センサー装置
【課題】コンクリート構造物のコンクリート中の塩化物イオン濃度変化をコンクリートのｐＨ変化と区別して測定し、その測定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を提供すること。
【解決手段】本発明のセンサー装置１は、多孔質体で構成された第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の電極３と同種の材料からなる緻密体で構成された第２の電極４と、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機能素子５１とを有し、機能素子５１で測定された電位差に基づいて、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。
【解決手段】本発明のセンサー装置１は、多孔質体で構成された第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の電極３と同種の材料からなる緻密体で構成された第２の電極４と、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機能素子５１とを有し、機能素子５１で測定された電位差に基づいて、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（中性化）していくため、鉄筋が腐食することとなる。また、コンクリート構造物は、コンクリートへ侵入した塩化物イオンによっても鉄筋が腐食する
例えば、特許文献１に記載の装置では、参照電極および対極を備えたプローブをコンクリートに埋設して、鉄筋の腐食による電位変化および分極抵抗を測定することにより、鉄筋の腐食を予測する。
しかし、かかる装置では、鉄筋の腐食の原因がコンクリート中へ侵入した塩化物イオンによるものなのか、コンクリートの中性化によるものなのかを特定することができず、その結果、コンクリート構造物の適切な保全を行う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】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２２２０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、コンクリート構造物のコンクリート中の塩化物イオン濃度変化をコンクリートのｐＨ変化と区別して測定し、その測定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を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、少なくとも表面付近が多孔質体で構成された第１の電極と、
前記第１の電極に対して離間して設けられ、少なくとも表面付近が前記第１の電極と同種の材料からなる緻密体で構成された第２の電極と、
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、
前記機能素子で測定された電位差に基づいて、測定対象部位の状態を測定し得るように構成されたことを特徴とする。
【０００６】
このように構成されたセンサー装置によれば、第１の電極は、その少なくとも表面付近が多孔質体で構成されているので、第１の電極の表面には腐蝕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、第１の電極の表面は、塩化物イオンの存在下において、均一に腐蝕が生じ、局所的な腐蝕（孔食）が抑制される。
一方、第２の電極は、その少なくとも表面付近が緻密体で構成されているので、第２の電極の表面は、塩化物イオンの存在下において、最も腐蝕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蝕し易さが他の部分に比してさらに大きくなるため、局所的な腐蝕（孔食）が生じる。
【０００７】
このようなことから、第１の電極および第２の電極は、互いに同種の材料で構成されていながら、塩化物イオンの存在下において、互いに異なる状態で腐蝕が進行する。具体的には、第１の電極は塩化物イオンの存在によって自然電位がほとんど変化しないが、第２の電極は塩化物イオンの存在によって自然電位が大きく変化する。そのため、第１の電極と第２の電極との電位差に基づいて、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を測定することができる。
【０００８】
また、第１の電極および第２の電極は、互いに同種の材料で構成されているため、測定対象部位のｐＨ変化に対して、互いに同一または近似して状態が変化する。したがって、測定対象部位のｐＨが変化しても、第１の電極と第２の電極との電位差は全くあるいはほとんど変化しない。そのため、上述した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。
【０００９】
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の電極は、それぞれ、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構成されていることが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の双方に不動態膜が形成されている状態において、測定対象部位に塩化物イオンが侵入したとき、第１の電極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、均一に腐蝕が生じ、局所的な腐蝕（孔食）が抑制され、自然電位がほとんど変化せず貴化した状態（高い状態）に維持される。一方、第２の電極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、局所的な腐蝕（孔食）が生じ、自然電位が卑化する（下がる）。
このようなことから、第１の電極と第２の電極との電位差に基づいて、測定対象部位のｐＨ変化と区別して、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を正確に測定することができる。
【００１０】
本発明のセンサー装置では、前記金属材料は、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（鉄系材料）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の電極および第２の電極をそれぞれ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蝕状態を効果的に検知することができる。
【００１１】
本発明のセンサー装置では、前記第１の電極および前記第２の電極の双方を覆うように設けられ、厚さ方向に貫通する貫通孔または貫通溝を有する絶縁膜を有することが好ましい。
これにより、絶縁膜の貫通孔または貫通溝による毛管凝縮効果により、より低い相対湿度で、第１の電極上および第２の電極上に水分を結露させ安定して液体の水を存在させることができる。
このようなことから、外部環境の湿度や温度の変化に伴って測定対象部位の相対湿度が変化しても、第１の電極上および第２の電極上の水分量の変動を防止することができる。その結果、外部環境の湿度や温度の変化によって第１の電極および第２の電極の自然電位がそれぞれ変動するのを防止し、測定対象部位の状態を高精度に測定することができる。
【００１２】
本発明のセンサー装置では、前記絶縁膜は、連続空孔を有する多孔質体で構成され、前記連続空孔は、前記貫通孔の少なくとも一部を構成することが好ましい。
これにより、絶縁膜の貫通孔による毛管凝縮効果を効果的に生じさせることができる。
本発明のセンサー装置では、前記貫通孔または前記貫通溝は、エッチングによりパターンニングされたものであることが好ましい。
これにより、毛管凝縮効果を生じ得る貫通孔または貫通溝を有する絶縁膜を比較的簡単に形成することができる。
本発明のセンサー装置では、前記絶縁膜は、耐アルカリ性を有することが好ましい。
これにより、測定対象部位がコンクリートである場合であっても、絶縁膜の耐久性を優れたものとすることができる。そのため、コンクリートの状態を長期に亘り安定して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の電極に対してそれぞれ離間して設けられ、前記第１の電極および前記第２の電極とは異なる材料で構成された第３の電極を有し、
前記機能素子は、前記第１の電極または前記第２の電極と前記第３の電極との電位差を測定する機能をさらに有することが好ましい。
これにより、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化と測定対象部位のｐＨ変化とを区別して、これらの双方を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３の電極は、多孔質体で構成されていることが好ましい。
これにより、第３の電極の表面が塩化物イオンによって局所的に腐蝕するのを抑制することができる。そのため、前記第１の電極または前記第２の電極と前記第３の電極との電位差から、塩化物イオン以外の環境変化（例えば、ｐＨ）を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、前記機能素子は、前記第１の電極または前記第２の電極と前記第３の電極との電位差に基づいて、前記測定対象部位の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、測定対象物のｐＨ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、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、前記測定対象部位の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】（ａ）は、図２に示す第１の電極の構成の一例を示す拡大断面図、（ｂ）は、図２に示す第２の電極の構成の一例を示す拡大断面図である。
【図７】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８】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９】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１０】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１１】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、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１２】図１１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１１中のＡ−Ａ線断面図）である。
【図１３】図１１に示す絶縁膜を示す拡大断面図である。
【図１４】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、第２の電極および第３の電極を説明するための断面図である。
【図１５】図１４に示すセンサー装置の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。
【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（ａ）は、図２に示す第１の電極の構成の一例を示す拡大断面図、図６（ｂ）は、図２に示す第２の電極の構成の一例を示す拡大断面図、図７および図８は、それぞれ、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９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。
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。
【００１８】
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を打設する際に、コンクリート１０１の打設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。
【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、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、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、第１の電極３および第２の電極４は、コンクリート１０１の測定対象部位の状態変化に伴って、これらの間の電位差が変化するように構成されている。なお、第１の電極３および第２の電極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、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。
