分光分析装置
【課題】測定時に人による誤差が発生しにくく、測定作業を効率的に行うことが可能な分光分析装置を提供する。
【解決手段】測定対象面Ｓに光を照射する光源２と、測定対象面Ｓからの反射光を受光する受光部３と、受光部３で受光した反射光のスペクトルを測定する分光器４と、分光器４で測定した反射光のスペクトルを基に、測定対象面Ｓにおける劣化因子の濃度を演算する演算手段５とを備えた分光分析装置において、光源２と受光部３とを収容するプローブヘッド１１を備え、プローブヘッド１１は、測定対象面Ｓに対する光源２と受光部３の位置関係を一定に保ちつつ、光源２と受光部３を測定対象面Ｓに沿って移動させる移動機構１２と、光源２と受光部３の測定対象面Ｓに沿った移動距離を検出する移動距離検出手段１３と、を有する。
【解決手段】測定対象面Ｓに光を照射する光源２と、測定対象面Ｓからの反射光を受光する受光部３と、受光部３で受光した反射光のスペクトルを測定する分光器４と、分光器４で測定した反射光のスペクトルを基に、測定対象面Ｓにおける劣化因子の濃度を演算する演算手段５とを備えた分光分析装置において、光源２と受光部３とを収容するプローブヘッド１１を備え、プローブヘッド１１は、測定対象面Ｓに対する光源２と受光部３の位置関係を一定に保ちつつ、光源２と受光部３を測定対象面Ｓに沿って移動させる移動機構１２と、光源２と受光部３の測定対象面Ｓに沿った移動距離を検出する移動距離検出手段１３と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートなどの劣化因子の濃度を測定する分光分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンクリートや塗装などにおいて、塩化物イオン濃度などの劣化因子の濃度を測定する際には、図１１（ａ）に示すような分光分析装置１１１が用いられている。
【０００３】
図１１（ａ）に示すように、従来の分光分析装置１１１は、光源１１２と、コンクリートなどの測定対象面に配置され、光源１１２から出射用光ファイバ１１３を介して入射された光を測定対象面に照射し、その反射光を入射用光ファイバ１１４に入射させるプローブヘッド１１５と、入射用光ファイバ１１４に入射された反射光のスペクトルを測定する分光器１１６と、分光器１１６で測定した反射光のスペクトルを基に劣化因子の濃度を演算する演算手段（図示せず）とを備えている。
【０００４】
プローブヘッド１１５は、図１１（ｂ），（ｃ）に示すように、出射用光ファイバ１１３と入射用光ファイバ１１４を束ねた先端部に設けられる円柱状の本体部１１５ａと、該本体部１１５ａの先端部から突出するように設けられた中空円筒状のカバー部１１５ｂとからなる。本体部１１５ａの出口においては、その略中央部に入射用光ファイバ１１４の入射端が配置され、入射用光ファイバ１１４の入射端を囲むように出射用光ファイバ１１３の出射端が配置されている。カバー部１１５ｂは、本体部１１５ａの出口の周囲を囲むように設けられ、本体部１１５ａの出口と測定対象面との距離を一定に保つと共に、太陽光などの外乱因子を除去するようになっている。プローブヘッド１１５の外径は２０ｍｍ程度である。
【０００５】
この分光分析装置１１１を用いて劣化因子の濃度を測定する際には、作業者がプローブヘッド１１５を測定対象面の任意の測定位置に配置し、光源１１２から出射された近赤外線を出射用光ファイバ１１３の出射端から測定対象面に出射すると共に、入射用光ファイバ１１４の入射端より入射された測定対象面からの反射光を、入射用光ファイバ１１４を介して分光器１１６に入射し、分光器１１６にて反射光のスペクトルを測定する。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１〜３、非特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７７６７９４号公報
【特許文献２】特開２００５−２９１８８１号公報
【特許文献３】特開２００９−１３９０９８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】戸田勝哉、倉田孝男、喜多達夫、魚本健人、「ケモメトリックス手法を用いた近赤外領域でのコンクリート診断技術開発」、コンクリート工学、社団法人日本コンクリート工学協会、平成１９年１１月、Ｖｏｌ．４５、Ｎｏ．１１、ｐｐ．２０−２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の分光分析装置１１１では、作業者が測定位置ごとにプローブヘッド１１５を配置して測定を行う必要があるため、人による誤差（ヒューマンエラー）が発生し易く、測定位置ごとに測定条件が変化してしまい、劣化因子の濃度を正確に測定できないおそれがあった。
【００１０】
また、従来の分光分析装置１１１では、測定位置を走査することができず点のみの計測であるため、特に多くの測定位置で測定を行う必要がある場合には、測定作業に非常に手間がかかってしまい、効率的に測定作業を行うことができないという問題もあった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、測定時に人による誤差が発生しにくく、測定作業を効率的に行うことが可能な分光分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、測定対象面に光を照射する光源と、前記測定対象面からの反射光を受光する受光部と、該受光部で受光した反射光のスペクトルを測定する分光器と、該分光器で測定した反射光のスペクトルを基に、前記測定対象面における劣化因子の濃度を演算する演算手段とを備えた分光分析装置において、前記光源と前記受光部とを収容するプローブヘッドを備え、前記プローブヘッドは、前記測定対象面に対する前記光源と前記受光部の位置関係を一定に保ちつつ、前記光源と前記受光部を前記測定対象面に沿って移動させる移動機構と、前記光源と前記受光部の前記測定対象面に沿った移動距離を検出する移動距離検出手段と、を有する分光分析装置である。
【００１３】
前記移動機構は、前記光源と前記受光部を固定する本体フレームに回転自在に設けられると共に、前記本体フレームの下方に突出して設けられ、当該突出部を前記測定対象面に当接させて、前記本体フレームと前記測定対象面との距離を一定に保つ複数のタイヤを有し、前記移動距離検出手段は、前記タイヤの回転角度を検出して出力するエンコーダと、該エンコーダからの出力に基づき、前記タイヤの回転による移動距離を演算する移動距離演算部と、を有してもよい。
【００１４】
前記本体フレームの上部を覆うように本体ケースを設けると共に、該本体ケース内に前記光源と前記受光部を収容するようにし、かつ、前記本体フレームの下部に、前記本体フレームと前記測定対象面との隙間に外部からの光が侵入するのを防ぐためのスカートを設けてもよい。
【００１５】
前記プローブヘッドは、前記光源と前記受光部の前記測定対象面に対する角度をそれぞれ調節して固定するための角度調節機構をさらに有してもよい。
【００１６】
前記測定対象面がコンクリートであり、前記光源として近赤外線を含む光を出射するものを用いてもよい。
【００１７】
前記演算手段は、前記反射光のスペクトルを基に、ケモメトリックス手法を用いて、前記測定対象面における劣化因子の濃度を演算するようにされてもよい。
【００１８】
前記プローブヘッドを複数並列に配置したプローブヘッドスタックを備え、該プローブヘッドスタックの各プローブヘッドを用いて、複数の測定位置での劣化因子の濃度を一括して測定するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、測定時に人による誤差が発生しにくく、測定作業を効率的に行うことが可能な分光分析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る分光分析装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）は、図１の分光分析装置のプローブヘッドの断面図であり、（ｂ）は、その２Ｂ−２Ｂ線断面図である。
【図３】図２のプローブヘッドの本体フレームの上面図である。
【図４】図３の本体フレームにタイヤとエンコーダを設けたときの下面図である。
【図５】図２のプローブヘッドのガイドプレートを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はアングルを取り付けたときの正面図、（ｃ）はアングルを取り付けたときの側面図である。
【図６】図２のプローブヘッドの角度目盛りプレートを示す図であり、（ａ）はアングルを取り付けたときの正面図、（ｂ）はアングルを取り付けたときの側面図である。
