Notice: Undefined variable: fterm_desc_sub in /mnt/www/biblio_conv.php on line 353
センサー装置およびセンサーシステム
説明

センサー装置およびセンサーシステム

【課題】コンクリート打設時のコンクリートの充填状態を測定し、その測定にかかる構成を有効利用しつつ、コンクリート打設後の長期にわたりコンクリート構造物の状態を測定することができるセンサー装置およびセンサーシステムを提供すること。
【解決手段】本発明のセンサー装置2は、互いに間隔を隔てて設けられた長尺状の1対の導体31、32と、導体31の先端部に接続された第1の電極41と、導体32の先端部に接続された第2の電極42とを有し、1対の導体31、32間の静電容量に基づいて、コンクリートの充填状態を測定する第1の状態と、1対の導体31、32を通じて、第1の電極41と第2の電極42との間の電位差に基づいて、コンクリート構造物の状態を測定する第2の状態をと切り換える。

【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センサーシステム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。
しかし、かかるセンサー装置では、コンクリートを打設する際、そのコンクリートの充填状態を測定することができない。
【0004】
ところで、コンクリートの充填状態を測定する装置として、2本の平行導線を有し、この平行導線をコンクリートの打設予定部位に予め設置しておき、コンクリートを打設する際、平行導線間のインピーダンス(静電容量)に基づいて、コンクリートの充填状態を測定する装置が開発されている。
しかし、このような装置は、コンクリートの充填状態の検知にのみ用いられるものであるため、コンクリートの打設完了後には、何ら使用されずに無駄となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【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】
【0006】
本発明の目的は、コンクリート打設時のコンクリートの充填状態を測定し、その測定にかかる構成を有効利用しつつ、コンクリート打設後の長期にわたりコンクリート構造物の状態を測定することができるセンサー装置およびセンサーシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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、互いに間隔を隔てて設けられた長尺状の1対の導体と、
前記1対の導体のうちの一方の導体の先端部に接続された第1の電極と、
前記1対の導体のうちの他方の導体の先端部に接続された第2の電極とを有し、
前記1対の導体間の静電容量に基づいて、コンクリートの充填状態を測定する第1の状態と、前記1対の導体を通じて、前記第1の電極と前記第2の電極との間の電位差に基づいて、コンクリート構造物の状態を測定する第2の状態とを切り換えることを特徴とする。
【0008】
このように構成されたセンサー装置によれば、コンクリート構造物のコンクリート打設時に、第1の状態とし、コンクリートの充填状態を測定し、コンクリート構造物のコンクリート打設後に、第2の状態とし、コンクリート構造物の状態を長期にわたり測定することができる。
また、1対の導体を、コンクリート構造物のコンクリート打設時における充填状態の測定だけでなく、コンクリート構造物のコンクリート打設後の状態測定を行うために、第1の電極および第2の電極への配線として有効利用することができる。
【0009】
本発明のセンサー装置は、互いに間隔を隔てて設けられた長尺状の1対の導体と、
前記1対の導体の先端部同士の間に設けられた電気抵抗体を有し、
前記1対の導体間の静電容量に基づいて、コンクリートの充填状態を測定する第1の状態と、前記1対の導体を通じて、前記電気抵抗体の抵抗値に基づいて、コンクリート構造物の状態を測定する第2の状態とを切り換えることを特徴とする。
【0010】
このように構成されたセンサー装置によれば、コンクリート構造物のコンクリート打設時に、第1の状態とし、コンクリートの充填状態を測定し、コンクリート構造物のコンクリート打設後に、第2の状態とし、コンクリート構造物の状態を長期にわたり測定することができる。
また、1対の導体を、コンクリート構造物のコンクリート打設時における充填状態の測定だけでなく、コンクリート構造物のコンクリート打設後の状態測定を行うために、電気抵抗体への配線として有効利用することができる。
【0011】
本発明のセンサー装置では、前記第1の状態と前記第2の状態とを切り換える切換部を有することが好ましい。
これにより、コンクリート構造物のコンクリート打設時に、第1の状態とし、コンクリートの充填状態を測定し、コンクリート構造物のコンクリート打設後に、第2の状態とし、コンクリート構造物の状態を長期にわたり測定することができる。
【0012】
本発明のセンサー装置では、前記切換部は、前記コンクリート構造物のコンクリート打設時に、前記第1の状態とし、前記コンクリート構造物のコンクリート打設後に、前記第2の状態とすることが好ましい。
これにより、コンクリート構造物のコンクリート打設時に、コンクリートの充填状態を測定し、コンクリート構造物のコンクリート打設後に、コンクリート構造物の状態を長期にわたり測定することができる。
【0013】
本発明のセンサー装置では、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は、前記コンクリート構造物内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構成されていることが好ましい。
