CN102692372A

CN102692372A - 传感器装置

Info

Publication number: CN102692372A
Application number: CN2012100748437A
Authority: CN
Inventors: 加藤树理; 宫泽孝雄
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2012-09-26
Also published as: US20120242319A1; JP2012198120A; US9442060B2

Abstract

本发明的传感器装置具有：第一电极，由形成钝态膜的第一金属材料构成；第二电极，相对于所述第一电极分开设置，由与第一金属材料不同的第二金属材料构成；由于伴随PH变化的钝态膜的有无，第一电极与第二电极的电位差发生变化。而且，测定第一电极与第二电极的电位差，根据测定的电位差，检测测定对象(混凝土结构物)的测定对象部位的PH是否在设定值以下。

Description

传感器装置

技术领域

本发明涉及一种传感器装置。

背景技术

作为传感器装置，例如，测定混凝土中的钢筋的腐蚀状态的传感器装置是已知的(例如，参照专利文献1)。

刚施工后不久的混凝土结构物中的混凝土通常呈强碱性。因此，刚施工后不久的混凝土结构物中的钢筋由于其表面形成钝态膜而稳定。但是，施工之后由于受到酸雨或排放气体等的影响，混凝土结构由于混凝土逐渐发生氧化而使钢筋受到腐蚀。

于是，例如专利文献1所涉及的传感器装置，通过在混凝土结构物中埋设由与混凝土结构物中的钢筋相同的材料所构成的细线，并检测细线是否由于腐蚀而断线，从而预测混凝土中钢筋的腐蚀状况。

但是，专利文献1所涉及的传感器装置无法获知从细线开始腐蚀到断线为止期间的混凝土结构物中钢筋以及混凝土的状态(更具体而言，例如PH和氯化物离子浓度)。另外，从细线开始腐蚀到断线为止期间，混凝土结构物中钢筋的腐蚀不断进行。因此，存在无法完全避免混凝土结构物中钢筋的腐蚀的问题。

专利文献1：特开平11-153568号公报

发明内容

专利文献1所涉及的传感器装置，根据细线被切断的时刻(timing)，可以获知混凝土结构物中钢筋开始腐蚀的时期。但是，专利文献1所涉及的传感器装置存在这样的问题：无法掌握钢筋在施工之后到开始腐蚀为止的期间，随着时间的推移而变化的钢筋或混凝土的状态。

本发明的目的是提供一种传感器装置，能够测定钢筋在施工之后到开始腐蚀为止的期间测定对象的状态变化，并将所得到的信息运用于混凝土结构物的计划性维护中。

通过以下所述的本发明实现了上述目的。

本发明的传感器装置，其特征在于，具有：

第一电极，由第一金属材料构成；

第二电极，相对于上述第一电极分开设置，由与第一金属材料不同的第二金属材料构成；以及

功能元件，具有测定上述第一电极与上述第二电极的电位差的功能；

其中，上述第一金属材料是随着测定部位的环境变化而在表面形成第一钝态膜或者表面上存在的第一钝态膜消失的金属；

上述第一电极与上述第二电极的电位差由于上述第一钝态膜的有无而变化。

根据这种结构的传感器装置，由于由第一电极设置环境的PH变化而引起的钝态膜的有无，第一电极与第二电极的电位差发生剧烈变化。因此可以正确检测，第一电极和第二电极的设置环境的PH是否在设定值以下。

另外，由于伴随第一电极设置环境的氯化物离子浓度变化钝态膜消失，第一电极与第二电极的电位差发生剧烈变化。因此，可以正确检测，第一电极和第二电极的设置环境的氯化物离子浓度是否在设定值以下。

本发明的传感器装置优选，上述功能元件具有基于上述第一电极与上述第二电极的电位差检测测定对象部位的PH或氯化物离子浓度是否在设定值以下的功能。

由此，基于第一电极与第二电极的电位差，能够检测第一电极和第二电极的设置环境的PH或氯化物离子浓度是否在设定值以下。

本发明的传感器装置的特征在于，上述第二金属材料是伴随测定部位的环境变化在表面形成第二钝态膜或表面上存在的第二钝态膜消失的金属。

由此，由于第二电极的钝态膜的有无或钝态膜的破坏，第一电极与第二电极的电位差也发生剧烈变化。结果，根据第一电极与第二电极的电位差发生剧烈变化的2个点，能够更准确地检测PH或氯化物离子浓度是否在设定值以下。

本发明的传感器装置优选：上述第一金属材料是当测定部位的PH为第一PH时，在表面形成上述第一钝态膜或表面上存在的上述第一钝态膜消失的金属；上述第二金属材料是当测定部位的PH为第二PH时，在表面形成上述第二钝态膜或表面上存在的上述第二钝态膜消失的金属；上述第一PH和上述第二PH不同。

由此，能够分别正确地检测设置有第一电极以及第二电极的环境的PH是否在第一PH以下以及是否在第二PH以下。

本发明的传感器装置优选，上述第一PH为8以上10以下，第二PH为7以下。

由此能够事先获知第一电极以及第二电极的设置环境接近中性状态。因此，例如传感器装置用于测定混凝土的状态时，能够事先采取防止混凝土中钢筋腐蚀的措施。另外，也能够获知第一电极以及第二电极的设置环境变成酸性状态的情况。