【図７】図２のプローブヘッドの受光部を示す図であり、（ａ）はホルダーに取り付けたときの正面図、（ｂ）はホルダーに取り付けたときの側面図である。
【図８】図２のプローブヘッドの光源を示す図であり、（ａ）はホルダーに取り付けたときの正面図、（ｂ）はホルダーに取り付けたときの側面図である。
【図９】図２のプローブヘッドのガイドスライダを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）における９Ｃ−９Ｃ線断面図、（ｄ）は受光部を取り付けたホルダにガイドスライダを取り付けたときの側面図である。
【図１０】本発明において、プローブヘッドスタックを説明する図である。
【図１１】（ａ）は従来の分光分析装置の概略構成図であり、（ｂ）はそのプローブヘッドの下面図、（ｃ）はプローブヘッドの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係る分光分析装置の概略構成図である。
【００２３】
図１に示すように、分光分析装置１は、測定対象面Ｓに光を照射する光源２と、測定対象面Ｓからの反射光を受光する受光部３と、受光部３で受光した反射光のスペクトルを測定する分光器４と、分光器４で測定した反射光のスペクトルを基に、測定対象面Ｓにおける劣化因子の濃度を演算する演算手段５と、光源２と受光部３とを収容するプローブヘッド１１と、を主に備えている。
【００２４】
ここでは、測定対象面Ｓがコンクリート製の床面である場合を説明する。コンクリートの劣化要因としては、例えば、塩害、中性化、アルカリ骨材反応、化学的劣化などが挙げられる。分光分析装置１で測定する劣化因子の濃度は、塩害を診断する場合は塩化物イオン濃度、中性化を診断する場合は炭酸カルシウム濃度（中性化度）となる。また、アルカリ骨材反応を診断する場合は、例えばアルカリ度やシリカ成分などの濃度、化学的劣化を診断する場合は、例えば酸性成分の濃度や硫酸成分の濃度を、劣化因子の濃度として測定する。
【００２５】
光源２としては、劣化因子が吸収ピークを有する波長を含む光を出射するものを用いる。本実施の形態では、測定対象面Ｓがコンクリートであるため、光源２としては、上述の劣化因子が吸収ピークを有する近赤外線を含む光を出射するもの、例えばハロゲンランプを用いる。
【００２６】
受光部３は、光ファイバ６の一端部を光ファイバ固定部材３ａに固定し、光ファイバ６の一端部を測定対象面Ｓに臨ませてなる。光ファイバ６の他端部は、近赤外分光ユニット７内の分光器４に接続される。
【００２７】
分光器４は、測定対象面Ｓからの反射光を分光分析することにより、反射光のスペクトル（劣化因子による吸収スペクトル）を得るものである。分光器４の詳細な構造については、従来技術に属するためここでは説明を省略する。
【００２８】
近赤外分光ユニット７は、上述の分光器４と、光源２に電源を供給する光源電源８とを備えている。光源電源８と光源２とは、光源用ケーブル９を介して電気的に接続される。近赤外分光ユニット７にはポータブル電源１０が接続されており、ポータブル電源１０から分光器４や光源電源８に電源供給するように構成されている。
【００２９】
近赤外分光ユニット７と演算手段５とは、例えばＵＳＢケーブルにより接続される。演算手段５は、例えばパソコン（パーソナルコンピュータ）からなり、ＣＰＵ、メモリ、ソフトウェア、Ｉ／Ｏインターフェイスなどを適宜組み合わせて実現される。演算手段５は、ディスプレイなどの表示器２４を備えている。
【００３０】
演算手段５は、分光器４が測定した反射光のスペクトルを基に、測定対象面Ｓにおける劣化因子の濃度を演算する劣化因子濃度演算部２５と、後述する移動距離検出手段１３を構成する移動距離演算部２６と、劣化因子濃度演算部２５で得た劣化因子の濃度と、移動距離演算部２６で得た移動距離とを関連づけて表示器２４に表示させる表示処理部２７とを有している。
【００３１】
劣化因子濃度演算部２５は、分光器４が測定した反射光のスペクトルを基に、ケモメトリックス手法を用いて、測定対象面Ｓにおける劣化因子の濃度を演算するようにされる。ケモメトリックス手法については従来技術に属するため説明を省略するが、測定対象面Ｓがコンクリートである場合、例えば、塩化物イオンによる吸収ピークは中性化により消滅することが知られており、このような影響を除いて正確に劣化因子の濃度を測定するためには、ケモメトリックス手法は必須である。
【００３２】
また、本実施の形態では、劣化因子濃度演算部２５は、移動距離演算部２６が求めた移動距離（プローブヘッド１１の移動距離）を監視し、予め設定された測定間隔ごとに、劣化因子の濃度の演算を行うようにされる。測定間隔については、要求される精度に応じて適宜設定すればよい。
【００３３】
さて、本実施の形態に係る分光分析装置１では、プローブヘッド１１は、測定対象面Ｓに対する光源２と受光部３の位置関係を一定に保ちつつ、光源２と受光部３を測定対象面Ｓに沿って移動させる移動機構１２と、光源２と受光部３の測定対象面Ｓに沿った移動距離を検出する移動距離検出手段１３と、を有している。
【００３４】
移動機構１２は、光源２と受光部３を固定する本体フレーム１４に回転自在に設けられると共に、本体フレーム１４の下方に突出して設けられ、当該突出部を測定対象面Ｓに当接させて、本体フレーム１４と測定対象面Ｓとの距離を一定に保つ複数（ここでは４つ）のタイヤ１５を有している。なお、タイヤ１５の数については特に限定するものではないが、測定対象面Ｓに対する本体フレーム１４の位置関係を一定に保つためには、タイヤ１５の数は３つ以上であることが望ましい。
【００３５】
移動距離検出手段１３は、タイヤ１５の回転角度を検出して出力するエンコーダ１６と、エンコーダ１６からの出力に基づき、タイヤ１５の回転による移動距離を演算する移動距離演算部２６と、を有している。エンコーダ１６としては、例えばロータリエンコーダを用いることができる。移動距離演算部２６は、演算手段５に搭載される。エンコーダ１６は、エンコーダ用ケーブル１７により近赤外分光ユニット７に電気的に接続され、エンコーダ用ケーブル１７、近赤外分光ユニット７を介して演算手段５に電気的に接続される。
【００３６】
本体フレーム１４の上部には、本体フレーム１４の上部を覆うように本体ケース１８が設けられ、その本体ケース１８内に光源２と受光部３が収容される。また、本体フレーム１４の下部には、本体フレーム１４と測定対象面Ｓとの隙間に外部からの光が侵入するのを防ぐためのスカート１９が設けられる。これら本体ケース１８、スカート１９を設けることにより、本体ケース１８とスカート１９により区画された空間に、ノイズの要因となる外部からの光（太陽光など）が侵入してしまうことを防止できる。スカート１９は、例えば、黒色のゴムからなる。
【００３７】
本体ケース１８の上部には、棒状の操作ポール２０が設けられる。操作ポール２０の上部には、グリップ２１が設けられており、作業者はこの操作ポール２０を用いてプローブヘッド１１を測定対象面Ｓに沿って移動させつつ、測定作業を行うことになる。
【００３８】
操作ポール２０には、押しボタンスイッチ２２が設けられており、押しボタンスイッチ２２は、スイッチ用ケーブル２３により近赤外分光ユニット７に電気的に接続され、スイッチ用ケーブル２３、近赤外分光ユニット７を介して演算手段５に電気的に接続される。本実施の形態では、演算手段５の劣化因子濃度演算部２５、移動距離演算部２６、および表示処理部２７を、押しボタンスイッチ２２が押されている間だけ動作するように構成した。つまり、本実施の形態では、押しボタンスイッチ２２が押されている間だけ測定が行われることとした。
【００３９】
操作ポール２０は中空筒状に形成されており、光ファイバ６、光源用ケーブル９、エンコーダ用ケーブル１７、スイッチ用ケーブル２３は、操作ポール２０の中空部を通して操作ポール２０の上方に引き出されるようにされる。操作ポール２０の上方に引き出された光ファイバ６、光源用ケーブル９、エンコーダ用ケーブル１７、スイッチ用ケーブル２３は、測定作業の邪魔にならないよう束ねられ、近赤外分光ユニット７にそれぞれ接続される。
【００４０】
次に、プローブヘッド１１の各部の構造について図２〜９を用いてより詳細に説明する。なお、図２（ａ），（ｂ）では、図の簡略化のため、光ファイバ６、光源用ケーブル９、エンコーダ用ケーブル１７、スイッチ用ケーブル２３を省略している。
【００４１】
図２および図３に示すように、本体フレーム１４は、並列に配置した２本の横枠３１間に、２本のリブ３２を架け渡してなる。２本のリブ３２は、横枠３１の両端部にそれぞれボルト３３により固定される。リブ３２には、複数の取り付け穴３４が形成されており、この取り付け穴３４に、後述するガイドプレート５２や角度目盛りプレート５３を固定するようにされる。両横枠３１の内側の面（対向面）、および両リブ３２の内側の面（対向面）には、ネジ止めによりスカート１９が固定される。