これにより、第2の状態において、pHまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを、より正確に検知することができる。
【0014】
本発明のセンサー装置では、前記電気抵抗体は、前記コンクリート構造物内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構成されていることが好ましい。
これにより、第2の状態において、pHまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを、より正確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、前記コンクリート構造物の測定対象部位のpHまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知することが好ましい。
これにより、第2の状態において、測定対象部位の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。
【0016】
本発明のセンサー装置では、前記電気抵抗体の抵抗値に基づいて、前記コンクリート構造物の測定対象部位の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ことが好ましい。
これにより、第2の状態において、測定対象部位の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。
【0017】
本発明のセンサーシステムは、本発明のセンサー装置と、
前記センサー装置の測定情報を収集する情報収集装置とを備えることを特徴とする。
このように構成されたセンサーシステムによれば、コンクリート打設時のコンクリートの充填状態を測定し、コンクリート打設後の長期にわたりコンクリート構造物の状態を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の第1実施形態に係るセンサーシステムの使用状態の一例を示す図である。
【図2】図1に示すセンサーシステムに備えられたセンサー装置の概略構成を示す模式図である。
【図3】図2に示すセンサー装置に備えられた充填センサー(1対の導体)および1対の電極(第1の電極および第2の電極)を示す図である。
【図4】図2に示すセンサー装置に備えられた充填センサー(1対の導体)を示す部分斜視図である。
【図5】図2に示すセンサー装置に備えられたターミナルを示すブロック図である。
【図6】図1に示すセンサーシステムの動作を説明するためのフローチャートである。
【図7】本発明の第2実施形態に係るセンサー装置に備えられた充填センサー(1対の導体)および1対の電極(第1の電極および第2の電極)を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明のセンサー装置およびセンサーシステム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システムの使用状態の一例を示す図、図2は、図1に示すセンサーシステムに備えられたセンサー装置の概略構成を示す模式図、図3は、図2に示すセンサー装置に備えられた充填センサー(1対の導体)および1対の電極(第1の電極および第2の電極)を示す図、図4は、図2に示すセンサー装置に備えられた充填センサー(1対の導体)を示す部分斜視図、図5は、図2に示すセンサー装置に備えられたターミナルを示すブロック図、図6は、図1に示すセンサーシステムの動作を説明するためのフローチャートである。
【0020】
なお、以下では、本発明のセンサーシステムをコンクリート構造物のコンクリート打設時および打設後の状態測定に用いる場合を例に説明する。
(センサーシステム)
図1に示すセンサーシステム1は、コンクリートの打設時および打設後の状態を測定するものである。
【0021】
図1では、既設の橋脚であるコンクリート構造物101の外周に沿ってコンクリートを打設することによりコンクリート構造物102を形成し、耐震補強が施されたコンクリート構造物100を得る際に、コンクリート構造物102のコンクリート打設時の充填状態およびコンクリート打設後の状態を測定する場合を例に示している。
このセンサーシステム1は、コンクリート構造物102のコンクリート打設時およびコンクリート打設後の状態を測定する複数のセンサー装置2と、各センサー装置2の測定結果を収集する情報収集装置10とを有する。
【0022】
各センサー装置2は、図2に示すように、長尺状の充填センサー3と、充填センサー3の先端部に接続されたセンサー4と、充填センサー3の基端部に接続されたターミナル5とを備える。
このような各センサー装置2は、コンクリート構造物102のコンクリート打設時に充填センサー3による測定を行い、その測定結果をターミナル5が無線送信する。また、各センサー装置2は、コンクリート構造物102のコンクリート打設後にセンサー4による測定を行い、その測定結果をターミナル5が無線送信する。
【0023】
なお、センサー装置2については、後に詳述する。また、複数のセンサー装置2は、設置位置が異なる以外は、互いに同様である。また、センサー装置2の数は、図1に示すものに限定されるものではない。
情報収集装置10(ロガー)は、各センサー装置2と無線通信可能に構成されており、各センサー装置2から無線送信された測定結果を収集する。
情報収集装置10に収集された測定情報は、例えば、パソコン、携帯端末等に取り込まれ、表示部に表示される。
【0024】
(センサー装置)
以下、センサー装置2を構成する各部を順次説明する。
前述したように、各センサー装置2は、図2に示すように、長尺状の充填センサー3と、充填センサー3の先端部に接続されたセンサー4と、充填センサー3の基端部に接続されたターミナル5とを備える。