【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、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。
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。
【００２１】
図４に示すように、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。
図５に示すように、この基板２１上には、機能素子５１（集積回路チップ）が保持され、機能素子５１の導体部６１、６２（電極パッド）が第１の電極３および第２の電極４と接続されている。
【００２２】
この導体部６１は、第１の電極３と、導体部５１６ａ、５１６ｄおよびトランジスタ５１４ａのゲート電極とを電気的に接続している。また、導体部６２は、第２の電極４と、導体部５１６ｂ、５１６ｅおよびトランジスタ５１４ｂのゲート電極とを電気的に接続している。第１の電極３と第２の電極４は、各々、トランジスタ５１４ａ、５１４ｂのゲート電極と接続しているためフローテイング状態にある。５１５ａと５１５ｂは、集積回路の層間絶縁膜であり、２５は、集積回路の保護膜である。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
なお、封止部２４は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。
【００２６】
（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。
【００２７】
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。また、第１の電極３および第２の電極４の平面視形状は、それぞれ、四角形をなしている。また、第１の電極３および第２の電極４は、平面視にて、互いの形状および面積が等しくなっている。
特に、第１の電極３は、図６（ａ）に示すように、複数の空孔３１を有する多孔質体３２で構成されている。そして、複数の空孔３１は、隣接する空孔３１同士が連通する連続空孔（細孔）をなし、その連続空孔が第１の電極３の表面に開口している。
このような第１の電極３は、多孔質体３２で構成されているので、第１の電極３の表面には腐蝕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、第１の電極３の表面は、塩化物イオンの存在下において、均一に腐蝕が生じ、局所的な腐蝕（孔食）が抑制される。
【００２８】
一方、第２の電極４は、図６（ｂ）に示すように、緻密体４２で構成されている。この緻密体４２は、前述した第１の電極３の空孔３１のような空孔を実質的に有しないものである。
このような第２の電極４は、緻密体４２で構成されているので、第２の電極４の表面は、塩化物イオンの存在下において、最も腐蝕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蝕し易さが他の部分に比してさらに大きくなるため、局所的な腐蝕（孔食）が生じる。
【００２９】
このようなことから、第１の電極３および第２の電極４は、塩化物イオンの存在下において、互いに異なる状態で腐蝕が進行する。具体的には、第１の電極３は塩化物イオンの存在によって自然電位がほとんど変化しないが、第２の電極４は塩化物イオンの存在によって自然電位が大きく変化する。そのため、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を測定することができる。
【００３０】
また、複数の空孔３１の平均径は、それぞれ、前述したような塩化物イオンによる孔食を防止し得る範囲であれば、特に限定されないが、空孔３１は、孔径２〜５０ｎｍのメソポーラスあるいは孔径５０ｎｍ以上のマクロポーラスであるのが好ましい。これにより、孔食を抑制する効果を発揮することができる。
このような平均径の範囲で複数の空孔３１が形成されていることにより、前述したような塩化物イオンによる孔食を防止するとともに、細孔による毛管凝縮効果により、より低い相対湿度で、第１の電極３上に水分を結露させることができる。そのため、第１の電極３上に安定して液体の水を存在させることができる。すなわち、仮に第１の電極３が緻密体で構成された場合に第１の電極３上に結露が生じないような低い相対湿度においても、第１の電極３上にそれぞれ結露させて液体の水を存在させることができる。
【００３１】
このようなことから、外部環境の湿度や温度の変化に伴ってコンクリート１０１内の相対湿度が変化しても、第１の電極３上の水分量の変動を防止することができる。その結果、外部環境の湿度や温度の変化によって第１の電極３の自然電位が大きく変動するのを防止し、コンクリート１０１の測定対象部位の状態を高精度に測定することができる。
さらに、第１の電極３の空孔率は、前述したように塩化物イオンによる孔食を防止し得る範囲であれば、特に限定されないが、腐食時の体積膨張を回避するためには、空孔率が高い方がよく、力学的強度の観点からは、空孔率が低い方がよく、具体的には、例えば、１０％以上９０％以下であるのが好ましい。
【００３２】
本実施形態では、第１の電極３および第２の電極４は、互いに同種の材料（同一または近似した材料）で構成されている。これにより、第１の電極３および第２の電極４は、測定対象部位のｐＨ変化に対して、互いに同一または近似して状態が変化する。したがって、測定対象部位のｐＨが変化しても、第１の電極３と第２の電極４との電位差は、全く変化しないか、あるいは、ほとんど変化しない。そのため、上述した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。
【００３３】
以下、第１の電極３および第２の電極４の構成材料について詳述する。
第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、測定対象部位の環境変化（具体的にはｐＨ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。
このような金属材料で構成された第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、不動態膜が形成された状態（不動態化した状態）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３および第２の電極４は、それぞれ、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３および第２の電極４の電位は、それぞれ、ｐＨ変化に伴う不動態膜の有無により急峻に変化する。これにより、第１の電極３または第２の電極４の電位に基づいて、測定対象部位のｐＨ変化を測定することができる。
ここで、前述したように第１の電極３および第２の電極４は互いに同種の材料で構成されているため、第１の電極３および第２の電極４に形成される不動態膜も互いに同種の材料で構成されている。
【００３４】
そして、第１の電極３および第２の電極４の双方に不動態膜が形成されている状態において、測定対象部位に塩化物イオンが侵入したとき、第１の電極３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、ポーラス構造では全体に均一に孔が存在するため、局所的に特定の孔のみで塩素化合物イオン濃度が高くなることは無い。このため、腐食電流は分散され、電極全体均一に腐蝕が進む。局所的な腐蝕（孔食）が抑制され、自然電位がほとんど変化せず貴化した状態（高い状態）に維持される。一方、第２の電極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、局所的な腐蝕（孔食）が生じ、自然電位が卑化する（下がる）。
【００３５】
このようなことから、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象部位のｐＨ変化と区別して、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を正確に測定することができる。
かかる金属材料としては、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。
【００３６】
例えば、Ｆｅは、ｐＨが９．４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。
また、例えば、炭素鋼（ＳＤ３４５）は、強アルカリ環境においても、塩化物イオン濃度が約１．２ｋｇ／ｍ３を超えたときに不動態膜の破壊が始まる。
【００３７】
中でも、かかる金属材料は、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）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３がＦｅで構成されている場合、ｐＨが９．４以上か否かの判断ができる。
【００３８】
このような第１の電極３は、特に限定されず、公知の多孔質体膜の形成方法を用いて形成することができる。なお、図６（ａ）に示す複数の空孔３１の形状は、一例であり、前述したように第１の電極３の塩化物イオンによる孔食を防止し得るものであれば、図示のものに限定されず、第１の電極３は、連続空孔を有する公知の各種多孔質体で構成することができる。
また、第２の電極４は、特に限定されず、公知の成膜法を用いて形成することができる。
【００３９】
（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できる。
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。
【００４０】
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。
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、５１６ｆ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。
【００４１】
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。
差動増幅回路５１４は、図７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。
【００４２】
また、差動増幅回路５１４は、図８に示すように、演算増幅器２０１、２０２と、演算増幅器２０３とを有する。
演算増幅器２０１は、比較用電極７を基準として第１の電極３の電位を検出する。また、演算増幅器２０２は、比較用電極７を基準として第２の電極４の電位を検出する。また、演算増幅器２０３は、演算増幅器２０１の出力電位と演算増幅器２０２の出力電位との差を検出する。
【００４３】
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。
【００４４】
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２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。
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、回路の一部を構成している。
【００４５】
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。
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。
【００４６】
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、測定対象部位のｐＨや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。
【００４７】
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ＲＦ帯またはＬＦ帯（好ましくはＬＦ帯）を用い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。
【００４８】
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。
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、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。
【００４９】
以下、第１の電極３および第２の電極４がそれぞれＦｅ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、図９（ａ）に示すように、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、安定な不動態膜を形成する。すなわち、図９（ａ）に示すように、第１の電極３は、その表面に不動態膜３３が形成され、第２の電極４は、その表面に不動態膜４３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との電位差は小さくなる。
【００５０】
