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

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14654077
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大竹 雄次 東京大学, 地震研究所, 助手 (60282729)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 持木 幸一 武蔵工業大学, 工学部, 教授 (80107549) ; 新谷 昌人 東京大学, 地震研究所, 助教授 (30272503)
• Keywords: 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

Research Abstract

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.

Research Products

• [Publications] 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)
• [Publications] 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)
• [Publications] 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)
• [Publications] 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)