【００４２】
図２および図４に示すように、本体フレーム１４の両横枠３１の両端部には、それぞれタイヤ１５が回転自在に設けられる。本実施の形態では、図４における左側に設けられる２つのタイヤ１５の車軸を共通とし、その共通の車軸４１に平歯車４２を設けると共に、その平歯車４２と噛合するように、エンコーダ１６の検出軸４３と一体に設けられた歯車４４を配置することで、車軸４１の回転をエンコーダ１６で検出できるように構成した。タイヤ１５としては、プローブヘッド１１を移動させた際にスリップしないよう、ゴム製のものを用いることが望ましい。なお、図４における右側のタイヤ１５については、スリップしてもエンコーダ１６の検出値に大きな影響を及ぼさないので、安価なアクリルタイヤなどを用いても問題ない。
【００４３】
図２に示すように、本体フレーム１４の上部には、下方が開放した箱状の本体ケース１８が固定される。本体ケース１８の上部（上面の略中央部）には、貫通孔１８ａが設けられている。
【００４４】
本体ケース１８の上部には、ネジ止めにより操作ポール２０が固定される。操作ポール２０は、中空筒状に形成されており、その中空部２０ａが本体ケース１８の貫通孔１８ａと連通するように、本体ケース１８に固定される。操作ポール２０の中空部２０ａの他端は、キャップ２０ｂにより塞がれる。キャップ２０ｂには、ケーブル類（光ファイバ６、光源用ケーブル９、エンコーダ用ケーブル１７、スイッチ用ケーブル２３）を通すための孔２０ｃが形成される。なお、本実施の形態では、操作ポール２０を固定の長さとしているが、操作ポール２０を伸縮自在に構成し、長さを調節できるようにしてもよい。
【００４５】
また、図２に示すように、プローブヘッド１１は、光源２と受光部３の測定対象面Ｓに対する角度をそれぞれ調節して固定するための角度調節機構５１を有している。角度調節機構５１は、ガイドプレート５２と、角度目盛りプレート５３と、光源用ホルダ５４と、受光部用ホルダ５５と、ガイドスライダ５６と、調整ハンドル５７と、を有している。
【００４６】
図２および図５に示すように、ガイドプレート５２は、円弧状に形成された板状の部材からなり、その両端部に側面視でＬ字状のアングル６０をネジ止めにより固定し、そのアングル６０をリブ３２の取り付け穴３４にネジ止めすることにより、本体フレーム１４に固定される。ガイドプレート５２は、その円弧状の形状における径方向の中央部に、円弧状の形状における周方向に沿って凹状のガイド溝５８が形成されており、さらに、そのガイド溝５８には、円弧状の形状における周方向に沿って所定長さに形成された２つの貫通孔５９が左右対称（図２（ａ）、あるいは図５（ａ），（ｂ）における左右方向に対して左右対称）に形成される。
【００４７】
図２および図６に示すように、角度目盛りプレート５３は、円弧状に形成された板状の部材からなり、その表面に角度目盛りが設けられたものである。角度目盛りプレート５３は、その両端部に側面視でＬ字状のアングル６１をネジ止めにより固定し、そのアングル６１をリブ３２の取り付け穴３４にネジ止めすることにより、本体フレーム１４に固定される。角度目盛りプレート５３は、ガイドプレート５２のガイド溝５８を形成した側に、所定の間隔をもって配置される。
【００４８】
図２および図７に示すように、光源用ホルダ５４は、光源２を保持する光源保持部５４ａと、光源保持部５４ａの端部から垂直に上方に延び、ガイドプレート５２に当接して固定される固定部５４ｂとからなり、側面視でＬ字状に形成される。固定部５４ｂには、その略中央部に貫通孔５４ｃが形成されている。
【００４９】
図２および図８に示すように、受光部用ホルダ５５は、受光部３（光ファイバ固定部材３ａ）を保持する受光部保持部５５ａと、受光部保持部５５ａの端部から垂直に上方に延び、ガイドプレート５２に当接して固定される固定部５５ｂとからなり、側面視でＬ字状に形成される。固定部５５ｂには、その略中央部に貫通孔５５ｃが形成されている。
【００５０】
図２および図９に示すように、ガイドスライダ５６は、板状の部材の一方の面に、ガイドプレート５２のガイド溝５８に係合する突起５６ａが形成され、他方の面に、光源用ホルダ５４の固定部５４ｂまたは受光部用ホルダ５５の固定部５５ｂを係合するホルダ用溝５６ｂを形成したものである。突起５６ａは、ガイドプレート５２のガイド溝５８の形状にあわせて円弧状に形成されており、その略中央部には、突起５６ａを貫通するように貫通孔５６ｃが形成されている。光源用ホルダ５４の固定部５４ｂを、ガイドスライダ５６のホルダ用溝５６ｂに係合して、ガイドスライダ５６を光源用ホルダ５４に取りつけると、図９（ｄ）のようになる。この状態で、ガイドスライダ５６の突起５６ａをガイドプレート５２のガイド溝５８に係合すると、光源２が、光源用ホルダ５４、ガイドスライダ５６、ガイドプレート５２を介して本体フレーム１４に取りつけられることになる。受光部３についても同様である。
【００５１】
図２（ｂ）に示すように、調整ハンドル５７は、その先端部がボルト状に形成されており、ガイドプレート５２に光源２を取り付けた後、調整ハンドル５７のボルト状の先端部を、ガイドプレート５２の貫通孔５９、ガイドスライダ５６の貫通孔５６ｃ、光源用ホルダ５４の貫通孔５４ｃを順次通し、光源用ホルダ５４側からメネジ６２を螺合して締結すると、光源用ホルダ５４がガイドプレート５２に固定される。調整ハンドル５７とメネジ６２の締結を緩めると、光源用ホルダ５４がガイドプレート５２のガイド溝５８に沿って移動可能となり、光源２の測定対象面Ｓに対する角度を調整することができる。受光部３についても同様である。
【００５２】
光源２と受光部３の測定対象面Ｓに対する角度は、受光部３における受光感度を考慮して適宜設定すればよく、例えば、４５度程度とすればよい。この場合、光源２と受光部３がなす角度は９０度程度になる。
【００５３】
次に、分光分析装置１の動作を説明する。
【００５４】
分光分析装置１を用いて測定対象面Ｓの劣化因子の濃度を測定する際は、まず、光源電源８から光源２に電源供給して光源２を点灯させ、プローブヘッド１１を測定対象面Ｓに配置した後、押しボタンスイッチ２２を押しながら、測定対象面Ｓに沿ってプローブヘッド１１を移動させる。プローブヘッド１１を移動させる速度は特に規定するものではないが、例えば、１ｍを１０〜２０秒程度かけて移動させるようにすればよい。
【００５５】
押しボタンスイッチ２２を押しながらプローブヘッド１１を移動させると、エンコーダ１６からのタイヤ１５の回転角度の信号に基づき、演算手段５の移動距離演算部２６がプローブヘッド１１の移動距離を求める。
【００５６】
演算手段５の劣化因子濃度演算部２５は、移動距離演算部２６が求めたプローブヘッド１１の移動距離を監視し、予め設定された測定間隔ごとに、劣化因子の濃度の演算を行う。具体的には、予め設定された測定間隔ごとに、分光器４にて、受光部３で受光した測定対象面Ｓからの反射光のスペクトルを測定し、得られた反射光のスペクトルを基に、ケモメトリックス手法を用いて劣化因子の濃度を求める。劣化因子濃度演算部２５は、劣化因子濃度演算部２５で得た劣化因子の濃度と、移動距離演算部２６で得た移動距離とを関連づけてメモリに記憶させる。
【００５７】
表示処理部２７は、メモリに記憶されたデータを基に、劣化因子の濃度と移動距離とを関連づけて表示器２４に表示させる。表示形式は特に限定するものではないが、例えば、横軸を移動距離、縦軸を劣化因子の濃度としたグラフ表示としてもよいし、また、色によって劣化因子の濃度の大小を表示したカラーコンター図として表示するようにしてもよい。
【００５８】
所望の移動距離プローブヘッド１１を移動させた後、押しボタンスイッチ２２を離せば、測定が終了する。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態に係る分光分析装置１では、測定対象面Ｓに対する光源２と受光部３の位置関係を一定に保ちつつ、光源２と受光部３を測定対象面Ｓに沿って移動させる移動機構１２と、光源２と受光部３の測定対象面Ｓに沿った移動距離を検出する移動距離検出手段１３と、を有するプローブヘッド１１を備えている。
【００６０】
移動機構１２を備えることにより、プローブヘッド１１を移動させて測定位置を走査させ、連続的に劣化因子の濃度を測定することが可能になる。つまり、従来の分光分析装置では、測定位置ごとに点での測定しかできなかったが、本発明によれば、連続的に線で測定することができ、効率的な測定作業を行うことが可能となる。また、移動機構１２により測定対象面Ｓに対する光源２と受光部３の位置関係を一定に保つことで、測定位置ごとに測定条件が変わってしまうことがなくなり、人による誤差を発生しにくくし、均一な環境下で測定を行うことが可能になる。
【００６１】
