと判定すると、本処理を終了する。

【0135】

このように、定数Ａ、Ｂ、Ｃがわかっているときは、この定数Ａ、Ｂ、Ｃの値を算出する処理を行う必要がないので、振動センサ３の振動変移ｙ（ｔ）をリアルタイムに算出できる。なお、ｓ２４にかかる演算と、ｓ３８にかかる演算とは、１つに纏めた演算で行ってもよい。

【0136】

次に、図１０を参照しながら、定数Ａがわからないときにおける振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）の算出にかかる演算処理について説明する。この演算処理も、制御部１１が行う。制御部１１は、数（１２）で定義した補助変数Ｗを初期値（＝０）に設定するとともに、補助変数Ｖprevを初期値（＝０）に設定し、さらに、演算対象時点ｔ(検出時刻ｔ)を初期値（＝０）に設定する（ｓ４１）。また、ｓ４１では、定数Ａの値を、０（Ａ＝０）に仮設定する。

【0137】

制御部１１は、入力されている演算対象時点ｔにおける振動センサ３の発電電圧Ｖ（ｔ）をパラメータＶに設定する（ｓ４２）。

【0138】

制御部１１は、補助変数Ｗを（Ｗ＋Ｖ×Δ）に設定するとともに、補助変数ｄｖを（（Ｖ−Ｖprev）／Δ）に設定する（ｓ４３）。

【0139】

制御部１１は、演算対象時点ｔにおける、振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）を、
ａ（ｔ）＝ｐ×Ｗ＋ｑ×Ｖ＋Ｄ×ｄＶ
により算出する（ｓ４４）。

【0140】

制御部１１は、補助変数Ｖprevをこの時点のＶ（ｓ４２で設定した値）に設定するとともに、演算対象時点ｔを計測時間間隔であるΔだけ進めた時点に設定する（ｓ４５）。制御部１１は、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内であるかどうかを判定する（ｓ４６）。制御部１１は、ｓ４６で、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内であると判定すると、ｓ４２に戻って上記処理を繰り返す。

【0141】

一方、制御部１１は、ｓ４６で、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内でないと判定すると、ｓ４１で０に仮設定した定数Ａを算出し、メモリに記憶する（ｓ４７）。

【0142】

ｓ４７では、ｓ４４で繰り返し算出した演算対象時点ｔ毎の振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）の平均値が０になる定数Ａを算出する。具体的には、ｓ２４で繰り返し算出した演算対象時点ｔ毎の振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）を線形回帰分析により、
ａ（ｔ）＋Ａの平均値が０になる定数Ａを算出する。制御部１１は、算出した定数Ａの値をメモリに記憶する。

【0143】

制御部１１は、ｓ４７で算出した定数Ａを用いて、ｓ４４で算出した定数Ａを用いて、ｓ４４で算出した演算対象時点ｔ毎の振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）を、ａ（ｔ）＋Ａに補正する０次補正を行う（ｓ４８）。

【0144】

このように、定数Ａ、Ｂ、Ｃがわからないときは、この定数Ａ、Ｂ、Ｃの値を算出する必要があるため、振動センサ３の振動変移ｙ（ｔ）が算出できるまでに、若干のタイムラグがある。

【0145】

次に、図１１を参照しながら、定数Ａがわかっているときにおける振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）の算出にかかる演算処理について説明する。図１１では、図１０と同じ処理については同じステップ番号（ｓ＊＊）を付している。

【0146】

制御部１１は、数（１２）で定義した補助変数Ｗを初期値（＝０）に設定するとともに、補助変数Ｖprevを初期値（＝０）に設定し、さらに、演算対象時点ｔ(検出時刻ｔ)を初期値（＝０）に設定する（ｓ５１）。また、ｓ５１では、定数Ａの値を、メモリに記憶している値に設定する。

【0147】

制御部１１は、上述したｓ４２〜ｓ４４にかかる処理を行い、振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）を算出する。さらに、制御部１１は、ｓ５１で値を設定した定数Ａを用いて、ｓ４４で算出した振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）に対する０次補正を行う（ｓ５８）。この０次補正は、上述したｓ４８と同様の処理である。