本发明的传感器装置优选：上述第一金属材料是，当环境变成测定部位的氯化物离子浓度大于第一氯化物离子浓度时，上述第一钝态膜消失的金属；上述第二金属材料是，当环境变成测定部位的氯化物离子浓度大于第二氯化物离子浓度时，上述第二钝态膜消失的金属；上述第一氯化物离子浓度和第二氯化物离子浓度不同。

由此，能够分别正确地检测设置有第一电极以及第二电极的环境的氯化物离子浓度是否在第一氯化物离子浓度以下以及是否在第二氯化物离子浓度以下。

本发明的传感器装置优选，上述第一氯化物离子浓度为1.0kg/m³以上1.5kg/m³以下，上述第二氯化物离子浓度大于上述第一氯化物离子浓度。

由此，例如，传感器装置用于测定混凝土的状态时，能够事先采取防止混凝土中钢筋腐蚀的措施。

本发明的传感器装置优选上述第一金属材料是铁或铁合金。

铁或铁合金(铁系列材料)比较廉价且容易得到。另外，例如传感器装置用于测定混凝土结构物的状态时，第一金属材料可以采用与混凝土结构物中钢筋相同的材料，通过第一金属材料采用与钢筋相同的材料，能够有效检测混凝土结构物中钢筋的腐蚀状态。

本发明的传感器装置优选上述第二金属材料是铁或铁合金。

铁或铁合金(铁系列材料)比较廉价且容易得到。另外，例如传感器装置用于测定混凝土结构物的状态时，第二金属材料可以采用与混凝土结构物中钢筋相同的材料，通过第二金属材料采用与钢筋相同的材料，能够有效检测混凝土结构物中钢筋的腐蚀状态。

本发明的传感器装置优选上述第二金属材料不形成钝态膜。

由此，当第一电极以及第二电极的设置环境由强碱状态向中性状态变化时，能够在第一阶段就高精度地检测其变化。

本发明的传感器装置优选，上述第一金属材料在PH大于8以上10以下的PH的环境下，形成上述第一钝态膜。

由此，能够获知第一电极以及第二电极的设置环境变成中性状态的情况。因此，例如传感器装置用于测定混凝土的状态时，能够事先采取防止混凝土中钢筋腐蚀的措施。

本发明的传感器装置优选，上述第一金属材料在氯化物离子浓度大于1kg/m³的环境下，上述第一钝态膜消失。

由此，例如传感器装置用于测定混凝土的状态时，基于第一电极与第二电极的电位差，能够检测第一电极以及第二电极的设置环境的氯化物离子浓度是否在设定值以下。

本发明的传感器装置，其特征在于，具有：

基板；

第一电极，设置在上述基板上，由第一金属材料构成；

第二电极，在上述基板上与上述第一电极对向间隔设置，由与第一金属材料不同的第二金属材料构成；

功能元件，置于在上述基板上，具有测定上述第一电极与上述第二电极的电位差的功能；以及

密封部，覆盖上述功能元件；

其中，上述第一金属材料是伴随测定部位的环境变化，在表面形成第一钝态膜或表面上存在的第一钝态膜消失的金属；

根据这种结构的传感器装置，由于由第一电极设置环境的PH变化而引起的钝态膜的有无，第一电极与第二电极的电位差剧烈变化。因此，可以正确检测第一电极和第二电极的设置环境的PH是否在设定值以下。

另外，由于伴随第一电极设置环境的氯化物离子浓度变化钝态膜破坏，第一电极与第二电极的电位差剧烈变化。因此，可以正确检测第一电极和第二电极的设置环境的氯化物离子浓度是否在设定值以下。

本发明的传感器装置优选，上述测定对象为混凝土。

由此，能够检测伴随混凝土PH变化的状态变化。

本发明的测定方法，其特征在于：将本发明的传感器装置的上述第一电极以及上述第二电极分别埋设在测定对象内；基于上述第一电极和上述第二电极的电位差，测定上述测定对象的状态。

通过这种测定方法，由于第一电极以及第二电极的设置环境的PH变化或氯化物离子浓度变化所伴随的钝态膜的有无，第一电极与第二电极的电位差剧烈变化。因此，可以正确检测第一电极和第二电极的设置环境的PH或氯化物离子浓度是否在设定值以下。

本发明的测定方法，其特征在于：在测定对象内，分别埋设由形成钝态膜的第一金属材料构成的第一电极、以及与上述第一电极对向间隔设置的由与第一金属材料不同的第二金属材料构成的第二电极；基于上述第一电极与上述第二电极的电位差，测定上述测定对象的状态。

通过这种测定方法，由于第一电极以及第二电极的设置环境的PH变化或氯化物离子浓度变化所伴随的钝态膜的有无，第一电极与第二电极的电位差剧烈变化。因此，可以正确检测第一电极和第二电极的设置环境的PH是否在设定值以下。