その後、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、不動態膜３３、４３が形成されている状態において、第１の電極３に形成された不動態膜３３は、塩化物イオンの存在下において、腐蝕電流が分散し、局所的な腐蝕（孔食）が抑制され、自然電位がほとんど変化せず貴化した状態（高い状態）に維持される。一方、第２の電極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、局所的な塩化物イオン濃度増大と腐蝕（孔食）が生じる。すなわち、第２の電極４の不動態膜４３には、図９（ｂ）に示すように、貫通した局所的欠損部４３１が形成され、その欠損部４３１を通じて第２の電極４の不動態化されていない部分が露出し、Ｆｅ腐食が加速する。これにより、第２の電極４の自然電位が卑化する（下がる）。
【００５１】
このようなことから、不動態膜４３の塩化物イオンによる破壊とＦｅ腐蝕の程度に応じて、第１の電極３と第２の電極４との電位差が大きくなる。そのため、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を測定することができる。
また、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（中性化）していく。
【００５２】
そして、コンクリート１０１のｐＨが９程度にまで下がると、図９（ｃ）に示すように、第１の電極３および第２の電極４は、不動態膜３３、４３がともに崩壊し始め、それぞれ自然電位が下がる（卑化する）。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、小さくなる。また、第１の電極３と比較用電極との電位差、および、第２の電極４と比較用電極７との電位差がそれぞれ急峻に変化する。そのため、測定対象部位のｐＨが９程度となったことを高精度に検知することができる。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。
【００５３】
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。
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。
【００５４】
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、第１の電極３は、多孔質体３２で構成されているので、第１の電極３の表面には腐蝕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、第１の電極３の表面は、塩化物イオンの存在下において、腐蝕電流が分散し、局所的な腐蝕（孔食）が抑制される。
一方、第２の電極４は、緻密体４２で構成されているので、第２の電極４の表面は、塩化物イオンの存在下において、最も腐蝕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に塩化物イオンが集まり腐蝕し易さが他の部分に比してさらに大きくなるため、局所的な塩化物イオン濃度の増大と腐蝕加速（孔食）が生じる。
【００５５】
このようなことから、第１の電極３および第２の電極４は、互いに同種の材料で構成されていながら、塩化物イオンの存在下において、互いに異なる状態で腐蝕が進行する。そのため、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を測定することができる。
また、第１の電極３および第２の電極４は、互いに同種の材料で構成されているため、測定対象部位のｐＨ変化に対して、互いに同一または近似して均一腐食が発生し、電位差は発生しない。そのため、上述した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。
【００５６】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図１０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。
【００５７】
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３ａ、３ｂ、３ｃおよび複数の第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃとを有する。
本実施形態では、第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃは、互いに離間して設けられている。また、第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃ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。
【００５８】
また、複数の第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃ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３ａ、３ｂ、３ｃ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４ａ、４ｂ、４ｃ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４ａ、４ｂ、４ｃがこの順に並んで設けられている。
【００５９】
さらに、第１の電極３ａおよび第２の電極４ａ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３ｂおよび第２の電極４ｂ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３ｃおよび第２の電極４ｃ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。
このような第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃでは、第１の電極３ａと第２の電極４ａとが対をなし、第１の電極３ｂと第２の電極４ｂとが対をなし、第１の電極３ｃと第２の電極４ｃとが対をなす。
【００６０】
本実施形態では、センサー装置１Ａは、第１の電極３ａと第２の電極４ａとの電位差、第１の電極３ｂと第２の電極４ｂとの電位差、および、第１の電極３ｃと第２の電極４ｃ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。
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３ａおよび第２の電極４ａの設置環境、第１の電極３ｂおよび第２の電極４ｂの設置環境、および、第１の電極３ｃおよび第２の電極４ｃの設置環境のｐＨや塩化物イオン濃度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。すなわち、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や塩化物イオン濃度が増加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の中性化や塩害の深さ方向への侵入予測を効果的に行うことができる。
【００６１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図１１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、第２の電極および機能素子を説明するための平面図、図１２は、図１１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１１中のＡ−Ａ線断面図）、図１３は、図１１に示す絶縁膜を示す拡大断面図である。
【００６２】
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。
第３実施形態のセンサー装置は、第１の電極および第２の電極を覆うように設けられた絶縁膜８を有する以外は、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。
【００６３】
本実施形態のセンサー装置１Ｂは、本体２Ｂと、その本体２Ｂ上に設けられた第１の電極３および第２の電極４と、第１の電極３および第２の電極４を覆うように設けられた絶縁膜８とを有する。
絶縁膜８は、第１の電極３および第２の電極４の双方を覆うように設けられている。そして、絶縁膜８は、図１３に示すように、複数の空孔８２を有する多孔質体８３で構成されている。そして、複数の空孔８２は、隣接する空孔８２同士が連通する連続空孔（細孔）をなし、その連続空孔が絶縁膜８の表面に開口している。ここで、かかる連続空孔は、絶縁膜８の厚さ方向に貫通する貫通孔を構成する。
このような連続空孔を通じて、測定対象部位の水分を第１の電極３上および第２の電極４上に供給することができる。
特に、このような連続空孔（細孔）による毛管凝縮効果により、より低い相対湿度で、第１の電極３上および第２の電極４上にそれぞれ水分を結露させることができる。
【００６４】
本実施形態では、絶縁膜８が前述したような連続空孔を有する多孔質体８３で構成されているので、絶縁膜８の各連続空孔貫通孔による毛管凝縮効果を効果的に生じさせることができる。
そのため、第１の電極３上および第２の電極４上に安定して液体の水を存在させることができる。すなわち、仮に絶縁膜８を省略した場合に第１の電極３上および第２の電極４上に結露が生じないような低い相対湿度においても、第１の電極３上および第２の電極４上にそれぞれ結露させて液体の水を存在させることができる。
【００６５】
このようなことから、外部環境の湿度や温度の変化に伴ってコンクリート１０１内の相対湿度が変化しても、第１の電極３上および第２の電極４上の水分量の変動を防止することができる。その結果、外部環境の湿度や温度の変化によって第１の電極３および第２の電極４の自然電位が変動するのを防止し、コンクリート１０１の測定対象部位の状態を高精度に測定することができる。
【００６６】
また、複数の空孔８２の平均径は、前述したように毛管凝縮効果を生じ得る範囲であれば、特に限定されないが、例えば、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるのが好ましい。すなわち、空孔８２は、メソ孔であるのが好ましい。
また、絶縁膜８の構成材料としては、絶縁性を有するものであれば、特に限定されないが、絶縁性および耐久性に優れるという観点から、例えば、金属やシリコンの酸化物、窒化物、フッ化物等（セラミックス材料）を用いるのが好ましい。なお、絶縁膜８の構成材料として、樹脂材料を用いることもできる。
【００６７】
また、図１１、１２に示すように、絶縁膜８には、その厚さ方向に貫通する貫通孔８１が形成されている。
この絶縁膜８に形成された貫通孔８１は、エッチングによりパターンニングされたものである。
本実施形態では、絶縁膜８が連続空孔を有する多孔質体で構成されているので、貫通孔８１自体は、毛管凝縮効果を生じさせるものであってもよいし、毛管凝縮効果を生じさせないものであってもよい。
【００６８】
貫通孔８１自体が毛管凝縮効果を生じさせる場合、絶縁膜８を構成する多孔質体の連続空孔および貫通孔８１が毛管凝集効果を効果的に生じさせることができる。また、貫通孔８１自体が毛管凝集効果を生じさせない場合であっても、貫通孔８１の存在により、絶縁膜８を構成する多孔質体の空孔と貫通孔を通じて第１の電極３および第２の電極４へ水分を供給するのを促進させることができる。
【００６９】
また、このような貫通孔８１は、コンクリート１０１中の骨材が第１の電極３上または第２の電極４上の絶縁膜８に接触しても、絶縁膜８と骨材との間に隙間を生じさせることができる。そのため、その隙間を通じてコンクリート１０１中の成分（水分やＣａイオン等）を第１の電極３または第２の電極４に供給して、第１の電極３上および第２の電極４上の水分量の安定化を図ることができる。
【００７０】
本実施形態では、貫通孔８１は、平面視にて互いに平行に延びる複数の第１の部分（スリット）８１１と、平面視にて第１の部分８１１に直交し互いに平行に延びる複数の第２の部分（スリット）８１２とで構成されている。すなわち、貫通孔８１は、平面視にて、格子状をなしている。
このような第１の部分８１１および第２の部分８１２の幅（スリットの幅）は、それぞれ、特に限定されないが、例えば、貫通孔８１自体が前述したような毛管凝縮効果を生じさせないものである場合、骨材の大きさ(数十ｍｍ)より小さければ良く、特に制限は無いが、貫通孔８１自体が前述したように毛管凝縮効果を生じさせるものである場合、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるのが好ましい。
【００７１】
また、絶縁膜８は、耐アルカリ性を有するのが好ましい。例えば、絶縁膜８の構成材料として、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４等の耐アルカリ性に優れた材料を用いるのが好ましい。これにより、測定対象部位がコンクリート１０１である場合であっても、絶縁膜８の耐久性を優れたものとすることができる。そのため、コンクリート１０１の状態を長期に亘り安定して測定することができる。
【００７２】
