説明

センサー装置

【課題】コンクリートの品質劣化を防止しつつ、測定対象物の状態を測定し、その測定結果に基づく情報を鉄筋の腐食前の計画的または予防的な保全に活用することができるセンサー装置を提供すること。
【解決手段】本発明のセンサー装置1は、表面の少なくとも一部に引っ張り応力を生じさせた状態で保持され、金属材料で構成された電気抵抗体3と、電気抵抗体3の抵抗値を測定する機能を有する機能素子51とを有し、機能素子51で測定された抵抗値に基づいて、測定対象部位の状態を測定し得るように構成されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、センサー装置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食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、腐食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食状況を予測する。
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、細線が腐食し始めてから切断に至るまでの間に鉄筋の腐食が進行してしまい、鉄筋の腐食前に予防的または計画的な保全を行うことができないという課題があった。
【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】
本発明の目的は、コンクリートの品質劣化を防止しつつ、測定対象物の状態を測定し、その測定結果に基づく情報を鉄筋の腐食前の計画的または予防的な保全に活用することができるセンサー装置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、金属材料で構成された電気抵抗体と、
前記電気抵抗体の抵抗値を測定する機能を有する機能素子とを有し、
前記電気抵抗体は、表面の少なくとも一部に引っ張り応力を生じさせた状態で保持されたことを特徴とする。
このように構成されたセンサー装置によれば、電気抵抗体の表面の少なくとも一部に引っ張り応力を生じさせているので、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低い状態であっても、電気抵抗体を腐食させることができる。
【0007】
そのため、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低い状態であっても、電気抵抗体の抵抗値が変化し、かかる変化に基づいて塩化物イオンの侵入を検知することができる。
このようなことから、コンクリートの品質劣化を防止しつつ、測定対象物の状態を測定し、その測定結果に基づく情報を鉄筋の腐食前の計画的または予防的な保全に活用することができる。
【0008】
本発明のセンサー装置では、前記電気抵抗体は、一部に局所的に前記引っ張り応力を生じさせた状態で保持されていることが好ましい。
これにより、電気抵抗体の表面の引っ張り応力を生じさせていない部分(カソード領域)の面積を大きくし、電気抵抗体の表面の引っ張り応力を生じさせている部分(アノード領域)の腐食を促進させることができる。
【0009】
本発明のセンサー装置では、前記電気抵抗体は、長尺状をなす長尺部を有し、
前記長尺部は、長手方向での少なくとも一部に前記引っ張り応力を生じさせた状態で保持されていることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で電気抵抗体の一部に引っ張り応力を生じさせるとともに、腐食により電気抵抗体の途中を切断しやすくすることができる。
【0010】
本発明のセンサー装置では、前記長尺部の長手方向に前記引っ張り応力を生じさせた状態で弾性変形して前記電気抵抗体を支持する支持部を有することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、電気抵抗体の一部に引っ張り応力を生じさせることができる。
本発明のセンサー装置では、前記長尺部の途中を屈曲または湾曲させた状態で前記電気抵抗体を保持する保持部材を有することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、電気抵抗体の一部に引っ張り応力を生じさせることができる。
【0011】
本発明のセンサー装置では、前記長尺部が巻回される外周面を備える絶縁体を有することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、電気抵抗体の一部に引っ張り応力を生じさせることができる。
本発明のセンサー装置では、前記電気抵抗体の前記引っ張り応力を生じさせた部分の表面との間に隙間を形成して設けられた隙間形成体を有することが好ましい。
これにより、塩化物イオンによる電気抵抗体の腐食を促進させることができる。
【0012】
本発明のセンサー装置では、前記電気抵抗体を構成する前記金属材料は、前記測定対象部位の環境変化に伴って表面に不動態膜を形成するか、または、表面に存在した不動態膜を消失させる金属材料であることが好ましい。
これにより、測定対象部位のpHが所定値以上である場合に、電気抵抗体の表面に不動態膜が形成される。
【0013】
ここで、電気抵抗体に形成された不動態膜は、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低くても、引っ張り応力により原子間または分子間の結合が弱められているため、塩化物イオンによる破壊が生じやすい。そのため、測定対象部位のpHが所定値以上である場合、測定対象部位のpHが変動しても、測定対象部位に塩化物イオンが存在しないときには、電気抵抗体が腐食せず、電気抵抗体の抵抗値は変化しないが、測定対象部位に塩化物イオンが侵入すると、電気抵抗体の腐食が進行し、電気抵抗体の抵抗値が増加する。