さらに、移動距離検出手段１３を備えることにより、測定位置の情報（プローブヘッド１１の移動距離）を得ることが可能となり、測定した劣化因子の濃度と測定位置（移動距離）とを関連づけた２次元的な測定が可能となる。
【００６２】
また、分光分析装置１では、本体フレーム１４の上部を覆うように本体ケース１８を設けると共に、本体ケース１８内に光源２と受光部３を収容するようにし、かつ、本体フレーム１４の下部に、本体フレーム１４と測定対象面Ｓとの隙間に外部からの光が侵入するのを防ぐためのスカート１９を設けている。
【００６３】
これにより、本体ケース１８とスカート１９により区画された空間に、ノイズの要因となる外部からの光（太陽光など）が侵入してしまうことを防止でき、高い精度で劣化因子の濃度を測定することが可能になる。特に、測定対象面Ｓが屋外にある場合には有効である。また、ノイズの要因を抑制できるため、光源２としてコンパクトな光源（例えば４．５Ｗ程度）を用いることが可能になる。なお、本体ケース１８やスカート１９を設けず、開放状態で測定を行う場合は、光源として１５００Ｗ程度の大きな光源が必要となる。
【００６４】
さらに、分光分析装置１では、プローブヘッド１１を簡易な構造で実現でき、また光源２としてもコンパクトなものを用いることができるため、プローブヘッド１１を小型化し、軽量化することができる。具体的には、本体ケース１８のサイズを、幅１５０ｍｍ、奥行き６５ｍｍ、高さ８１ｍｍ程度とすることができる（なお、操作ポール２０長さは任意に設定できるが、例えば、操作ポール２０を含めたプローブヘッド１１全体の高さは５０ｃｍ程度である）。よって、プローブヘッド１１の持ち運びが容易となり、利便性が向上する。
【００６５】
さらにまた、分光分析装置１では、操作ポール２０を中空筒状に形成し、その中空部２０ａにケーブル類（光ファイバ６、光源用ケーブル９、エンコーダ用ケーブル１７、スイッチ用ケーブル２３）を通して、操作ポール２０の上方にケーブル類を引き出すようにしている。これにより、例えば、近赤外分光ユニット７やポータブル電源１０、演算手段５をバックパック等に収容して、そのバックパックを背負って作業者が測定作業を行うような場合、ケーブル類が測定作業の邪魔になることがなく、作業性を向上できる。
【００６６】
上記実施の形態では、プローブヘッド１１を１つのみ用いる場合を説明したが、図１０に示すように、プローブヘッド１１を複数並列に配置してプローブヘッドスタック１００を形成し、プローブヘッドスタック１００の各プローブヘッド１１を用いて、複数の測定位置での劣化因子の濃度を一括して測定するようにしてもよい。
【００６７】
この場合、プローブヘッド１１ごとに分光器４を設けるようにしてもよいし、あるいは、共通の１つの分光器４を用い、時分割でスイッチングして各プローブヘッド１１に対応した測定位置での劣化因子の濃度を順次求めるようにしてもよい。プローブヘッドスタック１００を形成することにより、短時間で広い面積を一気に測定することが可能となり、作業効率を格段に向上させることが可能になる。なお、プローブヘッドスタック１００を用いる場合、表示器２４での表示形式としては、視覚的に認識しやすくするため、色によって劣化因子の濃度の大小を表示するカラーコンター図を用いることが望ましい。
【００６８】
また、図１０では、各プローブヘッド１１ごとに本体フレーム１４や本体ケース１８、タイヤ１５等を備える場合を示しているが、これらは共通とすることも可能である。具体的には、例えば、１つの大きな本体フレームを形成し、各プローブヘッド１１ごとに仕切られた大きな本体ケースを設ける、といった構成としてもよい。
【００６９】
さらに、上記実施の形態では、演算手段５の劣化因子濃度演算部２５にて、ケモメトリックス手法により劣化因子の濃度を求める場合を説明したが、測定対象面Ｓがコンクリートではなく、例えば塗装（塗膜）や鉄である場合、ケモメトリックス手法を用いずに、差スペクトル法などを用いることも可能である。
【００７０】
また、上記実施の形態では、押しボタンスイッチ２２を押している間に測定を行い、押しボタンスイッチ２２を離すと測定を終了することとしたが、これに限らず、例えば、押しボタンスイッチ２２を一度押せば測定開始、もう一度押せば測定終了としてもよい。また、測定開始のスイッチと測定終了のスイッチを別に設けるようにしてもよい。
【００７１】
さらに、上記実施の形態では、速度を規制する手段について言及しなかったが、所定の速度以上でプローブヘッド１１を動かすことができないように、速度規制手段をプローブヘッド１１に備えてもよい。これは、プローブヘッド１１を速く動かしすぎると、精度よく劣化因子の濃度を測定できないおそれがあるためである。速度規制手段としては、例えば、タイヤ１５にブレーキなどの制動手段を設けると共に、演算手段５に、エンコーダ１６の出力からプローブヘッド１１の移動速度を演算し、得られたプローブヘッド１１の移動速度が所定のしきい値以上であれば、制動手段を作動させる制動制御部を搭載することが考えられる。
【００７２】
また、上記実施の形態では、プローブヘッド１１を手動で動かす場合を説明したが、プローブヘッド１１にモータなどを搭載し、プローブヘッド１１を自動で移動可能に構成してもよい。ただし、この場合、プローブヘッド１１の重量が重くなり、大型化にもつながるので、小型化や軽量化の観点からは、手動とすることが望ましい。
【００７３】
さらに、上記実施の形態では、分光器４を近赤外分光ユニット７内に設けているが、分光器４をプローブヘッド１１に搭載することも可能である。ただし、この場合も、プローブヘッド１１の重量が重くなり、大型化にもつながるので、小型化や軽量化の観点からは、分光器４をプローブヘッド１１に搭載せず、別体とすることが望ましい。
【００７４】
なお、上記実施の形態では、測定対象面Ｓが床面である場合を説明したが、当然ながら、本発明は、床面に限らず、壁面や天井面についても適用可能である。
【００７５】
このように、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 分光分析装置
２ 光源
３ 受光部
４ 分光器
５ 演算手段
６ 光ファイバ
７ 近赤外分光ユニット
８ 光源電源
９ 光源用ケーブル
１０ ポータブル電源
１１ プローブヘッド
１２ 移動機構
１３ 移動距離検出手段
１４ 本体フレーム
１５ タイヤ
１６ エンコーダ
１７ エンコーダ用ケーブル
１８ 本体ケース
１９ スカート
２０ 操作ポール
２１ グリップ
２２ 押しボタンスイッチ
２３ スイッチ用ケーブル
２４ 表示器
２５ 劣化因子濃度演算部
２６ 移動距離演算部
２７ 表示処理部
Ｓ 測定対象面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートなどの劣化因子の濃度を測定する分光分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンクリートや塗装などにおいて、塩化物イオン濃度などの劣化因子の濃度を測定する際には、図１１（ａ）に示すような分光分析装置１１１が用いられている。
【０００３】
図１１（ａ）に示すように、従来の分光分析装置１１１は、光源１１２と、コンクリートなどの測定対象面に配置され、光源１１２から出射用光ファイバ１１３を介して入射された光を測定対象面に照射し、その反射光を入射用光ファイバ１１４に入射させるプローブヘッド１１５と、入射用光ファイバ１１４に入射された反射光のスペクトルを測定する分光器１１６と、分光器１１６で測定した反射光のスペクトルを基に劣化因子の濃度を演算する演算手段（図示せず）とを備えている。
【０００４】
プローブヘッド１１５は、図１１（ｂ），（ｃ）に示すように、出射用光ファイバ１１３と入射用光ファイバ１１４を束ねた先端部に設けられる円柱状の本体部１１５ａと、該本体部１１５ａの先端部から突出するように設けられた中空円筒状のカバー部１１５ｂとからなる。本体部１１５ａの出口においては、その略中央部に入射用光ファイバ１１４の入射端が配置され、入射用光ファイバ１１４の入射端を囲むように出射用光ファイバ１１３の出射端が配置されている。カバー部１１５ｂは、本体部１１５ａの出口の周囲を囲むように設けられ、本体部１１５ａの出口と測定対象面との距離を一定に保つと共に、太陽光などの外乱因子を除去するようになっている。プローブヘッド１１５の外径は２０ｍｍ程度である。
【０００５】
この分光分析装置１１１を用いて劣化因子の濃度を測定する際には、作業者がプローブヘッド１１５を測定対象面の任意の測定位置に配置し、光源１１２から出射された近赤外線を出射用光ファイバ１１３の出射端から測定対象面に出射すると共に、入射用光ファイバ１１４の入射端より入射された測定対象面からの反射光を、入射用光ファイバ１１４を介して分光器１１６に入射し、分光器１１６にて反射光のスペクトルを測定する。
