センサー装置および測定方法
【課題】測定対象物のｐＨ変化に伴う状態変化をより高精度に測定することができるセンサー装置および測定方法を提供すること。
【解決手段】本発明のセンサー装置１は、不動態膜を形成する第１の金属材料で構成された第１の電極３と、第１の電極３に対して離間して設けられ、第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極４と、第２の電極４を覆うように設けられ、第１の金属材料および第２の金属材料とは異なる第３の金属材料で構成された被膜７とを有し、ｐＨ変化に伴う不動態膜および被膜７のそれぞれの有無により第１の電極３と第２の電極４との電位差が変化する。
【解決手段】本発明のセンサー装置１は、不動態膜を形成する第１の金属材料で構成された第１の電極３と、第１の電極３に対して離間して設けられ、第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極４と、第２の電極４を覆うように設けられ、第１の金属材料および第２の金属材料とは異なる第３の金属材料で構成された被膜７とを有し、ｐＨ変化に伴う不動態膜および被膜７のそれぞれの有無により第１の電極３と第２の電極４との電位差が変化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサー装置および測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
センサー装置としては、例えば、コンクリート中の鉄筋の腐蝕状態を測定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
施工直後のコンクリート構造物中のコンクリートは、通常、強アルカリ性を呈する。そのため、施工直後のコンクリート構造物中の鉄筋は、その表面に不動態膜が形成されるため、安定である。しかし、施工後に酸性雨や排気ガス等の影響を受けたコンクリート構造物は、コンクリートが徐々に酸性化していくため、鉄筋が腐食することとなる。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１に係るセンサー装置では、コンクリート構造物中の鉄筋と同種材料からなる細線をコンクリート構造物中に埋設し、腐蝕による細線の断線の有無を検知することにより、コンクリート中の鉄筋の腐蝕状況を予測する。
しかし、特許文献１に係るセンサー装置では、細線が腐蝕し始めてから断線するまでの間のコンクリート構造物中の鉄筋やコンクリートの状態（より具体的には、例えばｐＨや塩化物イオン濃度）を知ることができない。また、細線が腐蝕し始めてから断線するまでの間に、コンクリート構造物中の鉄筋の腐食が進行してしまう。そのため、コンクリート構造物中の鉄筋の腐蝕を完全には回避することができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１５３５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に係るセンサー装置では、細線が切断されたタイミングにより、コンクリート構造物中の鉄筋の腐食が始まった時期を知ることは可能である。しかし、特許文献１に係るセンサー装置では、鉄筋が施工された後、腐食が始まるまでの期間、時間の経過とともに変化する鉄筋やコンクリートの状態を把握することはできないという課題があった。
本発明の目的は、鉄筋が施工された後、腐食が始まるまでの期間、測定対象物の状態変化を測定し、得られた情報をコンクリート構造物の計画的な保全に活用することができるセンサー装置および測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のセンサー装置は、第１の金属材料で構成された第１の電極と、
前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極と、
前記第１の電極および前記第２の電極のうちの少なくとも一方の電極を覆うように設けられ、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料とは異なる第３の金属材料で構成された被膜と、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差を測定する機能を有する機能素子とを有し、
前記第１の金属材料は、測定部位のｐＨ変化に伴って、表面に第１の不動態膜が形成するかまたは表面に存在した第１の不動態膜を消失する金属であり、
ｐＨ変化に伴う前記第１の不動態膜および前記被膜のそれぞれの有無により前記第１の電極と前記第２の電極との電位差が変化することを特徴とする。
このように構成されたセンサー装置によれば、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨ変化に伴う不動態膜および被膜のそれぞれの有無により第１の電極と第２の電極との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
【０００７】
本発明のセンサー装置では、前記機能素子は、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、測定対象物の測定対象部位のｐＨが設定値以下か否かを検知する機能をも有することが好ましい。
これにより、第１の電極と第２の電極との電位差に基づいて、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを検知することができる。
【０００８】
本発明のセンサー装置では、前記第２の金属材料は、測定部位のｐＨ変化に伴って、表面に第２の不動態膜が形成するかまたは表面に存在した第２の不動態膜を消失する金属であり、
前記第１の金属材料は、第１のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに第１の不動態膜を形成し、
前記第２の金属材料は、第２のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに第２の不動態膜を形成し、
前記第１のｐＨと前記第２のｐＨとは異なることが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極が設置された環境のｐＨが第１のｐＨ以下か否かおよび第２のｐＨ以下か否かをそれぞれ正確に検知することができる。
【０００９】
本発明のセンサー装置では、前記第３の金属材料は、第３のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに溶解し、
前記第３のｐＨは、前記第１のｐＨおよび前記第２のｐＨとは異なることが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極が設置された環境のｐＨが第１のｐＨ以下か否か、第２のｐＨ以下か否かおよび第３のｐＨ以上か否かをそれぞれ正確に検知することができる。
【００１０】
本発明のセンサー装置では、前記第１のｐＨは、３以上５以下であり、
前記第２のｐＨは、８以上１０以下であることが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の設置環境がアルカリから中性状態に近付いていることを事前に知ることができる。このようなことから、例えば、センサー装置をコンクリートの状態測定に用いた場合、コンクリート環境の中性化予測ができ、コンクリート中の鉄筋の腐食防止の対策を事前に行うことができる。また、第１の電極および第２の電極の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることもできる。
【００１１】
本発明のセンサー装置では、前記第３の金属材料は、前記第１の金属材料が前記第１の不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値よりも大きいｐＨとなったときに溶解することが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨ変化を被膜の溶解の有無により確実に検知することができる。
【００１２】
本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料は、鉄または鉄系合金であることが好ましい。
鉄または鉄系合金は比較的安価で入手が容易である。また、例えば、センサー装置をコンクリート構造物の状態測定に用いた場合、第１の金属材料をコンクリート構造物中の鉄筋と同一材料とすることが可能であり、第２の金属材料をコンクリート構造物中の鉄筋と同一材料とすることにより、コンクリート構造物中の鉄筋の腐蝕状態を効果的に検知することができる。
【００１３】
本発明のセンサー装置では、前記第２の金属材料は、鉄または鉄系合金であることが好ましい。
鉄または鉄系合金は比較的安価で入手が容易である。また、例えば、センサー装置をコンクリート構造物の状態測定に用いた場合、第２の金属材料をコンクリート構造物中の鉄筋と同一材料とすることが可能であり、第２の金属材料をコンクリート構造物中の鉄筋と同一材料とすることにより、コンクリート構造物中の鉄筋の腐蝕状態を効果的に検知することができる。
【００１４】
本発明のセンサー装置では、前記第２の金属材料は、不動態膜を形成しないことが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨ変化を第１の金属の不動態膜の有無により高精度に検知することができる。
本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料は、３以上５以下のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに前記第１の不動態膜を形成することが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることができる。
【００１５】
本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料は、８以上１０以下のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに前記第１の不動態膜を形成することが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の設置環境が中性状態に近付いていることを事前に知ることができる。このようなことから、例えば、センサー装置をコンクリートの状態測定に用いた場合、コンクリートの中性化および酸性化状況を把握でき、コンクリート中の鉄筋の腐食防止の対策を事前に行うことができる。
【００１６】
本発明のセンサー装置では、前記被膜は、前記第１の電極を覆う第１の被膜と、前記第１の被膜に対して離間して設けられ、前記第１の被膜とは異なる材料で構成されているとともに前記第２の電極を覆う第２の被膜とを有することが好ましい。
これにより、第１の被膜および第２の被膜が溶解する互いに異なる２つのタイミングおよびｐＨを検知することができる。
【００１７】
本発明のセンサー装置では、前記被膜は、前記第１の電極および前記第２の電極のうちのいずれか一方の電極を覆うことが好ましい。
これにより、被膜が溶解する１つのタイミングおよびｐＨを検知することができる。
本発明のセンサー装置では、前記測定対象物は、コンクリートであることが好ましい。
これにより、コンクリートのｐＨ変化に伴う状態変化を検知することができる。
【００１８】
本発明の測定方法は、本発明のセンサー装置の前記第１の電極および前記第２の電極を測定対象物内にそれぞれ埋設し、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象物の状態を測定することを特徴とする。
このような測定方法によれば、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨ変化に伴う不動態膜の有無により第１の電極と第２の電極との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
【００１９】
本発明の測定方法は、測定対象物内に、不動態膜を形成する第１の金属材料で構成された第１の電極と、前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極とのうちの少なくとも一方の電極を、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料とは異なる第３の金属材料で構成された被膜により覆った状態で、前記第１の電極および前記第２の電極をそれぞれ埋設し、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象物の状態を測定することを特徴とする。
このような測定方法によれば、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨ変化に伴う不動態膜の有無により第１の電極と第２の電極との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図である。
【図２】図１に示すセンサー装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す第１の電極、第２の電極および機能素子を説明するための平面図である。
【図４】図２に示す第１の電極、第２の電極を説明するための断面図（図３中のＡ−Ａ線断面図）である。
【図５】図２に示す機能素子を説明するための断面図（図３中のＢ−Ｂ線断面図）である。
【図６】図２に示す機能素子に備えられた差動増幅回路を示す回路図である。
【図７】図２に示す第１の電極および第２の電極のｐＨおよび電位と状態との関係の一例を示す図である。
【図８】図１に示すセンサー装置の作用の一例を説明するための図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るセンサー装置の第１の電極および第２の電極を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係るセンサー装置の第１の電極および第２の電極を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明のセンサー装置および測定方法の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図、図２は、図１に示すセンサー装置の概略構成を示すブロック図、図３は、図２に示す第１の電極、第２の電極および機能素子を説明するための平面図、図４は、図２に示す第１の電極、第２の電極を説明するための断面図（図３中のＡ−Ａ線断面図）、図５は、図２に示す機能素子を説明するための断面図（図３中のＢ−Ｂ線断面図）、図６は、図２に示す機能素子に備えられた差動増幅回路を示す回路図、図７は、図２に示す第１の電極および第２の電極のｐＨおよび電位と状態との関係の一例を示す図、図８は、図１に示すセンサー装置の作用の一例を説明するための図である。