このようなことから、電気抵抗体の抵抗値に基づいて、測定対象部位に塩化物イオンが侵入したことを高精度に検知することができる。
【0014】
本発明のセンサー装置では、前記電気抵抗体を構成する前記金属材料は、鉄、ニッケルまたはこれらを含む合金であることが好ましい。
これらの金属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、電気抵抗体をコンクリート構造物中の鉄筋と同一材料(または近似した材料)で構成することが可能であり、コンクリート構造物中の鉄筋の腐食状態を効果的に検知することができる。
【0015】
本発明のセンサー装置では、前記機能素子は、前記電気抵抗体の抵抗値に基づいて、前記測定対象部位のpHあるいは塩化物イオン濃度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、測定対象物のpH変化あるいは塩化物イオン濃度変化に伴う状態変化を検知することができる。
本発明のセンサー装置では、アンテナと、前記アンテナに給電する機能を有する通信用回路とを有し、
前記機能素子は、前記通信用回路を駆動制御する機能をも有することが好ましい。
これにより、無線により測定対象物の外部へ測定結果を送信することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【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に示す電気抵抗体を説明するための斜視図である。
【図4】図2に示す電気抵抗体の製造方法を説明するための図である。
【図5】本発明の第2実施形態に係るセンサー装置を示す部分斜視図である。
【図6】図5に示す電気抵抗体を説明するための図である。
【図7】本発明の第3実施形態に係るセンサー装置を示す部分斜視図である。
【図8】図7に示す電気抵抗体を説明するための図である。
【図9】本発明の第4実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示すブロック図である。
【図10】図9に示す電気抵抗体を説明するための平面図である。
【図11】図9に示す電気抵抗体を説明するための側面図である。
【図12】本発明の第5実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示すブロック図である。
【図13】(a)は、図12に示す電気抵抗体を説明するための側面図、(b)は、図12に示す電気抵抗体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】
【0017】
以下、本発明のセンサー装置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に示す電気抵抗体を説明するための斜視図、図4は、図2に示す電気抵抗体の製造方法を説明するための図である。
【0018】
なお、以下では、本発明のセンサー装置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が埋設されてなる。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の打設前に鉄筋102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。
【0019】
このセンサー装置1は、本体2と、その本体2の表面に露出した電気抵抗体3、4とを有する。本実施形態では、電気抵抗体3(第1の電気抵抗体)および電気抵抗体4(第2の電気抵抗体)は、鉄筋102よりもコンクリート構造物100の外表面側において、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、電気抵抗体3および電気抵抗体4は、それぞれ、コンクリート構造物100の外表面に対して平行または略平行となるように設置されている。そして、電気抵抗体3および電気抵抗体4は、それぞれ、コンクリート101の測定対象部位の酸または塩化物イオンによって腐食し、切断するように構成されている。なお、電気抵抗体3および電気抵抗体4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、電気抵抗体3および電気抵抗体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。
【0020】
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、電気抵抗体3、電気抵抗体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3および図4に示すように、電気抵抗体3、電気抵抗体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および図4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。
【0021】
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、電気抵抗体3、電気抵抗体4および機能素子51が実装されている。
【0022】
図3に示すように、機能素子51は、電気抵抗体3の両端部、および電気抵抗体4の両端部にそれぞれ電気的に接続されている。