【0148】

制御部１１は、上述したｓ４５、ｓ４６にかかる処理を行い、ｓ４６で、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内であると判定すると、ｓ４２に戻って上記処理を繰り返す。

【0149】

一方、制御部１１は、ｓ４６で、この時点における演算対象時点ｔが、振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）を算出する演算対象時間の範囲内でないと判定すると、本処理を終了する。

【0150】

このように、定数Ａがわかっているときは、この定数Ａの値を算出する処理を行う必要がないので、振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）をリアルタイムに算出できる。なお、ｓ４４にかかる演算と、ｓ５８にかかる演算とは、１つに纏めた演算で行ってもよい。

【0151】

図９は、上述の演算処理で算出された、振動センサの振動速度ｕ（ｔ）、振動変位ｙ（ｔ）、および振動加速度ａ（ｔ）を示す図である。

【0152】

上述したように、演算装置１は、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）、振動変位ｙ（ｔ）、および振動加速度ａ（ｔ）のうち、少なくとも１つを算出する。言い換えれば、演算装置１は、振動センサ３振動速度ｕ（ｔ）、振動変位ｙ（ｔ）、または振動加速度ａ（ｔ）のいずれかを算出しない場合もある。

【0153】

演算装置１は、出力部１５において、上述した処理で算出した振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）、振動変位ｙ（ｔ）、または振動加速度ａ（ｔ）を図示していない外部装置に出力する。また、表示部１３が、上述した処理で算出した振動センサ３振動速度ｕ（ｔ）、振動変位ｙ（ｔ）、または振動加速度ａ（ｔ）を表示器に表示してもよい。

【0154】

なお、上述の定数Ａ、Ｂ、Ｃの算出手法は、上述した例にかぎらず、公知の基線補正法を用いてもよいし、他の手法を用いてもよい。

【0155】

次に、演算装置１が、振動センサ３を取り付けた橋梁５等の構造物の健全性を判定する処理について説明する。

【0156】

演算装置１は、上述した処理で算出した振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）、振動変位ｙ（ｔ）、または振動加速度ａ（ｔ）を、基準データと比較し、その健全性を判定する。演算装置１は、健全性を判定する基準データを記憶している。

【0157】

例えば、演算装置１は、上述した処理で振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）を算出している場合、橋梁５について記憶している振動速度の基準データと、上述の演算で算出した振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）と、を対比し、両データのずれ量の大きさ等から、橋梁５の健全度を判定する。

【0158】

なお、健全性は、振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）や、振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）を用いても判定できる。また、振動センサ３の振動速度ｕ（ｔ）、振動センサ３の振動変位ｙ（ｔ）、振動センサ３の振動加速度ａ（ｔ）の複数を用いて判定することで、健全度の判定精度を向上できる。

【0159】

さらに、構造物の振動に影響を与える外的要因、例えば風速や走行車両の車両データ（重量等）や走行データ（速度や加速度）にかかるデータを演算装置１に入力し、演算装置１が、この外的要因にかかるデータも加えて、橋梁等の構造物の健全性を判定するようにしてもよい。

【0160】

また、演算装置１は、橋梁５等の構造物について判定した健全性の判定結果を出力部１５から、外部装置に出力する構成としてもよい。

【0161】

なお、上記の例では、橋梁５の健全性を判定する例を示したが、ビルや高速道路等の他の建築構造物であっても、振動センサ３を取り付けることにより、その健全性を判定することができる。

【0162】

また、上記の説明から明らかなように、振動センサ３の発電電圧（出力電圧）がエレクトレット電極３２と対向電極３４との相対的な位置の変化にかかる電極の振動速度に比例することを条件にすることで、エレクトレット電極３２と対向電極３４との相対的な位置の変化にかかる電極の振動速度、振動変位、および振動加速度についても、簡単な演算で算出できる。

【符号の説明】

【0163】

１…演算装置
２…中継装置
３…静電誘導式振動センサ（振動センサ）
５…橋梁
１１…制御部
１２…操作部
１３…表示部
１４…通信部
１５…出力部
３１…エレクトレット電極基板
３２…エレクトレット電極
３３…メタル電極基板
３４…対向電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】