【００２２】
なお、以下では、本発明のセンサー装置および測定方法をコンクリート構造物の品質測定に用いる場合を例に説明する。
図１に示すセンサー装置１は、コンクリート構造物１００の品質を測定するものである。
コンクリート構造物１００は、コンクリート１０１内に複数の鉄筋１０２が埋設されている。そして、センサー装置１は、コンクリート構造物１００のコンクリート１０１内の鉄筋１０２付近に埋設されている。なお、センサー装置１は、コンクリート構造物１００の打設する際に、コンクリート１０１の導入前に鉄筋に固定して埋め込んでもよいし、打設後に硬化したコンクリート１０１に穿孔して埋め込んでもよい。
【００２３】
このセンサー装置１は、本体２と、その本体２の表面に露出した第１の電極３および第２の電極４とを有する。本実施形態では、第１の電極３および第２の電極４は、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。また、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、電極面がコンクリート構造物１００の外表面に平行または略平行となるように設置されている。そして、センサー装置１は、ｐＨ変化に伴って、第１の電極３と第２の電極４との電位差が変化するように構成されている。特に、本実施形態のセンサー装置１は、第２の電極４を覆う被膜７を有する。なお、第１の電極３、第２の電極４および被膜７については、後に詳述する。
また、センサー装置１は、図２に示すように、第１の電極３および第２の電極４に電気的に接続された機能素子５１と、電源５２と、温度センサー５３と、通信用回路５４と、アンテナ５５と、発振器５６とを有し、これらが本体２内に収納されている。
【００２４】
以下、センサー装置１を構成する各部を順次説明する。
（本体）
本体２は、第１の電極３、第２の電極４および機能素子５１等を支持する機能を有する。
このような本体２は、図４および図５に示すように、第１の電極３、第２の電極４および機能素子５１を支持する基板２１を有する。なお、基板２１は、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６をも支持するが、図３〜５では、説明の便宜上、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６の図示を省略している。
【００２５】
この基板２１は、絶縁性を有する。基板２１としては、特に限定されず、例えば、アルミナ基板、樹脂基板等を用いることができる。
この基板２１上には、例えばソルダーレジストのような絶縁性の樹脂組成物で構成された絶縁層２３が設けられている。そして、この絶縁層２３を介して基板２１上には、第１の電極３、第２の電極４および機能素子５１が実装されている。
【００２６】
また、本体２は、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を収納する機能を有する。
特に、本体２は、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を液密的に収納するように構成されている。
具体的には、図４および図５に示すように、本体２は、封止部２４を有する。この封止部２４は、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を封止する機能を有する。これにより、センサー装置１を水分やコンクリートの存在下に設置した場合に、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６の劣化を防止することができる。
【００２７】
ここで、封止部２４は、開口部２４１を有し、この開口部２４１から第１の電極３および第２の電極４を露出させつつ、第１の電極３および第２の電極４以外の各部を覆うように設けられている（図３および図４参照）。これにより、封止部２４が第１の電極３および第２の電極４以外の各部の劣化を防止しつつ、センサー装置１が測定を行うことができる。なお、開口部２４１は、第１の電極３の少なくとも一部および第２の電極４の少なくとも一部を露出するように形成されていればよい。
封止部２４の構成材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、オレフィン系樹脂のような熱可塑性樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂のような熱硬化性樹脂等の各種樹脂材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２８】
（第１の電極、第２の電極）
第１の電極３および第２の電極４は、図４に示すように、それぞれ、前述した本体２の外表面上（より具体的には基板２１上）に設けられている。特に、第１の電極３および第２の電極４は、同一平面上に設けられている。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境の差が生じるのを防止することができる。
【００２９】
また、第１の電極３および第２の電極４は、互いに電位の影響を受けない程度（例えば数ｍｍ）に離間している。
本実施形態では、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、薄膜状をなしている。
このような第１の電極３は、不動態膜を形成する第１の金属材料（以下、単に「第１の金属材料」とも言う）で構成されている。このように構成された第１の電極３は、ｐＨの変化によって不動態膜が形成されたり破壊されたりする。このような第１の電極３に不動態膜が形成された状態では不活性（貴）であり、自然電位が高くなる（貴化する）。一方、第１の電極は、不動態膜が破壊された状態では活性（卑）である。そのため、第１の電極３の電位は、ｐＨ変化に伴う不動態膜の有無により急峻に変化する。
【００３０】
第１の金属材料としては、不動態膜が形成される限り、特に限定されないが、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｚｎまたはこれらを含む合金等が挙げられる。
Ｆｅは、ｐＨが９よりも大きいときに不動態膜を形成する（図７参照）。また、ＦｅＡｌ（Ａｌ０．８％）は、ｐＨが４よりも大きいときに不動態膜を形成する（図７参照。また、Ｎｉは、ｐＨが８〜１４であるときに不動態膜を形成する。また、Ｍｇは、ｐＨが１０．５よりも大きいときに不動態膜を形成する。また、Ｚｎは、ｐＨが６〜１２であるときに不動態膜を形成する。
【００３１】
中でも、第１の金属材料は、ＦｅまたはＦｅを含む合金（特に、Ａｌを０．１〜３．５ｗｔ％含むＦｅ系合金）、すなわち鉄系材料（炭素鋼）であるのが好ましい。鉄系材料は安価で入手が容易である。また、本実施形態のように、センサー装置１をコンクリート構造物１００の状態測定に用いた場合、第１の金属材料を鉄筋１０２と同一材料とすることが可能であり、第１の金属材料と鉄筋１０２とを同一材料とすることにより、鉄筋１０２の腐蝕状態を効果的に検知することができる。
【００３２】
一方、第２の電極４は、第１の金属材料とは異なる第２の金属材料（以下、単に「第２の金属材料」とも言う）で構成されている。このように構成された第２の電極４は、前述したように不動態膜の有無により第１の電極３の電位が変化する際に、急激な電位の変化がない。そのため、前述したように不動態膜の有無により第１の電極３の電位が変化する際に、第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境（本実施形態ではコンクリート１０１の鉄筋１０２付近）のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
【００３３】
第２の金属材料としては、第１の金属材料とは異なる金属材料であり、電極として機能し得るものであれば、特に限定されず、各種金属材料を用いることができる
また、第２の金属材料は、前述した第１の金属材料と異なる金属材料であれば、不動態膜を形成するものであってもよいし、不動態膜を形成しないものであってもよい。
第２の金属材料が不動態膜を形成するものである場合、第２の金属材料として、上述の第１の金属材料として例示した金属を挙げることができる。
【００３４】
本発明の好ましい態様においては、第１の金属材料が不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値を第１のｐＨ（第１の不動態化ｐＨ）とし、第２の金属材料が不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値を第２のｐＨ（第２の不動態化ｐＨ）としたとき、第１のｐＨおよび第２のｐＨが互いに異なる。すなわち、第１の金属材料は、第１のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成し、第２の金属材料は、第１のｐＨとは異なる第２のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成する。これにより、第１の電極３および第２の電極４が設置された環境のｐＨが第１のｐＨ以下か否かおよび第２のｐＨ以下か否かをそれぞれ正確に検知することができる。
【００３５】
この場合、第１のｐＨが３以上５以下であり、かつ、第２のｐＨが８以上１０以下であるのが好ましい。これにより、第２のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が酸性状態に近付いていることを事前に知ることができる。このようなことから、本実施形態にように、センサー装置１をコンクリート構造物１００の状態測定に用いた場合、鉄筋１０２の腐食防止の対策を事前に行うことができる。また、第１のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることもできる。
【００３６】
また、この場合、第２の金属材料は、ＦｅまたはＦｅを含む合金（特に、Ａｌを０．１〜３．５ｗｔ％含むＦｅ系合金）、すなわち鉄系材料であるのが好ましい。鉄系材料は安価で入手が容易である。また、本実施形態のように、センサー装置１をコンクリート構造物１００の状態測定に用いた場合、第２の金属材料を鉄筋１０２と同一材料とすることが可能であり、第２の金属材料を鉄筋１０２と同一材料とすることにより、鉄筋１０２の腐蝕状態を効果的に検知することができる。
【００３７】
一方、第２の金属材料が不動態膜を形成しないものである場合、第２の金属材料として、Ｐｔ、Ａｕ等を挙げることができる。第２の金属材料が不動態膜を形成しないものである場合、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が強アルカリ状態から中性状態へ変化するとき、その変化を１段階で正確に検知することができる。
この場合、第１の金属材料は、３以上５以下のｐＨ、または、８以上１０以下のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成するものであるのが好ましい。３以上５以下のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることができる。また、８以上１０以下のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が中性状態に近付いていることを事前に知ることができる。このようなことから、本実施形態のように、センサー装置１をコンクリート構造物１００の状態測定に用いた場合、鉄筋１０２の腐食防止の対策を事前に行うことができる。
【００３８】
このような第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法、金属箔の接合等により形成することができる。
【００３９】
（被膜）
被膜７は、第２の電極４を覆うように設けられている。
この被膜７は、第１の金属材料および第２の金属材料とは異なる第３の金属材料で構成されている。
第３の金属材料は、所定のｐＨよりも高いときに溶解するものである。これにより、所定のｐＨ以下の環境下では、第２の電極４が被膜７により覆われ、所定のｐＨよりも大きい環境下では、被膜７が溶解して消失し、第２の電極４がセンサー装置１の外部へ露出することとなる。
【００４０】
また、第３の金属材料は第２の金属材料とは異なるので、第２の電極４が被膜７により覆われた状態では、所定のｐＨよりも大きい環境下で、被膜７が溶解して電位は卑化する（下がる）。被膜７が消失した状態では、第２の電極４の不動態膜で覆われるため、貴化する(上がる)。溶解している状態と消失した状態とでは、第２の電極４の電位が異なることとなる。
【００４１】
また、第３の金属材料は第１の金属材料とは異なるので、上記のような２つの状態変化が生じるタイミングにおいて、第１の電極３の電位の安定化を図ることができる。
このようなことから、ｐＨ変化に伴う被膜７の溶解有無により第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、被膜７の有無によっても、第１の電極３および第２の電極４の設置環境のｐＨが設定値以上か否かを正確に検知することができる。
【００４２】
本実施形態では、被膜７が第２の電極４のみを覆っているので、被膜７が溶解する１つのタイミングおよびｐＨを検知することができる。なお、被膜７が第１の電極３のみを覆うようにしても、被膜７が溶解する１つのタイミングおよびｐＨを検知することができる。
第３の金属材料としては、第１の金属材料および第２の金属材料とことなる金属材料であり、かつ、所定のｐＨの範囲において溶解するものであれば、特に限定されないが、例えば、Ｚｎ、Ａｌまたはこれらを含む合金等が挙げられる。
【００４３】
また、第３の金属材料は、前述した第１の金属材料が不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値よりも大きいｐＨとなったときに溶解するのが好ましい。これにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境のｐＨ変化を被膜７の有無により高精度に検知することができる。
より具体的には、例えば、第１の金属材料および第２の金属材料がそれぞれ不動態膜を形成する金属材料である場合、第３の金属材料は、前述した第１のｐＨおよび第２のｐＨよりも大きいｐＨ（第３のｐＨ）となったときに溶解するのが好ましい。これにより、第１の電極３および第２の電極４が設置された環境のｐＨが第１のｐＨ以下か否か、第２のｐＨ以下か否かおよび第３のｐＨ以上か否かをそれぞれ正確に検知することができる。
【００４４】
また、第３の金属材料は、ｐＨ７以上で溶解するのが好ましい。また、第３の金属材料は、ｐＨ８を超えると溶解するもの（例えばＡｌ）、または、ｐＨ１０を超えると溶解するものであるの（例えばＺｎ）が好ましい。第３の金属材料がｐＨ８を超えると溶解する場合、第１の電極３および第２の電極４が設置された環境が弱アルカリ性に達したか否かを検知することができる。また、第３の金属材料がｐＨ１０を超えると溶解する場合、第１の電極３および第２の電極４が設置された環境が強アルカリ性であるか否かを検知することができる。
