JPH06342004A - Speedometer for building - Google Patents

Speedometer for building

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Publication number
JPH06342004A
JPH06342004A JP13162993A JP13162993A JPH06342004A JP H06342004 A JPH06342004 A JP H06342004A JP 13162993 A JP13162993 A JP 13162993A JP 13162993 A JP13162993 A JP 13162993A JP H06342004 A JPH06342004 A JP H06342004A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acceleration sensor
building
acceleration
sensor
speedometer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP13162993A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masato Ujihara
正人 氏原
Masaru Miyazaki
勝 宮▲崎▼
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Original Assignee
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Publication date
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  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a speedometer for a building which enables the detection of a correct horizontal swinging speed of the building, even when an acceleration sensor is inclined. CONSTITUTION:An acceleration sensor 2 is mounted parallel with a plane 1 which is parallel with a floor surface regarded as horizontal plane of a building while a rate sensor 5 is mounted parallel with a mounting surface 1 of the acceleration sensor 2 so that the rotary motion of the acceleration sensor 2 can be checked with the rate sensor 5 to detect an inclination angular speed of the acceleration sensor 2 when the building is inclined. A detection output indicating the inclination angular speed is integrated with an integration circuit 6 to determine an angle of inclination of the acceleration sensor 2, which is sent to a signal processing circuit 7 together with the detection output of the acceleration sensor 2. Thus, a speed output is obtained with an earth gravity acceleration component as caused by the inclination of the acceleration sensor 2 being removed from the acceleration of the building detected with the acceleration sensor 2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は建造物の水平方向の揺
れ速度を検出する建造物用速度計に関し、特に建造物が
傾斜しても地球重力加速度の影響を受けずに建造物の水
平方向揺れ速度を正確に検出することができる建造物用
速度計に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a speedometer for a structure for detecting the horizontal swaying speed of the structure, and more particularly to the horizontal direction of the structure without being affected by the earth's gravitational acceleration even if the structure is inclined. The present invention relates to a speedometer for buildings that can accurately detect a sway speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、超高層ビルなどの建造物におい
ては地震や風などによる建造物の振動を制御することが
好ましく、このため建造物制振システムが提案され、実
用化されている。この建造物制振システムでは建造物の
水平方向の揺れ速度を検出する振動制御用速度計が必須
の構成要素であり、この振動制御用速度計として建造物
用速度計が使用されている。
2. Description of the Related Art For example, in a building such as a skyscraper, it is preferable to control the vibration of the building due to an earthquake, wind, etc. Therefore, a building damping system has been proposed and put into practical use. In this building vibration control system, a vibration control speedometer that detects the horizontal sway speed of the building is an essential component, and a building speedometer is used as this vibration control speedometer.

【0003】従来、この種の建造物用速度計は、図3に
示すように、建造物の水平面とみなせる床面と平行な面
1に対して加速度センサ2を平行に取り付け、この加速
度センサ2で検出した加速度出力を積分回路3で積分し
て速度出力に変換するものであり、この積分回路3で得
られた速度を建造物の水平方向揺れ速度として出力して
いた。
Conventionally, as shown in FIG. 3, in a speedometer for a building of this type, an acceleration sensor 2 is attached in parallel to a surface 1 parallel to a floor surface which can be regarded as a horizontal surface of the building. The acceleration output detected in 1. is integrated by the integration circuit 3 to be converted into a speed output, and the speed obtained by the integration circuit 3 is output as the horizontal swing speed of the building.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このように従来の建造
物用速度計は建造物の床面(水平面)に対して平行方向
の加速度を積分することによって建造物の水平方向の揺
れ速度を得るものであるため、図4(A)に示すよう
に、建造物4が地震、風等により点線で示すように傾斜
した場合には当然に床面と平行な面1も傾斜し、この部
分を図4(B)に拡大して示すように、この床面と平行
な面1に対して平行に取り付けられた加速度センサ2も
傾斜する。加速度センサ2が傾斜すると、加速度センサ
2が検出する加速度に地球重力加速度成分が含まれ、建
造物の正確な水平方向速度を検出することが困難とな
る。
As described above, the conventional speedometer for a building obtains the horizontal swaying speed of the building by integrating the acceleration in the direction parallel to the floor surface (horizontal plane) of the building. Therefore, as shown in FIG. 4 (A), when the building 4 inclines as indicated by the dotted line due to an earthquake, wind, etc., naturally the plane 1 parallel to the floor also inclines, As shown in an enlarged view in FIG. 4 (B), the acceleration sensor 2 mounted parallel to the plane 1 parallel to the floor also tilts. When the acceleration sensor 2 tilts, the acceleration detected by the acceleration sensor 2 includes a gravity acceleration component of the earth, which makes it difficult to detect an accurate horizontal velocity of the building.