また、絶縁膜８の平均厚さは、特に限定されないが、貫通孔８１自体が前述したように毛管凝縮効果を生じさせるものである場合、５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であるのが好ましい。これにより、前述したような毛管凝集効果を生じ得る貫通連続空孔を有する絶縁膜８を比較的簡単に形成することができる。これに対し、かかる平均厚さが厚すぎると、貫通孔８１の形成が困難になり、貫通孔や連続空孔を通じて水分等を第１の電極３および第２の電極４に供給するのが難しくなる。
【００７３】
このような絶縁膜８は、特に限定されず、公知の多孔質体膜の形成方法を用いて形成することができる。例えば、絶縁膜８が金属酸化物で構成されている場合、金属酸化物の前駆体である金属オキソ種と、ポリスチレン系界面活性剤とを極性溶媒に溶解した前駆溶液をスピンコート、インクジェット法等の塗布法により成膜し、乾燥、焼成することにより絶縁膜８を形成することができる。
【００７４】
なお、図１３に示す複数の空孔８２の形状は、一例であり、前述したように絶縁膜８の連続空孔が毛管凝縮効果を発揮し得るものであれば、図示のものに限定されず、絶縁膜８は、連続空孔を有する公知の各種多孔質体で構成することができる。
なお、本実施形態では、１つの絶縁膜８が第１の電極３および第２の電極４を覆うように設けられているが、第１の電極３を覆う絶縁膜と、第２の電極４を覆う絶縁膜とを別々に設けてもよい。この場合、２つの絶縁膜の構成（厚さ、材料、空孔率等）は、互いに同じであっても異なっていてもよい。
以上説明したような第３実施形態のセンサー装置１Ｂによっても、コンクリート構造物１００のコンクリート１０１の塩化物イオン濃度変化をコンクリート１０１のｐＨ変化と区別して測定し、その測定情報をコンクリート構造物１００の計画的な保全に活用することができる。
【００７５】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
図１４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、第２の電極および第３の電極を説明するための断面図、図１５は、図１４に示すセンサー装置の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。
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。
【００７６】
第４実施形態のセンサー装置は、絶縁膜、比較用電極、第１の電極および第２の電極の構成が異なる以外は、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。
本実施形態のセンサー装置１Ｃは、本体２Ｃと、その本体２Ｃ上に設けられた第１の電極３Ｃ、第２の電極４Ｃおよび比較用電極７Ｃと、第１の電極３Ｃ、第２の電極４Ｃおよび比較用電極７Ｃを覆うように設けられた絶縁膜８Ｃとを有する。
【００７７】
第１の電極３Ｃの表面には、凹部３４が形成され、同様に、第２の電極４Ｃの表面には、凹部４４が形成され、また、比較用電極７Ｃの表面には、凹部７４が形成されている。このような凹部３４、４４、７４を形成しておくと、絶縁膜８Ｃ上に後述する凹部８１を比較的簡単に形成することができる。
この凹部３４、４４、７４は、それぞれ、例えば、エッチングにより形成することができる。
【００７８】
第１の電極３Ｃは、前述した第１実施形態の第１の電極３と同様、例えば、炭素鋼からなる多孔質体で構成されている。一方、第２の電極４Ｃは、前述した第１実施形態の第２の電極４と同様、炭素鋼からなる緻密体で構成されている。
このような第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃは、互いに同種の材料で構成され、また、それぞれ、前述した第１実施形態の第１の電極３および第２の電極４と同様の材料で構成されている。
【００７９】
比較用電極７Ｃ（第３の電極）は、第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃに対してそれぞれ離間して設けられ、第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃとは異なる材料で構成されている。例えば、比較用電極７Ｃは、Ｐｔ、Ａｕ等の貴金属で構成されている。また、比較用電極７Ｃは、塩化物イオンや中性化による腐食耐性に優れた種々のＳＵＳ系鉄合金、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌで構成されていてもよい。
【００８０】
また、比較用電極７ＣがＳＵＳ系鉄合金で構成されている場合には、第１の電極３Ｃと同様、多孔質体で構成されているのが好ましい。これにより、比較用電極７Ｃの表面が塩化物イオンによって局所的に腐蝕するのを抑制することができる。そのため、第１の電極３Ｃと比較用電極７Ｃとの電位差から電極が置かれた環境の中性化を検知することができる。
【００８１】
このような比較用電極７Ｃ、第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃは、絶縁膜８Ｃにより覆われている。
絶縁膜８Ｃは、その厚さ方向に貫通する貫通孔８２Ｃが形成されている。この絶縁膜８Ｃは、前述した第３実施形態の絶縁膜８Ｂと同様に構成することができる。
また、本実施形態では、絶縁膜８Ｃの比較用電極７Ｃ、第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃとは反対側の面、すなわち表面には、複数の凹部８１が形成されている。これにより、コンクリート１０１中の骨材が比較用電極７Ｃ、第１の電極３Ｃ上または第２の電極４Ｃ上の絶縁膜８Ｃに接触しても、絶縁膜８Ｃと骨材との間に隙間を生じさせることができる。そのため、その隙間を通じてコンクリート１０１中の成分（水分やＣａイオン等）を比較用電極７Ｃ、第１の電極３Ｃまたは第２の電極４Ｃに供給して、比較用電極７Ｃ、第１の電極３Ｃ上および第２の電極４Ｃ上の水分量の安定化を図ることができる。
この凹部８１は、前述した凹部３４、４４、７４に追従して形成されている。
この凹部８１の平均径（平均幅）は、骨材サイズよりも小さく前述した空孔８２の平均径よりも大きければ特に限定されない。
【００８２】
本実施形態のセンサー装置１Ｃは、図１５に示す差動増幅回路５１４Ｃを含む機能素子を有する。かかる機能素子は、第１の電極３Ｃと比較用電極７Ｃとの電位差を測定する機能を有する。これにより、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化と測定対象部位のｐＨ変化とを区別して、これらの双方を測定することができる。なお、かかる機能素子は、第２の電極４Ｃと比較用電極７Ｃとの電位差を測定するように構成されていてもよい。
【００８３】
具体的に説明すると、差動増幅回路５１４Ｃは、図１５に示すように、演算増幅器２０１、２０２と、演算増幅器２０３と、スイッチ２０４とを有する。
演算増幅器２０１は、第１の電極３Ｃの電位を検出する。また、演算増幅器２０２は、スイッチ２０４の切り換えに応じて比較用電極７Ｃまたは第２の電極４Ｃの電位を検出する。また、演算増幅器２０３は、演算増幅器２０１の出力電位と演算増幅器２０２の出力電位との差を検出する。すなわち、演算増幅器２０３は、スイッチ２０４の切り換えに応じて、第１の電極３Ｃと第２の電極４Ｃとの電位差、または、第１の電極３Ｃと比較用電極７Ｃとの電位差を検出する。
【００８４】
ここで、第１の電極３Ｃと第２の電極４Ｃとの電位差に基づき、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を測定することができる。また、第１の電極３Ｃと比較用電極７Ｃとの電位差に基づき、測定対象部位のｐＨ変化を測定することができる。
以上説明したような第４実施形態のセンサー装置１Ｃによっても、コンクリート構造物１００のコンクリート１０１中の塩化物イオン濃度変化をコンクリート１０１のｐＨ変化と区別して測定し、その測定情報をコンクリート構造物１００の計画的な保全に活用することができる。
【００８５】
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。
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、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。
【００８６】
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。また、第１の電極および第２の電極の設置位置、大きさ（大小関係）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。
【００８７】
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測定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。
【００８８】
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。
また、前述した実施形態では、第１の電極の全体が多孔質体で構成されている場合を例に説明したが、第１の電極の少なくとも表面付近が多孔質体で構成されていればよい。
また、前述した実施形態では、第２の電極の全体が緻密体で構成されている場合を例に説明したが、第２の電極の少なくとも表面付近が緻密体で構成されていればよい。
【符号の説明】
【００８９】
１‥‥センサー装置 １Ａ、１Ｂ、１Ｃ‥‥センサー装置 ２‥‥本体 ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ‥‥本体 ３、３ａ、３ｂ、３ｃ‥‥第１の電極 ４、４Ｂ、４Ｃ‥‥第２の電極 ７、７Ｃ‥‥比較用電極 ８、８Ｂ、８Ｃ‥‥絶縁膜 ２１‥‥基板 ２３‥‥絶縁層 ２４‥‥封止部 ２５‥‥保護膜 ３１‥‥空孔 ３２‥‥多孔質体 ３３、４３‥‥不動態膜 ３４、４４‥‥凹部 ４２‥‥緻密体 ４ａ、４ｂ、４ｃ‥‥第２の電極 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 ７４‥‥凹部 ８１‥‥凹部 ８１Ｂ、８２Ｃ‥‥貫通孔 ８２‥‥空孔 ８３‥‥多孔質体 １００‥‥コンクリート構造物 １０１‥‥コンクリート １０２‥‥鉄筋 ２０１、２０２、２０３‥‥演算増幅器 ２０４‥‥スイッチ ２４１‥‥開口部 ４３１‥‥欠損部 ５１１‥‥ＣＰＵ ５１２‥‥Ａ／Ｄ変換回路 ５１３‥‥基板 ５１４、５１４Ｃ‥‥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 ８１１‥‥第１の部分 ８１２‥‥第２の部分
【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（中性化）していくため、鉄筋が腐食することとなる。また、コンクリート構造物は、コンクリートへ侵入した塩化物イオンによっても鉄筋が腐食する
例えば、特許文献１に記載の装置では、参照電極および対極を備えたプローブをコンクリートに埋設して、鉄筋の腐食による電位変化および分極抵抗を測定することにより、鉄筋の腐食を予測する。
しかし、かかる装置では、鉄筋の腐食の原因がコンクリート中へ侵入した塩化物イオンによるものなのか、コンクリートの中性化によるものなのかを特定することができず、その結果、コンクリート構造物の適切な保全を行う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】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２２２０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、コンクリート構造物のコンクリート中の塩化物イオン濃度変化をコンクリートのｐＨ変化と区別して測定し、その測定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を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、少なくとも表面付近が多孔質体で構成された第１の電極と、
前記第１の電極に対して離間して設けられ、少なくとも表面付近が前記第１の電極と同種の材料からなる緻密体で構成された第２の電極と、
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、
前記機能素子で測定された電位差に基づいて、測定対象部位の状態を測定し得るように構成されたことを特徴とする。
【０００６】
このように構成されたセンサー装置によれば、第１の電極は、その少なくとも表面付近が多孔質体で構成されているので、第１の電極の表面には腐蝕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、第１の電極の表面は、塩化物イオンの存在下において、均一に腐蝕が生じ、局所的な腐蝕（孔食）が抑制される。
一方、第２の電極は、その少なくとも表面付近が緻密体で構成されているので、第２の電極の表面は、塩化物イオンの存在下において、最も腐蝕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蝕し易さが他の部分に比してさらに大きくなるため、局所的な腐蝕（孔食）が生じる。
