特許 7411980 振動検出装置

(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】

(24)【登録日】2023-12-28

(45)【発行日】2024-01-12

(54)【発明の名称】振動検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01V 1/00 20240101AFI20240104BHJP

【ＦＩ】

G01V1/00 A

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019136481

(22)【出願日】2019-07-05

(65)【公開番号】P2021012177

(43)【公開日】2021-02-04

【審査請求日】2022-07-01

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 展示会出品による開示（平成３０年１０月１０日）

(73)【特許権者】

【識別番号】301039066

【氏名又は名称】株式会社アイティーコスモス

(74)【代理人】

【識別番号】100181250

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 信介

(72)【発明者】

【氏名】粂井 康秀

(72)【発明者】

【氏名】杉岡 稔夫

【審査官】遠藤 直恵

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－１４２５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５０１０５３１（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００６－０４７２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０１７０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２３０７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１４１３０４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｖ １／００－９／００

Ｇ０１Ｈ １／００－１７／００

Ｇ０１Ｎ ２９／００－２９／５２

Ｅ０２Ｄ １／００－３／１１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

速度検出型の振動センサと、
前記振動センサを取り付けるとともに、設置面からの振動を前記振動センサに伝達する基部と、
前記基部を前記設置面に設置する設置部と、
前記振動センサ及び前記基部を内包するように筒状、かつ、軸方向の一部で上側から下側に向かって内径及び外径が小から大へ変化する肩部を有し、前記設置面部からの振動を、前記基部を介して前記振動センサに伝達するカバー本体と、
を備え、
前記基部は、円形に形成され、前記カバー本体の前記肩部において内径及び外径が小さい部分の内側に配置され、
前記設置部は、円形に形成され、前記カバー本体の軸方向で、前記肩部より下側において内径及び外径が大きくなっている端面部分に密着するように配置され、
ていることを特徴とする振動検出装置。

【請求項2】

請求項１に記載の振動検出装置において、
前記設置部は、
地中に埋没するように前記基部に設けられ、前記基部を介して前記振動センサに振動を伝える突起部を備えることを特徴とする振動検出装置。

【請求項3】

請求項２に記載の振動検出装置において、
前記突起部は、
前記設置部から突出している位置が、前記設置部に対して略正三角形となる位置に３本設けられていることを特徴とする振動検出装置。

【請求項4】

請求項１～請求項３の何れか１項に記載の振動検出装置において、
前記カバー本体の上端面を密閉する蓋部を備え、
前記カバー本体、前記蓋部及び前記設置部により前記振動センサ及び前記振動センサが取り付けられた状態の前記基部を覆う防水カバー（４０）を備えていることを特徴とする振動検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主に地表面に設置した状態で侵入者等の発する振動を検出する振動検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、風雨など劣悪な環境下においても外乱の影響を受けることを少なくした振動検出装置がある。この振動検出装置は、地盤の振動を検知する振動センサと、振動センサに非接触に設けられ、地盤とともに振動センサの外周を覆うカバーとから構成されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１１－１３２８３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところが、上記従来の振動検出装置では、振動センサが地表面に直接置かれており、地表面が軟弱であったり、湿気があったりする場合には、振動を検出できないという問題があった。また、地盤とともに振動センサの外周を覆うカバーを有しているが、そのカバーは地表面に直接設置された振動センサを覆うものであるため、そのカバーがあっても、地表面が軟弱であったり、湿気があったりする場合には、振動を検出できないという問題は残る。

【0005】

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、設置する地表面が軟弱であったり、湿気があったりする場合であっても振動を検出できる振動検出装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。なお、本欄における括弧内の参照符号や補足説明等は、本発明の理解を助けるために、後述する実施形態との対応関係を示したものであって、本発明を何ら限定するものではない。