本发明的测定方法优选，基于上述第一电极与上述第二电极的电位差，检测上述测定对象的上述第一电极以及上述第二电极所埋设部位的PH或氯化物离子浓度是否在设定值以下。

由此，能够检测由测定对象的PH变化或氯化物离子浓度变化伴随的状态变化。

本发明的测定方法优选，基于上述第一电极与上述第二电极的电位差，测定上述测定对象的质量。

由此，能够检测测定对象的PH变化或氯化物离子浓度变化所伴随的质量变化。

本发明的测定方法优选，上述测定对象为混凝土。

由此，能够检测混凝土PH变化或氯化物离子浓度变化所伴随的状态变化。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的传感器装置的使用状态的一例的图。

图2是示出图1所示传感器装置的大致结构的框图。

图3是用于说明图2所示的第一电极、第二电极及功能元件的俯视图。

图4是用于说明图2所示的第一电极、第二电极的截面图(图3中的沿A-A线的截面图)。

图5是用于说明图2所示功能元件的截面图(图3中的沿B-B线的截面图)。

图6是示出配置有图2所示功能元件的差动增幅电路的电路图。

图7的(a)是示出图2所示第一电极(Fe)的PH以及电位与状态的关系的一例的图，(b)是示出图2所示第二电极(FeAl)的PH以及电位与状态的关系的一例的图。

图8是示出用于说明图1所示传感器装置的作用的一例的图。

图9是示出第二实施方式所涉及的传感器装置的使用状态的一例的图。

具体实施方式

以下参照附图，对本发明的传感器装置以及测定方法的优选实施方式进行说明。

第一实施方式

首先，对本发明的第一实施方式进行说明。

图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的传感器装置的使用状态的一例的图，图2是示出图1所示传感器装置的大致结构的框图，图3是用于说明图2所示第一电极、第二电极以及功能元件的俯视图，图4是用于说明图2所示第一电极、第二电极的截面图(图3中的沿A-A线的截面图)，图5是用于说明图2所示功能元件的截面图(图3中的沿B-B线截面图)，图6是示出配置有图2所示功能元件的差动增幅电路的电路图，图7(a)是示出图2所示第一电极(Fe)的PH以及电位与状态的关系的一例的图，图7(b)是示出图2所示第二电极(FeAl)的PH以及电位与状态的关系的一例的图，图8是示出用于说明图1所示传感器装置的作用的一例的图。

另外，以下以本发明的传感器装置以及测定方法用于测定混凝土结构物的质量的情况为例进行说明。

图1所示传感器装置1是测定混凝土结构物100的质量的装置。

混凝土结构物100在混凝土101内埋设有多个钢筋102。而且，传感器装置1埋设在混凝土结构物100的混凝土101内的钢筋102的附近。另外，传感器装置1可以在浇铸(打設)混凝土结构物100时，混凝土101凝固之前固定在钢筋上埋入，也可以在浇铸之后在凝固的混凝土101上穿孔埋入。

该传感器装置1具有主体2和从该本体表面露出的第一电极3以及第二电极4。本实施方式中，第一电极3以及第二电极4设置成与混凝土结构物100的外表面距离相等。另外，第一电极3以及第二电极4设置成，其各自的电极面分别与混凝土结构物100的外表面平行或大致平行。并且，第一电极3以及第二电极4以其间的电位差伴随PH的变化而变化的方式而构成。另外，关于第一电极3以及第二电极4在后文进行详细阐述。

另外，如图2所示，传感器装置1具有与第一电极3以及第二电极4电连接的功能元件51、电源52、温度传感器53、通信电路54、天线55以及振荡器56，这些部件都收纳在主体2内。

以下，按顺序对构成传感器装置1的各部件进行说明。

主体

主体2具有支撑第一电极3、第二电极4以及功能元件51的功能。

如图4以及图5所示，这样的主体2具有支撑第一电极3、第二电极4以及功能元件51的基板21。另外，基板21还支撑电源52、温度传感器53、通信电路54、天线55以及振荡器56，为了方便说明，图3～5中省略了电源52、温度传感器53、通信电路54、天线55以及振荡器56的图示。

该基板21具有绝缘性。作为基板21没有特别的限制，可以使用例如氧化铝基板、树脂基板等。

该基板21上设置有由例如阻焊剂(solder resist)之类的绝缘性树脂组合物构成的绝缘层23。然后，通过该绝缘层23，将第一电极3、第二电极4以及功能元件51安装在基板21上。

如图5所示，该基板21上保持有功能元件51(集成电路芯片)，连接有第一电极3、第二电极4和功能元件51的导体部61、62(电极焊盘，electrode pad)。

该导体部61将第一电极3与导体部516a、516d以及晶体管514a的栅极电连接。另外，导体部62将第二电极4与导体部516b、516e以及晶体管514b的栅极电连接。由于第一电极3和第二电极4各自与晶体管514a和514b的栅极连接，因此处于浮接(floating)状态。515a和515b是集成电路的层间绝缘膜，25是集成电路的保护膜。