【０００６】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１〜３、非特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３７７６７９４号公報
【特許文献２】特開２００５−２９１８８１号公報
【特許文献３】特開２００９−１３９０９８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】戸田勝哉、倉田孝男、喜多達夫、魚本健人、「ケモメトリックス手法を用いた近赤外領域でのコンクリート診断技術開発」、コンクリート工学、社団法人日本コンクリート工学協会、平成１９年１１月、Ｖｏｌ．４５、Ｎｏ．１１、ｐｐ．２０−２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の分光分析装置１１１では、作業者が測定位置ごとにプローブヘッド１１５を配置して測定を行う必要があるため、人による誤差（ヒューマンエラー）が発生し易く、測定位置ごとに測定条件が変化してしまい、劣化因子の濃度を正確に測定できないおそれがあった。
【００１０】
また、従来の分光分析装置１１１では、測定位置を走査することができず点のみの計測であるため、特に多くの測定位置で測定を行う必要がある場合には、測定作業に非常に手間がかかってしまい、効率的に測定作業を行うことができないという問題もあった。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、測定時に人による誤差が発生しにくく、測定作業を効率的に行うことが可能な分光分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、測定対象面に光を照射する光源と、前記測定対象面からの反射光を受光する受光部と、該受光部で受光した反射光のスペクトルを測定する分光器と、該分光器で測定した反射光のスペクトルを基に、前記測定対象面における劣化因子の濃度を演算する演算手段とを備えた分光分析装置において、前記光源と前記受光部とを収容するプローブヘッドを備え、前記プローブヘッドは、前記測定対象面に対する前記光源と前記受光部の位置関係を一定に保ちつつ、前記光源と前記受光部を前記測定対象面に沿って移動させる移動機構と、前記光源と前記受光部の前記測定対象面に沿った移動距離を検出する移動距離検出手段と、を有する分光分析装置である。
【００１３】
前記移動機構は、前記光源と前記受光部を固定する本体フレームに回転自在に設けられると共に、前記本体フレームの下方に突出して設けられ、当該突出部を前記測定対象面に当接させて、前記本体フレームと前記測定対象面との距離を一定に保つ複数のタイヤを有し、前記移動距離検出手段は、前記タイヤの回転角度を検出して出力するエンコーダと、該エンコーダからの出力に基づき、前記タイヤの回転による移動距離を演算する移動距離演算部と、を有してもよい。
【００１４】
前記本体フレームの上部を覆うように本体ケースを設けると共に、該本体ケース内に前記光源と前記受光部を収容するようにし、かつ、前記本体フレームの下部に、前記本体フレームと前記測定対象面との隙間に外部からの光が侵入するのを防ぐためのスカートを設けてもよい。
【００１５】
前記プローブヘッドは、前記光源と前記受光部の前記測定対象面に対する角度をそれぞれ調節して固定するための角度調節機構をさらに有してもよい。
【００１６】
前記測定対象面がコンクリートであり、前記光源として近赤外線を含む光を出射するものを用いてもよい。
【００１７】
前記演算手段は、前記反射光のスペクトルを基に、ケモメトリックス手法を用いて、前記測定対象面における劣化因子の濃度を演算するようにされてもよい。
【００１８】
前記プローブヘッドを複数並列に配置したプローブヘッドスタックを備え、該プローブヘッドスタックの各プローブヘッドを用いて、複数の測定位置での劣化因子の濃度を一括して測定するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、測定時に人による誤差が発生しにくく、測定作業を効率的に行うことが可能な分光分析装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る分光分析装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）は、図１の分光分析装置のプローブヘッドの断面図であり、（ｂ）は、その２Ｂ−２Ｂ線断面図である。
【図３】図２のプローブヘッドの本体フレームの上面図である。
【図４】図３の本体フレームにタイヤとエンコーダを設けたときの下面図である。
【図５】図２のプローブヘッドのガイドプレートを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はアングルを取り付けたときの正面図、（ｃ）はアングルを取り付けたときの側面図である。
【図６】図２のプローブヘッドの角度目盛りプレートを示す図であり、（ａ）はアングルを取り付けたときの正面図、（ｂ）はアングルを取り付けたときの側面図である。
【図７】図２のプローブヘッドの受光部を示す図であり、（ａ）はホルダーに取り付けたときの正面図、（ｂ）はホルダーに取り付けたときの側面図である。
【図８】図２のプローブヘッドの光源を示す図であり、（ａ）はホルダーに取り付けたときの正面図、（ｂ）はホルダーに取り付けたときの側面図である。
【図９】図２のプローブヘッドのガイドスライダを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）における９Ｃ−９Ｃ線断面図、（ｄ）は受光部を取り付けたホルダにガイドスライダを取り付けたときの側面図である。
【図１０】本発明において、プローブヘッドスタックを説明する図である。
【図１１】（ａ）は従来の分光分析装置の概略構成図であり、（ｂ）はそのプローブヘッドの下面図、（ｃ）はプローブヘッドの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係る分光分析装置の概略構成図である。
【００２３】
図１に示すように、分光分析装置１は、測定対象面Ｓに光を照射する光源２と、測定対象面Ｓからの反射光を受光する受光部３と、受光部３で受光した反射光のスペクトルを測定する分光器４と、分光器４で測定した反射光のスペクトルを基に、測定対象面Ｓにおける劣化因子の濃度を演算する演算手段５と、光源２と受光部３とを収容するプローブヘッド１１と、を主に備えている。
【００２４】
ここでは、測定対象面Ｓがコンクリート製の床面である場合を説明する。コンクリートの劣化要因としては、例えば、塩害、中性化、アルカリ骨材反応、化学的劣化などが挙げられる。分光分析装置１で測定する劣化因子の濃度は、塩害を診断する場合は塩化物イオン濃度、中性化を診断する場合は炭酸カルシウム濃度（中性化度）となる。また、アルカリ骨材反応を診断する場合は、例えばアルカリ度やシリカ成分などの濃度、化学的劣化を診断する場合は、例えば酸性成分の濃度や硫酸成分の濃度を、劣化因子の濃度として測定する。
【００２５】
光源２としては、劣化因子が吸収ピークを有する波長を含む光を出射するものを用いる。本実施の形態では、測定対象面Ｓがコンクリートであるため、光源２としては、上述の劣化因子が吸収ピークを有する近赤外線を含む光を出射するもの、例えばハロゲンランプを用いる。
【００２６】
受光部３は、光ファイバ６の一端部を光ファイバ固定部材３ａに固定し、光ファイバ６の一端部を測定対象面Ｓに臨ませてなる。光ファイバ６の他端部は、近赤外分光ユニット７内の分光器４に接続される。
【００２７】
分光器４は、測定対象面Ｓからの反射光を分光分析することにより、反射光のスペクトル（劣化因子による吸収スペクトル）を得るものである。分光器４の詳細な構造については、従来技術に属するためここでは説明を省略する。
【００２８】
近赤外分光ユニット７は、上述の分光器４と、光源２に電源を供給する光源電源８とを備えている。光源電源８と光源２とは、光源用ケーブル９を介して電気的に接続される。近赤外分光ユニット７にはポータブル電源１０が接続されており、ポータブル電源１０から分光器４や光源電源８に電源供給するように構成されている。
【００２９】
近赤外分光ユニット７と演算手段５とは、例えばＵＳＢケーブルにより接続される。演算手段５は、例えばパソコン（パーソナルコンピュータ）からなり、ＣＰＵ、メモリ、ソフトウェア、Ｉ／Ｏインターフェイスなどを適宜組み合わせて実現される。演算手段５は、ディスプレイなどの表示器２４を備えている。
【００３０】
演算手段５は、分光器４が測定した反射光のスペクトルを基に、測定対象面Ｓにおける劣化因子の濃度を演算する劣化因子濃度演算部２５と、後述する移動距離検出手段１３を構成する移動距離演算部２６と、劣化因子濃度演算部２５で得た劣化因子の濃度と、移動距離演算部２６で得た移動距離とを関連づけて表示器２４に表示させる表示処理部２７とを有している。