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。
【0023】
具体的には、図示しないが、本体2は、例えば、封止樹脂で構成された封止部を有し、その封止部が、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を封止する。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。
【0024】
なお、電気抵抗体3および電気抵抗体4は、それぞれ、少なくとも一部が封止樹脂に覆われずに外部に露出するように設けられている。
封止部の構成材料(封止樹脂)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。
なお、封止部は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。
【0025】
(電気抵抗体)
電気抵抗体3および電気抵抗体4は、図3に示すように、それぞれ、前述した本体2の外表面上に設けられている。特に、電気抵抗体3および電気抵抗体4は、同一平面上に設けられている。そのため、電気抵抗体3および電気抵抗体4の設置環境の差が生じるのを防止することができる。
【0026】
また、電気抵抗体3および電気抵抗体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。
この電気抵抗低3、4は、それぞれ、酸または塩化物イオンにより腐食するものである。そのため、電気抵抗体3、4は、酸または塩化物イオンの環境下で、腐食により切断される。
【0027】
また、電気抵抗体3、4は、それぞれ、長尺状をなしている。これにより、電気抵抗体3、4をそれぞれ腐食により切断され易くすることができる。
特に、電気抵抗体3は、その表面の一部に引っ張り応力を生じさせた状態で保持されている。これにより、電気抵抗体3の腐蝕速度を高めることができる。これは、電気抵抗体3の表面の引っ張り応力が生じた部分は原子間または分子間の結合が弱くなるため、電気抵抗体3の表面に不導体膜が形成されていても、その不導体膜が酸または塩化物イオンにより破壊されやすくなるからである。
【0028】
また、電気抵抗体3は、その一部に局所的に引っ張り応力を生じさせた状態で保持されているため、電気抵抗体3の表面の引っ張り応力を生じさせていない部分(カソード領域)の面積を大きくし、電気抵抗体3の表面の引っ張り応力を生じさせている部分(アノード領域)の腐食を促進させることができる。
より具体的に説明すると、電気抵抗体3は、長尺状をなす長尺部34と、長尺部34を支持する支持部35とを有し、長尺部34の長手方向での少なくとも一部に引っ張り応力を生じさせている。これにより、比較的簡単な構成で電気抵抗体3の一部に引っ張り応力を生じさせるとともに、腐蝕により電気抵抗体3の途中を切断しやすくすることができる。
【0029】
支持部35は、本体2に固定(立設)された柱状の2つの柱部35a、35bを有する。
この2つの柱部35a、35bは、互いに接近する方向に弾性変形した状態で、長尺部34に固着している。すなわち、支持部35は、長尺部34の長手方向に引っ張り応力を生じさせた状態で弾性変形しつつ電気抵抗体3を支持している。これにより、比較的簡単な構成で、電気抵抗体3の一部に引っ張り応力を生じさせることができる。
【0030】
長尺部34は、柱部35aに固着された導体34aと、柱部35bに固着された導体34bと、この2つの導体34a、34bを接合する接合部34cとを有する。
このような長尺部34は、図4(a)に示すように、接合前の導体34a、34bを互いに離間した状態で柱体35a、35bに固着させ、その後、柱体35a、35bを弾性変形させつつ導体34a、34bを互いに接近する方向に移動させた状態で、例えば溶接により導体34aと導体34bとを接合する。これにより、図4(b)に示すように、柱体35a、35bを弾性変形させつつ導体34a、34bに引っ張り応力を生じさせた状態で、導体34aと導体34bとを接合する接合部34cを形成することができる。
【0031】
このような電気抵抗体3(第1の電気抵抗体)の構成材料としては、酸または塩化物イオンの存在下で腐食するものであれば、特に限定されないが、測定対象部位の環境変化に伴って表面に不動態膜を形成するか、または、表面に存在した不動態膜を消失させる金属材料を用いるのが好ましい。
これにより、測定対象部位のpHが所定値以上である場合に、電気抵抗体3の表面に不動態膜が形成される。
【0032】
なお、電気抵抗体3は、互いに異なる材料で構成された部分を有していてもよいが、不本意な腐蝕を抑制または防止する観点から、電気抵抗体3の各部が同種の材料で構成されているのが好ましい。
このような不動態膜(第1の不動態膜)を形成する金属材料(第1の金属材料)としては、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。
【0033】
例えば、炭素鋼は、pHが約9よりも大きいときに不動態膜を形成する。また、FeAl(Al0.8%)系炭素鋼は、pHが約4よりも大きいときに不動態膜を形成する。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。
【0034】
また、例えば、炭素鋼(SD345)は、塩化物イオン濃度が約1.2kg/mを超えたときに不動態膜の破壊が始まる。