另外，主体2具有收纳功能元件51、电源52、温度传感器53、通信电路54、天线55以及振荡器56的功能。

特别地，主体2以耐液密封地收纳功能元件51、电源52、温度传感器53、通信电路54、天线55以及振荡器56的方式而构成。

具体而言，如图4以及图5所示，本体2具有密封部24。该密封部24具有密封功能元件51、电源52、温度传感器53、通信电路54、天线55以及振荡器56的功能。由此，在存在水分或混凝土的情况下设置传感器装置1时，能够防止功能元件51、电源52、温度传感器53、通信电路54、天线55以及振荡器56的劣化。

在此，密封部24设置成具有开口部241，第一电极3以及第二电极4从该开口部241露出，但覆盖除了第一电极3以及第二电极4以外的各个部件(参照图3以及图4)。由此，在密封部24防止除了第一电极3以及第二电极4以外的各个部件的劣化的同时，传感器装置1能够进行测定。另外，开口部241只要以使第一电极3的至少一部分以及第二电极4的至少一部分露出的方式形成即可。

作为构成密封部24的材料，例如，可以为诸如丙烯酸类树脂、聚氨酯类树脂、烯烃类树脂的热塑性树脂以及诸如环氧类树脂、三聚氰胺类树脂、苯酚类树脂的热固化性树脂等各种树脂材料，可以使用这些当中的1种，或者2种以上组合使用。

另外，密封部24根据需要设置即可，也可以省略。

第一电极和第二电极

如图4所示，第一电极3以及第二电极4分别设置于上述主体2的外表面上(更具体而言，在基板21上)。特别是，第一电极3以及第二电极4设置在同一平面上。因此，能够防止第一电极3以及第二电极4的设置环境产生差别。

另外，第一电极3以及第二电极4以不受彼此电位的影响的程度(例如数mm)而相互隔开。

本实施方式中，第一电极3以及第二电极4分别为薄膜状。另外，第一电极3以及第二电极4的俯视形状分别为方形。另外，第一电极3以及第二电极4的俯视图中，彼此的形状以及面积相同。

这种第一电极3由形成钝态膜的第一金属材料(以下也简称为“第一金属材料”)构成。如此构成的第一电极3由于PH的变化而形成钝态膜或钝态膜被破坏。这种第一电极3在形成钝态膜的状态(形成状态)下是惰性的(高(貴))，自然电位升高(提高(貴··))。另一方面，第一电极在钝态膜被破坏的状态(消失状态)下是活性的(低(卑))。为此，第一电极3的电位由于PH变化所伴随的钝态膜的有无而发生剧烈变化。

作为第一金属材料只要形成钝态膜，没有特别的限制，例如，可以为Fe、Ni、Mg、Zn或包含它们的合金等。

当PH大于9时Fe形成钝态膜(参照图7(a))。另外，当PH大于4时，FeAl(Al为0.8％)类碳钢形成钝态膜(参照图7(b))。另外，当PH为8～14时，Ni形成钝态膜。另外，当PH大于10.5时，Mg形成钝态膜。另外，当PH为6～12时，Zn形成钝态膜。

其中，第一金属材料优选Fe或含Fe合金(Fe合金)，即Fe系列材料(碳钢、合金钢)。Fe系列材料廉价且容易获得。另外，如同本实施方式，传感器装置1用于检测混凝土结构物100的状态时，第一金属材料可以采用与混凝土结构物100中钢筋102相同的材料，通过第一金属材料采用与钢筋102相同的材料，能够有效检测钢筋102的腐蚀环境状态。例如，第一电极3由Fe构成时，可以判断PH是否在9以上。

另一方面，第二电极4由与第一金属材料不同的第二金属材料(以下也简称为“第二金属材料”)构成。如此构成的第二电极4，当第一电极3的电位如上所述地由于钝态膜的有无而发生变化时，不存在钝态膜的形成或破坏(消失)，且不存在剧烈的电位变化。为此，当第一电极3的电位如上所述的由于钝态膜的有无而发生变化时，第一电极3和第二电极4的电位差发生剧烈变化。为此，能够正确检测第一电极3和第二电极4的设置环境(本实施方式为混凝土101的钢筋102附近)的PH是否在设定值以下。

作为第二金属材料只要是与第一金属材料不同的金属材料并能用作电极的材料即可，没有特别的限制，可以使用各种金属材料。

另外，第二金属材料只要是与第一金属材料不同的金属材料，可以是形成钝态膜的材料，也可以是不形成钝态膜的材料。

当第二金属材料是形成钝态膜的材料时，作为第二金属材料可以是上述作为第一金属材料所例示的金属。

本发明的优选实施方式中，将第一金属材料形成钝态膜的PH范围下限值设定为第一PH(第一钝化PH)、将第二金属材料形成钝态膜的PH范围下限值设定为第二PH(第二钝化PH)时，第一PH以及第二PH彼此不同。即，当PH大于第一PH时，第一金属材料形成钝态膜，当PH大于不同于第一PH的第二PH时，第二金属材料形成钝态膜。由此，能够分别正确地检测第一电极3以及第二电极4所设置的环境的PH是否在第一PH以下以及是否在第二PH以下。