【００３１】
劣化因子濃度演算部２５は、分光器４が測定した反射光のスペクトルを基に、ケモメトリックス手法を用いて、測定対象面Ｓにおける劣化因子の濃度を演算するようにされる。ケモメトリックス手法については従来技術に属するため説明を省略するが、測定対象面Ｓがコンクリートである場合、例えば、塩化物イオンによる吸収ピークは中性化により消滅することが知られており、このような影響を除いて正確に劣化因子の濃度を測定するためには、ケモメトリックス手法は必須である。
【００３２】
また、本実施の形態では、劣化因子濃度演算部２５は、移動距離演算部２６が求めた移動距離（プローブヘッド１１の移動距離）を監視し、予め設定された測定間隔ごとに、劣化因子の濃度の演算を行うようにされる。測定間隔については、要求される精度に応じて適宜設定すればよい。
【００３３】
さて、本実施の形態に係る分光分析装置１では、プローブヘッド１１は、測定対象面Ｓに対する光源２と受光部３の位置関係を一定に保ちつつ、光源２と受光部３を測定対象面Ｓに沿って移動させる移動機構１２と、光源２と受光部３の測定対象面Ｓに沿った移動距離を検出する移動距離検出手段１３と、を有している。
【００３４】
移動機構１２は、光源２と受光部３を固定する本体フレーム１４に回転自在に設けられると共に、本体フレーム１４の下方に突出して設けられ、当該突出部を測定対象面Ｓに当接させて、本体フレーム１４と測定対象面Ｓとの距離を一定に保つ複数（ここでは４つ）のタイヤ１５を有している。なお、タイヤ１５の数については特に限定するものではないが、測定対象面Ｓに対する本体フレーム１４の位置関係を一定に保つためには、タイヤ１５の数は３つ以上であることが望ましい。
【００３５】
移動距離検出手段１３は、タイヤ１５の回転角度を検出して出力するエンコーダ１６と、エンコーダ１６からの出力に基づき、タイヤ１５の回転による移動距離を演算する移動距離演算部２６と、を有している。エンコーダ１６としては、例えばロータリエンコーダを用いることができる。移動距離演算部２６は、演算手段５に搭載される。エンコーダ１６は、エンコーダ用ケーブル１７により近赤外分光ユニット７に電気的に接続され、エンコーダ用ケーブル１７、近赤外分光ユニット７を介して演算手段５に電気的に接続される。
【００３６】
本体フレーム１４の上部には、本体フレーム１４の上部を覆うように本体ケース１８が設けられ、その本体ケース１８内に光源２と受光部３が収容される。また、本体フレーム１４の下部には、本体フレーム１４と測定対象面Ｓとの隙間に外部からの光が侵入するのを防ぐためのスカート１９が設けられる。これら本体ケース１８、スカート１９を設けることにより、本体ケース１８とスカート１９により区画された空間に、ノイズの要因となる外部からの光（太陽光など）が侵入してしまうことを防止できる。スカート１９は、例えば、黒色のゴムからなる。
【００３７】
本体ケース１８の上部には、棒状の操作ポール２０が設けられる。操作ポール２０の上部には、グリップ２１が設けられており、作業者はこの操作ポール２０を用いてプローブヘッド１１を測定対象面Ｓに沿って移動させつつ、測定作業を行うことになる。
【００３８】
操作ポール２０には、押しボタンスイッチ２２が設けられており、押しボタンスイッチ２２は、スイッチ用ケーブル２３により近赤外分光ユニット７に電気的に接続され、スイッチ用ケーブル２３、近赤外分光ユニット７を介して演算手段５に電気的に接続される。本実施の形態では、演算手段５の劣化因子濃度演算部２５、移動距離演算部２６、および表示処理部２７を、押しボタンスイッチ２２が押されている間だけ動作するように構成した。つまり、本実施の形態では、押しボタンスイッチ２２が押されている間だけ測定が行われることとした。
【００３９】
操作ポール２０は中空筒状に形成されており、光ファイバ６、光源用ケーブル９、エンコーダ用ケーブル１７、スイッチ用ケーブル２３は、操作ポール２０の中空部を通して操作ポール２０の上方に引き出されるようにされる。操作ポール２０の上方に引き出された光ファイバ６、光源用ケーブル９、エンコーダ用ケーブル１７、スイッチ用ケーブル２３は、測定作業の邪魔にならないよう束ねられ、近赤外分光ユニット７にそれぞれ接続される。
【００４０】
次に、プローブヘッド１１の各部の構造について図２〜９を用いてより詳細に説明する。なお、図２（ａ），（ｂ）では、図の簡略化のため、光ファイバ６、光源用ケーブル９、エンコーダ用ケーブル１７、スイッチ用ケーブル２３を省略している。
【００４１】
図２および図３に示すように、本体フレーム１４は、並列に配置した２本の横枠３１間に、２本のリブ３２を架け渡してなる。２本のリブ３２は、横枠３１の両端部にそれぞれボルト３３により固定される。リブ３２には、複数の取り付け穴３４が形成されており、この取り付け穴３４に、後述するガイドプレート５２や角度目盛りプレート５３を固定するようにされる。両横枠３１の内側の面（対向面）、および両リブ３２の内側の面（対向面）には、ネジ止めによりスカート１９が固定される。
【００４２】
図２および図４に示すように、本体フレーム１４の両横枠３１の両端部には、それぞれタイヤ１５が回転自在に設けられる。本実施の形態では、図４における左側に設けられる２つのタイヤ１５の車軸を共通とし、その共通の車軸４１に平歯車４２を設けると共に、その平歯車４２と噛合するように、エンコーダ１６の検出軸４３と一体に設けられた歯車４４を配置することで、車軸４１の回転をエンコーダ１６で検出できるように構成した。タイヤ１５としては、プローブヘッド１１を移動させた際にスリップしないよう、ゴム製のものを用いることが望ましい。なお、図４における右側のタイヤ１５については、スリップしてもエンコーダ１６の検出値に大きな影響を及ぼさないので、安価なアクリルタイヤなどを用いても問題ない。
【００４３】
図２に示すように、本体フレーム１４の上部には、下方が開放した箱状の本体ケース１８が固定される。本体ケース１８の上部（上面の略中央部）には、貫通孔１８ａが設けられている。
【００４４】
本体ケース１８の上部には、ネジ止めにより操作ポール２０が固定される。操作ポール２０は、中空筒状に形成されており、その中空部２０ａが本体ケース１８の貫通孔１８ａと連通するように、本体ケース１８に固定される。操作ポール２０の中空部２０ａの他端は、キャップ２０ｂにより塞がれる。キャップ２０ｂには、ケーブル類（光ファイバ６、光源用ケーブル９、エンコーダ用ケーブル１７、スイッチ用ケーブル２３）を通すための孔２０ｃが形成される。なお、本実施の形態では、操作ポール２０を固定の長さとしているが、操作ポール２０を伸縮自在に構成し、長さを調節できるようにしてもよい。
【００４５】
また、図２に示すように、プローブヘッド１１は、光源２と受光部３の測定対象面Ｓに対する角度をそれぞれ調節して固定するための角度調節機構５１を有している。角度調節機構５１は、ガイドプレート５２と、角度目盛りプレート５３と、光源用ホルダ５４と、受光部用ホルダ５５と、ガイドスライダ５６と、調整ハンドル５７と、を有している。
【００４６】
図２および図５に示すように、ガイドプレート５２は、円弧状に形成された板状の部材からなり、その両端部に側面視でＬ字状のアングル６０をネジ止めにより固定し、そのアングル６０をリブ３２の取り付け穴３４にネジ止めすることにより、本体フレーム１４に固定される。ガイドプレート５２は、その円弧状の形状における径方向の中央部に、円弧状の形状における周方向に沿って凹状のガイド溝５８が形成されており、さらに、そのガイド溝５８には、円弧状の形状における周方向に沿って所定長さに形成された２つの貫通孔５９が左右対称（図２（ａ）、あるいは図５（ａ），（ｂ）における左右方向に対して左右対称）に形成される。
【００４７】
図２および図６に示すように、角度目盛りプレート５３は、円弧状に形成された板状の部材からなり、その表面に角度目盛りが設けられたものである。角度目盛りプレート５３は、その両端部に側面視でＬ字状のアングル６１をネジ止めにより固定し、そのアングル６１をリブ３２の取り付け穴３４にネジ止めすることにより、本体フレーム１４に固定される。角度目盛りプレート５３は、ガイドプレート５２のガイド溝５８を形成した側に、所定の間隔をもって配置される。
【００４８】
図２および図７に示すように、光源用ホルダ５４は、光源２を保持する光源保持部５４ａと、光源保持部５４ａの端部から垂直に上方に延び、ガイドプレート５２に当接して固定される固定部５４ｂとからなり、側面視でＬ字状に形成される。固定部５４ｂには、その略中央部に貫通孔５４ｃが形成されている。
【００４９】