【０００７】
このようなことから、第１の電極および第２の電極は、互いに同種の材料で構成されていながら、塩化物イオンの存在下において、互いに異なる状態で腐蝕が進行する。具体的には、第１の電極は塩化物イオンの存在によって自然電位がほとんど変化しないが、第２の電極は塩化物イオンの存在によって自然電位が大きく変化する。そのため、第１の電極と第２の電極との電位差に基づいて、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を測定することができる。
【０００８】
また、第１の電極および第２の電極は、互いに同種の材料で構成されているため、測定対象部位のｐＨ変化に対して、互いに同一または近似して状態が変化する。したがって、測定対象部位のｐＨが変化しても、第１の電極と第２の電極との電位差は全くあるいはほとんど変化しない。そのため、上述した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。
【０００９】
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の電極は、それぞれ、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構成されていることが好ましい。
これにより、第１の電極および第２の電極の双方に不動態膜が形成されている状態において、測定対象部位に塩化物イオンが侵入したとき、第１の電極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、均一に腐蝕が生じ、局所的な腐蝕（孔食）が抑制され、自然電位がほとんど変化せず貴化した状態（高い状態）に維持される。一方、第２の電極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、局所的な腐蝕（孔食）が生じ、自然電位が卑化する（下がる）。
このようなことから、第１の電極と第２の電極との電位差に基づいて、測定対象部位のｐＨ変化と区別して、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を正確に測定することができる。
【００１０】
本発明のセンサー装置では、前記金属材料は、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（鉄系材料）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の電極および第２の電極をそれぞれ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蝕状態を効果的に検知することができる。
【００１１】
本発明のセンサー装置では、前記第１の電極および前記第２の電極の双方を覆うように設けられ、厚さ方向に貫通する貫通孔または貫通溝を有する絶縁膜を有することが好ましい。
これにより、絶縁膜の貫通孔または貫通溝による毛管凝縮効果により、より低い相対湿度で、第１の電極上および第２の電極上に水分を結露させ安定して液体の水を存在させることができる。
このようなことから、外部環境の湿度や温度の変化に伴って測定対象部位の相対湿度が変化しても、第１の電極上および第２の電極上の水分量の変動を防止することができる。その結果、外部環境の湿度や温度の変化によって第１の電極および第２の電極の自然電位がそれぞれ変動するのを防止し、測定対象部位の状態を高精度に測定することができる。
【００１２】
本発明のセンサー装置では、前記絶縁膜は、連続空孔を有する多孔質体で構成され、前記連続空孔は、前記貫通孔の少なくとも一部を構成することが好ましい。
これにより、絶縁膜の貫通孔による毛管凝縮効果を効果的に生じさせることができる。
本発明のセンサー装置では、前記貫通孔または前記貫通溝は、エッチングによりパターンニングされたものであることが好ましい。
これにより、毛管凝縮効果を生じ得る貫通孔または貫通溝を有する絶縁膜を比較的簡単に形成することができる。
本発明のセンサー装置では、前記絶縁膜は、耐アルカリ性を有することが好ましい。
これにより、測定対象部位がコンクリートである場合であっても、絶縁膜の耐久性を優れたものとすることができる。そのため、コンクリートの状態を長期に亘り安定して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の電極に対してそれぞれ離間して設けられ、前記第１の電極および前記第２の電極とは異なる材料で構成された第３の電極を有し、
前記機能素子は、前記第１の電極または前記第２の電極と前記第３の電極との電位差を測定する機能をさらに有することが好ましい。
これにより、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化と測定対象部位のｐＨ変化とを区別して、これらの双方を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３の電極は、多孔質体で構成されていることが好ましい。
これにより、第３の電極の表面が塩化物イオンによって局所的に腐蝕するのを抑制することができる。そのため、前記第１の電極または前記第２の電極と前記第３の電極との電位差から、塩化物イオン以外の環境変化（例えば、ｐＨ）を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、前記機能素子は、前記第１の電極または前記第２の電極と前記第３の電極との電位差に基づいて、前記測定対象部位の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、測定対象物のｐＨ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、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、前記測定対象部位の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】（ａ）は、図２に示す第１の電極の構成の一例を示す拡大断面図、（ｂ）は、図２に示す第２の電極の構成の一例を示す拡大断面図である。
【図７】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８】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９】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１０】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１１】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、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１２】図１１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１１中のＡ−Ａ線断面図）である。
【図１３】図１１に示す絶縁膜を示す拡大断面図である。
【図１４】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、第２の電極および第３の電極を説明するための断面図である。
【図１５】図１４に示すセンサー装置の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。
【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（ａ）は、図２に示す第１の電極の構成の一例を示す拡大断面図、図６（ｂ）は、図２に示す第２の電極の構成の一例を示す拡大断面図、図７および図８は、それぞれ、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９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。
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。
【００１８】
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を打設する際に、コンクリート１０１の打設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。
【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、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、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、第１の電極３および第２の電極４は、コンクリート１０１の測定対象部位の状態変化に伴って、これらの間の電位差が変化するように構成されている。なお、第１の電極３および第２の電極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、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。
【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、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。
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。
【００２１】
図４に示すように、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。
図５に示すように、この基板２１上には、機能素子５１（集積回路チップ）が保持され、機能素子５１の導体部６１、６２（電極パッド）が第１の電極３および第２の電極４と接続されている。
【００２２】
この導体部６１は、第１の電極３と、導体部５１６ａ、５１６ｄおよびトランジスタ５１４ａのゲート電極とを電気的に接続している。また、導体部６２は、第２の電極４と、導体部５１６ｂ、５１６ｅおよびトランジスタ５１４ｂのゲート電極とを電気的に接続している。第１の電極３と第２の電極４は、各々、トランジスタ５１４ａ、５１４ｂのゲート電極と接続しているためフローテイング状態にある。５１５ａと５１５ｂは、集積回路の層間絶縁膜であり、２５は、集積回路の保護膜である。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
なお、封止部２４は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。
【００２６】
（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。
【００２７】
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。また、第１の電極３および第２の電極４の平面視形状は、それぞれ、四角形をなしている。また、第１の電極３および第２の電極４は、平面視にて、互いの形状および面積が等しくなっている。
特に、第１の電極３は、図６（ａ）に示すように、複数の空孔３１を有する多孔質体３２で構成されている。そして、複数の空孔３１は、隣接する空孔３１同士が連通する連続空孔（細孔）をなし、その連続空孔が第１の電極３の表面に開口している。
このような第１の電極３は、多孔質体３２で構成されているので、第１の電極３の表面には腐蝕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、第１の電極３の表面は、塩化物イオンの存在下において、均一に腐蝕が生じ、局所的な腐蝕（孔食）が抑制される。
【００２８】
一方、第２の電極４は、図６（ｂ）に示すように、緻密体４２で構成されている。この緻密体４２は、前述した第１の電極３の空孔３１のような空孔を実質的に有しないものである。
このような第２の電極４は、緻密体４２で構成されているので、第２の電極４の表面は、塩化物イオンの存在下において、最も腐蝕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蝕し易さが他の部分に比してさらに大きくなるため、局所的な腐蝕（孔食）が生じる。
【００２９】
このようなことから、第１の電極３および第２の電極４は、塩化物イオンの存在下において、互いに異なる状態で腐蝕が進行する。具体的には、第１の電極３は塩化物イオンの存在によって自然電位がほとんど変化しないが、第２の電極４は塩化物イオンの存在によって自然電位が大きく変化する。そのため、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を測定することができる。
【００３０】
また、複数の空孔３１の平均径は、それぞれ、前述したような塩化物イオンによる孔食を防止し得る範囲であれば、特に限定されないが、空孔３１は、孔径２〜５０ｎｍのメソポーラスあるいは孔径５０ｎｍ以上のマクロポーラスであるのが好ましい。これにより、孔食を抑制する効果を発揮することができる。
