締切済み

地震計の測定方法と種類

2014/02/09 12:03

学校で地震計の測定方法について学んだのですが、いまいちよく分かりません。紙にすすを塗って針を落とすのとコイルと磁石を紙と針の代わりに使うのと二種類の方法で迷っています。結局、どちらが今使われている測定方法なのでしょうか。また、地震計にもたくさんの種類があるようで… 高感度の地震計や低感度の地震計、長周期の地震計まで何が何やら混乱しています。感度の高い・低いの違いってなんですか？長周期の特徴はどんなものですか? 質問の要求が多くて申し訳ありません。素人でもわかりやすい説明をお願いします。

jacklove12
お礼率43% (36/83)

物理学
回答数10
ありがとう数14

みんなの回答 （10）
専門家の回答

みんなの回答

kamobedanjoh
ベストアンサー率27% (1021/3686)

2014/02/19 23:26 回答No.10

質問なさったあなたも、理解に苦しんで、さぞ大変でしょう。中・高校校生クラスの質問に、理系大学地震学専攻生でも理解しかねるような高度な回答、これでは泣けてしまいますね。ご質問の要旨は、１．結局、どちらが今使われている測定方法なのでしょうか？２．感度の高い・低いの違いってなんですか？３．長周期の特徴はどんなものですか？の、三点でしたね。この三点について、NO.３で回答しておきました。文章が硬すぎましたか？あなたの質問にない「常時微動（これが古くからの呼び方、常微動は略称）」とか「橋梁振動とか」「粘性ダンパー」や「震源」等、大学生にも理解不能な用語を駆使して、得意がって居ても意味がありません。回答であるからには、相手の理解度にも配慮して、中学生にも分かる程度の解説で無くてはね。 NO.３．について、分かりにくい所があれば捕捉して下さい。分かる範囲で、可能な限り回答します。

noname#221368

2014/02/13 20:22 回答No.9

　#8です。なんだか面倒くさい話をしちゃいました。＞素人でもわかりやすい説明をお願いします。・・・って書かれていたのに(^^；)。　こんなところでどうでしょう？。　　http://www.hinet.bosai.go.jp/about_earthquake/sec9.1.html 　もう少し面倒くさくても良いなら、　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9C%B0%E9%9C%87%E8%A8%88 なんかもあります。　最初のURLの前半の振り子を使った説明が、紙にすすを塗って針を落とす方式（レトロだなぁ～）で、最後にちょっと言及されるコイルと磁石の話が、いわゆるサーボ型です。［余談］　なるほど、不動点という言い方はあるんだ。あまり好きにはなれないが・・・。

noname#221368

2014/02/13 11:50 回答No.8

　#6です。まず最初に反省を述べます。　粘性ダンパーの事を強調し過ぎました。このままでは、質問者の方が、あらゆる地震計にそれが入っていると思いかねないので。　しかし、次のような発言を見せられると、一言いいたくなります。＞常微動の震源が、種々の機械や人の動きであることは分かっています。が、それも震源であることに違いないのです。　震源も不特定な雑振動も多量に含んだデータを取得して、地震データとして何の価値があるんですか？。デジタル処理万能と思っているか、もしくは常微振動解析の本質を誤解しているように思える。＞・・・都合のよい数値を得るのでなく、あるがままに拾うのが絶対条件です。　あるがままの測定などあり得ない事を理解していない。だいたい粘性ダンパがなくても、計測器には計測器の特性があるので、計測器を介した測定行為自体が既にフィルターになってしまう。そこで出来るのは、既に歪んだ波形から、本当の生状態を復元できるであろうと考えられる情報を搾り取る事だけです。それが測定です。そこに雑振動や風振動まで混じっていたら、データとしての価値は非常に低い（しかし防ぎきれない）。　その意味で、都合のよい数値を出させなければ無駄な測定に終わる。だから機種選定から始まる計測計画を立てる。＞橋に設置したら、風や車の振動でどれだけ揺れるか測定することが必要です。橋に設置するときは、そういう目的で設置します。　上に同じ。地震計を橋に設置するときも、そういう目的では設置しない。地震計の目的をわかってますか？。これは振動計の目的です。橋に設置した地震計は、震源の特定できる橋を介した地震波だけを拾いたい。風や交通振動はノイズです。計測行為そのものを理解してないように見える。［例］吊り橋などでは、地震荷重と風荷重の同時発生は無視できない（地震と台風が同時に来た！）。両方を測りたいなら、次のようにします。　　(1)出来るだけ地震波だけを拾うように工夫した地震計を設置する．　　(2)出来るだけ風振動だけを拾うように工夫した振動計を設置する．　　(3)出来るだけ地震波と風振動だけを拾うように工夫した振動計も、検証用に設置する．　少なくともこれくらいの事をやって初めて、いちおうの検証手段付きで「本当の生」を再現できるのではないか？、と見込める状態になる。適切なフィルタリングを行うためには、あらゆる手段を講じます。粘性ダンパーもそうです。＞また、当然ながら、どこに設置した地震計も同じ振動には同じ数字を出すことが必要ですから、一つずつ現場に合わせて作ったりはしません。　たとえ同じ計測器に同じ事をやらせても、現場が違えば違う数字を出すんですよ。この事は、一回でも何らかの計測経験があれば、みな知っている事です。大抵は計測器側でなく、計測システム（記録）側の調整で対処するのは事実ですが、現場に合わせた校正作業（キャリブレーション）は絶対に必要です。　そこで思ったのですが、地震計の市販カタログしか見ていないでしょう。市販カタログ（量産品）は汎用性を重視する事と、地震観測網に設置されるタイプなどと比較すれば短期使用も多いので、何かに特化しない設計になります。それが量産品の目的だからで、粘性ダンパーを併用するものなんかはまずないでしょう。　記録システムの調整では現場条件や測定目標が手に負えなくなった時に、特注品が生まれます。地震計には、寒冷地仕様まであるんですよ。特に全国の地震観測網の地震計は、10年、20年と稼働して欲しい事と、測定目標が当時としては高かったので、もともとはそのために開発されたものです。特注品は今も全国で盛大に稼働しています。＞地震計の目的が分かったら、これ以上、想像でありえないことを書くのはやめてください。　想像で喋っているとは言いませんが今回は、中途半端な耳学問が過ぎるように見えました。あなたは計測行為の現実を知らな過ぎる。