中でも、電気抵抗体3を構成する金属材料は、FeまたはFeを含む合金(Fe系合金)、すなわち鉄系材料(具体的には、炭素鋼、合金鋼、SUS等)、ニッケルまたはこれらを含む合金であるのが好ましい。これらの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、電気抵抗体3の構成材料をコンクリート構造物100の鉄筋102と同一または近似の材料とすることが可能であり、鉄筋102の腐食環境状態を効果的に検知することができる。例えば、電気抵抗体3が炭素鋼で構成されている場合、pHが9以上か否かの判断ができる。
【0035】
また、電気抵抗体3は、前述したような第1の金属材料からなる緻密質体で構成されているのが好ましい。これにより、電気抵抗体3の腐食を生じさせやすくすることができる。
一方、電気抵抗体4は、引っ張り応力を生じさせない状態で、本体2に固定されている。そのため、電気抵抗体3および電気抵抗体4が同一環境に設置されていても、電気抵抗体4の塩化物イオンによる腐食の開始タイミングを、電気抵抗体3の塩化物イオンによる腐食の開始タイミングよりも大きく遅らせることができる。
【0036】
また、電気抵抗体4(第2の電気抵抗体)の構成材料としては、電気抵抗体3の構成材料と同様、酸または塩化物イオンの存在下で腐食するものであれば、特に限定されないが、不動態膜(第2の不動態膜)を形成する金属材料(第2の金属材料)、例えば、Fe、Ni、Mg、Znまたはこれらを含む合金等を用いるのが好ましい。
また、電気抵抗体4の構成材料は、前述した電気抵抗体3の構成材料と同じであっても異なっていてもよい。
【0037】
また、電気抵抗体4を構成する金属材料を電気抵抗体3を構成する金属材料と同種とすることにより、電気抵抗体4の酸性化または中性化による腐食の開始タイミングと、電気抵抗体3の酸性化または中性化による腐食の開始タイミングとを一致または近似したものとすることができる。
このようなことから、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を測定対象部位のpH変化と区別して測定することができる。
また、電気抵抗体4は、金属材料で構成された緻密質体で構成されていてもよいし、金属材料で構成された多孔質体で構成されていてもよい。
【0038】
電気抵抗体4が金属材料からなる多孔質体で構成された多孔質電気抵抗体である場合、電気抵抗体4の表面には腐食の生じやすい部分として微細な多数の凹部が均一に分散して形成される。そのため、電気抵抗体4の表面は、塩化物イオンの存在下において、均一に腐食が生じ、局所的な腐食(孔食)が抑制される。
このようなことから、電気抵抗体4の塩化物イオンによる腐食の速度を遅くすることができる。そのため、測定対象部位の塩化物イオン濃度の影響を避け、均一腐食である中性化の測定を長期にわたり行うことができる。
【0039】
一方、電気抵抗体4が金属材料からなる緻密質体で構成された緻密質電気抵抗体である場合、電気抵抗体4の表面は、塩化物イオンの存在下において、最も腐食が生じやすい部分が最初に腐食し、その最初に腐食を生じた部位の腐食し易さが他の部分に比してさらに大きくなるため、局所的な腐食(孔食)が生じる。
このようなことから、電気抵抗体3の腐食の速度よりも遅いものの、電気抵抗体4の塩化物イオンによる腐食の速度を速くすることができる。そのため、測定対象部位の塩化物イオン濃度の測定を2段階で中期にわたり行うことができる。
また、電気抵抗体3の長尺部34の直径、および、電気抵抗体4の直径は、それぞれ、特に限定されないが、腐食による電気抵抗の変化が大きく、かつ、コンクリート強度に影響を及ぼさないためには、10nm以上5mm以下であるのが好ましい。
【0040】
(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。
この機能素子51は、電気抵抗体3および電気抵抗体4の抵抗値をそれぞれ測定する機能を有する。これにより、電気抵抗体3、4の抵抗値に基づいて、測定対象部位の状態を測定することができる。
【0041】
また、機能素子51は、電気抵抗体3および電気抵抗体4の抵抗値に基づいて、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あるいは塩化物イオン濃度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変化あるいは塩化物イオン濃度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、測定回路514とを有する。
【0042】
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。
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、測定対象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、測定対象部位の状態をより正確に測定したり、測定対象部位の変化を高精度に予想したりすることができる。
【0043】
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の測定対象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。
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、電気抵抗体3、4の抵抗値に関する情報(以下、単に「抵抗値情報」ともいう)と、測定対象部位のpHあるいは塩化物イオン濃度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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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を用いた測定方法は、電気抵抗体3および電気抵抗体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、電気抵抗体3、4の抵抗値に基づいて、コンクリート構造物100の状態を測定する。