このような被膜７は、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法、金属箔の接合等により形成することができる。
【００４５】
（機能素子）
機能素子５１は、前述した本体２の内部に埋設されている。なお、機能素子５１は、前述した本体２の基板２１に対して第１の電極３および第２の電極４とは、同一面に設けても、反対側に設けても良い。
この機能素子５１は、第１の電極３と第２の電極４との電位差を測定する機能を有する。これにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、第１の電極３および第２の電極４の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを検知することができる。
【００４６】
また、機能素子５１は、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象物であるコンクリート構造物１００の測定対象部位のｐＨが設定値以下か否かを検知する機能をも有する。これにより、コンクリート構造物１００のｐＨ変化に伴う状態変化を検知することができる。
このような機能素子５１は、例えば、集積回路である。より具体的には、機能素子５１は、例えば、ＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）であり、図２に示すように、ＣＰＵ５１１と、Ａ／Ｄ変換回路５１２と、差動増幅回路５１４とを有する。
【００４７】
より具体的に説明すると、機能素子５１は、図５に示すように、基板５１３と、基板５１３上に設けられた複数のトランジスタ５１４ａ、５１４ｂ、５１４ｃと、トランジスタ５１４ａ、５１４ｂ、５１４ｃを覆う層間絶縁膜５１５ａ、５１５ｂと、配線および導体ポストを構成する導体部５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃ、５１６ｄ、５１６ｅ、５１５ｆと、保護膜２５と、電極パッドを構成する導体部６１、６２とを有する。
【００４８】
基板５１３は、例えばＳＯＩ基板であり、ＣＰＵ５１１およびＡ／Ｄ変換回路５１２が形成されている。基板５１３としてＳＯＩ基板を用いることにより、トランジスタ５１４ａ〜５１４ｃをＳＯＩ型ＭＯＳＦＥＴとすることができる。
複数のトランジスタ５１４ａ、５１４ｂ、５１４ｃは、それぞれ例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、差動増幅回路５１４の一部を構成するものである。
【００４９】
差動増幅回路５１４は、図６に示すように、３つのトランジスタ５１４ａ〜５１４ｃと、カレントミラー回路５１４ｄとで構成されている。
導体部５１６ａは、その一端がトランジスタ５１４ａのゲート電極に接続され、他端が前述した導体部５１６ｄに接続されている。導体部５１６ｄは、導体部６１を介して第１の電極３に電気的に接続されている。これにより、トランジスタ５１４ａのゲート電極と第１の電極３とが電気的に接続されている。そのため、第１の電極３の電位の変化に応じて、トランジスタ５１４ａのドレイン電流が変化する。
【００５０】
同様に、導体部５１６ｂは、その一端がトランジスタ５１４ｂのゲート電極に接続され、他端が前述した導体部５１６ｅに接続されている。導体部５１６ｅは、導体部６２を介して第２の電極４に電気的に接続されている。これにより、トランジスタ５１４ｂのゲート電極と第１の電極４とが電気的に接続されている。そのため、第２の電極４の電位の変化に応じて、トランジスタ５１４ｂのドレイン電流が変化する。
【００５１】
また、導体部５１６ｃは、その一端がトランジスタ５１４ｃのゲート電極に接続され、他端が前述した導体部５１６ｆに接続されている。
また、機能素子５１は、電源５２からの通電により作動する。電源５２は、機能素子５１を動作可能な電力を供給できるものであれば、特に限定されず、例えば、ボタン型電池のような電池であってもよいし、圧電素子のような発電機能を有する素子を用いた電源ものであってもよい。
【００５２】
また、機能素子５１は、温度センサー５３の検知温度情報を取得し得るように構成されている。これにより、測定部位の温度に関する情報も得ることができる。このような温度に関する情報を用いることにより、測定部位の状態をより正確に測定したり、測定部位の変化を高精度に予想したりすることができる。
温度センサー５３は、測定対象物であるコンクリート構造物１００の測定部位の温度を検知する機能を有する。このような温度センサー５３としては、特に限定されず、例えば、サーミスター、熱電対等の公知の様々な種類の温度センサーを用いることができる。
【００５３】
また、機能素子５１は、通信用回路５４を駆動制御する機能をも有する。例えば、機能素子５１は、第１の電極３と第２の電極４との電位差に関する情報（以下、単に「電位差情報」ともいう）と、測定部位のｐＨが設定値以下か否かに関する情報（以下、単に「ｐＨ情報」ともいう）とをそれぞれ通信用回路５４に入力する。また、機能素子５１は、温度センサー５３によって検知された温度に関する情報（以下、単に「温度情報」ともいう）も併せて通信用回路５４に入力する。
【００５４】
通信用回路５４は、アンテナ５５に給電する機能（送信機能）を有する。これにより、通信用回路５４は、入力された情報をアンテナ５５を介して無線送信することができる。送信された情報は、コンクリート構造物１００の外部に設けられた受信機（リーダー）で受信される。
この通信用回路５４は、例えば、電磁波を送信するための送信回路、信号を変調する機能を有する変調回路等を有する。なお、通信用回路５４は、信号の周波数を小さく変換する機能を有するダウンコンバータ回路、信号の周波数を大きく変換する機能を有するアップコンバータ回路、信号を増幅する機能を有する増幅回路、電磁波を受信するための受信回路、信号を復調する機能を有する復調回路等を有していてもよい。
【００５５】
また、アンテナ５５は、特に限定されないが、例えば、金属材料、カーボン等で構成され、巻線、薄膜等の形態をなす。
また、機能素子５１は、発振器５６からのクロック信号を取得し得るように構成されている。これにより、各回路の同期をとったり、各種情報に時刻情報を付加したりすることができる。
【００５６】
発振器５６は、特に限定されないが、例えば、水晶振動子を利用した発振回路で構成されている。
以上説明したように構成されたセンサー装置１を用いた測定方法（本発明の測定方法の一例）は、第２の電極４を被膜７で覆った状態で第１の電極３および第２の電極４を測定対象物であるコンクリート構造物１００内にそれぞれ埋設し、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、コンクリート構造物１００の状態を測定する。
【００５７】
以下、第１の電極３がＦｅＡｌ（Ａｌ０．８％）で構成され、第２の電極４がＦｅ(炭素鋼)で構成され、被膜７がＺｎで構成されている場合を一例として、センサー装置１の作用を説明する。
打設直後のコンクリート構造物１００において、通常、適切に打設されていれば、コンクリート１０１は強アルカリ性を呈する。そのため、このとき、被膜７は溶解し、第２の電極４の電位が卑化する（下がる）。図７に示すように、被膜７が完全に消失した後は、強アルカリ環境において、第１の電極３（ＦｅＡｌ）および第２の電極４（Ｆｅ）は、それぞれ、安定な不動態膜を形成する。すなわち、図８（ａ）に示すように、第１の電極３は、その表面に不動態膜３１が形成され、第２の電極４は、その表面に不動態膜４１が形成される。これにより、第１の電極３および第２の電極４の自然電位がそれぞれ上がっている（貴化している）。その結果、コンクリートの打設直後における第１の電極３と第２の電極４との電位差は、最初にＺｎ溶解により大きくなり、Ｚｎ消失後小さくなる。
【００５８】
なお、例えば、コンクリート構造物１００が適切に打設されておらず、コンクリート１０１が中性あるいは弱アルカリ性を呈する場合、被膜７は溶解せず、第１の電極３と第２の電極４との電位差が小さくなる。これにより、コンクリート構造物１００が適切に打設されていないことを検知することができる。一方、適切に打設されていれば、かかる電位差が大きくなり、被膜７（Ｚｎ）消失後電位差が小さくなる。
【００５９】
その後、コンクリート構造物１００は、二酸化炭素、酸性雨、排気ガス等の影響により、コンクリート１０１のｐＨが徐々に酸性側に変化していく。
そして、コンクリート１０１のｐＨが９程度にまで下がると、図８（ｂ）に示すように、第１の電極３は、その不動態膜３１が安定であり、自然電位の変化が少ないものの、第２の電極４は、その不動態膜が崩壊し始め、自然電位が下がる（卑化する）。これにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差が大きくなる。
【００６０】
また、コンクリート１０１のｐＨが４程度まで下がると、図８（ｃ）に示すように、第１の電極３も、その不動態膜が崩壊し始め、自然電位が下がる。このとき、第１の電極３および第２の電極４は、ともに自然電位が下がっているので、第１の電極３と第２の電極４との電位差は、再び小さくなる。なお、このとき、第１の電極３および第２の電極４の腐蝕がそれぞれ進む。
【００６１】
このように、コンクリート打設直後の強アルカリ性になるタイミング、ｐＨが９程度となるタイミングと、ｐＨが４程度となるタイミングとの３つのタイミングで、第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、打設直後に強アルカリとなったこと、測定部位のｐＨが９程度となったこと、および、測定部位のｐＨが４程度となったことをそれぞれ高精度に検知することができる。
【００６２】
このような検知結果を利用することにより、コンクリート構造物１００の打設後の品質の経時変化を長期にモニタリングすることができる。そのため、鉄筋１０２が腐蝕する前に、コンクリート１０１の劣化（中性化や塩分侵入）を把握することができる。これにより、鉄筋１０２が腐食する前に、コンクリート構造物１００に塗装や防腐剤混入モルタル等による補修工事を行うことが可能となる。
【００６３】
また、コンクリート構造物１００の打設時に異常があった否かを判断することもできる。そのため、コンクリート構造物１００の初期トラブルを防止し、コンクリート構造物１００の品質を向上させることができる。
以上説明したように第１実施形態のセンサー装置１およびこれを用いた測定方法によれば、第１の電極３および第２の電極４の設置環境（すなわちコンクリート１０１）のｐＨ変化に伴う不動態膜の有無および被膜７の有無により第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
【００６４】
また、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象物であるコンクリート構造物１００の第１の電極３および第２の電極４が埋設された部位のｐＨが設定値以下か否かを検知することができる。また、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象物であるコンクリート構造物１００の品質を測定することができる。これにより、コンクリート構造物１００のｐＨ変化に伴う状態変化を検知することができる。
【００６５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図９は、本発明の第２実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図である。
以下、第２実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態のセンサー装置は、第１の電極および第２の電極の平面視形状および数が異なる以外は、第１実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００６６】
本実施形態のセンサー装置１Ａは、本体２Ａと、その本体２Ａの表面に露出した複数の第１の電極３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３および複数の第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３と、第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３を覆う被膜７Ａ１、７Ａ２、７Ａ３とを有する。
本実施形態では、第１の電極３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３および第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３は、互いに離間するとともに同一面上に沿って設けられている。また、第１の電極３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３および第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３は、それぞれ、電極面がコンクリート構造物１００の外表面に対して垂直または略垂直となるように設置されている。
【００６７】
また、複数の第１の電極３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３は、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに異なる。具体的には、コンクリート構造物１００の外表面側から内側へ、複数の第１の電極３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３がこの順に並んで設けられている。
同様に、複数の第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３は、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに異なる。具体的には、コンクリート構造物１００の外表面側から内側へ、複数の第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３がこの順に並んで設けられている。
【００６８】
さらに、第１の電極３Ａ１および第２の電極４Ａ１は、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。また、第１の電極３Ａ２および第２の電極４Ａ２は、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。第１の電極３Ａ３および第２の電極４Ａ３は、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。
【００６９】