【0025】
(充填センサー)
充填センサー3は、図3および図4に示すように、互いに間隔を隔てて(平行となるように)設けられた長尺状の1対の導体(導線)31、32と、この1対の導体31、32を被覆する絶縁体33とを有する。
このような充填センサー3は、例えば、コンクリート構造物102のコンクリート打設に先立ち、1対の導体31、32がコンクリート構造物101の外周に沿って鉛直方向に延在するように設置される。このように設置された充填センサー3は、コンクリート構造物102のコンクリート打設時に、コンクリートの充填状態(具体的には、充填量、コンクリート打ちあがり面102aの高さ)に応じて、1対の導体31、32間のインピーダンス(静電容量)が変化する。そのため、後述するように、1対の導体31、32間のインピーダンスに基づいて、コンクリートの充填状態を測定することができる。
【0026】
また、充填センサー3は、コンクリート構造物102のコンクリート打設後に、後述するセンサー4による測定を行うために、センサー4とターミナル5とを電気的に接続する配線として用いられる。
各導体31、32は、各種導電性材料を用いることができるが、例えば、銅、アルミニウム、銀、金、白金等の金属材料を用いるのが好ましい。
【0027】
なお、各導体31、32の横断面形状は、図3では円形をなしているが、コンクリート構造物102の充填状態を測定し得るように1対の導体31、32間の距離を確保することができれば、特に限定されず、例えば、四角形、楕円形、異形状等をなしていてもよい。また、各導体31、32の径(幅)は、特に限定されない。また、各導体31、32は、複数の導線を組み合わせて(例えば撚り合わせて)構成されていてもよい。
【0028】
また、絶縁体33は、1対の導体31、32間の距離を所定距離に規制するとともに、導体31と導体32とが短絡するのを防止する機能を有する。また、絶縁体33は、各導体31、32が外部に露出するのを防止し、その結果、導体31、32の劣化を防止する機能をも有する。
このような絶縁体33の構成材料としては、特に限定されず、各種絶縁性材料を用いることができるが、樹脂材料、ゴム材料、エラストマー材料等を用いるのが好ましい。これにより、所望の絶縁性を確保しつつ、充填センサー3全体に可撓性を付与できる。そのため、充填センサー3の取り扱い性を優れたものとするとともに、充填センサー3の設置を容易なものとすることができる。また、絶縁体33の構成材料は、コンクリート中にて安定的に存在し得るように、強アルカリ性に対して耐性のある材料であるのが好ましい。
また、絶縁体33の厚さおよび横断面形状は、1対の導体31、32間のインピーダンスに基づいてコンクリートの充填状態を測定できれば、特に限定されない。
【0029】
(センサー)
センサー4は、図3に示すように、前述した充填センサー3の1対の導体31、32の先端部に電気的に接続されている。
センサー4は、前述した充填センサー3の先端部付近におけるコンクリート構造物102の測定対象部位(以下、単に「測定対象部位」ともいう)の状態を測定するものである。
【0030】
このセンサー4は、導体31の先端部に電気的に接続された第1の電極41と、導体32の先端部に電気的に接続された第2の電極42とを有する。
ここで、導体31と第1の電極41との接続部、および、導体32と第2の電極42との接続部は、封止部71により覆われている。第1の電極41および第2の電極42は、それぞれ、一部が封止部71から露出している。これにより、封止部71が上記2つの接続部の劣化を防止しつつ、センサー4による測定を行うことができる。
【0031】
封止部71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。また、封止部71の構成材料は、コンクリート中にて安定的に存在し得るように、強アルカリ性に対して耐性のある材料であるのが好ましい。
なお、封止部71は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。
【0032】
(第1の電極、第2の電極)
第1の電極41および第2の電極42は、図3に示すように、それぞれ、長尺状をなし、互いに平行となるように設けられている。
また、第1の電極41および第2の電極42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。
【0033】
このような第1の電極41は、例えば、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41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41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41は、不動態膜が破壊された状態(消失された状態)では活性(卑)である。そのため、第1の電極41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。
このような第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。
【0034】
Feは、pHが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。
【0035】
中でも、第1の金属材料は、FeまたはFeを含む合金(Fe系合金)、すなわち鉄系材料(炭素鋼、合金鋼)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、第1の金属材料をコンクリート構造物102の鉄筋と同一材料とすることが可能であり、第1の金属材料を鉄筋と同一材料とすることにより、鉄筋の腐蝕環境状態を効果的に検知することができる。例えば、第1の電極41がFe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。
