2016 年度実施状況報告書

極限環境域への地震観測網展開を目指した広帯域地震計の開発研究

研究課題

研究課題/領域番号	15K21600
研究機関	会津大学
研究代表者	山田竜平会津大学, コンピュータ理工学部, 特別研究支援者 (60647379)
研究期間 (年度)	2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード	小型広帯域地震計 / フィードバック回路 / 地震観測試験
研究実績の概要	平成28年度は、小型広帯域地震計に適用するフィードバック回路の製作と調査試験、またその試験結果を受けてまでの回路の改修を実施した。本研究では、ペネトレータ搭載用に開発された地震計をベースに、極限環境域(海底、火山地域、極域、月惑星）に適用可能な小型軽量、かつ耐性をもった広帯域地震計の開発を行う事を目的としている。この地震計は、およそ0.033-50Hzの周波数帯で2000V/m/sec以上の感度を実現する事が目標である。本年度はこの特性を実現するために昨年度に設計したフィードバック回路構成の見直しから行った。その結果、目標を達成するためには、従来設計の一次微分・積分回路から一次微分・二次積分回路へ設計を変更する必要がある事が分かった。また、回路中で信号が飽和しないよう適宜、各段のゲイン特性を変更した。そして、この設計を見直した回路の製作を行った。回路製作後は、室内での周波数応答調査と地震観測所での観測試験を実施した。まず、室内試験から、製作したフィードバック回路は設計通りの周波数応答を示す事を確認できた。次に、岩手県奥州市の地震観測所内で容量変位型地震計に回路を接続して観測を行ったところ、地震計の出力が安定せず地動を検出できなかった。そこで、回路を接続していない状態のパッシブの地震計で観測を行ったところ、出力信号のオフセットが大きく変動している事が分かった。このオフセットの変動により、回路内で信号が飽和して出力が安定しない事が推測された。そこで、観測データを基にこのフィードバック回路にオフセット調整機構を取り付ける改修までを実施した。次年度初頭にこのオフセット調整機構を取り付けた回路の応答調査試験から実施する。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 3: やや遅れている理由当初の研究計画に従って、本年度内にペネトレータ搭載用地震計をベースとした容量変位型地震計に適用する広帯域化用のフィードバック回路の設計、製作、観測試験までを実施する事ができた。その一方で、まだ容量変位型地震計として要求される機能、性能は実現できておらず、フィードバック回路の改修を実施しなければならない段階である。また、当初計画していた衝撃試験、温度試験も未実施の段階である。また、本年度は所属機関の異動があったため、実験装置、設備を移管するのにも時間を要した。そのため、次年度への延長申請を行い、引き続き広帯域地震計の開発研究を実施する予定である。
今後の研究の推進方策	平成29年度は、まずオフセット調整機構を取り付けた新型フィードバック回路の周波数応答調査試験を行う。そして、容量変位型地震計に接続して、まずは室内で適切にオフセット除去が可能であるかどうかを確認する。その後、オフセット除去により出力信号が飽和しない事を確認できれば、再度、地震観測所に持ち込み、性能調査試験を実施する。ここで、当初目標としていた周波数応答(0.033-30Hzで2000V/m/sec以上）が実現できていること、そしてリファレンス用の広帯域地震計であるCMG-3と同等に微小振動を観測できるかどうかを調査する。次に、温度試験と衝撃試験を行う。温度試験は恒温槽に地震計を入れて、-50℃から+50℃程度までの温度範囲で地震計の特性がどう変化するかを調べ、温度に対する周波数応答の較正データを得る。また、衝撃試験は、数千Gレベルまでのランダム振動を与えて、地震計の変形や周波数応答の変化を調べる。最終的にこれら総合的な試験結果を整理して、今後の開発課題と改良要求について整理する。
次年度使用額が生じた理由	差額が生じた大きな理由としては、当初計画していた広帯域地震計の製造費を使用しなかった事による。当初、2台製造予定であったが、1台ですでに当初の予算計画をオーバーしプロトタイプを転用する事になったため、結局、リファレンス用の広帯域地震計の購入費に充てる事になり差額が生じた。また、衝撃試験や温度試験の実行までに至らなかったため、水沢-相模原間の2回分以上の出張費を使用しなかったも差額が生じた理由である。
次年度使用額の使用計画	主に観測試験、温度試験、衝撃試験を実行するための会津-水沢間、会津-相模原間の出張旅費に使用する。また、今秋予定されている日本地震学会（鹿児島開催）に参加し成果発表を行うための旅費にも使用する。それ以外に試験に必要な備品、計測器、及び回路製造、改修に必要な部材の購入にも充てる予定である。