这种情况下，优选第一PH为8以上10以下，并且，第二PH为7以下。由此，通过检测是否在第一PH以下，能够事先获知第一电极3以及第二电极4的设置环境接近中性状态的情况。由此，如同本实施方式，传感器装置1用于测定混凝土结构物100的状态时，能够事先采取防止钢筋102腐蚀的措施。另外，通过检测是否在第二PH以下，还能够获知第一电极3以及第二电极4的设置环境变成酸性状态的情况。

另外，这种情况中，第二金属材料优选Fe或含Fe合金(Fe合金)，即Fe系列材料。Fe系列材料廉价且容易获得。另外，如同本实施方式，传感器装置1用于检测混凝土结构物100的状态时，第二金属材料可以采用与钢筋102相同的材料，通过第二金属材料采用与钢筋102相同的材料，能够有效检测钢筋102的腐蚀环境状态。

另一方面，第二金属材料是不形成钝态膜的材料时，作为第二金属材料可以为Pt、Au等。第二金属材料是不形成钝态膜的材料情况中，第一电极3以及第二电极4的设置环境由强碱状态向强酸性状态变化时，能够在第一阶段高精度地检测该变化。

这种情况下，第一金属材料优选为，当PH变为比3以上5以下的PH大或者比8以上10以下的PH大时形成钝态膜的材料。通过检测是否在3以上5以下的PH以下，能够获知第一电极3以及第二电极4的设置环境变成酸性状态的情况。另外，通过检测是否在8以上10以下的PH以下，能够事先获知第一电极3以及第二电极4的设置环境接近酸性状态的情况。

根据本发明的另一实施方式，第二金属材料是形成钝态膜的材料的情况下，当将第一金属材料的钝态膜开始被破坏的氯化物离子浓度下限值设定为第一氯化物离子浓度，将第二金属材料的钝态膜开始被破坏的氯化物离子浓度下限值设定为第二氯化物离子浓度时，第一氯化物离子浓度与第二氯化物离子浓度彼此不同。即，第一金属材料在大于第一氯化物离子浓度时钝态膜开始被破坏；第二金属材料在大于不同于第一氯化物离子浓度的第二氯化物离子浓度时钝态膜开始被破坏。由此，能够分别正确地检测设置有第一电极3以及第二电极4的环境的氯化物离子浓度是否在第一氯化物离子浓度以下以及是否在第二氯化物离子浓度以下。

这种情况下优选，第一氯化物离子浓度为1.0kg/m³以上1.5kg/m³以下(优选为1.2kg/m³)，并且第二氯化物离子浓度大于第一氯化物离子浓度。由此，通过检测是否在第一氯化物离子浓度以下，能够获知氯化物离子是否侵入第一电极3以及第二电极4的设置环境。例如，第一金属材料使用第一氯化物离子浓度为1.2kg/m³的碳钢(SD345)，第二金属材料使用第二氯化物离子浓度为20kg/m³的SUS304。当由于氯化物离子浓度超过1.2kg/m³钝态膜开始被破坏而引起第一电极3的电位变化时，如上构成的第二电极4的钝态膜没有被破坏(消失)，不存在剧烈的电位变化。为此，由于钝态膜的有无引起第一电极3的电位变化时，第一电极3与第二电极4的电位差剧烈变化。由此，能够正确地检测第一电极3以及第二电极4的设置环境(本实施方式为混凝土101的钢筋102附近)的氯化物离子浓度是否超过1.2kg/m³。第二金属材料可以使用耐性优异的SUS316或SUS329J4L。

根据这种情况，如同本实施方式，传感器装置1用于检测混凝土结构物100的状态时，能够在由外部侵入混凝土101内的CO₂(中性化)或氯离子到达混凝土结构物100中的钢筋102之前将其检测。从而，能够在钢筋102腐蚀之前采取防止腐蚀的措施。

这种第一电极3以及第二电极4可以分别通过以下方法而形成：例如，等离子体CVD、热CVD、激光CVD之类的化学蒸镀法(CVD)、真空蒸镀、溅射(低温溅射)、离子镀等干式镀法、电镀、浸渍镀、无电解镀等湿式镀法、喷镀法、溶胶凝胶法、MOD法、金属箔的接合等。

功能元件

功能元件51埋设于上述主体2内部。另外，相对于上述主体2的基板21，功能元件51可以设置在与第一电极3以及第二电极4的相同面，也可以设置在相反一侧。

该功能元件51具有测定第一电极3与第二电极4的电位差的功能。由此，基于第一电极3与第二电极4的电位差，能够检测第一电极3以及第二电极4的设置环境的PH是否在设定值以下。

另外，功能元件51具有基于第一电极3与第二电极4的电位差作为检测测定对象的混凝土结构物100的测定部位的PH是否在设定值以下的功能。由此，能够检测伴随混凝土结构物100的PH变化而发生的状态变化。

这种功能元件51例如是集成电路。更具体而言，功能元件51例如是MCU(微处理器单元)，如图2所示，具有CPU 511、A/D转换电路512、差动增幅电路514。

进一步具体地说明，如图5所示，功能元件51具有基板513，设置于基板513上的多个晶体管514a、514b、514c，覆盖晶体管514a、514b、514c的层间绝缘膜515a、515b，构成配线以及导体端子(post，接线柱)的导体部516a、516b、516c、516d、516e、516f，保护膜25以及构成电极焊盘的导体部61、62。