【0036】
一方、第2の電極42は、例えば、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42は、前述したように不動態膜の有無により第1の電極41の電位が変化する際に、不導体膜の形成や破壊(消失)が無く、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41の電位が変化する際に、第1の電極41と第2の電極42との電位差が急峻に変化する。そのため、第1の電極41および第2の電極42の設置環境(本実施形態ではコンクリート構造物102の鉄筋付近のコンクリート)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。
【0037】
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。
【0038】
また、この場合、第2の金属材料は、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、第2の金属材料をコンクリート構造物102の鉄筋と同一材料とすることが可能であり、第2の金属材料を鉄筋と同一材料とすることにより、鉄筋の腐蝕状態を効果的に検知することができる。
【0039】
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41および第2の電極42の設置環境が強アルカリ状態から強酸性状態へ変化するとき、その変化を1段階で高精度に検知することができる。
このようなことから、外部からコンクリート構造物102内に侵入するCO(中性化)や塩素イオンをコンクリート構造物102中の鉄筋に届く前に検知できる。従って、鉄筋が腐食する前に腐食防止の対策を行うことができる。
【0040】
以下、第1の電極41がFeで構成され、第2の電極42がFeAlで構成されている場合を一例として、センサー4の作用を説明する。
打設直後のコンクリート構造物102において、通常、適切に打設されていれば、コンクリート構造物102のコンクリートは強アルカリ性を呈する。そのため、このとき、第1の電極41および第2の電極42は、それぞれ、安定な不動態膜を形成する。これにより、第1の電極41および第2の電極42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41と第2の電極42との電位差は小さくなる。
【0041】
その後、コンクリート構造物102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、コンクリートのpHが9程度にまで下がると、第2の電極42は、その不動態膜が安定であり、自然電位の変化が少ないものの、第1の電極41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41と第2の電極42との電位差が大きくなる。
【0042】
また、コンクリート構造物102のコンクリートのpHが4程度まで下がると、第2の電極42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41および第2の電極42は、ともに自然電位が下がっているので、第1の電極41と第2の電極42との電位差は、再び小さくなる。なお、このとき、第1の電極41および第2の電極42の腐蝕がそれぞれ進む。
【0043】
このように、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2つのタイミングで、第1の電極41と第2の電極42との電位差が急峻に変化する。そのため、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。
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102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、鉄筋が腐蝕する前に、コンクリート構造物102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、鉄筋が腐食する前に、コンクリート構造物102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。
以上説明したような第1の電極41と第2の電極42との電位差に基づいて、コンクリート構造物102の測定対象部位のpHまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知する。これにより、第2の状態において、測定対象部位の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。
【0044】
(ターミナル)
次に、ターミナル(リーダーライター)5について説明する。
図5に示すように、ターミナル5は、インターフェース部51、52と、制御部53と、記憶部54と、通信部55と、電源部56と、切換部6とを有する。
以下、ターミナル5を構成する各部を順次説明する。
[通信部]
通信部55は、無線通信機能を有する。そして、通信部55は、記憶部54に記憶された測定情報を送信する。
より具体的に説明すると、通信部55は、前述した充填センサー3およびセンサー4の測定情報を無線送信する機能を有する。この無線送信された測定情報は、情報収集装置10で受信される。
【0045】
このような通信部55は、アンテナ551と、通信回路552とを有する。
