レーザースケールとDSPを使った広帯域・高感度地震計用ディジタルサーボ回路の開発

激光标尺与DSP宽带高灵敏度地震仪数字伺服电路的研制

• 批准号: 14654077
• 负责人: 大竹 雄次
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14654077/
• 关键词: 地震計; 長周期; 高感度; ディジタルフィードバック; レーザースケール; ディジタルシグナルプロセッサ; 磁気バネ; 振り子

次なる地震学の発展を望むには,次世代の高性能地震計の開発が不可欠である.このような高感度・広帯域地震計に於いてその鍵となる一つの技術は,変位計である.既存の変位計は,静電容量センサなどが地震計のフィードバックループに直接組み込まれており,数十ミクロンメートル以上の検出範囲で数ナノメートル以下の分解能を持っている.本研究では,感度を既存のものから2けた以上も向上できて検出範囲も物差しを長くすれば制限がないレーザースケールを,地震計に採用する研究を行う.レーザースケールは,変位検出信号としてフリンジカウントや2相のサイン波の位相を出力するので,変位信号をリアルタイムで使用するには計算が必要である.そのためにこの検出器を使った地震計用のサーボ回路では,DSPなどを使ったディジタル制御が必須である.本年度は,この研究の最終年度なので,以下の研究をまとめる結果を得た.1)15年度に購入した16bitのA/D,D/A付のDSP基板で,地震計用のPID制御用ディジタル制御回路を完成させ,その基板と静電容量変位センサ,永久磁石の磁気浮上を使った振り子(無定位回転型),を使ってサーボ型地震計を完成させた.ディジタル制御に成功し,武蔵工業大学に於いて地動測定に成功した.3)上記DSP基板とレーザースケール変位計,無定位回転型振り子を組み合わせ,サーボ型地震計として動作することも確認した.また,地動を観測が出来ることを武蔵工業大学にて確かめた.4)偏波面保存型の光ファイバーを使って回折格子に光を導入・導出する,レーザースケールを試作した.動作試験はしたが,不完全である.5)静電容量変位計,レーザースケール,無定位回振り子を使ったサーボ型地震計に対応できる,専用のDSP基板を製作している.現在,3),4)で製作したソフトウエアーを移植中である.今年度中に動作試験が可能である.

The next generation of high-performance seismometers, the next generation of high-performance seismometers, is a high-sensitivity and high-sensitivity seismometer. The seismometer is based on the key technology of the seismometer, the position meter is the technology, the position meter is the existing one, the electrostatic capacity is the seismometerィードバックループにDirect group み込まれており, dozens of ミクロンメートルの検出风囲で数ナノメートルのThe decomposition energy is maintained. This study is carried out, and the sensitivity is existing. It is more than 2 and it is upward.ば limit がないレーザースケールを, seismometer に adopts する research を line う. レーザースケールは, 剉褜Output signal としてフリンジカウントや2-phase のサインwave のphase をOutput するので, 変position signal をリアルタイムで Use するには to calculate がIt is necessary to use the seismometer circuit for the seismometer and the DSP control circuit for the seismometer. Must be completed this year, the final year of the research, the results of the following research are obtained. 1) Purchased in 2015 16bit A/D, D/A equipped DSP substrate, PID control circuit for seismic measurement, and control loop completed.その substrate and electrostatic capacitance changing position センサ, permanent magnet の magnetic 気 floating を っ た vibration り 子 (non-positioning return type), を っ て サ ー ボ type The seismometer has been completed successfully. The seismometer control system has been successfully completed, and the seismic measurement of Musashi Institute of Technology has been successfully completed. 3) The above mentioned DSP base Plate とレーザースケール変 gauge, no positioning return type vibrator set み合わせ, サーボ type seismometer としてaction することもconfirmationした。 Folding grid に光を import and export する, レーザースケールを trial work した. Action trial 験はしたが, incomplete である. 5) Static capacitance Dimension gauge, レーザースケール, no positioning reverberation り子を使ったサーボ type seismometer に対応できる, exclusive use of DSP substrate をNow, 3), 4) are currently being transplanted into 3) and 4). It is possible to try out the action this year.

项目成果

大竹雄次, 新谷昌人, 渡辺好徳, 肥田野和夫: "永久磁石による錘の反発浮上と板バネを併用した水平地動検出器の開発"平成13-14年度科学研究補助金(基盤研究(B)(2))研究成果報告書,研究代表者・大竹雄次,課題番号13440132. 1-112 (2003)

Yuji Otake、Masato Shintani、Yoshinori Watanabe、Kazuo Hidano：“利用永磁体和板簧的斥力悬浮重物的组合开发水平地面运动探测器”2001-2001年科学研究补助金（基础研究（B）） ) 2)) 研究成果报告，研究代表：大竹雄二，项目编号13440132. 1-112 (2003)

大竹雄次, 新谷昌人, 肥田野一夫: "無定位回転型振り子を使った広帯域・高感度サーボ型地震計の開発"日本地震学会秋期大会講演予稿集. P080 (2002)

Yuji Otake、Masato Shintani、Kazuo Hidano：“使用非定向旋转摆开发宽带高灵敏度伺服型地震计”日本地震学会秋季会议论文集 P080（2002 年）。

山口 豊: "磁場制御方式地震計のDSPによるディジタル制御の実現"武蔵工業大学・工学部・電子情報工学科,卒業論文. 1-26 (2004)

山口丰：“利用DSP实现磁场控制型地震仪的数字控制”武藏工业大学工学部电子信息工程系毕业论文1-26（2004年）。

Yuji Otake, Akito Araya, Kazuo Hidano: "Development of an Astatic Rotational Pendulum using Magnetic Levitation for a Highly-sensitive/Broad-band Seismometer"Proc.of the 7th International Symposium on Magnetic Suspension Technology. 15-22 (2003)

Yuji Otake、Akito Araya、Kazuo Hidano：“利用磁悬浮开发高灵敏度/宽带地震仪的无静旋转摆”第七届国际磁悬浮技术研讨会论文集。

Yuji Otake, Akito Araya, Kazuo Hidano: "Development of a Highly-Sensitive/Broad-band Servo-type Seismometer using an Astable Rotational Pendulum"Proc.of IUGG, The International Union of Geodesy and Geophysics. (in CD-ROM). JSS01/30A/D-014 (2003)

Yuji Otake、Akito Araya、Kazuo Hidano：“使用非稳态旋转摆开发高灵敏度/宽带伺服型地震仪”Proc.of IUGG（国际大地测量学和地球物理学联合会）。