foomufoomu
ベストアンサー率36% (1018/2761)

2014/02/12 23:25 回答No.7

ほとんど、前の回答の繰り返しになりますが、常微動の震源が、種々の機械や人の動きであることは分かっています。が、それも震源であることに違いないのです。それに、粘性ダンパを入れたら正確な地震波を拾えないです。地震計は、何かの制御装置でなくて、測定器なんですよ。都合のよい数値を得るのでなく、あるがままに拾うのが絶対条件です。橋に設置したら、風や車の振動でどれだけ揺れるか測定することが必要です。橋に設置するときは、そういう目的で設置します。普通の加速度センサーと地震計の違いは、加速度検出のもとになる重り(地震計の場合は不動点といいます)の固有周期が、地震計では１時間以上(最近は１０時間以上)という想像を絶する数値になっていることです。そのため、重りまわりの構造が、普通の加速度センサーとは異なるものになります。また、当然ながら、どこに設置した地震計も同じ振動には同じ数字を出すことが必要ですから、一つずつ現場に合わせて作ったりはしません。地震計の目的が分かったら、これ以上、想像でありえないことを書くのはやめてください。

noname#221368

2014/02/12 14:47 回答No.6

　#4です。以下、#5さんの回答へです。＞常微振動について誤解があるようですが・・・これも地震の一種です。　常微振動に微弱地震の地震動が含まれるのは確かですが、それは一部です。　　http://www.kinki-geo.co.jp/joujibidou.pdf 　もしかすると常微振動の定義が違うのかも知れませんが、私が常微振動と呼ぶものは、参考URLにあるようなものです。＞これらをカットしたりしません。そんなことをしなくても、揺れの大きさが桁違いに違いますし。当然、粘性ダンパを入れたりしません。　揺れの大きさが桁違いに違わないケースが往々にしてあります。特に対象地震の予想振幅下限と常微振動の振幅が接近する場合です。そうでなくても、常微振動はノイズ除去という観点から是非カットすべきです（当たり前の事です）。前回言った理由からデジタル処理にはデジタル処理の欠点があるので、デジタル的に完全なカットはできません。それで粘性ダンパーなどを利用します。　もっと現実的な理由として、振動を記憶する記録媒体は無限ではないし、地震観測網は警報と連動したりします。そこで閾値を設定し時間遅れトリガーをかけるのが普通です。常微振動にひょいひょい閾値を越えられてはかなわないので、不要成分はカットします。　現実には、吊り橋のケーブルに設置される地震計だってごまんとあります。参考URLの定義よりも大きな常微振動があるのは現実です。さらにこのようなケースでは、橋やケーブルの固有振動まで考慮する必要に迫られます。　サーボ型（電磁式）に限った話ですが、サーボ型はマイクロフォンと同じで周波数特性を持ちます。周波数特性のフラットな帯域のみの結果が欲しい訳ですが、ほっとけばそうでない歪んだ波形成分もサーボ型は出力します。その帯域と常微振動の範囲は当然ながらかぶります。この理由からも粘性ダンパーは必要です。　ただ粘性ダンパーは固定なので、想定外の入力にも対処できるよう、データロガー（計測システム）側で、電気回路による可変なアナログフィルターもかけるのが、振動測定の常識です。＞普通の加速度センサーと地震計の違いは、不動点にする振子(のようなもの)の周期が、地震計では極端に長くなっています。　これは地震計本体の固有振動数の事と理解します。地震計を観測地震と共振させないためです。＞電磁式、光学式、静電式、は、検出装置が違うだけで基本部分は同じです。　これはその通りですが、＞もちろん不動点はあります。(不動点がなければ地震計にはならない) は違うと思いますよ。不動点がなければ地震計にならないなら、慣性航法装置一般は機能しない事になります。　そういう訳で地震計は現場に合わせた特注品になる事が多く、一本（一方向）100万もする事があります。ボタンのような加速度センサーといっしょには出来ません。