【0047】
以下、電気抵抗体3、4がFe(炭素鋼)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、電気抵抗体3および電気抵抗体4は、それぞれ、安定な不動態膜を形成する。
【0048】
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。
コンクリート101のpHが9程度にまで下がる前に、コンクリート構造物100のコンクリート101の測定対象部位に塩化物イオンが侵入すると、その塩化物イオン濃度が炭素鋼を腐食させる限界濃度(約1.2kg/m)に達するまでの間、電気抵抗体4に形成された不動態膜は、塩化物イオンの存在下においても、腐食せず、電気抵抗体4の抵抗値がほとんど変化せず低い状態に維持される。
【0049】
一方、電気抵抗体3に形成された不動態膜は、測定対象部位の塩化物イオン濃度が炭素鋼を腐食させる限界濃度に達していなくても(約0.1kg/m程度であっても)、塩化物イオンの存在下において、引っ張り応力が生じた部分の腐食が生じ、電気抵抗体3の抵抗値が大きくなる。
そして、測定対象部位の塩化物イオン濃度が炭素鋼を腐食させる限界濃度に達すると、電気抵抗体4も腐食し、電気抵抗体4の抵抗値が大きくなる。
【0050】
このような電気抵抗体3、4の抵抗値に基づいて、測定対象部位への塩化物イオンの侵入を段階的に検知することができる。
また、コンクリート構造物100のコンクリート101の測定対象部位に塩化物イオンが侵入していなくても、コンクリート101のpHが9程度にまで下がると、電気抵抗体3、4がともに腐食し、電気抵抗体3、4の抵抗値がともに大きくなる。
【0051】
このような電気抵抗体3、4の抵抗値に基づいて、測定対象部位のpHが9程度になったことを検知することができる。
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モニタリングすることができる。そのため、鉄筋102が腐食する前に、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。
【0052】
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によれば、電気抵抗体3の表面の一部に引っ張り応力が生じているので、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低い状態であっても、電気抵抗体3を腐食させることができる。
【0053】
そのため、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低い状態であっても、電気抵抗体3の抵抗値が変化し、かかる変化に基づいて塩化物イオンの侵入を検知することができる。
また、本実施形態では、引っ張り応力を生じさせていない電気抵抗体4が電気抵抗体3とは別体として設けられているので、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を測定対象部位のpH変化と区別して測定することができる。
【0054】
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
図5は、本発明の第2実施形態に係るセンサー装置を示す部分斜視図、図6は、図5に示す電気抵抗体を説明するための図である。
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。
【0055】
第2実施形態のセンサー装置は、電気抵抗体の構成が異なる以外は、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1Aは、図5に示すように、本体2Aと、その本体2A上に設けられた電気抵抗体3Aおよび電気抵抗体4Aとを有する。
【0056】
図5および図6に示すように、電気抵抗体3Aは、棒状の絶縁体36aの両端に固着した導体36b、36cと、絶縁体36aの外周面上に螺旋状に巻回された導体(長尺部)36dとを有する。
絶縁体36aは、四角柱状をなしている。すなわち、絶縁体36aの横断面は、四角形をなしている。これにより、絶縁体36aに巻回された導体36dは、絶縁体36aの角部に対応する部分に生じる引っ張り応力を大きくすることができる。
【0057】
この絶縁体36aの構成材料としては、測定対象物内で比較的安定して存在し得る絶縁性材料であれば、特に限定されないが、例えば、SiO、Si等の絶縁性セラミックス材料、PSF(ポリサルフォン)、PAI(プリアミドイミド)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等の樹脂材料等を用いることができる。
【0058】
導体36b、36cは、絶縁体36aの両端に例えば接着剤または嵌合により固着されている。
この導体36b、36cの構成材料としては、導電性を有するもの(電気抵抗体)であれば、特に限定されないが、導体36dの構成材料と同様のものを用いるのが好ましい。
導体36dは、長尺状をなし、絶縁体36aの外周に巻回されており、一端部が導体36bに半田等により固定され、他端部が導体36cに半田等により固定されている。これにより、導体36dにその長手方向に沿って引っ張り応力を生じさせることができる。
【0059】