このような第１の電極３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３および第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３では、第１の電極３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３が、それぞれ、第１の金属材料で構成され、第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３が、それぞれ、第２の金属材料で構成されている。そして、第１の電極３Ａ１と第２の電極４Ａ１とが対をなし、第１の電極３Ａ２と第２の電極４Ａ２とが対をなし、第１の電極３Ａ３と第２の電極４Ａ３とが対をなす。
【００７０】
本実施形態では、センサー装置１Ａは、第１の電極３Ａ１と第２の電極４Ａ１との電位差、第１の電極３Ａ２と第２の電極４Ａ２との電位差、および、第１の電極３Ａ３と第２の電極４Ａ３との電位差をそれぞれ図示しない機能素子により測定することができるように構成されている。
また、第２の電極４Ａ１は、被膜７Ａ１により覆われ、第２の電極４Ａ２は、被膜７Ａ２により覆われ、第２の電極４Ａ３は、被膜７Ａ３により覆われている。
【００７１】
このような第２実施形態に係るセンサー装置１Ａによれば、第１の電極３Ａ１および第２の電極４Ａ１の設置環境、第１の電極３Ａ２および第２の電極４Ａ２の設置環境、および、第１の電極３Ａ３および第２の電極４Ａ３の設置環境のｐＨがそれぞれ設定値以下か否かを正確に検知することができる。このように、コンクリート構造物１００の外表面からの深さが異なる位置でのｐＨがそれぞれ設定値以下か否かを正確に検知することができる。これにより、コンクリート１０１のｐＨが酸性側に変化する速度を知ることができる。そのため、コンクリート構造物１００の中性化や塩害の予測を効果的に行うことができる。
【００７２】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図１０は、本発明の第３実施形態に係るセンサー装置の第１の電極および第２の電極を説明するための断面図である。
以下、第３実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００７３】
第３実施形態のセンサー装置は、第１の電極および第２の電極の双方が被膜により覆われている以外は、第１実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
本実施形態のセンサー装置１Ｂでは、第１の電極３を覆う第１の被膜７１と、第２の電極４を覆う第２の被膜７２とを有する。
【００７４】
第１の被膜７１および第２の被膜７２は、互いに離間して設けられ、かつ、互いに異なる材料で構成されている。
また、第１の被膜７１および第２の被膜７２は、それぞれ、第３の金属材料で構成されている。
このような第１の被膜７１および第２の被膜７２を設けることにより、第１の被膜７１および第２の被膜７２が溶解する互いに異なる２つのタイミングおよびｐＨを検知することができる。
【００７５】
また、第１の被膜７１および第２の被膜７２は、一方の被膜を構成する第３の金属材料がｐＨ８を超えると溶解するもの（例えばＡｌ）であり、他方の被膜を構成する第３の金属材料がｐＨ１０を超えると溶解するものであるの（例えばＺｎ）が好ましい。これにより、第１の電極３および第２の電極４が設置された環境が弱アルカリ性に達したか否かおよび強アルカリ性であるか否かをそれぞれ検知することができる。
【００７６】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
図１１は、本発明の第４実施形態に係るセンサー装置の第１の電極および第２の電極を説明するための平面図である。
以下、第４実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００７７】
第４実施形態のセンサー装置は、第１の電極および第２の電極の平面視形状が異なる以外は、第１実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
本実施形態のセンサー装置１Ｃは、本体２Ｃと、その本体２Ｃの表面に露出した第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃと、第２の電極Ｃを覆う被膜７Ｃとを有する。
【００７８】
第１の電極３Ｃは、複数の帯状部３２Ｃと、基部３３Ｃとを有し、櫛歯状をなしている。
複数の帯状部３２Ｃは、それぞれ、帯状をなしている。そして、複数の帯状部３２Ｃは、互いに間隔を隔てて並んで設けられている。基部３３Ｃは、複数の帯状部３２Ｃの一方の端同士を連結するとともに、導体部６１に接続されている。
【００７９】
同様に、第２の電極４Ｃは、複数の帯状部４２Ｃと、基部４３Ｃとを有し、櫛歯状をなしている。
複数の帯状部４２Ｃは、それぞれ、帯状をなしている。そして、複数の帯状部４２Ｃは、互いに間隔を隔てて並んで設けられている。基部４３Ｃは、複数の帯状部４２Ｃの一方の端同士を連結するとともに、導体部６２に接続されている。
このような第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃは、互いに噛み合うように配置されている。
【００８０】
そして、第２の電極４Ｃの複数の帯状部４２Ｃは、それぞれ、第３の金属材料で構成された被膜７Ｃにより覆われている。また、第２の電極４Ｃの複数の帯状部４２Ｃ側の部分も被膜７Ｃにより覆われている。なお、基部４３Ｃの導体部６２側の端部が被膜７により覆われていないが、その部分は、封止樹脂で構成された封止部２５により覆われている。
このように構成されたセンサー装置１Ｃによれば、第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃをコンクリート構造物の外表面に平行となるように設置した場合、第１の電極３Ｃと第２の電極４Ｃは、同一コンクリート深さ環境に設置されることになり、ｐＨ検知の精度を高めることができる。
以上、本発明のセンサー装置および測定方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８１】
例えば、本発明のセンサー装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。また、例えば、本発明の測定方法では、任意の目的の工程が１または２以上追加されてもよい。
また、前述した実施形態では第１の電極および第２の電極がそれぞれ基板上に設けられた場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、第１の電極および第２の電極は、例えば、センサー装置の本体の封止樹脂で構成された部分の外表面上に設けてもよい。
【００８２】
また、前述した実施形態では第１の電極および第２の電極がそれぞれ薄膜状をなす場合を例に説明したが、これに限定されず、第１の電極および第２の電極の形状は、それぞれ、例えば、ブロック状、線状等をなしていてもよい。また、前述した実施形態では第１の電極および第２の電極をそれぞれセンサー装置の本体の外表面に沿って設けているが、第１の電極および第２の電極をそれぞれセンサー装置の本体の外表面から突出させてもよい。
【００８３】
また、前述した実施形態では機能素子がＣＰＵ、Ａ／Ｄ変換回路および差動増幅回路を有する場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、機能素子には、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種駆動回路等の他の回路が組み込まれていてもよい。
また、前述した実施形態では第１の電極と第２の電極との電位差に関する情報をアクティブタグ通信により無線送信によりセンサー装置外部へ送信する場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、パッシブタグ通信を用いて情報をセンサー装置の外部へ送信してもよいし、有線により情報をセンサー装置の外部へ送信してもよい。
【００８４】
また、前述した実施形態では機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を本体２内に収納し、これらを第１の電極３および第２の電極４とともに測定対処物であるコンクリート構造物１００内に埋設する場合を例に説明したが、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を測定対象物の外部に設けてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１‥‥センサー装置 １Ａ‥‥センサー装置 １Ｂ‥‥センサー装置 １Ｃ‥‥センサー装置 ２‥‥本体 ２Ａ、２Ｃ‥‥本体 ３‥‥第１の電極 ４‥‥第２の電極 ７、７１、７２、７Ｃ‥‥被膜 ２１‥‥基板 ２２ａ‥‥導体部 ２２ｂ‥‥導体部 ２２ｃ‥‥導体部 ２３‥‥絶縁層 ２４‥‥封止部 ２５‥‥保護膜 ３１‥‥不動態膜 ３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３‥‥第１の電極 ４１‥‥不動態膜 ４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３‥‥第２の電極 ３２Ｃ、４２Ｃ‥‥帯状部 ３３Ｃ、４３Ｃ‥‥基部 ５１‥‥機能素子 ５２‥‥電源 ５３‥‥温度センサー ５４‥‥通信用回路 ５５‥‥アンテナ ５６‥‥発振器 ６１‥‥導体部 ６２‥‥導体部 １００‥‥コンクリート構造物 １０１‥‥コンクリート １０２‥‥鉄筋 ２４１‥‥開口部 ５１２‥‥変換回路 ５１３‥‥基板 ５１４‥‥差動増幅回路 ５１４ａ‥‥トランジスタ ５１４ｂ‥‥トランジスタ ５１４ｃ‥‥トランジスタ ５１４ｄ‥‥カレントミラー回路 ５１５ａ、５１５ｂ‥‥層間絶縁膜 ５１６ａ‥‥導体部 ５１６ｂ‥‥導体部 ５１６ｃ‥‥導体部 ５１６ｄ‥‥導体部 ５１６ｅ‥‥導体部 ５１６ｆ‥‥導体部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサー装置および測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
センサー装置としては、例えば、コンクリート中の鉄筋の腐蝕状態を測定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
施工直後のコンクリート構造物中のコンクリートは、通常、強アルカリ性を呈する。そのため、施工直後のコンクリート構造物中の鉄筋は、その表面に不動態膜が形成されるため、安定である。しかし、施工後に酸性雨や排気ガス等の影響を受けたコンクリート構造物は、コンクリートが徐々に酸性化していくため、鉄筋が腐食することとなる。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１に係るセンサー装置では、コンクリート構造物中の鉄筋と同種材料からなる細線をコンクリート構造物中に埋設し、腐蝕による細線の断線の有無を検知することにより、コンクリート中の鉄筋の腐蝕状況を予測する。
しかし、特許文献１に係るセンサー装置では、細線が腐蝕し始めてから断線するまでの間のコンクリート構造物中の鉄筋やコンクリートの状態（より具体的には、例えばｐＨや塩化物イオン濃度）を知ることができない。また、細線が腐蝕し始めてから断線するまでの間に、コンクリート構造物中の鉄筋の腐食が進行してしまう。そのため、コンクリート構造物中の鉄筋の腐蝕を完全には回避することができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１５３５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に係るセンサー装置では、細線が切断されたタイミングにより、コンクリート構造物中の鉄筋の腐食が始まった時期を知ることは可能である。しかし、特許文献１に係るセンサー装置では、鉄筋が施工された後、腐食が始まるまでの期間、時間の経過とともに変化する鉄筋やコンクリートの状態を把握することはできないという課題があった。
本発明の目的は、鉄筋が施工された後、腐食が始まるまでの期間、測定対象物の状態変化を測定し、得られた情報をコンクリート構造物の計画的な保全に活用することができるセンサー装置および測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のセンサー装置は、第１の金属材料で構成された第１の電極と、
前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極と、
前記第１の電極および前記第２の電極のうちの少なくとも一方の電極を覆うように設けられ、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料とは異なる第３の金属材料で構成された被膜と、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差を測定する機能を有する機能素子とを有し、
前記第１の金属材料は、測定部位のｐＨ変化に伴って、表面に第１の不動態膜が形成するかまたは表面に存在した第１の不動態膜を消失する金属であり、
ｐＨ変化に伴う前記第１の不動態膜および前記被膜のそれぞれの有無により前記第１の電極と前記第２の電極との電位差が変化することを特徴とする。
このように構成されたセンサー装置によれば、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨ変化に伴う不動態膜および被膜のそれぞれの有無により第１の電極と第２の電極との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
【０００７】
本発明のセンサー装置では、前記機能素子は、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、測定対象物の測定対象部位のｐＨが設定値以下か否かを検知する機能をも有することが好ましい。
これにより、第１の電極と第２の電極との電位差に基づいて、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを検知することができる。
【０００８】
本発明のセンサー装置では、前記第２の金属材料は、測定部位のｐＨ変化に伴って、表面に第２の不動態膜が形成するかまたは表面に存在した第２の不動態膜を消失する金属であり、
前記第１の金属材料は、第１のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに第１の不動態膜を形成し、
前記第２の金属材料は、第２のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに第２の不動態膜を形成し、