【0007】

［適用例１］
適用例１に記載の振動検出装置（１）は、
速度検出型の振動センサ（１０）と、
前記振動センサ（１０）を取り付けるとともに、設置面（５）からの振動を前記振動センサ（１０）に伝達する基部（２０）と、
前記基部（２０）を前記設置面（５）に設置する設置部（３０）と、
前記振動センサ（１０）及び前記基部（２０）を内包するように筒状、かつ、軸方向の一部で上側から下側に向かって内径及び外径が小から大へ変化する肩部を有し、前記設置部（３０）からの振動を、前記基部（２０）を介して前記振動センサ（１０）に伝達するカバー本体（４１）と、
を備え、
前記基部（２０）は、円形に形成され、前記カバー本体（４１）の前記肩部において内径及び外径が小さい部分の内側に配置され、
前記設置部（３０）は、円形に形成され、前記カバー本体（４１）の軸方向で、前記肩部より下側において内径及び外径が大きくなっている端面部分に密着するように配置され、
ていることを要旨とする。

【0008】

このような振動検出装置（１）は、設置部（３０）により、基部（２０）が土やコンクリートなどの設置面（５）に設置される。したがって、設置面（５）に設置された状態で地表面（７）あるいは地表面（７）近傍の地中（６）を伝搬する振動を、基部（２０）を介して検出することができる。

【0009】

ここで、地表面（７）や地表面（７）近傍の地中を伝播する振動としては、振動検出装置（１）を設置している位置の近傍の領域に侵入者が会った場合、その侵入者が歩行などで移動する際に侵入者が足で地表面（７）を踏む際の振動などがある。

【0010】

このような振動を検出する場合、振動センサ（１０）として圧電素子やストレインゲージを用いる加速度型の振動センサ（１０）を用いると、ノイズが多く侵入者の歩行などによって発生する振動を正確に検出することができない。

【0011】

そこで、振動センサ（１０）として動電型など速度検出型の振動センサ（１０）を用いることにより振動を検出する際のノイズの量を低減することができる。したがって、その振動が基部（２０）を介して振動センサ（１０）に効率よく伝達されるため、感度のよい振動検出装置（１）とすることができる。

【0012】

［適用例２］
適用例２に記載の振動検出装置（２）は、適用例１に記載の振動検出装置（１）において、
前記設置部（３０）は、
地中（６）に埋没するように前記基部（２０）に設けられ、前記基部（２０）を介して前記振動センサ（１０）に振動を伝える突起部（３１）を備えることを要旨とする。

【0013】

このような振動検出装置（２）は、設置部（３０）に、地中（６）に埋没する突起部（３１）を設けることにより、地表面（７）近傍を伝搬する振動が突起部（３１）によって、基部（２０）を介して振動センサ（１０）に効率よく伝達されるため、感度のよい振動検出装置（１）とすることができる。

【0014】

さらに、振動検出装置（１）を設置する地表面（７）が柔軟であったり、湿気があったりした場合でも突起部（３１）が地中（６）に埋没しているため、振動を振動センサ（１０）に伝達することが可能となる。したがって、振動を検出することができる。

【0015】

［適用例３］
適用例３に記載の振動検出装置（３）は、適用例２に記載の振動検出装置（２）において、
前記突起部（３１）は、
前記設置部（３０）から突出している位置が、前記設置部（３０）に対して略正三角形となる位置に３本設けられていることを要旨とする。

【0016】

このような振動検出装置（３）では、３本の突起部（３１）で振動検出装置（１）を支持することになるとともに、３本の突起部（３１）の各々の少なくも一部（先端）が地中（６）に埋没することになるため、感度よく振動を検出することができる。

【0017】

また、突起部（３１）の先端を尖らせることにより、振動検出装置（１）を埋設する際に地面に穴を穿つことなく、配置した後に軽く地面側に押さえることにより簡単に埋設することができ、しかも感度よく振動を検出することができる。