アンテナ551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。
通信回路552は、例えば、電磁波を送信するための送信回路と、送信する信号を変調する機能を有する変調回路と、電磁波を受信するための受信回路と、受信する信号を復調する機能を有する復調回路とを有する。なお、通信回路552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等を有していてもよい。なお、これらの回路は、同一基板上に設けられていてもよいし、互いに異なる基板上に設けられていてもよい。
【0046】
また、通信部55は、情報収集装置10との無線通信において空中を伝送するのでLF帯域よりも高い周波数(例えばGHz帯域)の搬送波を用いて無線送信するように構成されているのが好ましく、RF帯域の搬送波を用いて無線送信するように構成されているのがより好ましい。
ターミナル5の無線送信がRF帯域の搬送波として用いるものであると、情報収集装置10とターミナル5との通信可能な距離を大きくすることができる。
【0047】
[インターフェース部]
インターフェース部(第1信号処理回路)51は、前述した充填センサー3の測定情報を制御部53に入力する機能を有する。具体的には、インターフェース部51は、充填センサー3の1対の導体31、32間の静電容量に基づいて、コンクリートの充填状態を測定し、その測定結果を制御部53に入力する。
【0048】
一方、インターフェース部(第2信号処理回路)52は、前述したセンサー4の測定情報を制御部53に入力する機能を有する。具体的には、インターフェース部52は、センサー4の第1の電極41と第2の電極42との間の電位差に基づいて、コンクリート構造物102の状態を測定し、その測定結果を制御部53に入力する。
また、インターフェース部51、52は、それぞれ、必要に応じて、測定情報(測定結果)に所定の処理を施して後、その処理後の測定情報を制御部53に入力する。例えば、インターフェース部51、52は、それぞれ、A/D変換回路を備え、測定情報をアナログからデジタルに変換して制御部53に入力する。また、インターフェース部51、52は、それぞれ、増幅回路を備え、測定情報を増幅した後に制御部53に入力する。
【0049】
[記憶部]
記憶部54は、充填センサー3の測定情報、センサー4の測定情報等を記憶する機能を有する。この記憶された測定情報は、前述した通信部55で無線送信される。これにより、通信部55が充填センサー3またはセンサー4による測定を複数回行うごとに通信動作を行って、複数回の測定情報を一括して無線送信することができる。
【0050】
このような記憶部54は、特に限定されず、不揮発性メモリ、揮発性メモリのいずれも用いることができるが、電力を供給しなくても情報を記憶した状態を保持することができ、省電力化を図ることができるという観点から、不揮発性メモリを用いるのが好ましく、特に、省電力で情報の読み書きができるという観点から、フラッシュメモリを用いるのが好ましい。
【0051】
[制御部]
制御部53は、ターミナル5を構成する各部、具体的には通信部55、切換部6等を制御する機能を有する。
この制御部53は、特に限定されないが、例えば、MPUで構成されている。
[電源部]
電源部56は、ターミナル5を動作可能な電力を供給するものである。
【0052】
ただし、ターミナル5は、コンクリート構造物100の外部に設置することができるため、電源部56は、点検、修理、交換等が容易である。また、コンクリート構造物100に穿孔等することなく、外部から有線により電源部56に電力を供給することが可能である。
このようなことから、電源部56に電力を供給する電源としては、比較的大きな電力を発生する電源、例えば、比較的容量の大きい電池、商用電源、太陽電池に接続された二次電池等を用いることができる。このような電源を用いることにより、前述した通信部55の通信距離を大きくすることができる。
【0053】
[切換部]
切換部6は、充填センサー3の1対の導体31、32とインターフェース部51、52との間に設けられている。
そして、切換部6は、充填センサー(第1のセンサー)3による測定を行う状態と、センサー(第2のセンサー)4による測定を行う状態とを切り換え可能に構成されている。
【0054】
すなわち、切換部6は、1対の導体31、32間の静電容量に基づいて、コンクリートの充填状態を測定する第1の状態(以下、単に「第1の状態」ともいう)と、1対の導体31、32を通じて、センサー4の第1の電極41と第2の電極42との間の電位差に基づいて、コンクリート構造物102の状態を測定する第2の状態(以下、単に「第2の状態」ともいう)とを切り換える。
【0055】
この切換部6は、前述した制御部53により駆動制御される。具体的には、切換部6は、コンクリート構造物102のコンクリート打設時に第1の状態とし、コンクリート構造物102のコンクリート打設後に第2の状態とする。これにより、コンクリート構造物102のコンクリート打設時に、コンクリートの充填状態を測定し、コンクリート構造物102のコンクリート打設後に、コンクリート構造物102の状態を長期にわたり測定することができる。
【0056】
より具体的に説明すると、切換部6は、第1の状態において、1対の導体31、32をインターフェース部51に電気的に接続するとともにインターフェース部52に対して電気的導通を遮断する。また、切換部6は、第2の状態において、1対の導体31、32をインターフェース部52に電気的に接続するとともにインターフェース部51に対して電気的導通を遮断する。
【0057】
これにより、第1の状態において、1対の導体31、32間の静電容量を測定することができる。また、第2の状態において、1対の導体31、32を介して、第1の電極41と第2の電極42との間の電位差を測定することができる。