このように、導体36dを絶縁体36aの外周面に巻回させることにより、比較的簡単な構成で、電気抵抗体3Aの一部に引っ張り応力を生じさせることができる。
一方、電気抵抗体4Aは、引っ張り応力を生じさせない状態で、本体2A上に固定されている。
また、電気抵抗体4Aは、シート状または板状をなしている。電気的抵抗体4Aは、導体(長尺部)36dと同じ構造と同じ材料で、応力の無い導体でもよい。
以上説明したような第2実施形態に係るセンサー装置1Aによっても、コンクリート101の品質劣化を防止しつつ、測定対象物の状態を測定し、その測定結果に基づく情報を鉄筋102の腐食前の計画的または予防的な保全に活用することができる。
【0060】
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態を説明する。
図7は、本発明の第3実施形態に係るセンサー装置を示す部分斜視図、図8は、図7に示す電気抵抗体を説明するための図である。
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。
【0061】
第3実施形態のセンサー装置は、電気抵抗体の構成数が異なる以外は、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。
本実施形態のセンサー装置1Bは、図7に示すように、本体2Bと、その本体2B上に設けられた電気抵抗体3Bおよび電気抵抗体4とを有する。
【0062】
電気抵抗体3Bは、長尺状をなし、その途中が屈曲または湾曲して弾性変形した状態で、保持部材37に保持されている。これにより、比較的簡単な構成で、電気抵抗体3Bの一部に引っ張り応力を生じさせることができる。
保持部材37は、本体2Bに固定されている。また、図8に示すように、保持部材37には、電気抵抗体3Bが挿通される2つの貫通孔38a、38bが形成されている。これにより、電気抵抗体3Bを屈曲または湾曲させた状態で保持することができる。
【0063】
このように屈曲または湾曲した状態で保持された電気抵抗体3Bは、その屈曲または湾曲した部分の外側に引っ張り応力が生じる。
このような保持部材37の構成材料としては、前述したように電気抵抗体3Bを保持するとともに測定対象物内で比較的安定して存在し得る絶縁性材料であれば、特に限定されないが、例えば、SiO、Si等の絶縁性セラミックス材料、PSF(ポリサルフォン)、PAI(プリアミドイミド)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等の樹脂材料等を用いることができる。
以上説明したような第3実施形態に係るセンサー装置1Bによっても、コンクリート101の品質劣化を防止しつつ、測定対象物の状態を測定し、その測定結果に基づく情報を鉄筋102の腐食前の計画的または予防的な保全に活用することができる。
【0064】
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態を説明する。
図9は、本発明の第4実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示すブロック図、図10は、図9に示す電気抵抗体を説明するための平面図、図11は、図9に示す電気抵抗体を説明するための側面図である。
【0065】
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。
第4実施形態のセンサー装置は、電気抵抗体の構成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。また、第4実施形態のセンサー装置は、電気抵抗体を1つ追加した以外は、第3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1Cは、図9に示すように、機能素子51に電気的に接続された電気抵抗体3B、4B、7を有する。
電気抵抗体7は、前述した第3実施形態の電気抵抗体3Bと同様、長尺状をなし、その途中が屈曲または湾曲して弾性変形した状態で、保持部材77に保持されている。
その上、電気抵抗体7の屈曲または湾曲した部分には、隙間形成体8が取り付けられている。
【0067】
図11に示すように、隙間形成体8は、電気抵抗体7の屈曲または湾曲した部分を挟持する1対の絶縁体81、82を有する。
絶縁体81、82は、それぞれ、板状をなし、電気抵抗体7の屈曲または湾曲した部分を介して互いに対向して配置されている。
そして、この絶縁体81、82は、電気抵抗体7に対して固定部材83、84により固定されている。
【0068】
固定部材83、84は、それぞれ、例えばボルトおよびナットで構成され、絶縁体81、82を貫通し、絶縁体81、82を電気抵抗体7に対して挟み込んで固定する。
このような隙間形成体8は、電気抵抗体7の表面の一部との間に隙間を形成して配置されている。この隙間は、電気抵抗体7の表面に対して局所的に形成されている。
このような隙間を形成することより、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低い状態であっても、電気抵抗体7を隙間腐食により腐食させ、塩化物イオンによる電気抵抗体7の腐食を促進させることができる。しかも、かかる隙間は、電気抵抗体7の屈曲または湾曲した部分(すなわち引っ張り応力を生じさせた部分)と隙間形成体8との間に形成されているので、電気抵抗体3Bに比し、電気抵抗体7の腐蝕を生じさせ易くすることとができる。
【0069】
このように構成されたセンサー装置1Cによれば、腐食しやすさの異なる3つの電気抵抗体3B、4B、7を有するので、3段階で塩化物イオンの侵入を検知することができる。