【0018】

［適用例４］
適用例４に記載の振動検出装置（１、２，３）は、適用例１～適用例３の何れか１項に記載の振動検出装置（１，２，３）において、
前記カバー本体（４１）の上端面を密閉する蓋部（４２）を備え、
前記カバー本体（４１）、前記蓋部（４２）及び前記設置部（３０）により前記振動センサ及び前記振動センサが取り付けられた状態の前記基部を覆う防水カバー（４０）を備えていることを要旨とする。

【0019】

このような振動検出装置（１，２，３）では、野外で安定して使用することができる。つまり、振動検出装置（１，２，３）を野外に配置する場合、雨や砂埃などに晒される。そのような環境下であっても防水カバー（４０）を備えているため、長期間に亘って安定した作動が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】第１実施形態における振動検出装置の概略の構成を示す図である。

【図2】第１実施形態における振動検出装置の機能的な構成を示すブロック図である。

【図3】第２実施形態における振動検出装置の概略の構成を示す図である。

【図4】第２実施形態における振動検出装置の使用態様を説明するための図である。

【図5】第３実施形態における振動検出装置の概略の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

【0022】

［第１実施形態］
図１及び図２に基づいて振動検出装置１の構成について説明する。図１は、振動検出装置１の概略の構成を示す図であり、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は平面図、図１（Ｃ）はＡ－Ａ断面図である。また、図２は、振動検出装置１の機能的な構成を示すブロック図である。

【0023】

図１に示すように、振動検出装置１は、振動センサ１０、基部２０、設置部３０、防水カバー４０、制御部５０、送信機６０及びバッテリ７０を備えている。

【0024】

振動センサ１０は、防水カバー４０に内蔵された部品であり、図示しないケースに固定されたマグネット（図示せず）と、検出コイル１１（図２参照）を保持したボビン（図示せず）、そのボビンを支持するバネ（図示せず）で構成された、いわゆる動電型の振動センサである。

【0025】

また、検出コイル１１の出力信号は、後述する制御部５０を介して後述する送信機６０によって外部に出力される。

【0026】

基部２０は、アルミ合金の板材であり、一方の面（接地面と反対面）に振動センサ１０が取り付けられている。本実施形態では、Ａ５０５６やＡ６０６３などのアルミ合金の板材を円形に形成し、その板材の一方の面に振動センサ１０を接着剤で固定してある。基部２０の直径は、後述するカバー本体４１の他方の底部の外径と同じとなっている。

【0027】

設置部３０は、基部２０において、振動センサ１０を取り付けてある面の大きさを大きくし、四隅に取付孔３２を設けた部分である。この四隅の取付孔３２に図示しないアンカーボルトなどで、土やコンクリートの表面などの設置面５に基部２０が密着するように振動検出装置１を固定する。

【0028】

防水カバー４０は、振動センサ１０及び振動センサ１０が取り付けられた状態の基部２０を覆うカバーであり、Ａ５０５６やＡ６０６３などのアルミ合金で形成された有底の円筒状の部分である。

【0029】

制御部５０は、防水カバー４０に内蔵された、振動検出装置１全体の機能的な制御を行う装置であり、入力部５１と処理部５２とを備えている。
入力部５１は、フィルタ・アンプ５３及びＡ／Ｄ変換器５４を備えている。また、処理部５２は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えている。

【0030】

フィルタ・アンプ５３は、図示しないローパスフィルタと図示しない増幅器から構成され、振動センサ１０からの信号（以下、「振動信号」と呼ぶ）を入力し、入力した振動信号の高周波のノイズ成分をカットして平滑化する。そして、平滑化した振動信号をＡ／Ｄ変換器５４でデジタルデータに変換する。

【0031】

制御部５０のＲＯＭには、制御プログラムが格納されており、バッテリ７０の電源スイッチ７１のオンとともに、制御プログラムがＲＯＭから読み出されＣＰＵにおいて処理が実行される。