このような切換部6(スイッチ)は、特に限定されないが、例えば、リレーで構成されている。
以上説明したように構成されたセンサーシステム1では、図6に示すように、まず、第1の状態とし、コンクリートの充填状態を測定する(ステップS1)。
【0058】
その後、コンクリートの充填状態の測定を終了するか否かを判断する(ステップS2)。例えば、コンクリートの充填量が所定量に達したか否か、コンクリートの充填開始から所定時間が経過したか否か、または、コンクリートの充填状態の測定を終了する旨の指示あるいは命令が入力されたか否か等に基づいて、コンクリートの充填状態の測定を終了するか否かを判断する。
【0059】
そして、コンクリートの充填状態の測定を終了すると判断するまでの間、ステップS1が繰り返され、コンクリートの充填状態を測定する。
コンクリートの充填状態の測定を終了すると判断した場合、第2の状態とし、コンクリート構造物102の状態を測定する(ステップS3)。
その後、通信を行うか否かを判断する(ステップS4)。例えば、コンクリート構造物の状態の測定開始から所定時間が経過したか否か、または、通信を行う旨の指示あるいは命令が入力されたか否か等に基づいて、通信を行うか否かを判断する。
【0060】
そして、通信を行うと判断するまでの間、ステップS3が繰り返され、コンクリートの充填状態を測定する。
通信を行うと判断した場合、コンクリート構造物の状態の測定結果を送信し(ステップS5)、その後、前述したステップS3に戻る。
以上説明したように構成されたセンサーシステム1では、充填センサー3による測定を行う第1の状態とセンサー4による測定を行う第2の状態とを切換部6により切り換えることができる。そのため、コンクリート構造物のコンクリート打設時に、第1の状態とし、コンクリートの充填状態を測定し、コンクリート構造物のコンクリート打設後に、第2の状態とし、コンクリート構造物の状態を長期にわたり測定することができる。
また、充填センサー3の1対の導体31、32を、コンクリート構造物102のコンクリート打設時における充填状態の測定だけでなく、コンクリート構造物102のコンクリート打設後の状態測定を行うために、センサー4とターミナル5とを電気的に接続する配線として有効利用することができる。
【0061】
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
図7は、本発明の第2実施形態に係るセンサー装置に備えられた充填センサー(1対の導体)および1対の電極(第1の電極および第2の電極)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。
【0062】
第2実施形態のセンサー装置は、充填センサー(1対の導体)の先端部に接続されたセンサーの構成が異なる以外は、第1実施形態のセンサーシステムとほぼ同様である。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。
本実施形態でのセンサー装置2Aは、図7に示すように、長尺状の充填センサー3と、充填センサー3の先端部に接続されたセンサー4Aとを備える。
【0063】
センサー4Aは、電気抵抗体43を有する。この電気抵抗体43は、一端が抵抗体44を介して導体31の先端部に電気的に接続され、他端が抵抗体45を介して導体32の先端部に電気的に接続されている。
このように抵抗体44、45を介して電気抵抗体43を1対の導体31、32に電気的に接続することにより、第1の状態において、1対の導体31、32間の静電容量に基づいて、コンクリートの充填状態を測定することができる。
【0064】
また、第2の状態において、1対の導体31、32を通じて、センサー4Aの電気抵抗体43の抵抗値に基づいて、コンクリート構造物102の状態を測定することができる。
電気抵抗体43は、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43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て抵抗値が急激に増大する。したがって、電気抵抗体43の抵抗値に基づいて、コンクリート構造物102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。これにより、第2の状態において、測定対象部位の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。
【0065】
また、電気抵抗体43は、長尺状をなしている。これにより、電気抵抗体43を腐食により切断され易くすることができる。
このような電気抵抗体43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43の表面に不動態膜が形成される。
このような不動態膜を形成する金属材料としては、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。
【0066】
例えば、Fe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。
【0067】
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43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、電気抵抗体43の構成材料をコンクリート構造物102の鉄筋と同一または近似の材料とすることが可能であり、鉄筋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23がFe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。