前記第１のｐＨと前記第２のｐＨとは異なることが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極が設置された環境のｐＨが第１のｐＨ以下か否かおよび第２のｐＨ以下か否かをそれぞれ正確に検知することができる。
【０００９】
本発明のセンサー装置では、前記第３の金属材料は、第３のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに溶解し、
前記第３のｐＨは、前記第１のｐＨおよび前記第２のｐＨとは異なることが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極が設置された環境のｐＨが第１のｐＨ以下か否か、第２のｐＨ以下か否かおよび第３のｐＨ以上か否かをそれぞれ正確に検知することができる。
【００１０】
本発明のセンサー装置では、前記第１のｐＨは、３以上５以下であり、
前記第２のｐＨは、８以上１０以下であることが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の設置環境がアルカリから中性状態に近付いていることを事前に知ることができる。このようなことから、例えば、センサー装置をコンクリートの状態測定に用いた場合、コンクリート環境の中性化予測ができ、コンクリート中の鉄筋の腐食防止の対策を事前に行うことができる。また、第１の電極および第２の電極の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることもできる。
【００１１】
本発明のセンサー装置では、前記第３の金属材料は、前記第１の金属材料が前記第１の不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値よりも大きいｐＨとなったときに溶解することが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨ変化を被膜の溶解の有無により確実に検知することができる。
【００１２】
本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料は、鉄または鉄系合金であることが好ましい。
鉄または鉄系合金は比較的安価で入手が容易である。また、例えば、センサー装置をコンクリート構造物の状態測定に用いた場合、第１の金属材料をコンクリート構造物中の鉄筋と同一材料とすることが可能であり、第２の金属材料をコンクリート構造物中の鉄筋と同一材料とすることにより、コンクリート構造物中の鉄筋の腐蝕状態を効果的に検知することができる。
【００１３】
本発明のセンサー装置では、前記第２の金属材料は、鉄または鉄系合金であることが好ましい。
鉄または鉄系合金は比較的安価で入手が容易である。また、例えば、センサー装置をコンクリート構造物の状態測定に用いた場合、第２の金属材料をコンクリート構造物中の鉄筋と同一材料とすることが可能であり、第２の金属材料をコンクリート構造物中の鉄筋と同一材料とすることにより、コンクリート構造物中の鉄筋の腐蝕状態を効果的に検知することができる。
【００１４】
本発明のセンサー装置では、前記第２の金属材料は、不動態膜を形成しないことが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨ変化を第１の金属の不動態膜の有無により高精度に検知することができる。
本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料は、３以上５以下のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに前記第１の不動態膜を形成することが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることができる。
【００１５】
本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料は、８以上１０以下のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに前記第１の不動態膜を形成することが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の設置環境が中性状態に近付いていることを事前に知ることができる。このようなことから、例えば、センサー装置をコンクリートの状態測定に用いた場合、コンクリートの中性化および酸性化状況を把握でき、コンクリート中の鉄筋の腐食防止の対策を事前に行うことができる。
【００１６】
本発明のセンサー装置では、前記被膜は、前記第１の電極を覆う第１の被膜と、前記第１の被膜に対して離間して設けられ、前記第１の被膜とは異なる材料で構成されているとともに前記第２の電極を覆う第２の被膜とを有することが好ましい。
これにより、第１の被膜および第２の被膜が溶解する互いに異なる２つのタイミングおよびｐＨを検知することができる。
【００１７】
本発明のセンサー装置では、前記被膜は、前記第１の電極および前記第２の電極のうちのいずれか一方の電極を覆うことが好ましい。
これにより、被膜が溶解する１つのタイミングおよびｐＨを検知することができる。
本発明のセンサー装置では、前記測定対象物は、コンクリートであることが好ましい。
これにより、コンクリートのｐＨ変化に伴う状態変化を検知することができる。
【００１８】
本発明の測定方法は、本発明のセンサー装置の前記第１の電極および前記第２の電極を測定対象物内にそれぞれ埋設し、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象物の状態を測定することを特徴とする。
このような測定方法によれば、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨ変化に伴う不動態膜の有無により第１の電極と第２の電極との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
【００１９】
本発明の測定方法は、測定対象物内に、不動態膜を形成する第１の金属材料で構成された第１の電極と、前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極とのうちの少なくとも一方の電極を、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料とは異なる第３の金属材料で構成された被膜により覆った状態で、前記第１の電極および前記第２の電極をそれぞれ埋設し、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象物の状態を測定することを特徴とする。
このような測定方法によれば、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨ変化に伴う不動態膜の有無により第１の電極と第２の電極との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極および第２の電極の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図である。
【図２】図１に示すセンサー装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す第１の電極、第２の電極および機能素子を説明するための平面図である。
【図４】図２に示す第１の電極、第２の電極を説明するための断面図（図３中のＡ−Ａ線断面図）である。
【図５】図２に示す機能素子を説明するための断面図（図３中のＢ−Ｂ線断面図）である。
【図６】図２に示す機能素子に備えられた差動増幅回路を示す回路図である。
【図７】図２に示す第１の電極および第２の電極のｐＨおよび電位と状態との関係の一例を示す図である。
【図８】図１に示すセンサー装置の作用の一例を説明するための図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係るセンサー装置の第１の電極および第２の電極を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係るセンサー装置の第１の電極および第２の電極を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明のセンサー装置および測定方法の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図、図２は、図１に示すセンサー装置の概略構成を示すブロック図、図３は、図２に示す第１の電極、第２の電極および機能素子を説明するための平面図、図４は、図２に示す第１の電極、第２の電極を説明するための断面図（図３中のＡ−Ａ線断面図）、図５は、図２に示す機能素子を説明するための断面図（図３中のＢ−Ｂ線断面図）、図６は、図２に示す機能素子に備えられた差動増幅回路を示す回路図、図７は、図２に示す第１の電極および第２の電極のｐＨおよび電位と状態との関係の一例を示す図、図８は、図１に示すセンサー装置の作用の一例を説明するための図である。
【００２２】
なお、以下では、本発明のセンサー装置および測定方法をコンクリート構造物の品質測定に用いる場合を例に説明する。
図１に示すセンサー装置１は、コンクリート構造物１００の品質を測定するものである。
コンクリート構造物１００は、コンクリート１０１内に複数の鉄筋１０２が埋設されている。そして、センサー装置１は、コンクリート構造物１００のコンクリート１０１内の鉄筋１０２付近に埋設されている。なお、センサー装置１は、コンクリート構造物１００の打設する際に、コンクリート１０１の導入前に鉄筋に固定して埋め込んでもよいし、打設後に硬化したコンクリート１０１に穿孔して埋め込んでもよい。
【００２３】
このセンサー装置１は、本体２と、その本体２の表面に露出した第１の電極３および第２の電極４とを有する。本実施形態では、第１の電極３および第２の電極４は、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。また、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、電極面がコンクリート構造物１００の外表面に平行または略平行となるように設置されている。そして、センサー装置１は、ｐＨ変化に伴って、第１の電極３と第２の電極４との電位差が変化するように構成されている。特に、本実施形態のセンサー装置１は、第２の電極４を覆う被膜７を有する。なお、第１の電極３、第２の電極４および被膜７については、後に詳述する。
また、センサー装置１は、図２に示すように、第１の電極３および第２の電極４に電気的に接続された機能素子５１と、電源５２と、温度センサー５３と、通信用回路５４と、アンテナ５５と、発振器５６とを有し、これらが本体２内に収納されている。
【００２４】
以下、センサー装置１を構成する各部を順次説明する。
（本体）
本体２は、第１の電極３、第２の電極４および機能素子５１等を支持する機能を有する。
このような本体２は、図４および図５に示すように、第１の電極３、第２の電極４および機能素子５１を支持する基板２１を有する。なお、基板２１は、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６をも支持するが、図３〜５では、説明の便宜上、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６の図示を省略している。
【００２５】
この基板２１は、絶縁性を有する。基板２１としては、特に限定されず、例えば、アルミナ基板、樹脂基板等を用いることができる。
この基板２１上には、例えばソルダーレジストのような絶縁性の樹脂組成物で構成された絶縁層２３が設けられている。そして、この絶縁層２３を介して基板２１上には、第１の電極３、第２の電極４および機能素子５１が実装されている。
【００２６】
また、本体２は、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を収納する機能を有する。
特に、本体２は、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を液密的に収納するように構成されている。
具体的には、図４および図５に示すように、本体２は、封止部２４を有する。この封止部２４は、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を封止する機能を有する。これにより、センサー装置１を水分やコンクリートの存在下に設置した場合に、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６の劣化を防止することができる。
【００２７】
ここで、封止部２４は、開口部２４１を有し、この開口部２４１から第１の電極３および第２の電極４を露出させつつ、第１の電極３および第２の電極４以外の各部を覆うように設けられている（図３および図４参照）。これにより、封止部２４が第１の電極３および第２の電極４以外の各部の劣化を防止しつつ、センサー装置１が測定を行うことができる。なお、開口部２４１は、第１の電極３の少なくとも一部および第２の電極４の少なくとも一部を露出するように形成されていればよい。
封止部２４の構成材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、オレフィン系樹脂のような熱可塑性樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂のような熱硬化性樹脂等の各種樹脂材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００２８】
（第１の電極、第２の電極）
第１の電極３および第２の電極４は、図４に示すように、それぞれ、前述した本体２の外表面上（より具体的には基板２１上）に設けられている。特に、第１の電極３および第２の電極４は、同一平面上に設けられている。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境の差が生じるのを防止することができる。
【００２９】
また、第１の電極３および第２の電極４は、互いに電位の影響を受けない程度（例えば数ｍｍ）に離間している。
本実施形態では、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、薄膜状をなしている。
このような第１の電極３は、不動態膜を形成する第１の金属材料（以下、単に「第１の金属材料」とも言う）で構成されている。このように構成された第１の電極３は、ｐＨの変化によって不動態膜が形成されたり破壊されたりする。このような第１の電極３に不動態膜が形成された状態では不活性（貴）であり、自然電位が高くなる（貴化する）。一方、第１の電極は、不動態膜が破壊された状態では活性（卑）である。そのため、第１の電極３の電位は、ｐＨ変化に伴う不動態膜の有無により急峻に変化する。
【００３０】
第１の金属材料としては、不動態膜が形成される限り、特に限定されないが、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｚｎまたはこれらを含む合金等が挙げられる。