【0032】

制御部５０では、ＣＰＵにより下記（ア）～（ウ）に示す処理が行われる。
（ア）所定期間振動センサ１０からの振動信号を取得し、Ａ／Ｄ変換器５４においてデジタルデータへ変換してＲＡＭに格納する。

【0033】

（イ）ＲＡＭに格納した振動信号大きさの所定期間の平均値を算出し、算出した平均値が予め定めた範囲の値であるか否かを判定する。
（ウ）ＲＡＭに格納した振動信号のうち予め定めた値以上の信号が所定期間内に出現する回数が予め定めた範囲の値であるか否かを判定する。

【0034】

なお、（イ）項における予め定めた平均値の範囲及び所定期間、（ウ）項における振動信号の予め定めた値、所定期間、予め定めた信号の出願回数の範囲は、振動検出装置１の設置場所、設置する地中の層６ａ，６ｂの状態（硬さなど）、検出対象となる侵入者の特性などによって設定すればよい。

【0035】

（エ）（イ）項において、振動信号の平均値が予め定めた範囲の値であと判定し、かつ、（ウ）項において予め定めた値以上の信号が所定期間内に出願する回数が予め定めた範囲の値であると判定した場合には、特定の侵入者があると判定し、その結果（侵入者ありの符号）を、送信機６０を介して外部に送信する。

【0036】

送信機６０は、防水カバー４０に内蔵された、振動センサ１０で検出し、制御部５０で処理した処理結果を電気信号（電波）として、アンテナ６１を介して外部に出力する装置である。本実施形態では、送信機６０の通信モジュールとして、無線規格：ＩＥＥＥ８０２．１５．４準拠、周波数帯：２．４［ＧＨｚ］、出力１０［ｍＷ］のモノワイヤレス社製ＭＷ－Ｒ－Ｕを用いている、また、アンテナ６１として、モノワイヤレス社製Ｊ－ＳＬ－００６を用いている。

【0037】

バッテリ７０は、防水カバー４０に内蔵された、制御部５０及び送信機６０を作動させるための電源を供給する電源であり、リチウムイオン電池などの二次電池あるいは乾電池などの一次電池が用いられている。本実施形態では、容量：３６００［ｍＡ］、電圧：３．７［Ｖ］のＩＭＡＬＥＮＴ社製のリチウムイオン電池を２本用いている。

【0038】

（振動検出装置の機能的構成）
次に、図２に基づき、振動検出装置１の機能的な構成について説明する。図２に示すように、振動センサ１０の検出コイル１１と制御部５０との間、制御部５０及び送信機６０とバッテリ７０との間が電気的に接続されており、バッテリ７０から制御部５０及び送信機６０へ電源が供給される。

【0039】

（振動検出装置１の特徴）
以上に説明した振動検出装置１は、速度検出型の振動センサ１０を用いているため、加速度検出型の振動センサを用いる場合に比べ、振動検出装置１を設置した領域に対する侵入者などによって発生する振動を検出する際、ノイズの影響を受けにくく、より正確に振動を検出することができる。

【0040】

また、振動センサ１０を取り付ける基部２０が設置部３０によって、土やコンクリートなどの地表面７に密着して固定されるため、地表面７近傍を伝搬する振動が基部２０を介して振動センサ１０に効率よく伝達される。したがって、感度のよい振動検出装置１とすることができる。

【0041】

さらに、防水カバー４０を備えているため、振動検出装置１を野外に配置する場合であって、雨や砂埃などに晒される環境下であっても長期間に亘って安定した作動が可能となる。

【0042】

［第２実施形態］
（振動検出装置の構成）
図３に基づいて振動検出装置２の構成について説明する。図３は、第２実施形態における振動検出装置２の概略の構成を示す図であり、図３（Ａ）は正面図、図３（Ｂ）は平面図、図３（Ｃ）はＡ－Ａ断面図である。
第２実施形態における振動検出装置２は、第１実施形態における振動検出装置１と類似の構成をしているため、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。

