ソレノイド磁場を利用した地動検出器の開発

磁気バネはソレノイドコイルと挿入された永久磁石によりなり、両者の吸引力を復元力とする。それを利用した振動検出器の開発は、まず解析的な計算で広帯域・高感度化がどこまで達成可能かを検討した。磁気バネでは、現実的な磁場の強さで固有周期が500秒程度までになることを確認した。これは振り子の重りを浮上させ、それに磁気バネをつけことで可能になる。次に高感度化であるが、目標は数十μgalである。振動検出に対する、磁気バネ用ソレノイドコイルの磁場変化の影響、温度による線膨張の影響、気圧変化の影響、浮上磁石の漏れ磁場の影響等を評価した。その結果、機械の構造を工夫すれば何とが目標が達成できることを確認した。以上の検討を基に、磁気バネ振り子を設計・製作した。振り子は、磁気バネ、静電容量センサを使用した位置検出部、錘の浮上を行う空気・磁気浮上系に分けられる。第一段階として空気で錘を浮上させ、それに磁気バネを接続した。このシステムにより振り子の固有周期を27秒まで確認した。これ以上の値も十分実現できると思われる。次に位置検出器であるが、市販の静電容量センサで数nmの検出感度を有するものがある。空気浮上の振り子で性能を確認したが、要求性能を満足できるものであった。空気浮上は、外力に対する感度がそう高くない振り子の試験用としては十分安定に動作することを確認した。磁気浮上は電磁石と永久磁石によるものを試作検討した。いずれも重い錘の浮上補助にはなるが、位置フィードバックを併用しないと安定浮上できないことがわかった。本研究の成果としては、磁気バネの振り子としての基本的な動作を証明し、位置検出器等の振動検出器としての各構成要素が、高感度・広帯域地震計を実現するための性能を持っていることを確認した。また現状でも、広帯域強震計として使用する可能性は、十分にあると思われる。

磁気バネはソレノイドコイルと挿入された永久磁石によりなり、両者の吸引力を復元力とする。それを利用した振動検出器の開発は、まず解析的な計算で広帯域・高感度化がどこまで達成可能かを検討した。磁気バネでは、現実的な磁場の強さで固有周期が500秒程度までになることを確認した。これは振り子の重りを浮上させ、それに磁気バネをつけことで可能になる。次に高感度化であるが、目標は数十μgalである。振動検出に対する、磁気バネ用ソレノイドコイルの磁場変化の影響、温度による線膨張の影響、気圧変化の影響、浮上磁石の漏れ磁場の影響等を評価した。その結果、機械の構造を工夫すれば何とが目標が達成できることを確認した。以上の検討を基に、磁気バネ振り子を設計・製作した。振り子は、磁気バネ、静電容量センサを使用した位置検出部、錘の浮上を行う空気・磁気浮上系に分けられる。第一段階として空気で錘を浮上させ、それに磁気バネを接続した。このシステムにより振り子の固有周期を27秒まで確認した。これ以上の値も十分実現できると思われる。次に位置検出器であるが、市販の静電容量センサで数nmの検出感度を有するものがある。空気浮上の振り子で性能を確認したが、要求性能を満足できるものであった。空気浮上は、外力に対する感度がそう高くない振り子の試験用としては十分安定に動作することを確認した。磁気浮上は電磁石と永久磁石によるものを試作検討した。いずれも重い錘の浮上補助にはなるが、位置フィードバックを併用しないと安定浮上できないことがわかった。本研究の成果としては、磁気バネの振り子としての基本的な動作を証明し、位置検出器等の振動検出器としての各構成要素が、高感度・広帯域地震計を実現するための性能を持っていることを確認した。また現状でも、広帯域強震計として使用する可能性は、十分にあると思われる。