Ｆｅは、ｐＨが９よりも大きいときに不動態膜を形成する（図７参照）。また、ＦｅＡｌ（Ａｌ０．８％）は、ｐＨが４よりも大きいときに不動態膜を形成する（図７参照。また、Ｎｉは、ｐＨが８〜１４であるときに不動態膜を形成する。また、Ｍｇは、ｐＨが１０．５よりも大きいときに不動態膜を形成する。また、Ｚｎは、ｐＨが６〜１２であるときに不動態膜を形成する。
【００３１】
中でも、第１の金属材料は、ＦｅまたはＦｅを含む合金（特に、Ａｌを０．１〜３．５ｗｔ％含むＦｅ系合金）、すなわち鉄系材料（炭素鋼）であるのが好ましい。鉄系材料は安価で入手が容易である。また、本実施形態のように、センサー装置１をコンクリート構造物１００の状態測定に用いた場合、第１の金属材料を鉄筋１０２と同一材料とすることが可能であり、第１の金属材料と鉄筋１０２とを同一材料とすることにより、鉄筋１０２の腐蝕状態を効果的に検知することができる。
【００３２】
一方、第２の電極４は、第１の金属材料とは異なる第２の金属材料（以下、単に「第２の金属材料」とも言う）で構成されている。このように構成された第２の電極４は、前述したように不動態膜の有無により第１の電極３の電位が変化する際に、急激な電位の変化がない。そのため、前述したように不動態膜の有無により第１の電極３の電位が変化する際に、第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境（本実施形態ではコンクリート１０１の鉄筋１０２付近）のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
【００３３】
第２の金属材料としては、第１の金属材料とは異なる金属材料であり、電極として機能し得るものであれば、特に限定されず、各種金属材料を用いることができる
また、第２の金属材料は、前述した第１の金属材料と異なる金属材料であれば、不動態膜を形成するものであってもよいし、不動態膜を形成しないものであってもよい。
第２の金属材料が不動態膜を形成するものである場合、第２の金属材料として、上述の第１の金属材料として例示した金属を挙げることができる。
【００３４】
本発明の好ましい態様においては、第１の金属材料が不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値を第１のｐＨ（第１の不動態化ｐＨ）とし、第２の金属材料が不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値を第２のｐＨ（第２の不動態化ｐＨ）としたとき、第１のｐＨおよび第２のｐＨが互いに異なる。すなわち、第１の金属材料は、第１のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成し、第２の金属材料は、第１のｐＨとは異なる第２のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成する。これにより、第１の電極３および第２の電極４が設置された環境のｐＨが第１のｐＨ以下か否かおよび第２のｐＨ以下か否かをそれぞれ正確に検知することができる。
【００３５】
この場合、第１のｐＨが３以上５以下であり、かつ、第２のｐＨが８以上１０以下であるのが好ましい。これにより、第２のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が酸性状態に近付いていることを事前に知ることができる。このようなことから、本実施形態にように、センサー装置１をコンクリート構造物１００の状態測定に用いた場合、鉄筋１０２の腐食防止の対策を事前に行うことができる。また、第１のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることもできる。
【００３６】
また、この場合、第２の金属材料は、ＦｅまたはＦｅを含む合金（特に、Ａｌを０．１〜３．５ｗｔ％含むＦｅ系合金）、すなわち鉄系材料であるのが好ましい。鉄系材料は安価で入手が容易である。また、本実施形態のように、センサー装置１をコンクリート構造物１００の状態測定に用いた場合、第２の金属材料を鉄筋１０２と同一材料とすることが可能であり、第２の金属材料を鉄筋１０２と同一材料とすることにより、鉄筋１０２の腐蝕状態を効果的に検知することができる。
【００３７】
一方、第２の金属材料が不動態膜を形成しないものである場合、第２の金属材料として、Ｐｔ、Ａｕ等を挙げることができる。第２の金属材料が不動態膜を形成しないものである場合、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が強アルカリ状態から中性状態へ変化するとき、その変化を１段階で正確に検知することができる。
この場合、第１の金属材料は、３以上５以下のｐＨ、または、８以上１０以下のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成するものであるのが好ましい。３以上５以下のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることができる。また、８以上１０以下のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が中性状態に近付いていることを事前に知ることができる。このようなことから、本実施形態のように、センサー装置１をコンクリート構造物１００の状態測定に用いた場合、鉄筋１０２の腐食防止の対策を事前に行うことができる。
【００３８】
このような第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法、金属箔の接合等により形成することができる。
【００３９】
（被膜）
被膜７は、第２の電極４を覆うように設けられている。
この被膜７は、第１の金属材料および第２の金属材料とは異なる第３の金属材料で構成されている。
第３の金属材料は、所定のｐＨよりも高いときに溶解するものである。これにより、所定のｐＨ以下の環境下では、第２の電極４が被膜７により覆われ、所定のｐＨよりも大きい環境下では、被膜７が溶解して消失し、第２の電極４がセンサー装置１の外部へ露出することとなる。
【００４０】
また、第３の金属材料は第２の金属材料とは異なるので、第２の電極４が被膜７により覆われた状態では、所定のｐＨよりも大きい環境下で、被膜７が溶解して電位は卑化する（下がる）。被膜７が消失した状態では、第２の電極４の不動態膜で覆われるため、貴化する(上がる)。溶解している状態と消失した状態とでは、第２の電極４の電位が異なることとなる。
【００４１】
また、第３の金属材料は第１の金属材料とは異なるので、上記のような２つの状態変化が生じるタイミングにおいて、第１の電極３の電位の安定化を図ることができる。
このようなことから、ｐＨ変化に伴う被膜７の溶解有無により第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、被膜７の有無によっても、第１の電極３および第２の電極４の設置環境のｐＨが設定値以上か否かを正確に検知することができる。
【００４２】
本実施形態では、被膜７が第２の電極４のみを覆っているので、被膜７が溶解する１つのタイミングおよびｐＨを検知することができる。なお、被膜７が第１の電極３のみを覆うようにしても、被膜７が溶解する１つのタイミングおよびｐＨを検知することができる。
第３の金属材料としては、第１の金属材料および第２の金属材料とことなる金属材料であり、かつ、所定のｐＨの範囲において溶解するものであれば、特に限定されないが、例えば、Ｚｎ、Ａｌまたはこれらを含む合金等が挙げられる。
【００４３】
また、第３の金属材料は、前述した第１の金属材料が不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値よりも大きいｐＨとなったときに溶解するのが好ましい。これにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境のｐＨ変化を被膜７の有無により高精度に検知することができる。
より具体的には、例えば、第１の金属材料および第２の金属材料がそれぞれ不動態膜を形成する金属材料である場合、第３の金属材料は、前述した第１のｐＨおよび第２のｐＨよりも大きいｐＨ（第３のｐＨ）となったときに溶解するのが好ましい。これにより、第１の電極３および第２の電極４が設置された環境のｐＨが第１のｐＨ以下か否か、第２のｐＨ以下か否かおよび第３のｐＨ以上か否かをそれぞれ正確に検知することができる。
【００４４】
また、第３の金属材料は、ｐＨ７以上で溶解するのが好ましい。また、第３の金属材料は、ｐＨ８を超えると溶解するもの（例えばＡｌ）、または、ｐＨ１０を超えると溶解するものであるの（例えばＺｎ）が好ましい。第３の金属材料がｐＨ８を超えると溶解する場合、第１の電極３および第２の電極４が設置された環境が弱アルカリ性に達したか否かを検知することができる。また、第３の金属材料がｐＨ１０を超えると溶解する場合、第１の電極３および第２の電極４が設置された環境が強アルカリ性であるか否かを検知することができる。
このような被膜７は、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法、金属箔の接合等により形成することができる。
【００４５】
（機能素子）
機能素子５１は、前述した本体２の内部に埋設されている。なお、機能素子５１は、前述した本体２の基板２１に対して第１の電極３および第２の電極４とは、同一面に設けても、反対側に設けても良い。
この機能素子５１は、第１の電極３と第２の電極４との電位差を測定する機能を有する。これにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、第１の電極３および第２の電極４の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを検知することができる。
【００４６】
また、機能素子５１は、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象物であるコンクリート構造物１００の測定対象部位のｐＨが設定値以下か否かを検知する機能をも有する。これにより、コンクリート構造物１００のｐＨ変化に伴う状態変化を検知することができる。
このような機能素子５１は、例えば、集積回路である。より具体的には、機能素子５１は、例えば、ＭＣＵ（マイクロコントロールユニット）であり、図２に示すように、ＣＰＵ５１１と、Ａ／Ｄ変換回路５１２と、差動増幅回路５１４とを有する。
【００４７】
より具体的に説明すると、機能素子５１は、図５に示すように、基板５１３と、基板５１３上に設けられた複数のトランジスタ５１４ａ、５１４ｂ、５１４ｃと、トランジスタ５１４ａ、５１４ｂ、５１４ｃを覆う層間絶縁膜５１５ａ、５１５ｂと、配線および導体ポストを構成する導体部５１６ａ、５１６ｂ、５１６ｃ、５１６ｄ、５１６ｅ、５１５ｆと、保護膜２５と、電極パッドを構成する導体部６１、６２とを有する。
【００４８】
基板５１３は、例えばＳＯＩ基板であり、ＣＰＵ５１１およびＡ／Ｄ変換回路５１２が形成されている。基板５１３としてＳＯＩ基板を用いることにより、トランジスタ５１４ａ〜５１４ｃをＳＯＩ型ＭＯＳＦＥＴとすることができる。
複数のトランジスタ５１４ａ、５１４ｂ、５１４ｃは、それぞれ例えば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、差動増幅回路５１４の一部を構成するものである。
【００４９】
差動増幅回路５１４は、図６に示すように、３つのトランジスタ５１４ａ〜５１４ｃと、カレントミラー回路５１４ｄとで構成されている。
導体部５１６ａは、その一端がトランジスタ５１４ａのゲート電極に接続され、他端が前述した導体部５１６ｄに接続されている。導体部５１６ｄは、導体部６１を介して第１の電極３に電気的に接続されている。これにより、トランジスタ５１４ａのゲート電極と第１の電極３とが電気的に接続されている。そのため、第１の電極３の電位の変化に応じて、トランジスタ５１４ａのドレイン電流が変化する。
【００５０】
同様に、導体部５１６ｂは、その一端がトランジスタ５１４ｂのゲート電極に接続され、他端が前述した導体部５１６ｅに接続されている。導体部５１６ｅは、導体部６２を介して第２の電極４に電気的に接続されている。これにより、トランジスタ５１４ｂのゲート電極と第１の電極４とが電気的に接続されている。そのため、第２の電極４の電位の変化に応じて、トランジスタ５１４ｂのドレイン電流が変化する。
【００５１】
また、導体部５１６ｃは、その一端がトランジスタ５１４ｃのゲート電極に接続され、他端が前述した導体部５１６ｆに接続されている。
また、機能素子５１は、電源５２からの通電により作動する。電源５２は、機能素子５１を動作可能な電力を供給できるものであれば、特に限定されず、例えば、ボタン型電池のような電池であってもよいし、圧電素子のような発電機能を有する素子を用いた電源ものであってもよい。
【００５２】
また、機能素子５１は、温度センサー５３の検知温度情報を取得し得るように構成されている。これにより、測定部位の温度に関する情報も得ることができる。このような温度に関する情報を用いることにより、測定部位の状態をより正確に測定したり、測定部位の変化を高精度に予想したりすることができる。
温度センサー５３は、測定対象物であるコンクリート構造物１００の測定部位の温度を検知する機能を有する。このような温度センサー５３としては、特に限定されず、例えば、サーミスター、熱電対等の公知の様々な種類の温度センサーを用いることができる。
【００５３】
また、機能素子５１は、通信用回路５４を駆動制御する機能をも有する。例えば、機能素子５１は、第１の電極３と第２の電極４との電位差に関する情報（以下、単に「電位差情報」ともいう）と、測定部位のｐＨが設定値以下か否かに関する情報（以下、単に「ｐＨ情報」ともいう）とをそれぞれ通信用回路５４に入力する。また、機能素子５１は、温度センサー５３によって検知された温度に関する情報（以下、単に「温度情報」ともいう）も併せて通信用回路５４に入力する。
【００５４】
通信用回路５４は、アンテナ５５に給電する機能（送信機能）を有する。これにより、通信用回路５４は、入力された情報をアンテナ５５を介して無線送信することができる。送信された情報は、コンクリート構造物１００の外部に設けられた受信機（リーダー）で受信される。
この通信用回路５４は、例えば、電磁波を送信するための送信回路、信号を変調する機能を有する変調回路等を有する。なお、通信用回路５４は、信号の周波数を小さく変換する機能を有するダウンコンバータ回路、信号の周波数を大きく変換する機能を有するアップコンバータ回路、信号を増幅する機能を有する増幅回路、電磁波を受信するための受信回路、信号を復調する機能を有する復調回路等を有していてもよい。
【００５５】
また、アンテナ５５は、特に限定されないが、例えば、金属材料、カーボン等で構成され、巻線、薄膜等の形態をなす。