基板513例如是SOI基板，形成有CPU 511以及A/D转换电路512。通过使用SOI作为基板513，可以将晶体管514a～514c设定为SOI型MOSFET。

多个晶体管514a、514b、514c例如分别是场效应晶体管(FET)，构成差动增幅电路514的一部分。

如图6所述，差动增幅电路514由3个晶体管514a、514b、514c以及电流反射镜电路514d构成。

导体部516a的一端与晶体管514a的栅极连接，另一端与上述导体部516d连接。导体部516d通过导体部61与第一电极3电连接。由此，晶体管514a的栅极与第一电极3电连接。为此，对应于第一电极3的电位变化，晶体管514a的漏电流发生变化。

同样，导体部516b的一端与晶体管514b的栅极连接，另一端与上述导体部516e连接。导体部516e通过导体部62与第二电极4电连接。由此，晶体管514b的栅极与第二电极4电连接。为此，对应于第二电极4的电位变化，晶体管514b的漏电流发生变化。

另外，导体部516c的一端与晶体管514c的栅极连接，另一端与上述导体部516f连接。

另外，功能元件51通过电源52通电而工作。电源52只要能够提供能使功能元件51工作的电力即可，没有特别的限制，例如可以是纽扣型电池之类的电池，也可以是使用压电元件之类的具有发电功能的元件的电源。

另外，功能元件51以能够取得温度传感器53的检测温度信息的方式而构成。由此，也可以获得有关测定部位的温度的信息。通过使用这种有关温度的信息，能够更准确地测定测定部位的状态，并高精度地预测测定部位的变化。

温度传感器53具有检测测定对象混凝土结构物100的测定部位的温度的功能。作为这种温度传感器53，没有特别的限制，可以使用例如热敏电阻器、热电偶等公知的各种温度传感器。

另外，功能元件51还具有驱动控制通信电路54的功能。例如，功能元件51将有关第一电极3与第二电极4的电位差的信息(以下，也简称为“电位差信息”)以及有关测定部位的PH是否在设定值以下的信息(以下，也简称为“PH信息”)分别输入通信电路54。另外，功能元件51也将通过温度传感器53所检测的关于温度的信息(以下，也简称为“温度信息”)一起输入通信电路54。

通信电路54具有向天线55供电的功能(发送功能)。由此，通信电路54通过天线55能够将输入的信息无线发送。被发送的信息通过设置在混凝土结构物100的外部的接收器(读出器)接收。

该通信电路54包括例如用于发送电磁波的发送电路、具有信号调制功能的调制电路等。并且，通信电路54还可以包括：具有将信号频率变小的功能的下变频器、具有将信号频率变大的功能的上变频器、具有将信号增幅的功能的增幅电路、用于接收信号的接收电路、具有解调信号的功能的解调电路等。

另外，天线55没有特别的限制，例如由金属材料、碳等构成，为线圈、薄膜等形态。

另外，功能元件51以能够获得来自振荡器56的时钟信号的方式而构成。由此，各电路能够取得同步，并且能够给各种信息附加时间信息。

振荡器56没有特别的限制，例如由利用了晶体振子的振荡电路所构成。

使用了如同上述说明那样构成的传感器装置1的测定方法(本发明的测定方法的一例)中，将第一电极3以及第二电极4分别埋设在测定对象混凝土结构物100内，基于第一电极3与第二电极4的电位差，而测定混凝土结构物100的状态。

以下，以第一电极3由Fe构成、第二电极4由FeAl构成的情况为一例，对传感器装置1的作用进行说明。

刚浇铸后的混凝土结构物100中，通常若浇铸适当，则混凝土101呈现强碱性。为此，如图7(a)、(b)所示，此时第一电极3以及第二电极4分别形成稳定的钝态膜。即，如图8(a)所示，第一电极3的表面形成钝态膜31，第二电极4的表面形成钝态膜41。由此，第一电极3以及第二电极4的自然电位分别上升(正移)。结果，混凝土刚浇铸后，第一电极3以及第二电极4的电位差变小。

之后，混凝土结构物100，由于受到二氧化碳、酸雨、排放气体的影响，混凝土101的PH渐渐向酸性一侧变化。

于是，当混凝土101的PH下降至9左右时，如图8(b)所示，虽然第二电极4的钝态膜41稳定且自然电位变化较小，但第一电极3的钝态膜31开始被破坏，自然电位下降(降低(卑化))。因此，第一电极3与第二电极4的电位差变大。

另外，当混凝土101的PH下降至4左右时，如图8(c)所示，第二电极4的钝态膜也开始被破坏，自然电位下降。此时，由于第一电极3以及第二电极4的自然电位同时下降，第一电极3与第二电极4的电位差再次变小。并且此时，第一电极3以及第二电极4的腐蚀分别加剧。

这样，在PH变成9左右以及PH变成4左右的这2个时刻，第一电极3与第二电极4的电位差发生急剧变化。为此，能够分别高精度地检测测定部位的PH变成约9的情况以及测定部位的PH变成约4的情况。