【0005】今、図4(B)に示すように水平方向の加
速度をaとし、地表に対する加速度センサ取り付け面1
の傾斜角がθであるとすると、加速度センサ2によって
検出された加速度a′には、図4(C)に示すように、
水平方向の加速度成分であるacosθの他に、地球重
力加速度gによる加速度成分gsinθが含まれる。即
ち、 a′=acosθ+gsinθ となる。
Now, as shown in FIG. 4B, the acceleration in the horizontal direction is defined as a, and the acceleration sensor mounting surface 1 with respect to the ground surface 1
Assuming that the inclination angle of θ is θ, the acceleration a ′ detected by the acceleration sensor 2 is as shown in FIG.
In addition to the horizontal acceleration component acos θ, the acceleration component gsin θ due to the earth's gravity acceleration g is included. That is, a ′ = acos θ + g sin θ.

【0006】 θ<<1とすると、 a′≒a+g・θ 従って、速度計(積分回路3)の出力vは v=∫a′dt =∫adt+g∫θdt =v+Δv となり、誤差Δvが含まれているので、建造物の正確な
水平方向の揺れ速度を検出することができない。従っ
て、この様な従来の建造物用速度計を、例えば建造物の
振動制御用速度計として使用したのでは、高性能な建造
物制振システムを実現することができない。
When θ << 1, a′≈a + g · θ Therefore, the output v of the speedometer (integrating circuit 3) is v = ∫a′dt = ∫adt + g∫θdt = v + Δv, which includes the error Δv. Therefore, it is not possible to detect the accurate horizontal rocking speed of the building. Therefore, if such a conventional speedometer for buildings is used as a speedometer for vibration control of buildings, for example, a high-performance building vibration damping system cannot be realized.

【0007】この発明の目的は加速度センサが傾斜して
も建造物の正確な水平方向の揺れ速度を検出することが
できる建造物用速度計を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a speedometer for a building capable of detecting an accurate horizontal shaking speed of the building even if the acceleration sensor is tilted.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明では、建造物の
1つの水平面に対して平行に取り付けられた加速度セン
サの回転運動を検出するレートセンサを加速度センサの
取り付け面に対して平行に取り付け、このレートセンサ
の検出出力を積分して加速度センサの地表に対する傾斜
角を求め、この傾斜角から加速度センサの傾斜による地
球重力加速度成分を得て、加速度センサの検出出力から
この地球重力加速度成分を除去し、水平方向の速度とし
て出力するものである。
According to the present invention, a rate sensor for detecting rotational movement of an acceleration sensor mounted parallel to one horizontal plane of a building is mounted parallel to the mounting surface of the acceleration sensor, The detection output of this rate sensor is integrated to obtain the inclination angle of the acceleration sensor with respect to the ground surface, the earth gravity acceleration component due to the inclination of the acceleration sensor is obtained from this inclination angle, and this earth gravity acceleration component is removed from the detection output of the acceleration sensor. However, it is output as a horizontal speed.

【0009】[0009]

【作用】上記構成によれば、加速度センサによって検出
された建造物の加速度から地球重力加速度成分が除去さ
れるから、建造物が傾斜し、これに伴って加速度センサ
が傾斜しても、速度計からの速度出力には地球重力加速
度成分による速度誤差が含まれない。従って、地球重力
加速度の影響を除去した建造物の正確な水平方向の揺れ
速度を常時検出することができる。
According to the above construction, the earth gravity acceleration component is removed from the acceleration of the building detected by the acceleration sensor. Therefore, even if the building tilts and the acceleration sensor tilts accordingly, the speedometer The velocity output from does not include velocity error due to the acceleration component of earth's gravity. Therefore, it is possible to always detect the accurate horizontal swaying speed of the building without the influence of the earth's gravitational acceleration.