また、機能素子５１は、発振器５６からのクロック信号を取得し得るように構成されている。これにより、各回路の同期をとったり、各種情報に時刻情報を付加したりすることができる。
【００５６】
発振器５６は、特に限定されないが、例えば、水晶振動子を利用した発振回路で構成されている。
以上説明したように構成されたセンサー装置１を用いた測定方法（本発明の測定方法の一例）は、第２の電極４を被膜７で覆った状態で第１の電極３および第２の電極４を測定対象物であるコンクリート構造物１００内にそれぞれ埋設し、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、コンクリート構造物１００の状態を測定する。
【００５７】
以下、第１の電極３がＦｅＡｌ（Ａｌ０．８％）で構成され、第２の電極４がＦｅ(炭素鋼)で構成され、被膜７がＺｎで構成されている場合を一例として、センサー装置１の作用を説明する。
打設直後のコンクリート構造物１００において、通常、適切に打設されていれば、コンクリート１０１は強アルカリ性を呈する。そのため、このとき、被膜７は溶解し、第２の電極４の電位が卑化する（下がる）。図７に示すように、被膜７が完全に消失した後は、強アルカリ環境において、第１の電極３（ＦｅＡｌ）および第２の電極４（Ｆｅ）は、それぞれ、安定な不動態膜を形成する。すなわち、図８（ａ）に示すように、第１の電極３は、その表面に不動態膜３１が形成され、第２の電極４は、その表面に不動態膜４１が形成される。これにより、第１の電極３および第２の電極４の自然電位がそれぞれ上がっている（貴化している）。その結果、コンクリートの打設直後における第１の電極３と第２の電極４との電位差は、最初にＺｎ溶解により大きくなり、Ｚｎ消失後小さくなる。
【００５８】
なお、例えば、コンクリート構造物１００が適切に打設されておらず、コンクリート１０１が中性あるいは弱アルカリ性を呈する場合、被膜７は溶解せず、第１の電極３と第２の電極４との電位差が小さくなる。これにより、コンクリート構造物１００が適切に打設されていないことを検知することができる。一方、適切に打設されていれば、かかる電位差が大きくなり、被膜７（Ｚｎ）消失後電位差が小さくなる。
【００５９】
その後、コンクリート構造物１００は、二酸化炭素、酸性雨、排気ガス等の影響により、コンクリート１０１のｐＨが徐々に酸性側に変化していく。
そして、コンクリート１０１のｐＨが９程度にまで下がると、図８（ｂ）に示すように、第１の電極３は、その不動態膜３１が安定であり、自然電位の変化が少ないものの、第２の電極４は、その不動態膜が崩壊し始め、自然電位が下がる（卑化する）。これにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差が大きくなる。
【００６０】
また、コンクリート１０１のｐＨが４程度まで下がると、図８（ｃ）に示すように、第１の電極３も、その不動態膜が崩壊し始め、自然電位が下がる。このとき、第１の電極３および第２の電極４は、ともに自然電位が下がっているので、第１の電極３と第２の電極４との電位差は、再び小さくなる。なお、このとき、第１の電極３および第２の電極４の腐蝕がそれぞれ進む。
【００６１】
このように、コンクリート打設直後の強アルカリ性になるタイミング、ｐＨが９程度となるタイミングと、ｐＨが４程度となるタイミングとの３つのタイミングで、第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、打設直後に強アルカリとなったこと、測定部位のｐＨが９程度となったこと、および、測定部位のｐＨが４程度となったことをそれぞれ高精度に検知することができる。
【００６２】
このような検知結果を利用することにより、コンクリート構造物１００の打設後の品質の経時変化を長期にモニタリングすることができる。そのため、鉄筋１０２が腐蝕する前に、コンクリート１０１の劣化（中性化や塩分侵入）を把握することができる。これにより、鉄筋１０２が腐食する前に、コンクリート構造物１００に塗装や防腐剤混入モルタル等による補修工事を行うことが可能となる。
【００６３】
また、コンクリート構造物１００の打設時に異常があった否かを判断することもできる。そのため、コンクリート構造物１００の初期トラブルを防止し、コンクリート構造物１００の品質を向上させることができる。
以上説明したように第１実施形態のセンサー装置１およびこれを用いた測定方法によれば、第１の電極３および第２の電極４の設置環境（すなわちコンクリート１０１）のｐＨ変化に伴う不動態膜の有無および被膜７の有無により第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
【００６４】
また、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象物であるコンクリート構造物１００の第１の電極３および第２の電極４が埋設された部位のｐＨが設定値以下か否かを検知することができる。また、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象物であるコンクリート構造物１００の品質を測定することができる。これにより、コンクリート構造物１００のｐＨ変化に伴う状態変化を検知することができる。
【００６５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図９は、本発明の第２実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図である。
以下、第２実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態のセンサー装置は、第１の電極および第２の電極の平面視形状および数が異なる以外は、第１実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００６６】
本実施形態のセンサー装置１Ａは、本体２Ａと、その本体２Ａの表面に露出した複数の第１の電極３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３および複数の第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３と、第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３を覆う被膜７Ａ１、７Ａ２、７Ａ３とを有する。
本実施形態では、第１の電極３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３および第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３は、互いに離間するとともに同一面上に沿って設けられている。また、第１の電極３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３および第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３は、それぞれ、電極面がコンクリート構造物１００の外表面に対して垂直または略垂直となるように設置されている。
【００６７】
また、複数の第１の電極３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３は、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに異なる。具体的には、コンクリート構造物１００の外表面側から内側へ、複数の第１の電極３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３がこの順に並んで設けられている。
同様に、複数の第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３は、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに異なる。具体的には、コンクリート構造物１００の外表面側から内側へ、複数の第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３がこの順に並んで設けられている。
【００６８】
さらに、第１の電極３Ａ１および第２の電極４Ａ１は、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。また、第１の電極３Ａ２および第２の電極４Ａ２は、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。第１の電極３Ａ３および第２の電極４Ａ３は、コンクリート構造物１００の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。
【００６９】
このような第１の電極３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３および第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３では、第１の電極３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３が、それぞれ、第１の金属材料で構成され、第２の電極４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３が、それぞれ、第２の金属材料で構成されている。そして、第１の電極３Ａ１と第２の電極４Ａ１とが対をなし、第１の電極３Ａ２と第２の電極４Ａ２とが対をなし、第１の電極３Ａ３と第２の電極４Ａ３とが対をなす。
【００７０】
本実施形態では、センサー装置１Ａは、第１の電極３Ａ１と第２の電極４Ａ１との電位差、第１の電極３Ａ２と第２の電極４Ａ２との電位差、および、第１の電極３Ａ３と第２の電極４Ａ３との電位差をそれぞれ図示しない機能素子により測定することができるように構成されている。
また、第２の電極４Ａ１は、被膜７Ａ１により覆われ、第２の電極４Ａ２は、被膜７Ａ２により覆われ、第２の電極４Ａ３は、被膜７Ａ３により覆われている。
【００７１】
このような第２実施形態に係るセンサー装置１Ａによれば、第１の電極３Ａ１および第２の電極４Ａ１の設置環境、第１の電極３Ａ２および第２の電極４Ａ２の設置環境、および、第１の電極３Ａ３および第２の電極４Ａ３の設置環境のｐＨがそれぞれ設定値以下か否かを正確に検知することができる。このように、コンクリート構造物１００の外表面からの深さが異なる位置でのｐＨがそれぞれ設定値以下か否かを正確に検知することができる。これにより、コンクリート１０１のｐＨが酸性側に変化する速度を知ることができる。そのため、コンクリート構造物１００の中性化や塩害の予測を効果的に行うことができる。
【００７２】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図１０は、本発明の第３実施形態に係るセンサー装置の第１の電極および第２の電極を説明するための断面図である。
以下、第３実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００７３】
第３実施形態のセンサー装置は、第１の電極および第２の電極の双方が被膜により覆われている以外は、第１実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
本実施形態のセンサー装置１Ｂでは、第１の電極３を覆う第１の被膜７１と、第２の電極４を覆う第２の被膜７２とを有する。
【００７４】
第１の被膜７１および第２の被膜７２は、互いに離間して設けられ、かつ、互いに異なる材料で構成されている。
また、第１の被膜７１および第２の被膜７２は、それぞれ、第３の金属材料で構成されている。
このような第１の被膜７１および第２の被膜７２を設けることにより、第１の被膜７１および第２の被膜７２が溶解する互いに異なる２つのタイミングおよびｐＨを検知することができる。
【００７５】
また、第１の被膜７１および第２の被膜７２は、一方の被膜を構成する第３の金属材料がｐＨ８を超えると溶解するもの（例えばＡｌ）であり、他方の被膜を構成する第３の金属材料がｐＨ１０を超えると溶解するものであるの（例えばＺｎ）が好ましい。これにより、第１の電極３および第２の電極４が設置された環境が弱アルカリ性に達したか否かおよび強アルカリ性であるか否かをそれぞれ検知することができる。
【００７６】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
図１１は、本発明の第４実施形態に係るセンサー装置の第１の電極および第２の電極を説明するための平面図である。
以下、第４実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００７７】
第４実施形態のセンサー装置は、第１の電極および第２の電極の平面視形状が異なる以外は、第１実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
本実施形態のセンサー装置１Ｃは、本体２Ｃと、その本体２Ｃの表面に露出した第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃと、第２の電極Ｃを覆う被膜７Ｃとを有する。
【００７８】
第１の電極３Ｃは、複数の帯状部３２Ｃと、基部３３Ｃとを有し、櫛歯状をなしている。
複数の帯状部３２Ｃは、それぞれ、帯状をなしている。そして、複数の帯状部３２Ｃは、互いに間隔を隔てて並んで設けられている。基部３３Ｃは、複数の帯状部３２Ｃの一方の端同士を連結するとともに、導体部６１に接続されている。
【００７９】
同様に、第２の電極４Ｃは、複数の帯状部４２Ｃと、基部４３Ｃとを有し、櫛歯状をなしている。
複数の帯状部４２Ｃは、それぞれ、帯状をなしている。そして、複数の帯状部４２Ｃは、互いに間隔を隔てて並んで設けられている。基部４３Ｃは、複数の帯状部４２Ｃの一方の端同士を連結するとともに、導体部６２に接続されている。
このような第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃは、互いに噛み合うように配置されている。
【００８０】
そして、第２の電極４Ｃの複数の帯状部４２Ｃは、それぞれ、第３の金属材料で構成された被膜７Ｃにより覆われている。また、第２の電極４Ｃの複数の帯状部４２Ｃ側の部分も被膜７Ｃにより覆われている。なお、基部４３Ｃの導体部６２側の端部が被膜７により覆われていないが、その部分は、封止樹脂で構成された封止部２５により覆われている。
このように構成されたセンサー装置１Ｃによれば、第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃをコンクリート構造物の外表面に平行となるように設置した場合、第１の電極３Ｃと第２の電極４Ｃは、同一コンクリート深さ環境に設置されることになり、ｐＨ検知の精度を高めることができる。
以上、本発明のセンサー装置および測定方法を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００８１】