通过利用这种检测结果，能够对混凝土结构物100的浇铸后质量的随时间的变化进行监测。为此，在钢筋102腐蚀之前，能够掌握混凝土101的劣化(中性化或盐分侵入)。由此，在钢筋102腐蚀之前，能够对混凝土结构物100进行涂装或防腐剂混入灰浆等修补工程。

另外，能够判断混凝土结构物100浇铸时是否存在异常。为此，能够防止混凝土结构物100的初期问题，提高混凝土结构物100的质量。

根据如上所述的第一实施方式的传感器装置1以及使用有该装置的测定方法，由于第一电极3以及第二电极4的设置环境(即混凝土101)的PH变化所伴随的钝态膜的有无，第一电极3与第二电极4的电位差发生剧烈变化。因此，可以正确地检测第一电极3和第二电极4的设置环境的PH是否在设定值以下。

另外，基于第一电极3与第二电极4的电位差，能够检测测定对象混凝土结构物100的第一电极3和第二电极4埋设部位的PH是否在设定值以下。另外，基于第一电极3与第二电极4的电位差，能够检测测定对象混凝土结构物100的质量。由此，能够检测随着混凝土结构物100的PH变化所伴随的状态变化。

另外，由于第一电极3以及第二电极4的设置环境的氯化物离子浓度变化所伴随的钝态膜破坏(消失)，第一电极3与第二电极4的电位差急剧变化。因此，可以正确地检测第一电极3和第二电极4的设置环境的氯化物离子浓度是否在设定值以下。

第二实施方式

接着，对本发明的第二实施方式进行说明。

图9是示出本发明的第二实施方式所涉及的传感器装置的使用状态的一例的图。

以下，对第二实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心进行说明，而省略对相同事项的说明。

第二实施方式的传感器装置，除了第一电极以及第二电极的俯视形状以及数量不同以外，其余与第一实施方式的传感器装置基本相同。另外，对与上述实施方式相同的结构赋予相同的标记。

本实施方式的传感器装置1A具有主体2A、从该主体2A表面露出的多个第一电极3a、3b、3c以及多个第二电极4a、4b、4c。

本实施方式中，第一电极3a、3b、3c以及第二电极4a、4b、4c彼此间隔设置。另外，第一电极3a、3b、3c以及第二电极4a、4b、4c分别以与电极表面与混凝土结构物100的外表面相对垂直或大致垂直的方式设置。

另外，多个第一电极3a、3b、3c，相对于混凝土结构物100的外表面的距离彼此不同。具体而言，从混凝土结构物100的外表面侧向内侧，多个第一电极3a、3b、3c按此顺序排列而设置。

同样，多个第二电极4a、4b、4c，相对于混凝土结构物100的外表面的距离彼此不同。具体而言，从混凝土结构物100的外表面侧向内侧，多个第二电极4a、4b、4c按此顺序排列而设置。

而且，第一电极3a以及第二电极4a设置成与混凝土结构物100的外表面的距离彼此相等。另外，第一电极3b以及第二电极4b设置成与混凝土结构物100的外表面的距离彼此相等。第一电极3c以及第二电极4c设置成与混凝土结构物100的外表面的距离彼此相等。

这样的第一电极3a、3b、3c以及第二电极4a、4b、4c中，第一电极3a、3b、3c分别由第一金属材料构成，第二电极4a、4b、4c分别由第二金属材料构成。而且，第一电极3a与第二电极4a成对，第一电极3b与第二电极4b成对，第一电极3c与第二电极4c成对。

本实施方式中，传感器装置1A以通过未图示的功能元件能够分别测定第一电极3a与第二电极4a的电位差、第一电极3b与第二电极4b的电位差、以及第一电极3c与第二电极4c的电位差的方式构成。

根据此第二实施方式所涉及的传感器装置1A，能够正确地检测第一电极3a与第二电极4a的设置环境、第一电极3b与第二电极4b的设置环境、以及第一电极3c与第二电极4c的设置环境的PH分别是否在设定值以下。分别测定电位差，由此能够正确地检测第一电极3a、3b、3c以及第二电极4a、4b、4c的设置环境的PH是否在设定值以下。即，能够正确地检测距离混凝土结构物100的外表面深度不同位置的PH分别是否在设定值以下。由此，能够检测混凝土101的PH向酸性侧变化的速度。因此，可以对混凝土结构物100的中性化(或盐害)向深度方向的侵入进行有效预测。

以上基于图示的实施方式，对本发明的传感器装置以及测定方法进行了说明，但本发明并不仅限于此。

例如，本发明的传感器装置中，各个部分的结构可以替换成发挥同样功能的任意结构，并且也可以添加任意结构。另外，例如，本发明的测定方法中可以追加1个或2个以上任意目的的工序。

此外，上述实施方式中，以第一电极以及第二电极分别设置在基板上的情况为例进行了说明，但并不仅限于此，例如，第一电极以及第二电极也可以设置在例如由传感器装置的主体的密封树脂所构成的部分的外表面上。