【0043】

図３に示すように、振動検出装置２は、設置部３０に突起部３１を備えている。
突起部３１は、設置部３０の外側面に設けられた３本の突起体であり、３本とも先端を尖らせてある。３本の突起部３１は、設置部３０の外側底面において略正三角形を形成する位置に配置され、図示しないネジや溶接などで固定されている。

【0044】

また、突起部３１の先端を尖らせることにより、振動検出装置２を地表面７に設置した場合、突起部３１が、地中６に埋没しやすくなっている。
このように、突起部３１を地中に埋没させることにより、地表面７あるいは地表面７近傍の地中６を伝搬する振動を、突起部３１を介して振動センサ１０に伝えやすくなっている。

【0045】

防水カバー４０は、振動センサ１０及び振動センサ１０が取り付けられた状態の基部２０及び設置部３０を覆うカバーであり、アルミ合金で形成された、カバー本体４１と蓋部４２とを備えている。

【0046】

カバー本体４１は、本実施形態では、Ａ５０５６やＡ６０６３などのアルミ合金を軸方向の途中で直径及び内径が変化した肩部を有する円筒状に形成した部品である。カバー本体４１の一方の底部（蓋部４２を取り付ける側）の内面には、Ｏリングを装着するためのＯリング溝が形成されている。また、Ｏリング溝が形成されている側の底部の端面の４か所には、蓋部４２を取り付けるためのねじ穴が設けられている。

【0047】

蓋部４２は、Ａ５０５６やＡ６０６３などのアルミ合金を円盤状に形成した部品である。蓋部４２の直径は、カバー本体４１の小さい方の内径とほぼ同じであり、縁部の４か所に蓋部４２をネジ４３でカバー本体４１に取り付けるための孔が設けられている。

【0048】

防水カバー４０では、カバー本体４１の一方の底部を上にして縁部内側のＯロング溝にＯリングを取り付けた状態で蓋部４２を挿入して、４か所の孔にネジ４３を通して締め付けることによって、カバー本体４１に蓋部４２を取り付け、カバー本体４１と蓋部４２とを一体化している。また、カバー本体４１の他方の底部に基部２０を接着剤で固定する。

【0049】

（振動検出装置２の使用態様）
次に、図４に基づき、振動検出装置２の使用態様について説明する。図４は、振動検出装置２の使用態様を説明するための図である。なお、図４においては、振動検出装置２の外観を簡略化して示している。

【0050】

図４（Ａ）に示すように、振動検出装置２を使用する場合、３本の突起部３１を地表面７側にして、防水カバー４０を上から押さえ、３本の突起部３１が地中６へ埋没するようにする。

【0051】

このとき、設置部３０の外側底面が地表面７と接触するまで３本の突起部３１を地中６に埋め込む。このように３本の突起部３１を地中６に埋め込むことで、振動検出装置２が地表面７に安定して設置されるため、地中６を伝搬してくる振動をより正確に検出することができる。

【0052】

また、図４（Ｂ）に示すように、振動検出装置２の設置場所が、地中６が比較的柔らかい層６ａと、その直下に岩盤など硬い層６ｂとで構成されている場合には、突起部３１の先端が硬い層６ｂに当たるまで突起部３１を軟らかい層６ａに差し込むようにしてもよい。

【0053】

このようにしても、地中６（柔らかい層６ａ，硬い層６ｂ）を伝搬してくる振動が突起部３１に伝達され、設置部３０及び基部２０を介して振動センサ１０に伝達されるため、振動を検出することができる。

【0054】

（振動検出装置２の特徴）
以上に説明した振動検出装置２は、速度検出型の振動センサ１０を用いているため、加速度検出型の振動センサを用いる場合に比べ、振動検出装置１を設置した領域に対する侵入者などによって発生する振動を検出する際、ノイズの影響を受けにくく、より正確に振動を検出することができる。