【0068】
また、電気抵抗体43は、前述したような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43の後述する隙間腐食を生じさせやすくすることができる。
また、電気抵抗体43の厚さおよび幅は、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、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。
【0069】
また、抵抗体44、45としては、特に限定されず、各種抵抗器を用いることができる。
以上説明したような第2実施形態のセンサー装置2Aによっても、コンクリート打設時のコンクリートの充填状態を測定し、その測定にかかる構成を有効利用しつつ、コンクリート打設後の長期にわたりコンクリート構造物の状態を測定することができる。
以上、本発明のセンサー装置およびセンサーシステムを、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。
【0070】
例えば、本発明のセンサー装置およびセンサーシステムでは、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、前述した実施形態では、第1の電極および第2の電極が互いに異なる金属材料で構成されている場合を例に説明したが、第1の電極および第2の電極が互いに同じ金属材料で構成されていてもよい。この場合、第1の電極および第2の電極の腐蝕速度を互いに異ならせるように、例えば、第1の電極または第2の電極のいずれかに隙間構造を設ければよい。
【符号の説明】
【0071】
1‥‥センサーシステム 2‥‥センサー装置 2A‥‥センサー装置 3‥‥充填センサー 3A‥‥充填センサー 4‥‥センサー 4A‥‥センサー 5‥‥ターミナル 6‥‥切換部 10‥‥情報収集装置 23‥‥電気抵抗体 31‥‥導体 32‥‥導体 33‥‥絶縁体 41‥‥第1の電極 42‥‥第2の電極 43‥‥電気抵抗体 44、45‥‥抵抗体 51‥‥インターフェース部 52‥‥インターフェース部 53‥‥制御部 54‥‥記憶部 55‥‥通信部 56‥‥電源部 71‥‥封止部 100‥‥コンクリート構造物 101‥‥コンクリート構造物 102‥‥コンクリート構造物 102a‥‥面 431‥‥アンテナ 432‥‥通信回路 551‥‥アンテナ 552‥‥通信回路 S1〜S5‥‥ステップ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに間隔を隔てて設けられた長尺状の1対の導体と、
前記1対の導体のうちの一方の導体の先端部に接続された第1の電極と、
前記1対の導体のうちの他方の導体の先端部に接続された第2の電極とを有し、
前記1対の導体間の静電容量に基づいて、コンクリートの充填状態を測定する第1の状態と、前記1対の導体を通じて、前記第1の電極と前記第2の電極との間の電位差に基づいて、コンクリート構造物の状態を測定する第2の状態とを切り換えることを特徴とするセンサー装置。
【請求項2】
互いに間隔を隔てて設けられた長尺状の1対の導体と、
前記1対の導体の先端部同士の間に設けられた電気抵抗体を有し、
前記1対の導体間の静電容量に基づいて、コンクリートの充填状態を測定する第1の状態と、前記1対の導体を通じて、前記電気抵抗体の抵抗値に基づいて、コンクリート構造物の状態を測定する第2の状態とを切り換えることを特徴とするセンサー装置。
【請求項3】
前記第1の状態と前記第2の状態とを切り換える切換部を有する請求項1または2に記載のセンサー装置。
【請求項4】
前記切換部は、前記コンクリート構造物のコンクリート打設時に、前記第1の状態とし、前記コンクリート構造物のコンクリート打設後に、前記第2の状態とする請求項3に記載のセンサー装置。
【請求項5】
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は、前記コンクリート構造物内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構成されている請求項1に記載のセンサー装置。
【請求項6】
前記電気抵抗体は、前記コンクリート構造物内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構成されている請求項2に記載のセンサー装置。
【請求項7】
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、前記コンクリート構造物の測定対象部位のpHまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知する請求項1に記載のセンサー装置。
【請求項8】
前記電気抵抗体の抵抗値に基づいて、前記コンクリート構造物の測定対象部位の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請求項2に記載のセンサー装置。
【請求項9】
請求項1ないし8のいずれかに記載のセンサー装置と、
前記センサー装置の測定情報を収集する情報収集装置とを備えることを特徴とするセンサーシステム。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate


【公開番号】特開2013−92511(P2013−92511A)
【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2011−236339(P2011−236339)
【出願日】平成23年10月27日(2011.10.27)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】