スマートフォンサイズの低コスト高精度携帯振動計の開発と地震災分野への活用

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携帯型振動計(地震計)は微弱な揺れを測定することにより、地盤調査や建物の耐震性を評価することが可能であり、地震防災分野では欠かせないものである。しかし、市販の携帯型振動計は非常に高額(100万円以上)である。また、市販の携帯型振動計のセンサはサーボ型であるため、計器が大型であり、持ち運びが不便である。以上の背景から、本研究では近年、急速に発達しているMEMS技術を利用することにより、低コストで持ち運びが容易なスマートフォンサイズの高精度携帯振動計を開発した。振動測定に利用できるMEMSセンサの中で感度が高く、自己ノイズが小さい差動出力の高精度傾斜センサを用い、振動測定回路を製作した。振動測定回路は傾斜センサ以外に計装アンプを用いた差動増幅回路から成っており、計装アンプの前後にはローパスフィルターを組み入れた。また、計装アンプでは負電圧の電源電圧が必要となることから、負電圧を生成するDCコンバータを回路に組み込んだ。振動測定回路の製作費用は1万円程度であり、市販の振動計に比べて数10分の1の費用に抑えることができた。また、回路の大きさは9センチ×6センチ程度であるため、持ち運びが容易である。製作した振動測定回路を用いて木造住宅の振動測定を行った。この際、振動測定回路の性能を確認するために、市販の高感度サーボ型加速度計による振動測定を行った。振動測定回路とサーボ型加速度計で得られた振動波形からフーリエスペクトルを求めたところ、それぞれの波形から求めたフーリエスペクトルの固有振動数がほとんど一致した。今後は製作した振動測定回路によってRC造建物や地盤の振動測定も行う予定である。