図２および図８に示すように、受光部用ホルダ５５は、受光部３（光ファイバ固定部材３ａ）を保持する受光部保持部５５ａと、受光部保持部５５ａの端部から垂直に上方に延び、ガイドプレート５２に当接して固定される固定部５５ｂとからなり、側面視でＬ字状に形成される。固定部５５ｂには、その略中央部に貫通孔５５ｃが形成されている。
【００５０】
図２および図９に示すように、ガイドスライダ５６は、板状の部材の一方の面に、ガイドプレート５２のガイド溝５８に係合する突起５６ａが形成され、他方の面に、光源用ホルダ５４の固定部５４ｂまたは受光部用ホルダ５５の固定部５５ｂを係合するホルダ用溝５６ｂを形成したものである。突起５６ａは、ガイドプレート５２のガイド溝５８の形状にあわせて円弧状に形成されており、その略中央部には、突起５６ａを貫通するように貫通孔５６ｃが形成されている。光源用ホルダ５４の固定部５４ｂを、ガイドスライダ５６のホルダ用溝５６ｂに係合して、ガイドスライダ５６を光源用ホルダ５４に取りつけると、図９（ｄ）のようになる。この状態で、ガイドスライダ５６の突起５６ａをガイドプレート５２のガイド溝５８に係合すると、光源２が、光源用ホルダ５４、ガイドスライダ５６、ガイドプレート５２を介して本体フレーム１４に取りつけられることになる。受光部３についても同様である。
【００５１】
図２（ｂ）に示すように、調整ハンドル５７は、その先端部がボルト状に形成されており、ガイドプレート５２に光源２を取り付けた後、調整ハンドル５７のボルト状の先端部を、ガイドプレート５２の貫通孔５９、ガイドスライダ５６の貫通孔５６ｃ、光源用ホルダ５４の貫通孔５４ｃを順次通し、光源用ホルダ５４側からメネジ６２を螺合して締結すると、光源用ホルダ５４がガイドプレート５２に固定される。調整ハンドル５７とメネジ６２の締結を緩めると、光源用ホルダ５４がガイドプレート５２のガイド溝５８に沿って移動可能となり、光源２の測定対象面Ｓに対する角度を調整することができる。受光部３についても同様である。
【００５２】
光源２と受光部３の測定対象面Ｓに対する角度は、受光部３における受光感度を考慮して適宜設定すればよく、例えば、４５度程度とすればよい。この場合、光源２と受光部３がなす角度は９０度程度になる。
【００５３】
次に、分光分析装置１の動作を説明する。
【００５４】
分光分析装置１を用いて測定対象面Ｓの劣化因子の濃度を測定する際は、まず、光源電源８から光源２に電源供給して光源２を点灯させ、プローブヘッド１１を測定対象面Ｓに配置した後、押しボタンスイッチ２２を押しながら、測定対象面Ｓに沿ってプローブヘッド１１を移動させる。プローブヘッド１１を移動させる速度は特に規定するものではないが、例えば、１ｍを１０〜２０秒程度かけて移動させるようにすればよい。
【００５５】
押しボタンスイッチ２２を押しながらプローブヘッド１１を移動させると、エンコーダ１６からのタイヤ１５の回転角度の信号に基づき、演算手段５の移動距離演算部２６がプローブヘッド１１の移動距離を求める。
【００５６】
演算手段５の劣化因子濃度演算部２５は、移動距離演算部２６が求めたプローブヘッド１１の移動距離を監視し、予め設定された測定間隔ごとに、劣化因子の濃度の演算を行う。具体的には、予め設定された測定間隔ごとに、分光器４にて、受光部３で受光した測定対象面Ｓからの反射光のスペクトルを測定し、得られた反射光のスペクトルを基に、ケモメトリックス手法を用いて劣化因子の濃度を求める。劣化因子濃度演算部２５は、劣化因子濃度演算部２５で得た劣化因子の濃度と、移動距離演算部２６で得た移動距離とを関連づけてメモリに記憶させる。
【００５７】
表示処理部２７は、メモリに記憶されたデータを基に、劣化因子の濃度と移動距離とを関連づけて表示器２４に表示させる。表示形式は特に限定するものではないが、例えば、横軸を移動距離、縦軸を劣化因子の濃度としたグラフ表示としてもよいし、また、色によって劣化因子の濃度の大小を表示したカラーコンター図として表示するようにしてもよい。
【００５８】
所望の移動距離プローブヘッド１１を移動させた後、押しボタンスイッチ２２を離せば、測定が終了する。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態に係る分光分析装置１では、測定対象面Ｓに対する光源２と受光部３の位置関係を一定に保ちつつ、光源２と受光部３を測定対象面Ｓに沿って移動させる移動機構１２と、光源２と受光部３の測定対象面Ｓに沿った移動距離を検出する移動距離検出手段１３と、を有するプローブヘッド１１を備えている。
【００６０】
移動機構１２を備えることにより、プローブヘッド１１を移動させて測定位置を走査させ、連続的に劣化因子の濃度を測定することが可能になる。つまり、従来の分光分析装置では、測定位置ごとに点での測定しかできなかったが、本発明によれば、連続的に線で測定することができ、効率的な測定作業を行うことが可能となる。また、移動機構１２により測定対象面Ｓに対する光源２と受光部３の位置関係を一定に保つことで、測定位置ごとに測定条件が変わってしまうことがなくなり、人による誤差を発生しにくくし、均一な環境下で測定を行うことが可能になる。
【００６１】
さらに、移動距離検出手段１３を備えることにより、測定位置の情報（プローブヘッド１１の移動距離）を得ることが可能となり、測定した劣化因子の濃度と測定位置（移動距離）とを関連づけた２次元的な測定が可能となる。
【００６２】
また、分光分析装置１では、本体フレーム１４の上部を覆うように本体ケース１８を設けると共に、本体ケース１８内に光源２と受光部３を収容するようにし、かつ、本体フレーム１４の下部に、本体フレーム１４と測定対象面Ｓとの隙間に外部からの光が侵入するのを防ぐためのスカート１９を設けている。
【００６３】
これにより、本体ケース１８とスカート１９により区画された空間に、ノイズの要因となる外部からの光（太陽光など）が侵入してしまうことを防止でき、高い精度で劣化因子の濃度を測定することが可能になる。特に、測定対象面Ｓが屋外にある場合には有効である。また、ノイズの要因を抑制できるため、光源２としてコンパクトな光源（例えば４．５Ｗ程度）を用いることが可能になる。なお、本体ケース１８やスカート１９を設けず、開放状態で測定を行う場合は、光源として１５００Ｗ程度の大きな光源が必要となる。
【００６４】
さらに、分光分析装置１では、プローブヘッド１１を簡易な構造で実現でき、また光源２としてもコンパクトなものを用いることができるため、プローブヘッド１１を小型化し、軽量化することができる。具体的には、本体ケース１８のサイズを、幅１５０ｍｍ、奥行き６５ｍｍ、高さ８１ｍｍ程度とすることができる（なお、操作ポール２０長さは任意に設定できるが、例えば、操作ポール２０を含めたプローブヘッド１１全体の高さは５０ｃｍ程度である）。よって、プローブヘッド１１の持ち運びが容易となり、利便性が向上する。
【００６５】
さらにまた、分光分析装置１では、操作ポール２０を中空筒状に形成し、その中空部２０ａにケーブル類（光ファイバ６、光源用ケーブル９、エンコーダ用ケーブル１７、スイッチ用ケーブル２３）を通して、操作ポール２０の上方にケーブル類を引き出すようにしている。これにより、例えば、近赤外分光ユニット７やポータブル電源１０、演算手段５をバックパック等に収容して、そのバックパックを背負って作業者が測定作業を行うような場合、ケーブル類が測定作業の邪魔になることがなく、作業性を向上できる。
【００６６】
上記実施の形態では、プローブヘッド１１を１つのみ用いる場合を説明したが、図１０に示すように、プローブヘッド１１を複数並列に配置してプローブヘッドスタック１００を形成し、プローブヘッドスタック１００の各プローブヘッド１１を用いて、複数の測定位置での劣化因子の濃度を一括して測定するようにしてもよい。
【００６７】
この場合、プローブヘッド１１ごとに分光器４を設けるようにしてもよいし、あるいは、共通の１つの分光器４を用い、時分割でスイッチングして各プローブヘッド１１に対応した測定位置での劣化因子の濃度を順次求めるようにしてもよい。プローブヘッドスタック１００を形成することにより、短時間で広い面積を一気に測定することが可能となり、作業効率を格段に向上させることが可能になる。なお、プローブヘッドスタック１００を用いる場合、表示器２４での表示形式としては、視覚的に認識しやすくするため、色によって劣化因子の濃度の大小を表示するカラーコンター図を用いることが望ましい。
【００６８】
また、図１０では、各プローブヘッド１１ごとに本体フレーム１４や本体ケース１８、タイヤ１５等を備える場合を示しているが、これらは共通とすることも可能である。具体的には、例えば、１つの大きな本体フレームを形成し、各プローブヘッド１１ごとに仕切られた大きな本体ケースを設ける、といった構成としてもよい。
【００６９】
さらに、上記実施の形態では、演算手段５の劣化因子濃度演算部２５にて、ケモメトリックス手法により劣化因子の濃度を求める場合を説明したが、測定対象面Ｓがコンクリートではなく、例えば塗装（塗膜）や鉄である場合、ケモメトリックス手法を用いずに、差スペクトル法などを用いることも可能である。