このような絶縁体81、82および固定部材83、84の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、SiO、Si等の絶縁性セラミックス材料、PSF(ポリサルフォン)、PAI(プリアミドイミド)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等の樹脂材料等が挙げられ、中でも、強アルカリ液に耐え得るものが好ましい。このように隙間形成体8が絶縁性材料で構成されていることにより、隙間形成体8が電気抵抗体7の一部として機能してしまうのを防止することができる。そのため、電気抵抗体7および隙間形成体8の設計が容易となる。
以上説明したような第4実施形態に係るセンサー装置1Cによっても、コンクリート101の品質劣化を防止しつつ、測定対象物の状態を測定し、その測定結果に基づく情報を鉄筋102の腐食前の計画的または予防的な保全に活用することができる。
【0070】
<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態を説明する。
図12は、本発明の第5実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示すブロック図、図13(a)は、図12に示す電気抵抗体を説明するための側面図、図13(b)は、図12に示す電気抵抗体を説明するための平面図である。
【0071】
以下、第5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5実施形態のセンサー装置は、電気抵抗体を1つ追加した以外は、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。
【0072】
本実施形態のセンサー装置1Dは、図12に示すように、機能素子51に電気的に接続された電気抵抗体3、4、7Dを有する。
電気抵抗体7Dは、長尺部74の形状が異なるとともに隙間形成体8Dが取り付けられている以外は、前述した第1実施形態の電気抵抗体3と同様に構成されている。
電気抵抗体7Dは、図13(a)、(b)に示すように、長尺状をなす長尺部74と、長尺部74を支持する支持部75とを有する。
【0073】
支持部75は、本体2Dに固定(立設)された柱状の2つの柱部75a、75bを有する。
この2つの柱部75a、75bは、互いに接近する方向に弾性変形した状態で、長尺部74に固着している。これにより、長尺部74に引っ張り応力を生じさせることができる。
【0074】
長尺部74は、柱部75aに固着された導体74aと、柱部75bに固着された導体74bと、この2つの導体74a、74bを接合する接合部74cとを有する。
このような長尺部74には、隙間形成体8Dが取り付けられている。
長尺部74および隙間形成体8Dは、それぞれ、板状またはシート状をなし、互いに重ねて配置されている。これにより、電気抵抗体7Dの腐食を生じさせ得る隙間を長尺部74と隙間形成体8Dとの間に簡単かつ確実に形成することができる。これにより、塩化物イオンによる電気抵抗体7Dの腐食を促進させることができる。
【0075】
より具体的に説明すると、長尺部74および隙間形成体8Dは、互いに重ねられた状態で隙間形成体8Dが長尺部74に対して固定部材86により固定されている。
固定部材86は、例えばボルトおよびナットで構成されている。
具体的には、長尺部74および隙間形成体8Dは、互いに重ねられた状態にて、双方を貫通する貫通孔が形成されており、その貫通孔に一方側からボルトを挿通し、他方側からボルトにナットを螺合させることにより、隙間形成体8Dが電気抵抗体7Dに対して固定部材86により固定されている。
【0076】
このようなボルトおよびナットは、隙間形成体8Dを局所的に電気抵抗体7Dに対して圧着させるので、隙間形成体8Dの圧着された部分以外の部分が電気抵抗体7Dに対して若干浮き上がり、隙間が形成される。
この隙間における電気抵抗体7Dと隙間形成体8Dとの間の距離は、固定部材86のボルトおよびナットの締付トルクに応じて調整することができる。なお、かかる距離は、電気抵抗体3Dの腐食を生じ得る大きさに設定すればよい。
【0077】
また、本実施形態では、隙間形成体8Dは、平面視にて、接合部74cを覆うように設けられている。ここで、接合部74cは、導体74a、74bの板面に対して若干突出した形状をなす。そのため、固定部材86のボルトおよびナットの締付トルクによらず、隙間形成体8Dと電気抵抗体7Dとの間に、接合部74cの突出量に応じた隙間を形成することができる。
【0078】
なお、隙間形成体8Dの電気抵抗体7D側の面には、所望の隙間の大きさに応じた微小な突起が形成されていてもよい。この場合、固定部材86のボルトおよびナットの締付トルクによらず、かかる突起の突出量に応じて隙間の大きさを所望の大きさに規定することができる。
固定部材86の構成材料としては、それぞれ、特に限定されないが、絶縁性材料を用いるのが好ましい。
【0079】
以上説明したような第5実施形態に係るセンサー装置1Dによっても、コンクリート101の品質劣化を防止しつつ、測定対象物の状態を測定し、その測定結果に基づく情報を鉄筋102の腐食前の計画的または予防的な保全に活用することができる。
以上、本発明のセンサー装置を、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。
【0080】
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電気抵抗体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、電気抵抗体は、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。