【0010】[0010]

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
して詳細に説明する。図1はこの発明による建造物用速
度計の一実施例を模式的に示す構成図、図2は図1の速
度計の回路構成を具体的に示すブロック図である。本実
施例においては、図1に示すように、建造物の水平面と
みなせる床面と平行な面1に対して加速度センサ2を平
行に取り付けるとともに、この加速度センサ2の取り付
け面1に対してレートセンサ5を平行に取り付け、この
レートセンサ5で加速度センサ2の回転運動を検出して
建造物が傾斜した場合の加速度センサ2の傾斜角速度を
検出できるようにする。この傾斜角速度を表す検出出力
を積分回路6で積分して加速度センサ2の傾斜角を検出
し、加速度センサ2の検出出力とともに信号処理回路7
に送り、加速度センサ2の検出出力から加速度センサ2
の傾斜により生じる地球重力加速度成分を除去した速度
出力を得るようにしたものである。なお、便宜上図1で
は加速度センサ2とレートセンサ5を重ねた状態で示す
が、レートセンサ5は床面と平行な面1に対して平行に
配置された加速度センサ2の傾斜角速度を検出するため
のものであるので、加速度センサ2の取り付け面に対し
て平行に(従って加速度センサ3と平行に)配置されれ
ばよい。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1 is a block diagram schematically showing an embodiment of a speedometer for buildings according to the present invention, and FIG. 2 is a block diagram specifically showing a circuit configuration of the speedometer of FIG. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the acceleration sensor 2 is mounted in parallel to a plane 1 parallel to the floor surface which can be regarded as a horizontal plane of a building, and the rate to the mounting surface 1 of the acceleration sensor 2 is set. The sensors 5 are attached in parallel, and the rate sensor 5 detects the rotational movement of the acceleration sensor 2 so that the inclination angular velocity of the acceleration sensor 2 when the building is inclined can be detected. The detection output indicating the inclination angular velocity is integrated by the integration circuit 6 to detect the inclination angle of the acceleration sensor 2, and the signal processing circuit 7 together with the detection output of the acceleration sensor 2.
To the acceleration sensor 2 from the detection output of the acceleration sensor 2
The velocity output is obtained by removing the earth gravity acceleration component caused by the inclination of. For the sake of convenience, FIG. 1 shows the acceleration sensor 2 and the rate sensor 5 overlapping each other, but the rate sensor 5 detects the tilt angular velocity of the acceleration sensor 2 arranged in parallel to the plane 1 parallel to the floor surface. Therefore, it may be arranged parallel to the mounting surface of the acceleration sensor 2 (and thus parallel to the acceleration sensor 3).

【0011】本実施例の速度計の回路構成について図2
を参照してさらに具体的に説明すると、建造物が傾斜
し、これに伴って加速度センサ2が傾斜した場合には、
加速度センサ2からの検出出力は、前述したように、水
平方向加速度aと地球重力加速度成分g・θ(θは加速
度センサの傾斜角)との和(a+g・θ)となり、この
出力が信号処理回路7に送られる。一方、レートセンサ
5からは加速度センサ2の傾斜角速度θ′が検出され、
この検出出力は積分回路6で積分されて加速度センサ2
の地表に対する傾斜角θが求められる。この積分回路6
の出力θは信号処理回路7に送られる。
The circuit configuration of the speedometer of this embodiment is shown in FIG.
More specifically with reference to, when the building is tilted and the acceleration sensor 2 is tilted accordingly,
As described above, the detection output from the acceleration sensor 2 is the sum (a + g · θ) of the horizontal acceleration a and the earth gravity acceleration component g · θ (θ is the inclination angle of the acceleration sensor), and this output is signal processed. Sent to circuit 7. On the other hand, the rate sensor 5 detects the inclination angular velocity θ ′ of the acceleration sensor 2,
This detection output is integrated by the integration circuit 6 and the acceleration sensor 2
The inclination angle θ with respect to the ground surface is obtained. This integration circuit 6
Is output to the signal processing circuit 7.