このような平均径の範囲で複数の空孔３１が形成されていることにより、前述したような塩化物イオンによる孔食を防止するとともに、細孔による毛管凝縮効果により、より低い相対湿度で、第１の電極３上に水分を結露させることができる。そのため、第１の電極３上に安定して液体の水を存在させることができる。すなわち、仮に第１の電極３が緻密体で構成された場合に第１の電極３上に結露が生じないような低い相対湿度においても、第１の電極３上にそれぞれ結露させて液体の水を存在させることができる。
【００３１】
このようなことから、外部環境の湿度や温度の変化に伴ってコンクリート１０１内の相対湿度が変化しても、第１の電極３上の水分量の変動を防止することができる。その結果、外部環境の湿度や温度の変化によって第１の電極３の自然電位が大きく変動するのを防止し、コンクリート１０１の測定対象部位の状態を高精度に測定することができる。
さらに、第１の電極３の空孔率は、前述したように塩化物イオンによる孔食を防止し得る範囲であれば、特に限定されないが、腐食時の体積膨張を回避するためには、空孔率が高い方がよく、力学的強度の観点からは、空孔率が低い方がよく、具体的には、例えば、１０％以上９０％以下であるのが好ましい。
【００３２】
本実施形態では、第１の電極３および第２の電極４は、互いに同種の材料（同一または近似した材料）で構成されている。これにより、第１の電極３および第２の電極４は、測定対象部位のｐＨ変化に対して、互いに同一または近似して状態が変化する。したがって、測定対象部位のｐＨが変化しても、第１の電極３と第２の電極４との電位差は、全く変化しないか、あるいは、ほとんど変化しない。そのため、上述した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。
【００３３】
以下、第１の電極３および第２の電極４の構成材料について詳述する。
第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、測定対象部位の環境変化（具体的にはｐＨ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。
このような金属材料で構成された第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、不動態膜が形成された状態（不動態化した状態）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３および第２の電極４は、それぞれ、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３および第２の電極４の電位は、それぞれ、ｐＨ変化に伴う不動態膜の有無により急峻に変化する。これにより、第１の電極３または第２の電極４の電位に基づいて、測定対象部位のｐＨ変化を測定することができる。
ここで、前述したように第１の電極３および第２の電極４は互いに同種の材料で構成されているため、第１の電極３および第２の電極４に形成される不動態膜も互いに同種の材料で構成されている。
【００３４】
そして、第１の電極３および第２の電極４の双方に不動態膜が形成されている状態において、測定対象部位に塩化物イオンが侵入したとき、第１の電極３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、ポーラス構造では全体に均一に孔が存在するため、局所的に特定の孔のみで塩素化合物イオン濃度が高くなることは無い。このため、腐食電流は分散され、電極全体均一に腐蝕が進む。局所的な腐蝕（孔食）が抑制され、自然電位がほとんど変化せず貴化した状態（高い状態）に維持される。一方、第２の電極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、局所的な腐蝕（孔食）が生じ、自然電位が卑化する（下がる）。
【００３５】
このようなことから、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象部位のｐＨ変化と区別して、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を正確に測定することができる。
かかる金属材料としては、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。
【００３６】
例えば、Ｆｅは、ｐＨが９．４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。
また、例えば、炭素鋼（ＳＤ３４５）は、強アルカリ環境においても、塩化物イオン濃度が約１．２ｋｇ／ｍ３を超えたときに不動態膜の破壊が始まる。
【００３７】
中でも、かかる金属材料は、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）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３がＦｅで構成されている場合、ｐＨが９．４以上か否かの判断ができる。
【００３８】
このような第１の電極３は、特に限定されず、公知の多孔質体膜の形成方法を用いて形成することができる。なお、図６（ａ）に示す複数の空孔３１の形状は、一例であり、前述したように第１の電極３の塩化物イオンによる孔食を防止し得るものであれば、図示のものに限定されず、第１の電極３は、連続空孔を有する公知の各種多孔質体で構成することができる。
また、第２の電極４は、特に限定されず、公知の成膜法を用いて形成することができる。
【００３９】
（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できる。
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。
【００４０】
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。
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、５１６ｆ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。
【００４１】
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。
差動増幅回路５１４は、図７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。
【００４２】
また、差動増幅回路５１４は、図８に示すように、演算増幅器２０１、２０２と、演算増幅器２０３とを有する。
演算増幅器２０１は、比較用電極７を基準として第１の電極３の電位を検出する。また、演算増幅器２０２は、比較用電極７を基準として第２の電極４の電位を検出する。また、演算増幅器２０３は、演算増幅器２０１の出力電位と演算増幅器２０２の出力電位との差を検出する。
【００４３】
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。
【００４４】
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２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。
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、回路の一部を構成している。
【００４５】
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。
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。
【００４６】
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、測定対象部位のｐＨや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。
【００４７】
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ＲＦ帯またはＬＦ帯（好ましくはＬＦ帯）を用い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。
【００４８】
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。
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、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。
【００４９】
以下、第１の電極３および第２の電極４がそれぞれＦｅ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、図９（ａ）に示すように、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、安定な不動態膜を形成する。すなわち、図９（ａ）に示すように、第１の電極３は、その表面に不動態膜３３が形成され、第２の電極４は、その表面に不動態膜４３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との電位差は小さくなる。
【００５０】
その後、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、不動態膜３３、４３が形成されている状態において、第１の電極３に形成された不動態膜３３は、塩化物イオンの存在下において、腐蝕電流が分散し、局所的な腐蝕（孔食）が抑制され、自然電位がほとんど変化せず貴化した状態（高い状態）に維持される。一方、第２の電極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、局所的な塩化物イオン濃度増大と腐蝕（孔食）が生じる。すなわち、第２の電極４の不動態膜４３には、図９（ｂ）に示すように、貫通した局所的欠損部４３１が形成され、その欠損部４３１を通じて第２の電極４の不動態化されていない部分が露出し、Ｆｅ腐食が加速する。これにより、第２の電極４の自然電位が卑化する（下がる）。
【００５１】
このようなことから、不動態膜４３の塩化物イオンによる破壊とＦｅ腐蝕の程度に応じて、第１の電極３と第２の電極４との電位差が大きくなる。そのため、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を測定することができる。
また、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（中性化）していく。
【００５２】
そして、コンクリート１０１のｐＨが９程度にまで下がると、図９（ｃ）に示すように、第１の電極３および第２の電極４は、不動態膜３３、４３がともに崩壊し始め、それぞれ自然電位が下がる（卑化する）。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、小さくなる。また、第１の電極３と比較用電極との電位差、および、第２の電極４と比較用電極７との電位差がそれぞれ急峻に変化する。そのため、測定対象部位のｐＨが９程度となったことを高精度に検知することができる。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。
【００５３】
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。
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。
【００５４】
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、第１の電極３は、多孔質体３２で構成されているので、第１の電極３の表面には腐蝕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、第１の電極３の表面は、塩化物イオンの存在下において、腐蝕電流が分散し、局所的な腐蝕（孔食）が抑制される。
一方、第２の電極４は、緻密体４２で構成されているので、第２の電極４の表面は、塩化物イオンの存在下において、最も腐蝕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に塩化物イオンが集まり腐蝕し易さが他の部分に比してさらに大きくなるため、局所的な塩化物イオン濃度の増大と腐蝕加速（孔食）が生じる。
【００５５】
このようなことから、第１の電極３および第２の電極４は、互いに同種の材料で構成されていながら、塩化物イオンの存在下において、互いに異なる状態で腐蝕が進行する。そのため、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を測定することができる。
また、第１の電極３および第２の電極４は、互いに同種の材料で構成されているため、測定対象部位のｐＨ変化に対して、互いに同一または近似して均一腐食が発生し、電位差は発生しない。そのため、上述した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。
【００５６】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図１０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。
