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地震の揺れと加速度

Wiiリモコンで加速度計測の記事にIkegayaさんから興味深いコメントをいただきました。

AEセンサと加速度センサを使ったRC構造物のモニタリングの研究についてでした。

地震が発生した直後に、その建物が危険な状態にあるのか否かを判断しようというもので、それができれば画期的です。地震が起きると避難所に避難している様子をテレビなどで見ますが、避難所だって地震の被害を受けているかもしれませんし、余震もあります。

構造物に受けた力をマクロ的にゆれの加速度を測定して把握して、割れがどの程度発生しているかをAEセンサで捕まえて、構造物が受けた損傷の程度を評価しよう、ということのようです。

AE(Acoustic Emission)は、石・コンクリート・金属などに割れが入るときに発生する超音波領域の音をいいます。私たちの体は損傷を受けたときに痛みを感じますが、AEの観測は構造物の「痛み」をリアルタイムに知ることになります。

私たちの体に受けた損傷にたとえると、2階の窓から落ちたという大状況を加速度センサで、怪我をしているか痛いところがあるかということをAEセンサで知ろうということです。

個々のセンサが高価であったり、通信情報量が多かったりすると実際には使えないシステムになるため、安価でかつ的確で少ない情報に絞るというところに研究の焦点があるようです。

その加速度センサに、ニンテンンドーWiiリモコンに搭載されているSTマイクロエレクトロニクス社の3軸加速度センサを使っているとのことです。

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学会で発表した原稿を読まさせていただきました。こちらにPDFで公開されています。素人の私が口を挟める内容ではありませんが、Wiiリモコンの加速度センサ・・・というつながりで、ちょっとだけメモを・・・。

地震の揺れを表す単位にガルがあります。Wikipediaによれば・・・

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ガル(gal, 記号:Gal)は、CGS単位系における加速度の単位である。その名前は、ガリレオ・ガリレイに因むもので、単位名をガリレオ(galileo)としている地域もある。1ガルは、1秒(s)に1センチメートル毎秒(cm/s)の加速度の大きさと定義されている。すなわちガルは「センチメートル毎秒毎秒」(cm/s2)と書き表すことができる。国際単位系(SI)における加速度の単位はメートル毎秒毎秒(m/s2)であり、1 Gal = 0.01 m/s2 となる。ガルは非SI単位であるが、日本の計量法では重力加速度および地震に係る振動加速度の計量に限定してガル(Gal)および1000分の1のミリガル(mGal)の使用を認めている。

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重力加速度は、9.8m/s^2ですから、1 G=980Gal になります。

地震があるとどの程度の加速度が観察されるのかを、大きな地震で調べてみると・・・

阪神大震災 818 Gal (神戸気象台)

新潟県中越地震 1500 Gal (小千谷市)

岩手・宮城内陸地震 1800 Gal (岩手県奥州市)

という数値が出てきました。これらの数値は、ネット上から拾ったものですが、このくらいのオーダーですと、Wiiリモコンの加速度センサで4G(4000Gal弱)程度のレンジですから、カバーできそうということがわかります。

ゆれの周波数はどの程度まで取れればよいのでしょうね。WiiAccを使って、データを取ると私のパソコンでは、サンプリングレートは65Hz程度になりますから、10Hz程度の揺れは捕まえられると思います。

Aq 左の図は、Wiiリモコンを持って「貧乏ゆすり」して、それをWiiAccで記録したものです。7~8Hzで千数百ガルの揺れを記録しています。

WiiAccの地震計バージョンを作って、簡易地震計にしてみるのも面白いかもしれません。閾値を決めておいて、ある大きさ以上の揺れが来たら記録するようにすることは、それほど難しいことではありません。ただずっとWiiリモコンの電源を入れっぱなしにしておかなければなりませんから、そのあたりの工夫が必要になりますね。

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コメント

ご無沙汰しております、先生!

先日Shade 10 Professionalをつい買ってしまいました。Pro版は保守できそうにありません(笑)

さて、加速度計ですが、最近また復活してやってます。
本体とセンサーはケーブルでつながっていますが、SDかCompactFlashに時間データとともに記録できるようにしておいて後で読み出す方式にしようと思ってます。
これでまた完成が遠のきましたが(笑)
時間データを記録するので、記録レートが変動しても何とかなるかな、なんて甘い考えです。
LCD(かLED)ドライバ用・データ収集用・通信用(Interface)・演算用のQuad Coreで図面を引きなおしてます。

加速度関係のネタはなぜ長続きするのでしょう(笑)

投稿: たけひろ | 2008年7月 3日 (木) 18時15分

たけひろ くん

そちらはもう暑いのだろうね。
いいものできたら、紹介をして。

>加速度関係のネタはなぜ長続きするのでしょう(笑)

たぶん面白いからでしょう。つまようじ・ネ-20・黄金比・につづく「かたちのココロ」面白ネタ第4弾というところでしょうか。ガリレオネタでもあります。

投稿: SUBAL | 2008年7月 3日 (木) 22時27分

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