【0055】

また、振動センサ１０を取り付ける設置部３０に、地中６に埋没する３本の突起部３１を設けてあるため、地表面７近傍を伝搬する振動が突起部３１により、設置部３０及び基部２０を介して振動センサ１０に効率よく伝達されるため、感度のよい振動検出装置２とすることができる。

【0056】

さらに、振動検出装置２を設置する地表面７が柔軟であったり、湿気があったりした場合でも３本の突起部３１が地中６に埋没しているため、振動を振動センサ１０に伝達することが可能となる。したがって、振動を検出することができる。

【0057】

また、突起部３１の先端を尖らせてあるため、振動検出装置２を設置する際に地面に穴を穿つことなく、配置した後に軽く地面側に押さえることにより簡単に埋設することができ、しかも感度よく振動を検出することができる。

【0058】

さらに、防水カバー４０を備えているため、振動検出装置２を野外に配置する場合であって、雨や砂埃などに晒される環境下であっても長期間に亘って安定した作動が可能となる。

【0059】

［第３実施形態］
次に、図５に基づき、第３実施形態について説明する。図５は、第３実施形態における振動検出装置３の概略の構成を示す図である。第３実施形態における振動検出装置３は、第２実施形態における振動検出装置２と類似の構成をしているため、同じ構成要素には同じ符号を付して、その説明を省略する。また、図４５においては、振動検出装置３の外観を簡略化して示してある。

【0060】

図５に示すように、第３実施形態における振動検出装置３は、１本の突起部３１を備えている。突起部３１は、設置部３０の底面の外側面において略中心位置に配置され、固定されている。

【0061】

第３実施形態における振動検出装置３では、円形に形成された設置部３０の外径は、円筒系に形成された防水カバー４０のカバー本体４１の底部の外径よりも大きくなっている。このようにすることで、地表面７に設置した際に、設置部３０の設置面積が大きくなるため、よりよい安定性を得ることができるようになっている。

【0062】

また、振動検出装置３では、突起部３１を１本にすることにより、地表面７に差し込む際の抵抗が低くなり、地表面７が硬い状態であっても、図５（Ａ）に示すように、振動検出装置３を設置することが可能となるとともに、突起部３１からの振動が設置部３０及び基部２０を介して振動センサ１０に伝達されるため、振動を感度よく検出することができる。

【0063】

また、地中層６ｂが非常に硬い場合には、突起部３１を地中層６ａまで埋設させることにより、突起部３１からの振動が設置部３０及び基部２０を介して振動センサ１０に伝達されるため、振動を検出することができる。

【0064】

［その他の実施形態］
（１）上記第２実施形態では、設置部３０の外径は、円筒形の防水カバー４０の底部の外径と同じとなっているが、設置部３０の外径を防水カバー４０の底部の外径よりも大きくしてもよい、つまりフランジを形成してもよい。これにより、３本の突起部３１と併せて、フランジ部分を接地させることができるため、より安定して設置することが可能となる。

【0065】

（２）上記実施形態では、基部２０、設置部３０や防水カバー４０をＡ５０５６やＡ６０６３などのアルミ合金製としていたが、ＡＢＳなどの耐熱性、耐久性のある樹脂製としてもよい。このようにすることで、振動検出装置１，２，３の軽量化や量産性の向上を図ることができる。

【符号の説明】

【0066】

１，２…振動検出装置 ５…設置面 ６…地中 ，６ａ，６ｂ…地中の層 ７…地表面 １０…振動センサ １１…検出コイル ２０…基部 ３０…設置部 ３１…突起部 ３２…取付孔 ４０…防水カバー ４１…カバー本体 ４２…蓋部 ４３…ネジ ５０…制御部 ５１…入力部 ５２…処理部 ５３…フィルタ・アンプ ５４…Ａ／Ｄ変換器 ６０…送信機 ６１…アンテナ ７０…バッテリ ７１…電源スイッチ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】