【００５７】
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３ａ、３ｂ、３ｃおよび複数の第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃとを有する。
本実施形態では、第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃは、互いに離間して設けられている。また、第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃ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。
【００５８】
また、複数の第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃ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３ａ、３ｂ、３ｃ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４ａ、４ｂ、４ｃ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４ａ、４ｂ、４ｃがこの順に並んで設けられている。
【００５９】
さらに、第１の電極３ａおよび第２の電極４ａ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３ｂおよび第２の電極４ｂ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３ｃおよび第２の電極４ｃ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。
このような第１の電極３ａ、３ｂ、３ｃおよび第２の電極４ａ、４ｂ、４ｃでは、第１の電極３ａと第２の電極４ａとが対をなし、第１の電極３ｂと第２の電極４ｂとが対をなし、第１の電極３ｃと第２の電極４ｃとが対をなす。
【００６０】
本実施形態では、センサー装置１Ａは、第１の電極３ａと第２の電極４ａとの電位差、第１の電極３ｂと第２の電極４ｂとの電位差、および、第１の電極３ｃと第２の電極４ｃ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。
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３ａおよび第２の電極４ａの設置環境、第１の電極３ｂおよび第２の電極４ｂの設置環境、および、第１の電極３ｃおよび第２の電極４ｃの設置環境のｐＨや塩化物イオン濃度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。すなわち、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や塩化物イオン濃度が増加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の中性化や塩害の深さ方向への侵入予測を効果的に行うことができる。
【００６１】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図１１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、第２の電極および機能素子を説明するための平面図、図１２は、図１１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１１中のＡ−Ａ線断面図）、図１３は、図１１に示す絶縁膜を示す拡大断面図である。
【００６２】
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。
第３実施形態のセンサー装置は、第１の電極および第２の電極を覆うように設けられた絶縁膜８を有する以外は、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。
【００６３】
本実施形態のセンサー装置１Ｂは、本体２Ｂと、その本体２Ｂ上に設けられた第１の電極３および第２の電極４と、第１の電極３および第２の電極４を覆うように設けられた絶縁膜８とを有する。
絶縁膜８は、第１の電極３および第２の電極４の双方を覆うように設けられている。そして、絶縁膜８は、図１３に示すように、複数の空孔８２を有する多孔質体８３で構成されている。そして、複数の空孔８２は、隣接する空孔８２同士が連通する連続空孔（細孔）をなし、その連続空孔が絶縁膜８の表面に開口している。ここで、かかる連続空孔は、絶縁膜８の厚さ方向に貫通する貫通孔を構成する。
このような連続空孔を通じて、測定対象部位の水分を第１の電極３上および第２の電極４上に供給することができる。
特に、このような連続空孔（細孔）による毛管凝縮効果により、より低い相対湿度で、第１の電極３上および第２の電極４上にそれぞれ水分を結露させることができる。
【００６４】
本実施形態では、絶縁膜８が前述したような連続空孔を有する多孔質体８３で構成されているので、絶縁膜８の各連続空孔貫通孔による毛管凝縮効果を効果的に生じさせることができる。
そのため、第１の電極３上および第２の電極４上に安定して液体の水を存在させることができる。すなわち、仮に絶縁膜８を省略した場合に第１の電極３上および第２の電極４上に結露が生じないような低い相対湿度においても、第１の電極３上および第２の電極４上にそれぞれ結露させて液体の水を存在させることができる。
【００６５】
このようなことから、外部環境の湿度や温度の変化に伴ってコンクリート１０１内の相対湿度が変化しても、第１の電極３上および第２の電極４上の水分量の変動を防止することができる。その結果、外部環境の湿度や温度の変化によって第１の電極３および第２の電極４の自然電位が変動するのを防止し、コンクリート１０１の測定対象部位の状態を高精度に測定することができる。
【００６６】
また、複数の空孔８２の平均径は、前述したように毛管凝縮効果を生じ得る範囲であれば、特に限定されないが、例えば、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるのが好ましい。すなわち、空孔８２は、メソ孔であるのが好ましい。
また、絶縁膜８の構成材料としては、絶縁性を有するものであれば、特に限定されないが、絶縁性および耐久性に優れるという観点から、例えば、金属やシリコンの酸化物、窒化物、フッ化物等（セラミックス材料）を用いるのが好ましい。なお、絶縁膜８の構成材料として、樹脂材料を用いることもできる。
【００６７】
また、図１１、１２に示すように、絶縁膜８には、その厚さ方向に貫通する貫通孔８１が形成されている。
この絶縁膜８に形成された貫通孔８１は、エッチングによりパターンニングされたものである。
本実施形態では、絶縁膜８が連続空孔を有する多孔質体で構成されているので、貫通孔８１自体は、毛管凝縮効果を生じさせるものであってもよいし、毛管凝縮効果を生じさせないものであってもよい。
【００６８】
貫通孔８１自体が毛管凝縮効果を生じさせる場合、絶縁膜８を構成する多孔質体の連続空孔および貫通孔８１が毛管凝集効果を効果的に生じさせることができる。また、貫通孔８１自体が毛管凝集効果を生じさせない場合であっても、貫通孔８１の存在により、絶縁膜８を構成する多孔質体の空孔と貫通孔を通じて第１の電極３および第２の電極４へ水分を供給するのを促進させることができる。
【００６９】
また、このような貫通孔８１は、コンクリート１０１中の骨材が第１の電極３上または第２の電極４上の絶縁膜８に接触しても、絶縁膜８と骨材との間に隙間を生じさせることができる。そのため、その隙間を通じてコンクリート１０１中の成分（水分やＣａイオン等）を第１の電極３または第２の電極４に供給して、第１の電極３上および第２の電極４上の水分量の安定化を図ることができる。
【００７０】
本実施形態では、貫通孔８１は、平面視にて互いに平行に延びる複数の第１の部分（スリット）８１１と、平面視にて第１の部分８１１に直交し互いに平行に延びる複数の第２の部分（スリット）８１２とで構成されている。すなわち、貫通孔８１は、平面視にて、格子状をなしている。
このような第１の部分８１１および第２の部分８１２の幅（スリットの幅）は、それぞれ、特に限定されないが、例えば、貫通孔８１自体が前述したような毛管凝縮効果を生じさせないものである場合、骨材の大きさ(数十ｍｍ)より小さければ良く、特に制限は無いが、貫通孔８１自体が前述したように毛管凝縮効果を生じさせるものである場合、２ｎｍ以上５０ｎｍ以下であるのが好ましい。
【００７１】
また、絶縁膜８は、耐アルカリ性を有するのが好ましい。例えば、絶縁膜８の構成材料として、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４等の耐アルカリ性に優れた材料を用いるのが好ましい。これにより、測定対象部位がコンクリート１０１である場合であっても、絶縁膜８の耐久性を優れたものとすることができる。そのため、コンクリート１０１の状態を長期に亘り安定して測定することができる。
【００７２】
また、絶縁膜８の平均厚さは、特に限定されないが、貫通孔８１自体が前述したように毛管凝縮効果を生じさせるものである場合、５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であるのが好ましい。これにより、前述したような毛管凝集効果を生じ得る貫通連続空孔を有する絶縁膜８を比較的簡単に形成することができる。これに対し、かかる平均厚さが厚すぎると、貫通孔８１の形成が困難になり、貫通孔や連続空孔を通じて水分等を第１の電極３および第２の電極４に供給するのが難しくなる。
【００７３】
このような絶縁膜８は、特に限定されず、公知の多孔質体膜の形成方法を用いて形成することができる。例えば、絶縁膜８が金属酸化物で構成されている場合、金属酸化物の前駆体である金属オキソ種と、ポリスチレン系界面活性剤とを極性溶媒に溶解した前駆溶液をスピンコート、インクジェット法等の塗布法により成膜し、乾燥、焼成することにより絶縁膜８を形成することができる。
【００７４】
なお、図１３に示す複数の空孔８２の形状は、一例であり、前述したように絶縁膜８の連続空孔が毛管凝縮効果を発揮し得るものであれば、図示のものに限定されず、絶縁膜８は、連続空孔を有する公知の各種多孔質体で構成することができる。
なお、本実施形態では、１つの絶縁膜８が第１の電極３および第２の電極４を覆うように設けられているが、第１の電極３を覆う絶縁膜と、第２の電極４を覆う絶縁膜とを別々に設けてもよい。この場合、２つの絶縁膜の構成（厚さ、材料、空孔率等）は、互いに同じであっても異なっていてもよい。
以上説明したような第３実施形態のセンサー装置１Ｂによっても、コンクリート構造物１００のコンクリート１０１の塩化物イオン濃度変化をコンクリート１０１のｐＨ変化と区別して測定し、その測定情報をコンクリート構造物１００の計画的な保全に活用することができる。
【００７５】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
図１４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、第２の電極および第３の電極を説明するための断面図、図１５は、図１４に示すセンサー装置の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。
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。
【００７６】
第４実施形態のセンサー装置は、絶縁膜、比較用電極、第１の電極および第２の電極の構成が異なる以外は、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。
本実施形態のセンサー装置１Ｃは、本体２Ｃと、その本体２Ｃ上に設けられた第１の電極３Ｃ、第２の電極４Ｃおよび比較用電極７Ｃと、第１の電極３Ｃ、第２の電極４Ｃおよび比較用電極７Ｃを覆うように設けられた絶縁膜８Ｃとを有する。
【００７７】
第１の電極３Ｃの表面には、凹部３４が形成され、同様に、第２の電極４Ｃの表面には、凹部４４が形成され、また、比較用電極７Ｃの表面には、凹部７４が形成されている。このような凹部３４、４４、７４を形成しておくと、絶縁膜８Ｃ上に後述する凹部８１を比較的簡単に形成することができる。
この凹部３４、４４、７４は、それぞれ、例えば、エッチングにより形成することができる。
【００７８】
第１の電極３Ｃは、前述した第１実施形態の第１の電極３と同様、例えば、炭素鋼からなる多孔質体で構成されている。一方、第２の電極４Ｃは、前述した第１実施形態の第２の電極４と同様、炭素鋼からなる緻密体で構成されている。
このような第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃは、互いに同種の材料で構成され、また、それぞれ、前述した第１実施形態の第１の電極３および第２の電極４と同様の材料で構成されている。
【００７９】
比較用電極７Ｃ（第３の電極）は、第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃに対してそれぞれ離間して設けられ、第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃとは異なる材料で構成されている。例えば、比較用電極７Ｃは、Ｐｔ、Ａｕ等の貴金属で構成されている。また、比較用電極７Ｃは、塩化物イオンや中性化による腐食耐性に優れた種々のＳＵＳ系鉄合金、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌで構成されていてもよい。