【0012】信号処理回路7は、本実施例では、地球重
力加速度乗算回路8と、+(プラス)及び−(マイナ
ス)の2つの入力を備えた加算回路9と、積分回路10
とから構成されており、積分回路6の出力θは、まず、
地球重力加速度乗算回路8において重力加速度gが乗算
されて地球重力加速度成分g・θが算出され、この出力
g・θが加算回路9の−(マイナス)入力に送られる。
上記加速度センサ2からの検出出力(a+g・θ)は加
算回路9の+(プラス)入力に供給されるので、この加
算回路9において加速度センサ2の検出出力から地球重
力加速度成分g・θが差し引かれ、加算回路9からの出
力は加速度センサ2で検出された加速度のうちの水平方
向の加速度成分aのみとなる。よって、この水平方向の
加速度成分aを積分回路10で積分して水平方向の速度
vを求め、これを速度計の出力とする。
In the present embodiment, the signal processing circuit 7 is an earth gravity acceleration multiplication circuit 8, an addition circuit 9 having two inputs of + (plus) and-(minus), and an integration circuit 10.
The output θ of the integrating circuit 6 is
The earth gravity acceleration multiplication circuit 8 multiplies the gravity acceleration g to calculate the earth gravity acceleration component g · θ, and the output g · θ is sent to the- (minus) input of the addition circuit 9.
Since the detection output (a + g · θ) from the acceleration sensor 2 is supplied to the + (plus) input of the adder circuit 9, the earth gravity acceleration component g · θ is subtracted from the detection output of the acceleration sensor 2 in the adder circuit 9. The output from the adder circuit 9 is only the horizontal acceleration component a of the acceleration detected by the acceleration sensor 2. Therefore, the horizontal acceleration component a is integrated by the integrating circuit 10 to obtain the horizontal velocity v, which is used as the output of the speedometer.

【0013】このように構成すると、加速度センサ2に
よって検出された建造物の加速度から地球重力加速度成
分が除去されるから、建造物が地震、風等によって傾斜
し、これに伴って加速度センサが傾斜しても、速度計か
らの速度出力には地球重力加速度成分による速度誤差が
含まれない。かくして、建造物が傾斜した場合でも、地
球重力加速度の影響を除去した建造物の正確な水平方向
の揺れ速度を常時検出することができる。従って、この
発明による速度計を、例えば、超高層ビルなどの建造物
の振動制御用速度計として使用することによって、高性
能な建造物制振システムを実現することができるばかり
でなく、高精度、長寿命という点から他の建造物用制御
システムの速度計として使用することが可能となる。
With this configuration, since the earth gravity acceleration component is removed from the acceleration of the building detected by the acceleration sensor 2, the building tilts due to an earthquake, wind, or the like, and the acceleration sensor tilts accordingly. Even so, the speed output from the speedometer does not include the speed error due to the earth gravity acceleration component. Thus, even if the building is tilted, it is possible to always detect the accurate horizontal swaying speed of the building without the influence of the earth's gravitational acceleration. Therefore, by using the speedometer according to the present invention as a speedometer for controlling vibration of a building such as a skyscraper, it is possible to realize not only a high-performance building damping system but also a high-accuracy structure. In terms of long life, it can be used as a speedometer for other building control systems.

【0014】なお、上記実施例では信号処理回路7を、
地球重力加速度乗算回路8と、+及び−の2つの入力を
備えた加算回路9と、積分回路10とから構成したが、
その前段の積分回路6までを信号処理回路7としてもよ
いし、また、地球重力加速度乗算回路8を別個の回路要
素としてもよい。要するに、図示の回路構成は単なる例
示に過ぎず、従って、加速度センサ2及びレートセンサ
5からの検出出力を処理する回路構成や使用する回路要
素等は実施例のものに限定されず、必要に応じて種々に
変形及び変更できるものである。
In the above embodiment, the signal processing circuit 7 is
It is composed of an earth gravity acceleration multiplying circuit 8, an adding circuit 9 having two inputs of + and −, and an integrating circuit 10.
The integration circuit 6 up to the preceding stage may be used as the signal processing circuit 7, or the earth gravity acceleration multiplication circuit 8 may be used as a separate circuit element. In short, the illustrated circuit configuration is merely an example, and therefore, the circuit configuration for processing the detection output from the acceleration sensor 2 and the rate sensor 5, the circuit elements used, and the like are not limited to those of the embodiment, and may be changed as necessary. Can be variously modified and changed.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、加速度センサの回転運動を検出するレートセンサを
設け、このレートセンサの検出出力を処理して加速度セ
ンサの傾斜による地球重力加速度成分を算出し、加速度
センサの検出出力からこの地球重力加速度成分を除去す
るようにしたので、建造物が傾斜しても、速度計から出
力される速度出力に地球重力加速度成分による速度誤差
が含まれない。従って、地球重力加速度の影響を除去し
た建造物の正確な水平方向の揺れ速度を常時検出するこ
とができるという顕著な効果がある。よって、この発明
による速度計を、例えば超高層ビルなどの建造物の振動
制御用速度計として使用すれば、高性能な建造物制振シ
ステムを実現することができ、建造物の地震や風などに
よる振動を高精度に制御することができるという効果が
ある。また、高精度、長寿命という点から他の建造物用
制御システムの速度計として使用することができるとい
う効果もある。
As described above, according to the present invention, the rate sensor for detecting the rotational movement of the acceleration sensor is provided, and the detection output of the rate sensor is processed to detect the earth gravity acceleration component due to the inclination of the acceleration sensor. Since the calculation is performed and this earth gravity acceleration component is removed from the detection output of the acceleration sensor, even if the building inclines, the speed output output from the speedometer does not include the speed error due to the earth gravity acceleration component. . Therefore, there is a remarkable effect that it is possible to always detect the accurate horizontal swaying speed of a building in which the influence of the earth's gravitational acceleration is removed. Therefore, by using the speedometer according to the present invention as a speedometer for controlling vibration of a building such as a skyscraper, a high-performance building vibration control system can be realized, and an earthquake, wind, etc. of the building can be realized. There is an effect that the vibration due to can be controlled with high accuracy. In addition, it has an effect that it can be used as a speedometer for other building control systems in terms of high accuracy and long life.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明による建造物用速度計の一実施例を模
式的に示す構成図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a speedometer for buildings according to the present invention.