例えば、本発明のセンサー装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。また、例えば、本発明の測定方法では、任意の目的の工程が１または２以上追加されてもよい。
また、前述した実施形態では第１の電極および第２の電極がそれぞれ基板上に設けられた場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、第１の電極および第２の電極は、例えば、センサー装置の本体の封止樹脂で構成された部分の外表面上に設けてもよい。
【００８２】
また、前述した実施形態では第１の電極および第２の電極がそれぞれ薄膜状をなす場合を例に説明したが、これに限定されず、第１の電極および第２の電極の形状は、それぞれ、例えば、ブロック状、線状等をなしていてもよい。また、前述した実施形態では第１の電極および第２の電極をそれぞれセンサー装置の本体の外表面に沿って設けているが、第１の電極および第２の電極をそれぞれセンサー装置の本体の外表面から突出させてもよい。
【００８３】
また、前述した実施形態では機能素子がＣＰＵ、Ａ／Ｄ変換回路および差動増幅回路を有する場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、機能素子には、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種駆動回路等の他の回路が組み込まれていてもよい。
また、前述した実施形態では第１の電極と第２の電極との電位差に関する情報をアクティブタグ通信により無線送信によりセンサー装置外部へ送信する場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、パッシブタグ通信を用いて情報をセンサー装置の外部へ送信してもよいし、有線により情報をセンサー装置の外部へ送信してもよい。
【００８４】
また、前述した実施形態では機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を本体２内に収納し、これらを第１の電極３および第２の電極４とともに測定対処物であるコンクリート構造物１００内に埋設する場合を例に説明したが、機能素子５１、電源５２、温度センサー５３、通信用回路５４、アンテナ５５および発振器５６を測定対象物の外部に設けてもよい。
【符号の説明】
【００８５】
１‥‥センサー装置 １Ａ‥‥センサー装置 １Ｂ‥‥センサー装置 １Ｃ‥‥センサー装置 ２‥‥本体 ２Ａ、２Ｃ‥‥本体 ３‥‥第１の電極 ４‥‥第２の電極 ７、７１、７２、７Ｃ‥‥被膜 ２１‥‥基板 ２２ａ‥‥導体部 ２２ｂ‥‥導体部 ２２ｃ‥‥導体部 ２３‥‥絶縁層 ２４‥‥封止部 ２５‥‥保護膜 ３１‥‥不動態膜 ３Ａ１、３Ａ２、３Ａ３‥‥第１の電極 ４１‥‥不動態膜 ４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３‥‥第２の電極 ３２Ｃ、４２Ｃ‥‥帯状部 ３３Ｃ、４３Ｃ‥‥基部 ５１‥‥機能素子 ５２‥‥電源 ５３‥‥温度センサー ５４‥‥通信用回路 ５５‥‥アンテナ ５６‥‥発振器 ６１‥‥導体部 ６２‥‥導体部 １００‥‥コンクリート構造物 １０１‥‥コンクリート １０２‥‥鉄筋 ２４１‥‥開口部 ５１２‥‥変換回路 ５１３‥‥基板 ５１４‥‥差動増幅回路 ５１４ａ‥‥トランジスタ ５１４ｂ‥‥トランジスタ ５１４ｃ‥‥トランジスタ ５１４ｄ‥‥カレントミラー回路 ５１５ａ、５１５ｂ‥‥層間絶縁膜 ５１６ａ‥‥導体部 ５１６ｂ‥‥導体部 ５１６ｃ‥‥導体部 ５１６ｄ‥‥導体部 ５１６ｅ‥‥導体部 ５１６ｆ‥‥導体部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属材料で構成された第１の電極と、
前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極と、
前記第１の電極および前記第２の電極のうちの少なくとも一方の電極を覆うように設けられ、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料とは異なる第３の金属材料で構成された被膜と、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差を測定する機能を有する機能素子とを有し、
前記第１の金属材料は、測定部位のｐＨ変化に伴って、表面に第１の不動態膜が形成するかまたは表面に存在した第１の不動態膜を消失する金属であり、
ｐＨ変化に伴う前記第１の不動態膜および前記被膜のそれぞれの有無により前記第１の電極と前記第２の電極との電位差が変化することを特徴とするセンサー装置。
【請求項２】
前記機能素子は、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、測定対象物の測定対象部位のｐＨが設定値以下か否かを検知する機能をも有する請求項１に記載のセンサー装置。
【請求項３】
前記第２の金属材料は、測定部位のｐＨ変化に伴って、表面に第２の不動態膜が形成するかまたは表面に存在した第２の不動態膜を消失する金属であり、
前記第１の金属材料は、第１のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに第１の不動態膜を形成し、
前記第２の金属材料は、第２のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに第２の不動態膜を形成し、
前記第１のｐＨと前記第２のｐＨとは異なる請求項１または２に記載のセンサー装置。
【請求項４】
前記第３の金属材料は、第３のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに溶解し、
前記第３のｐＨは、前記第１のｐＨおよび前記第２のｐＨとは異なる請求項３に記載のセンサー装置。
【請求項５】
前記第１のｐＨは、３以上５以下であり、
前記第２のｐＨは、８以上１０以下である請求項３または４に記載のセンサー装置。
【請求項６】
前記第３の金属材料は、前記第１の金属材料が前記第１の不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値よりも大きいｐＨとなったときに溶解する請求項１ないし４にずれかに記載のセンサー装置。
【請求項７】
前記第１の金属材料は、鉄または鉄系合金である請求項１ないし６のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項８】
前記第２の金属材料は、鉄または鉄系合金である請求項１ないし７のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項９】
前記第２の金属材料は、不動態膜を形成しない請求項１または２に記載のセンサー装置。
【請求項１０】
前記第１の金属材料は、３以上５以下のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに前記第１の不動態膜を形成する請求項９に記載のセンサー装置。
【請求項１１】
前記第１の金属材料は、８以上１０以下のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに前記第１の不動態膜を形成する請求項９に記載のセンサー装置。
【請求項１２】
前記被膜は、前記第１の電極を覆う第１の被膜と、前記第１の被膜に対して離間して設けられ、前記第１の被膜とは異なる材料で構成されているとともに前記第２の電極を覆う第２の被膜とを有する請求項１ないし１０のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項１３】
前記被膜は、前記第１の電極および前記第２の電極のうちのいずれか一方の電極を覆う請求項１ないし１０のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項１４】
前記測定対象物は、コンクリートである請求項１ないし１２のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれかに記載のセンサー装置の前記第１の電極および前記第２の電極を測定対象物内にそれぞれ埋設し、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象物の状態を測定することを特徴とする測定方法。
【請求項１６】
測定対象物内に、不動態膜を形成する第１の金属材料で構成された第１の電極と、前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極とのうちの少なくとも一方の電極を、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料とは異なる第３の金属材料で構成された被膜により覆った状態で、前記第１の電極および前記第２の電極をそれぞれ埋設し、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象物の状態を測定することを特徴とする測定方法。
【請求項１】
第１の金属材料で構成された第１の電極と、
前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極と、
前記第１の電極および前記第２の電極のうちの少なくとも一方の電極を覆うように設けられ、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料とは異なる第３の金属材料で構成された被膜と、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差を測定する機能を有する機能素子とを有し、
前記第１の金属材料は、測定部位のｐＨ変化に伴って、表面に第１の不動態膜が形成するかまたは表面に存在した第１の不動態膜を消失する金属であり、
ｐＨ変化に伴う前記第１の不動態膜および前記被膜のそれぞれの有無により前記第１の電極と前記第２の電極との電位差が変化することを特徴とするセンサー装置。
【請求項２】
前記機能素子は、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、測定対象物の測定対象部位のｐＨが設定値以下か否かを検知する機能をも有する請求項１に記載のセンサー装置。
【請求項３】
前記第２の金属材料は、測定部位のｐＨ変化に伴って、表面に第２の不動態膜が形成するかまたは表面に存在した第２の不動態膜を消失する金属であり、
前記第１の金属材料は、第１のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに第１の不動態膜を形成し、
前記第２の金属材料は、第２のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに第２の不動態膜を形成し、
前記第１のｐＨと前記第２のｐＨとは異なる請求項１または２に記載のセンサー装置。
【請求項４】
前記第３の金属材料は、第３のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに溶解し、
前記第３のｐＨは、前記第１のｐＨおよび前記第２のｐＨとは異なる請求項３に記載のセンサー装置。
【請求項５】
前記第１のｐＨは、３以上５以下であり、
前記第２のｐＨは、８以上１０以下である請求項３または４に記載のセンサー装置。
【請求項６】
前記第３の金属材料は、前記第１の金属材料が前記第１の不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値よりも大きいｐＨとなったときに溶解する請求項１ないし４にずれかに記載のセンサー装置。
【請求項７】
前記第１の金属材料は、鉄または鉄系合金である請求項１ないし６のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項８】
前記第２の金属材料は、鉄または鉄系合金である請求項１ないし７のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項９】
前記第２の金属材料は、不動態膜を形成しない請求項１または２に記載のセンサー装置。
【請求項１０】
前記第１の金属材料は、３以上５以下のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに前記第１の不動態膜を形成する請求項９に記載のセンサー装置。
【請求項１１】
前記第１の金属材料は、８以上１０以下のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに前記第１の不動態膜を形成する請求項９に記載のセンサー装置。
【請求項１２】
前記被膜は、前記第１の電極を覆う第１の被膜と、前記第１の被膜に対して離間して設けられ、前記第１の被膜とは異なる材料で構成されているとともに前記第２の電極を覆う第２の被膜とを有する請求項１ないし１０のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項１３】
前記被膜は、前記第１の電極および前記第２の電極のうちのいずれか一方の電極を覆う請求項１ないし１０のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項１４】
前記測定対象物は、コンクリートである請求項１ないし１２のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれかに記載のセンサー装置の前記第１の電極および前記第２の電極を測定対象物内にそれぞれ埋設し、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象物の状態を測定することを特徴とする測定方法。
【請求項１６】
測定対象物内に、不動態膜を形成する第１の金属材料で構成された第１の電極と、前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極とのうちの少なくとも一方の電極を、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料とは異なる第３の金属材料で構成された被膜により覆った状態で、前記第１の電極および前記第２の電極をそれぞれ埋設し、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に基づいて、前記測定対象物の状態を測定することを特徴とする測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１９８１２１（Ｐ２０１２−１９８１２１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６２７６４（Ｐ２０１１−６２７６４）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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