【0081】
また、電気抵抗体の設置位置、大きさ(大小関係)、数等についても、前述したような測定が可能であれば、前述した実施形態に限定されず、任意である。
また、前述した実施形態では機能素子がCPU、A/D変換回路および測定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。
【0082】
また、前述した実施形態では電気抵抗体の抵抗値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。
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、これらを電気抵抗体3および電気抵抗体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】
【0083】
1‥‥センサー装置 1A‥‥センサー装置 1B、1C、1D‥‥センサー装置 2‥‥本体 2A、2B、2D‥‥本体 21、21A‥‥基板 22a‥‥導体部 22b‥‥導体部 22c‥‥導体部 23、23A‥‥絶縁層 24、24A‥‥封止部 25‥‥保護膜 3、3A、3B、3D‥‥電気抵抗体 31、32、31D、32D‥‥第1の部分 33、33D‥‥第2の部分 34‥‥長尺部 34a、34b‥‥導体 34c‥‥接合部 35‥‥支持部 35a、35b‥‥柱部 36a‥‥絶縁体 36b、36c‥‥導体 36d‥‥導体(長尺部) 37、77‥‥保持部材 38a、38b‥‥貫通孔 4、4A‥‥電気抵抗体 4B、7、7D‥‥電気抵抗体 41、41A‥‥空孔 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、61A‥‥導体部 62、62A‥‥導体部 63、63A‥‥導体部 64、64A‥‥導体部 71、72、73、75、76、71A、72A、73A、74A‥‥配線 74‥‥長尺部 74a、74b‥‥導体 74c‥‥接合部 8、81、82、83‥‥電気抵抗体 8A、8D‥‥隙間形成体 8c‥‥電気抵抗体 86‥‥固定部材 9‥‥電気抵抗体 91‥‥空孔 92‥‥多孔質体 100‥‥コンクリート構造物 101‥‥コンクリート 102‥‥鉄筋 511‥‥CPU 512‥‥A/D変換回路 514‥‥測定回路

【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属材料で構成された電気抵抗体と、
前記電気抵抗体の抵抗値を測定する機能を有する機能素子とを有し、
前記電気抵抗体は、表面の少なくとも一部に引っ張り応力を生じさせた状態で保持されたことを特徴とするセンサー装置。
【請求項2】
前記電気抵抗体は、一部に局所的に前記引っ張り応力を生じさせた状態で保持されている請求項1に記載のセンサー装置。
【請求項3】
前記電気抵抗体は、長尺状をなす長尺部を有し、
前記長尺部は、長手方向での少なくとも一部に前記引っ張り応力を生じさせた状態で保持されている請求項2に記載のセンサー装置。
【請求項4】
前記長尺部の長手方向に前記引っ張り応力を生じさせた状態で弾性変形して前記電気抵抗体を支持する支持部を有する請求項3に記載のセンサー装置。
【請求項5】
前記長尺部の途中を屈曲または湾曲させた状態で前記電気抵抗体を保持する保持部材を有する請求項3に記載のセンサー装置。
【請求項6】
前記長尺部が巻回される外周面を備える絶縁体を有する請求項3に記載のセンサー装置。
【請求項7】
前記電気抵抗体の前記引っ張り応力を生じさせた部分の表面との間に隙間を形成して設けられた隙間形成体を有する請求項1ないし6のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項8】
前記電気抵抗体を構成する前記金属材料は、前記測定対象部位の環境変化に伴って表面に不動態膜を形成するか、または、表面に存在した不動態膜を消失させる金属材料である請求項1ないし7のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項9】
前記電気抵抗体を構成する前記金属材料は、鉄、ニッケルまたはこれらを含む合金である請求項8に記載のセンサー装置。
【請求項10】
前記機能素子は、前記電気抵抗体の抵抗値に基づいて、前記測定対象部位のpHあるいは塩化物イオン濃度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ないし9のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項11】
アンテナと、前記アンテナに給電する機能を有する通信用回路とを有し、
前記機能素子は、前記通信用回路を駆動制御する機能をも有する請求項1ないし10のいずれかに記載のセンサー装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【図13】
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【公開番号】特開2013−92373(P2013−92373A)
【公開日】平成25年5月16日(2013.5.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−232554(P2011−232554)
【出願日】平成23年10月24日(2011.10.24)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】