foomufoomu
ベストアンサー率36% (1018/2761)

2014/02/12 11:47 回答No.5

常微振動について誤解があるようですが・・・これも地震の一種です。地震計では、これらをカットしたりしません。そんなことをしなくても、揺れの大きさが桁違いに違いますし。当然、粘性ダンパを入れたりしません。普通の加速度センサーと地震計の違いは、不動点にする振子(のようなもの)の周期が、地震計では極端に長くなっています。あと、地震計は、単純に速度や加速度を検出するものと、震度表示に使うものとがあります。基本部分はどちらも同じですが、震度表示では人間の揺れ感に合わせたフィルターが入っています。電磁式、光学式、静電式、は、検出装置が違うだけで基本部分は同じです。もちろん不動点はあります。(不動点がなければ地震計にはならない) 原始的な振子で線を書くタイプも(正式な地震計ではありませんが)あいかわらず使われています。すすを使うのではないですが、免振構造のビルでは、免振装置の働きを記録するため設置しているところが多いようです。電源とかの必要がなく、メンテナンスフリーなところが買われているようです。 http://d.hatena.ne.jp/b01012045/20120517

noname#221368

2014/02/11 00:06 回答No.4

　地震計のほとんどが加速度センサーなのは事実なんですが、加速度センサーの中で地震計として実用の便に耐えるものだけが、地震計と呼ばれます。　まず#1さんの、＞振動センサ、若しくは加速度センサ＞http://ednjapan.com/edn/articles/1205/16/news110.html ＞http://www.onosokki.co.jp/HP-WK/c_support/newreport/vib/vibsensor_2.htm ＞http://www.toyo.co.jp/pcb/sensor/ についてですが、これらはまさしく振動計で地震計ではないと思います。静電容量型や圧電素子型は、地震計として敏感すぎるんです。理由は#2さんの仰るように、地盤には常微振動と言われる地震以外の振動が常にあるからです。　地震計はそれらの振動をカットしなければなりません。最初に言いますが、エイリアジングというデジタル処理固有の現象があるために、それらの振動のカットはデジタル的には出来ません。どうしても物理的で原始的でアナログな、機械的な粘性ダンパーを地震計に埋め込む必要に迫られます。　地震計は振り子や重りの周囲に、適当な粘性を持つ油やシリコンなどを封印しています。これらの設計において静電容量型や圧電素子型は、粘性ダンパーとの機械的相性が今のところ悪いわけです。そういう理由もあって現在は、「コイルと磁石」方式が主流のはずです。　さらに#3さんの言うようにシステム的な理由から、電磁式は保守が容易で、データの取り扱いもPCやネットワークとの相性が良いのです。それは静電容量型や圧電素子型も同じでなんですが、しかし地震計としては難しいところがあります。　確かに今は、「紙にすすを塗って針を落とす振り子式」は使われていません（アナログ過ぎる(^^；)）。でも電磁式も発想は同じなんですよ。#1さんの、＞どちらも見当たりません＞http://www.compoclub.com/products/recommend/ses/kousei.html ＞http://svmeas.rion.co.jp/products/10007/SM280009 ＞http://www.mitutoyo.co.jp/products/jishin/nijisaigai.html ＞http://www.imv.co.jp/products/seismometer/watch/index.php のうち、最初の三つは計測システムの記述だけで、地震計本体の仕様については書かれていなかったので不明ですが、最後のには「サーボ型」と書かれていました。「サーボ型こそコイルと磁石方式」です。　最後に地震計も含めた加速度センサーの一般についてですが、加速度センサーの基本は、振り子式でも電磁式の重りでも、圧電素子でも良いのですが、「重りにかかる慣性力を測定する」というのが基本発想です。なぜなら慣性力を相手にしている限り、「不動点は不要」だからです。それが力学法則です。　しかし地盤に載った地震計は、地盤とともにガタガタ揺れます。そのとき重りを包む計測器自体が地盤とともにブルブル振るえたら、重りもそれに追随します。つまり地震計は地盤に対して相対的に「無振動」でなければなりません。　その指標が地震計の本体（筺体）の固有振動数です。そういう訳で地震計自体の固有振動数は、測定対象となる地震の主要動とは離れた周波数に設計されます。それもあり、低感度や高感度地震計の区別も出来ます。　それが皆さんの仰る「不動点」の話だと思うのですが、少なくとも静電容量型や圧電素子（振動計）に、そういう考慮はないと思います。