【００８０】
また、比較用電極７ＣがＳＵＳ系鉄合金で構成されている場合には、第１の電極３Ｃと同様、多孔質体で構成されているのが好ましい。これにより、比較用電極７Ｃの表面が塩化物イオンによって局所的に腐蝕するのを抑制することができる。そのため、第１の電極３Ｃと比較用電極７Ｃとの電位差から電極が置かれた環境の中性化を検知することができる。
【００８１】
このような比較用電極７Ｃ、第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃは、絶縁膜８Ｃにより覆われている。
絶縁膜８Ｃは、その厚さ方向に貫通する貫通孔８２Ｃが形成されている。この絶縁膜８Ｃは、前述した第３実施形態の絶縁膜８Ｂと同様に構成することができる。
また、本実施形態では、絶縁膜８Ｃの比較用電極７Ｃ、第１の電極３Ｃおよび第２の電極４Ｃとは反対側の面、すなわち表面には、複数の凹部８１が形成されている。これにより、コンクリート１０１中の骨材が比較用電極７Ｃ、第１の電極３Ｃ上または第２の電極４Ｃ上の絶縁膜８Ｃに接触しても、絶縁膜８Ｃと骨材との間に隙間を生じさせることができる。そのため、その隙間を通じてコンクリート１０１中の成分（水分やＣａイオン等）を比較用電極７Ｃ、第１の電極３Ｃまたは第２の電極４Ｃに供給して、比較用電極７Ｃ、第１の電極３Ｃ上および第２の電極４Ｃ上の水分量の安定化を図ることができる。
この凹部８１は、前述した凹部３４、４４、７４に追従して形成されている。
この凹部８１の平均径（平均幅）は、骨材サイズよりも小さく前述した空孔８２の平均径よりも大きければ特に限定されない。
【００８２】
本実施形態のセンサー装置１Ｃは、図１５に示す差動増幅回路５１４Ｃを含む機能素子を有する。かかる機能素子は、第１の電極３Ｃと比較用電極７Ｃとの電位差を測定する機能を有する。これにより、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化と測定対象部位のｐＨ変化とを区別して、これらの双方を測定することができる。なお、かかる機能素子は、第２の電極４Ｃと比較用電極７Ｃとの電位差を測定するように構成されていてもよい。
【００８３】
具体的に説明すると、差動増幅回路５１４Ｃは、図１５に示すように、演算増幅器２０１、２０２と、演算増幅器２０３と、スイッチ２０４とを有する。
演算増幅器２０１は、第１の電極３Ｃの電位を検出する。また、演算増幅器２０２は、スイッチ２０４の切り換えに応じて比較用電極７Ｃまたは第２の電極４Ｃの電位を検出する。また、演算増幅器２０３は、演算増幅器２０１の出力電位と演算増幅器２０２の出力電位との差を検出する。すなわち、演算増幅器２０３は、スイッチ２０４の切り換えに応じて、第１の電極３Ｃと第２の電極４Ｃとの電位差、または、第１の電極３Ｃと比較用電極７Ｃとの電位差を検出する。
【００８４】
ここで、第１の電極３Ｃと第２の電極４Ｃとの電位差に基づき、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化を測定することができる。また、第１の電極３Ｃと比較用電極７Ｃとの電位差に基づき、測定対象部位のｐＨ変化を測定することができる。
以上説明したような第４実施形態のセンサー装置１Ｃによっても、コンクリート構造物１００のコンクリート１０１中の塩化物イオン濃度変化をコンクリート１０１のｐＨ変化と区別して測定し、その測定情報をコンクリート構造物１００の計画的な保全に活用することができる。
【００８５】
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。
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、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。
【００８６】
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。また、第１の電極および第２の電極の設置位置、大きさ（大小関係）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。
【００８７】
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測定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。
【００８８】
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。
また、前述した実施形態では、第１の電極の全体が多孔質体で構成されている場合を例に説明したが、第１の電極の少なくとも表面付近が多孔質体で構成されていればよい。
また、前述した実施形態では、第２の電極の全体が緻密体で構成されている場合を例に説明したが、第２の電極の少なくとも表面付近が緻密体で構成されていればよい。
【符号の説明】
【００８９】
１‥‥センサー装置 １Ａ、１Ｂ、１Ｃ‥‥センサー装置 ２‥‥本体 ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ‥‥本体 ３、３ａ、３ｂ、３ｃ‥‥第１の電極 ４、４Ｂ、４Ｃ‥‥第２の電極 ７、７Ｃ‥‥比較用電極 ８、８Ｂ、８Ｃ‥‥絶縁膜 ２１‥‥基板 ２３‥‥絶縁層 ２４‥‥封止部 ２５‥‥保護膜 ３１‥‥空孔 ３２‥‥多孔質体 ３３、４３‥‥不動態膜 ３４、４４‥‥凹部 ４２‥‥緻密体 ４ａ、４ｂ、４ｃ‥‥第２の電極 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 ７４‥‥凹部 ８１‥‥凹部 ８１Ｂ、８２Ｃ‥‥貫通孔 ８２‥‥空孔 ８３‥‥多孔質体 １００‥‥コンクリート構造物 １０１‥‥コンクリート １０２‥‥鉄筋 ２０１、２０２、２０３‥‥演算増幅器 ２０４‥‥スイッチ ２４１‥‥開口部 ４３１‥‥欠損部 ５１１‥‥ＣＰＵ ５１２‥‥Ａ／Ｄ変換回路 ５１３‥‥基板 ５１４、５１４Ｃ‥‥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 ８１１‥‥第１の部分 ８１２‥‥第２の部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面付近が多孔質体で構成された第１の電極と、
前記第１の電極に対して離間して設けられ、少なくとも表面付近が前記第１の電極と同種の材料からなる緻密体で構成された第２の電極と、
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、
前記機能素子で測定された電位差に基づいて、測定対象部位の状態を測定し得るように構成されたことを特徴とするセンサー装置。
【請求項２】
前記第１の電極および前記第２の電極は、それぞれ、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構成されている請求項１に記載のセンサー装置。
【請求項３】
前記金属材料は、鉄または鉄系合金である請求項２に記載のセンサー装置。
【請求項４】
前記第１の電極および前記第２の電極の双方を覆うように設けられ、厚さ方向に貫通する貫通孔または貫通溝を有する絶縁膜を有する請求項１ないし３のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項５】
前記絶縁膜は、連続空孔を有する多孔質体で構成され、前記連続空孔は、前記貫通孔の少なくとも一部を構成する請求項４に記載のセンサー装置。
【請求項６】
前記貫通孔または前記貫通溝は、エッチングによりパターンニングされたものである請求項４または５に記載のセンサー装置。
【請求項７】
前記絶縁膜は、耐アルカリ性を有する請求項４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１の電極および前記第２の電極に対してそれぞれ離間して設けられ、前記第１の電極および前記第２の電極とは異なる材料で構成された第３の電極を有し、
前記機能素子は、前記第１の電極または前記第２の電極と前記第３の電極との電位差を測定する機能をさらに有する請求項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３の電極は、多孔質体で構成されている請求項８に記載のセンサー装置。
【請求項１０】
前記機能素子は、前記第１の電極または前記第２の電極と前記第３の電極との電位差に基づいて、前記測定対象部位の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８または９に記載のセンサー装置。
【請求項１１】
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、前記測定対象部位の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１０のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項１２】
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１１のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項１】
少なくとも表面付近が多孔質体で構成された第１の電極と、
前記第１の電極に対して離間して設けられ、少なくとも表面付近が前記第１の電極と同種の材料からなる緻密体で構成された第２の電極と、
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、
前記機能素子で測定された電位差に基づいて、測定対象部位の状態を測定し得るように構成されたことを特徴とするセンサー装置。
【請求項２】
前記第１の電極および前記第２の電極は、それぞれ、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構成されている請求項１に記載のセンサー装置。
【請求項３】
前記金属材料は、鉄または鉄系合金である請求項２に記載のセンサー装置。
【請求項４】
前記第１の電極および前記第２の電極の双方を覆うように設けられ、厚さ方向に貫通する貫通孔または貫通溝を有する絶縁膜を有する請求項１ないし３のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項５】
前記絶縁膜は、連続空孔を有する多孔質体で構成され、前記連続空孔は、前記貫通孔の少なくとも一部を構成する請求項４に記載のセンサー装置。
【請求項６】
前記貫通孔または前記貫通溝は、エッチングによりパターンニングされたものである請求項４または５に記載のセンサー装置。
【請求項７】
前記絶縁膜は、耐アルカリ性を有する請求項４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１の電極および前記第２の電極に対してそれぞれ離間して設けられ、前記第１の電極および前記第２の電極とは異なる材料で構成された第３の電極を有し、
前記機能素子は、前記第１の電極または前記第２の電極と前記第３の電極との電位差を測定する機能をさらに有する請求項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３の電極は、多孔質体で構成されている請求項８に記載のセンサー装置。
【請求項１０】
前記機能素子は、前記第１の電極または前記第２の電極と前記第３の電極との電位差に基づいて、前記測定対象部位の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８または９に記載のセンサー装置。
【請求項１１】
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、前記測定対象部位の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１０のいずれかに記載のセンサー装置。
【請求項１２】
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１１のいずれかに記載のセンサー装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１３−１１５００（Ｐ２０１３−１１５００Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３８４５（Ｐ２０１１−１４３８４５）
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【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２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【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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