此外，上述实施方式中，以第一电极以及第二电极分别形成薄膜状的情况为例进行了说明，但并不仅限于此，第一电极以及第二电极的形状例如也可以分别形成块状、线状等。此外，上述实施方式中，第一电极以及第二电极分别沿着传感器装置主体的外表面设置，但也可以使第一电极以及第二电极分别从传感器装置主体的外表面突出。另外，关于第一电极以及第二电极的设置位置、大小(大小关系)等，只要能够进行如上所述的测定，则可以是任意的而不受上述实施方式的限制。

此外，上述实施方式中，以功能元件具有CPU、A/D转换电路以及差动增幅电路的情况为例进行了说明，但并不仅限于此，例如功能元件中也可以安装ROM、RAM、各种驱动电路等其他电路。

此外，上述实施方式中，以通过主动标签(active tag)通信的无线发送来向传感器装置外部发送有关第一电极与第二电极的电位差的信息的情况为例进行了说明，但并不仅限于此，例如，也可以使用被动标签(passive tag)通信向传感器装置外部发送信息，也可以通过有线方式向传感器装置外部发送信息。

此外，上述实施方式中，以将功能元件51、电源52、温度传感器53、通信电路54、天线55以及振荡器56收纳在主体2内并将它们与第一电极3以及第二电极4一起埋设在测定对象混凝土结构物100内的情况为例进行了说明，但是，功能元件51、电源52、温度传感器53、通信电路54、天线55以及振荡器56也可以设置在测定对象的外部。

符号说明

1 传感器装置 1A 传感器装置

2 主体 2A 主体

3 第一电极 4 第二电极

21 基板 22a 导体部

22b 导体部 22c 导体部

23 绝缘层 24 密封部

25 保护膜 3a、3b、3c 第一电极

31 钝态膜 4a、4b、4c 第二电极

41 钝态膜 51 功能元件

52 电源 53 温度传感器

54 通信电路 55 天线

56 振荡器 61 导体部

62 导体部 100 混凝土结构物

101 混凝土 102 钢筋

241 开口部 512 转换电路

513 基板 514 差动增幅电路

514a 晶体管 514b 晶体管

514c 晶体管 514d 电流反射镜电路

515a、515b 层间绝缘膜 516a 导体部

516b 导体部 516c 导体部

516d 导体部 516e 导体部

516f 导体部

Claims

1.一种传感器装置，其特征在于，具有：

第一电极，由第一金属材料构成；

第二电极，相对于所述第一电极分开设置，由与所述第一金属材料不同的第二金属材料构成；以及

功能元件，具有测定所述第一电极与所述第二电极的电位差的功能；

其中，所述第一金属材料是伴随测定部位的环境变化而在表面形成第一钝态膜或者表面上存在的第一钝态膜消失的金属；

所述第一电极与所述第二电极的电位差随着所述第一钝态膜的有无而变化。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于：

所述功能元件具有基于所述第一电极与所述第二电极的电位差来检测所述测定对象部位的PH或氯化物离子浓度是否在设定值以下的功能。

3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于：

所述第二金属材料是伴随测定部位的环境变化而在表面形成第二钝态膜或表面上存在的第二钝态膜消失的金属。

4.根据权利要求3所述的传感器装置，其特征在于：

所述第一金属材料是当测定部位的PH变为第一PH时、在表面形成所述第一钝态膜或表面上存在的所述第一钝态膜消失的金属；

所述第二金属材料是当测定部位的PH变为第二PH时、在表面形成所述第二钝态膜或表面上存在的所述第二钝态膜消失的金属；并且

所述第一PH和所述第二PH不同。

5.根据权利要求4所述的传感器装置，其特征在于：

所述第一PH为8以上10以下，所述第二PH为7以下。

6.根据权利要求3所述的传感器装置，其特征在于：

所述第一金属材料是当变成测定部位的氯化物离子浓度大于第一氯化物离子浓度的环境时、所述第一钝态膜消失的金属；

所述第二金属材料是当变成测定部位的氯化物离子浓度大于第二氯化物离子浓度的环境时、所述第二钝态膜消失的金属；

所述第一氯化物离子浓度和所述第二氯化物离子浓度不同。

7.根据权利要求6所述的传感器装置，其特征在于：

所述第一氯化物离子浓度为1.0kg/m³以上1.5kg/m³以下，所述第二氯化物离子浓度大于所述第一氯化物离子浓度。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置，其特征在于：

所述第一金属材料是铁或铁合金。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的传感器装置，其特征在于：

所述第二金属材料是铁或铁合金。

10.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于：

所述第二金属材料不形成钝态膜。

11.根据权利要求10所述的传感器装置，其特征在于：

所述第一金属材料在PH比8以上10以下的PH大的环境下形成所述第一钝态膜。

12.根据权利要求10所述的传感器装置，其特征在于：

所述第一金属材料在氯化物离子浓度大于1kg/m³的环境下所述第一钝态膜消失。

13.一种传感器装置，其特征在于，具有：

基板；

第一电极，设置在所述基板上，并且由第一金属材料构成；

第二电极，在所述基板上相对于所述第一电极分开设置，并且由与所述第一金属材料不同的第二金属材料构成；

功能元件，置于所述基板上，并且具有测定所述第一电极与所述第二电极的电位差的功能；以及

密封部，覆盖所述功能元件；