【００７０】
また、上記実施の形態では、押しボタンスイッチ２２を押している間に測定を行い、押しボタンスイッチ２２を離すと測定を終了することとしたが、これに限らず、例えば、押しボタンスイッチ２２を一度押せば測定開始、もう一度押せば測定終了としてもよい。また、測定開始のスイッチと測定終了のスイッチを別に設けるようにしてもよい。
【００７１】
さらに、上記実施の形態では、速度を規制する手段について言及しなかったが、所定の速度以上でプローブヘッド１１を動かすことができないように、速度規制手段をプローブヘッド１１に備えてもよい。これは、プローブヘッド１１を速く動かしすぎると、精度よく劣化因子の濃度を測定できないおそれがあるためである。速度規制手段としては、例えば、タイヤ１５にブレーキなどの制動手段を設けると共に、演算手段５に、エンコーダ１６の出力からプローブヘッド１１の移動速度を演算し、得られたプローブヘッド１１の移動速度が所定のしきい値以上であれば、制動手段を作動させる制動制御部を搭載することが考えられる。
【００７２】
また、上記実施の形態では、プローブヘッド１１を手動で動かす場合を説明したが、プローブヘッド１１にモータなどを搭載し、プローブヘッド１１を自動で移動可能に構成してもよい。ただし、この場合、プローブヘッド１１の重量が重くなり、大型化にもつながるので、小型化や軽量化の観点からは、手動とすることが望ましい。
【００７３】
さらに、上記実施の形態では、分光器４を近赤外分光ユニット７内に設けているが、分光器４をプローブヘッド１１に搭載することも可能である。ただし、この場合も、プローブヘッド１１の重量が重くなり、大型化にもつながるので、小型化や軽量化の観点からは、分光器４をプローブヘッド１１に搭載せず、別体とすることが望ましい。
【００７４】
なお、上記実施の形態では、測定対象面Ｓが床面である場合を説明したが、当然ながら、本発明は、床面に限らず、壁面や天井面についても適用可能である。
【００７５】
このように、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７６】
１ 分光分析装置
２ 光源
３ 受光部
４ 分光器
５ 演算手段
６ 光ファイバ
７ 近赤外分光ユニット
８ 光源電源
９ 光源用ケーブル
１０ ポータブル電源
１１ プローブヘッド
１２ 移動機構
１３ 移動距離検出手段
１４ 本体フレーム
１５ タイヤ
１６ エンコーダ
１７ エンコーダ用ケーブル
１８ 本体ケース
１９ スカート
２０ 操作ポール
２１ グリップ
２２ 押しボタンスイッチ
２３ スイッチ用ケーブル
２４ 表示器
２５ 劣化因子濃度演算部
２６ 移動距離演算部
２７ 表示処理部
Ｓ 測定対象面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象面に光を照射する光源と、前記測定対象面からの反射光を受光する受光部と、該受光部で受光した反射光のスペクトルを測定する分光器と、該分光器で測定した反射光のスペクトルを基に、前記測定対象面における劣化因子の濃度を演算する演算手段とを備えた分光分析装置において、
前記光源と前記受光部とを収容するプローブヘッドを備え、
前記プローブヘッドは、
前記測定対象面に対する前記光源と前記受光部の位置関係を一定に保ちつつ、前記光源と前記受光部を前記測定対象面に沿って移動させる移動機構と、
前記光源と前記受光部の前記測定対象面に沿った移動距離を検出する移動距離検出手段と、を有することを特徴とする分光分析装置。
【請求項２】
前記移動機構は、前記光源と前記受光部を固定する本体フレームに回転自在に設けられると共に、前記本体フレームの下方に突出して設けられ、当該突出部を前記測定対象面に当接させて、前記本体フレームと前記測定対象面との距離を一定に保つ複数のタイヤを有し、
前記移動距離検出手段は、前記タイヤの回転角度を検出して出力するエンコーダと、該エンコーダからの出力に基づき、前記タイヤの回転による移動距離を演算する移動距離演算部と、を有する請求項１記載の分光分析装置。
【請求項３】
前記本体フレームの上部を覆うように本体ケースを設けると共に、該本体ケース内に前記光源と前記受光部を収容するようにし、
かつ、前記本体フレームの下部に、前記本体フレームと前記測定対象面との隙間に外部からの光が侵入するのを防ぐためのスカートを設けた請求項２記載の分光分析装置。
【請求項４】
前記プローブヘッドは、前記光源と前記受光部の前記測定対象面に対する角度をそれぞれ調節して固定するための角度調節機構をさらに有する請求項１〜３いずれかに記載の分光分析装置。
【請求項５】
前記測定対象面がコンクリートであり、前記光源として近赤外線を含む光を出射するものを用いる請求項１〜４いずれかに記載の分光分析装置。
【請求項６】
前記演算手段は、前記反射光のスペクトルを基に、ケモメトリックス手法を用いて、前記測定対象面における劣化因子の濃度を演算するようにされる請求項１〜５いずれかに記載の分光分析装置。
【請求項７】
前記プローブヘッドを複数並列に配置したプローブヘッドスタックを備え、該プローブヘッドスタックの各プローブヘッドを用いて、複数の測定位置での劣化因子の濃度を一括して測定するようにした請求項１〜６いずれかに記載の分光分析装置。
【請求項１】
測定対象面に光を照射する光源と、前記測定対象面からの反射光を受光する受光部と、該受光部で受光した反射光のスペクトルを測定する分光器と、該分光器で測定した反射光のスペクトルを基に、前記測定対象面における劣化因子の濃度を演算する演算手段とを備えた分光分析装置において、
前記光源と前記受光部とを収容するプローブヘッドを備え、
前記プローブヘッドは、
前記測定対象面に対する前記光源と前記受光部の位置関係を一定に保ちつつ、前記光源と前記受光部を前記測定対象面に沿って移動させる移動機構と、
前記光源と前記受光部の前記測定対象面に沿った移動距離を検出する移動距離検出手段と、を有することを特徴とする分光分析装置。
【請求項２】
前記移動機構は、前記光源と前記受光部を固定する本体フレームに回転自在に設けられると共に、前記本体フレームの下方に突出して設けられ、当該突出部を前記測定対象面に当接させて、前記本体フレームと前記測定対象面との距離を一定に保つ複数のタイヤを有し、
前記移動距離検出手段は、前記タイヤの回転角度を検出して出力するエンコーダと、該エンコーダからの出力に基づき、前記タイヤの回転による移動距離を演算する移動距離演算部と、を有する請求項１記載の分光分析装置。
【請求項３】
前記本体フレームの上部を覆うように本体ケースを設けると共に、該本体ケース内に前記光源と前記受光部を収容するようにし、
かつ、前記本体フレームの下部に、前記本体フレームと前記測定対象面との隙間に外部からの光が侵入するのを防ぐためのスカートを設けた請求項２記載の分光分析装置。
【請求項４】
前記プローブヘッドは、前記光源と前記受光部の前記測定対象面に対する角度をそれぞれ調節して固定するための角度調節機構をさらに有する請求項１〜３いずれかに記載の分光分析装置。
【請求項５】
前記測定対象面がコンクリートであり、前記光源として近赤外線を含む光を出射するものを用いる請求項１〜４いずれかに記載の分光分析装置。
【請求項６】
前記演算手段は、前記反射光のスペクトルを基に、ケモメトリックス手法を用いて、前記測定対象面における劣化因子の濃度を演算するようにされる請求項１〜５いずれかに記載の分光分析装置。
【請求項７】
前記プローブヘッドを複数並列に配置したプローブヘッドスタックを備え、該プローブヘッドスタックの各プローブヘッドを用いて、複数の測定位置での劣化因子の濃度を一括して測定するようにした請求項１〜６いずれかに記載の分光分析装置。
【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２０１１−２４２３７６（Ｐ２０１１−２４２３７６Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１７４７４（Ｐ２０１０−１１７４７４）
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（５０９３３８９９４）株式会社ＩＨＩインフラシステム (104)
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（５０９３３８９９４）株式会社ＩＨＩインフラシステム (104)
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【Ｆターム（参考）】
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