kamobedanjoh
ベストアンサー率27% (1021/3686)

2014/02/10 18:52 回答No.3

現段階、地震計には、電磁式と機械式、光学式の３種類があります。地震動を機械的に紙に記録する方式を機械式と云い、電気信号に変換した上で、電子記録として保存出来るように改良されたのが電磁式です。光学式は、NO.１の回答にあります。第１段階の、揺れる大地上に、不動点と云って、短時間は静止している空間を作り出すことから始まり、その方法は、慣性の法則を利用した振り子の原理を利用しています。この点では、機械式も電磁式も、光学式も原理は同じです。紙の記録は劣化する可能性が大きく、永久保存には不向きです。光学式記録は、反射光をフィルムに記録することになるので、一層厄介になります。電子記録なら、記録媒体が壊れるまで保存が可能な上、他の記録媒体へのコピーも可能な分、保存に適しています。その他一長一短な点もありますが、機械式は保守・点検と計測が厄介で、電磁式なら他の方式より遙かに保守が容易で、しかもコンピューター処理で計測も短時間で済まされます。観測網の展開により一斉高速処理が可能になりましたから、現在は電磁式が主力です。動作原理などは電気磁気学と振り子に関する物理知識も必要ですから、此処で説明しきることは困難です。図書室（館）の専門書を参照して下さい。地震波動はミリ秒以下の非常に短い周期のものから、数時間単位の地球の共振周期に匹敵する程長い周期の波が重なり合う場合がほとんどです。大規模な地震ほど、幅広い周期の波が含まれます。それらを、研究・応用の目的に応じて効果的に検出するために、振り子の周期を代えることで、長周期・中周期・短周期の地震計が考案されています。高感度地震計は、極めて微弱な地震も洩れなく観測する目的で、丁度高感度ラジオのように、微弱な地震波も検出します。その分精密で高価にも成りますから、微小地震の観測を必用としない場合には、ある程度簡素化された器械で間に合います。

foomufoomu
ベストアンサー率36% (1018/2761)

2014/02/10 17:06 回答No.2

＞紙にすすを塗って針を落とすのとコイルと磁石を紙と針の代わりに使うのと理科の実験ですか？どちらも実用的なものではないですね。実験だけなら、どちらも効果は同じですからお好きなほうを。記録を残さなくてもいいなら、小さな鏡(アルミ箔で作る)で光を反射すると(「光のてこ」などと呼びます)、極めて軽く動く装置を作れます。地震計は、「不動点」（地震の時に動かず、基準となる点）をどうやって作るかが重要なポイントです。基本は、うんと周期の長い（1時間とか）振子を使います。これを昔は斜め吊振子を使って実現していたのですが、いまは、ばねで支えた重りを電気的に制動をかけて長周期にしているようです。＞高感度の地震計や低感度の地震計震度いくつ・・・という、いわゆる地震の測定に使うのが、低感度の地震計です。高感度のものは、常微振動といって、地震が無い時でも地面はわずかに揺れているので、これを拾うための地震計です。何に使うかというと、これを普通の地震なみに増幅したものを、その場所でおきた地震の代わりにして、シミュレーション計算に使います。＞長周期の地震計まで最近は、周期が3秒から10秒ぐらいのきわめてゆっくりした揺れが問題視されています。(普通の地震は周期0.8秒程度の揺れが中心的) 東海地震などの海洋型地震は長周期の揺れが中心になると考えられています。しかし、ちゃんとした地震計なら、これらは問題なく拾えます。