【図2】図1の建造物用速度計の回路構成を具体的に示
すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram specifically showing a circuit configuration of the building speedometer of FIG.

【図3】従来の建造物用速度計の一例を模式的に示す構
成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing an example of a conventional speedometer for buildings.

【図4】従来技術の問題点を説明するための図であり、
(A)は建造物の傾斜状態を示し、(B)は加速度セン
サの傾斜状態を示し、(C)は加速度センサの検出出力
に地球重力加速度成分が含まれる態様を示す。
FIG. 4 is a diagram for explaining a problem of the conventional technique,
(A) shows a tilted state of the building, (B) shows a tilted state of the acceleration sensor, and (C) shows a mode in which the detection output of the acceleration sensor includes the earth gravity acceleration component.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 建造物の床面と平行な面 2 加速度センサ 3、6 積分回路 4 建造物 5 レートセンサ 7 信号処理回路 8 地球重力加速度乗算回路 9 加算回路 10 積分回路 1 plane parallel to floor of building 2 acceleration sensor 3, 6 integrating circuit 4 building 5 rate sensor 7 signal processing circuit 8 earth gravity acceleration multiplying circuit 9 adding circuit 10 integrating circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 建造物の1つの水平面に対して平行に取
り付けられた加速度センサと、該加速度センサの取り付
け面に対して平行に取り付けられ、この加速度センサの
回転運動を検出するレートセンサと、該レートセンサの
検出出力を積分して前記加速度センサの地表に対する傾
斜角を表す出力を得る積分回路と、該積分回路の出力か
ら前記加速度センサの傾斜による地球重力加速度成分を
得る回路手段と、該回路手段からの地球重力加速度成分
と前記加速度センサの検出出力とが入力され、前記加速
度センサの検出出力からこの地球重力加速度成分を除去
した速度出力を提供する回路手段とを具備し、建造物の
傾斜に影響されずに建造物の水平方向揺れ速度を正確に
検出できるようにしたことを特徴とする建造物用速度
計。
1. An acceleration sensor mounted parallel to one horizontal plane of a building, and a rate sensor mounted parallel to a mounting surface of the acceleration sensor for detecting a rotational movement of the acceleration sensor. An integration circuit for integrating the detection output of the rate sensor to obtain an output representing the inclination angle of the acceleration sensor with respect to the ground surface; circuit means for obtaining the earth gravity acceleration component due to the inclination of the acceleration sensor from the output of the integration circuit; The earth gravity acceleration component from the circuit means and the detection output of the acceleration sensor are input, and the circuit means for providing a velocity output by removing the earth gravity acceleration component from the detection output of the acceleration sensor is provided. A speedometer for a building, which is capable of accurately detecting the horizontal swaying speed of the building without being affected by the inclination.
JP13162993A 1993-06-02 1993-06-02 Speedometer for building Withdrawn JPH06342004A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009214988A (en) * 2008-03-10 2009-09-24 Mitsubishi Electric Corp Transverse vibration detection device for elevator rope

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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