JP2010271121A - Sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサに係り、例えば、指示薬を用いてセンサ周囲の化学的環境評価が可能なセンサに関する。 The present invention relates to a sensor, for example, a sensor capable of evaluating a chemical environment around a sensor using an indicator.
コンクリートの中性化は大気中の二酸化炭素等によりコンクリートのアルカリ性が失われる現象である。その結果、鉄筋に対する機能が低下することで、さびの発生による膨張が起こり、コンクリートにひび割れを生じるため、建物の強度が低下してしまう。現在、この中性化の進行を測定するためには、構造物の一部を採取して、フェノールフタレインによる簡易測定法、熱分析法、X線回折法等の化学的方法が一般に用いられている。しかし、これらの方法は構造物を傷つけてしまうため望ましくない。そのため、非破壊でコンクリートの中性化を予測及び検知する手法の確立が求められている。コンクリートの中性化の進行を予測する研究は古くからなされており、中性化の進行を予測するための数学的手法が数多く提案されているが、その予測を実構造物へ適用するにはまだ課題がある。したがって、現実には、コンクリートの中性化を実際に測定する必要がある。 The neutralization of concrete is a phenomenon in which the alkalinity of concrete is lost due to carbon dioxide in the atmosphere. As a result, since the function with respect to the reinforcing bars is reduced, the expansion due to the occurrence of rust occurs and the concrete is cracked, so that the strength of the building is reduced. Currently, in order to measure the progress of neutralization, a chemical method such as a simple measurement method using phenolphthalein, a thermal analysis method, an X-ray diffraction method is generally used by collecting a part of the structure. ing. However, these methods are undesirable because they damage the structure. Therefore, establishment of a method for predicting and detecting the neutralization of concrete in a non-destructive manner is required. Research to predict the progress of neutralization of concrete has been made for a long time, and many mathematical methods for predicting the progress of neutralization have been proposed, but in order to apply the prediction to actual structures There are still challenges. Therefore, in reality, it is necessary to actually measure the neutralization of concrete.
例えば、コンクリートの中性化を非破壊でモニタリングできるシステムの確立を目的として、pH指示薬を添加した親水ゲルと光ファイバを組み合わせたセンサの原理を考案し、コンクリート内部の中性化を非破壊でモニタリングする技術が提案されている(非特許文献1参照)。この技術では、pH指示薬を含ませた状態のゲルをセンサに設置し、コンクリート構造物に埋設する構成となっている。このような構成とすることで、ゲルが呈した色を光ファイバで検知することができ、コンクリート構造物内部のような環境であっても、センサの周囲のpH変化を把握することができる。 For example, for the purpose of establishing a system that can monitor the neutralization of concrete in a non-destructive manner, the principle of a sensor that combines a hydrophilic gel with an added pH indicator and an optical fiber has been devised. A technique for monitoring has been proposed (see Non-Patent Document 1). In this technique, a gel containing a pH indicator is installed in a sensor and embedded in a concrete structure. By setting it as such a structure, the color which the gel exhibited can be detected with an optical fiber, and even if it is an environment like the inside of a concrete structure, the pH change around a sensor can be grasped | ascertained.
また、ゾル・ゲル物質と光ファイバを組み合わせた環境センサが提案されている(特許文献1参照)。この技術では、所定の基板に溝を形成し、これらの溝に化学指示薬を含むゾル・ゲル物質を充填し、硬化させて基板に接着させる。そして、その溝は、光ファイバ・ケーブルのゾル・ゲル・センサ素子への光学的結合を容易とするように形成される。このとき、光は光ファイバ・ケーブルからゾル・ゲル・センサ素子に結合されるようになっている。 In addition, an environmental sensor in which a sol / gel substance and an optical fiber are combined has been proposed (see Patent Document 1). In this technique, grooves are formed in a predetermined substrate, and a sol-gel substance containing a chemical indicator is filled in these grooves, and then cured and adhered to the substrate. The groove is formed to facilitate optical coupling of the optical fiber cable to the sol-gel sensor element. At this time, light is coupled from the optical fiber cable to the sol-gel sensor element.
ところで、非特許文献1に開示の技術にあっては、モルタル中へ埋設した後にゲルの乾燥や指示薬の溶出等をある程度は低減することができるが、コンクリート中のセンシングを長期にわたり所望の性能を維持して行うことについて改良の余地があり、別の技術を導入することが求められていた。また、特許文献1に開示の技術にあっても、長期にわたりセンシングを行うこと、さらに、コンクリートのような構造物に埋設されることは考慮されておらず、そのまま適用することが難しいという課題があった。
By the way, in the technique disclosed in
本発明は、このような状況に鑑みなされたものであって、上記の課題を解決することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a condition, Comprising: It aims at solving said subject.
本発明のある態様は、所定の物体内部の環境状態を測定するセンサに関する。このセンサは、試薬と液体とを収容可能な収容手段と、前記試薬からの光を受光する受光手段と、前記収容手段に液体を供給する供給手段と、を備え、前記収容手段と前記受光手段と前記供給手段は、一体に備わって構成されている。
また、当該センサは、所定の物体としてコンクリート構造物に埋設され、前記コンクリート構造物の内部環境の状態を測定してもよい。
また、前記収容手段と前記受光手段と前記供給手段とを一体に備えるプラスチック製の駆体を備え、前記収容手段は、前記駆体の一部に形成されたスリット及び前記スリットに配置され前記試薬を含有可能なゲル状体であってもよい。
また、前記収容手段の外部を覆い、かつ所定の物質を透過する特性を有する外覆手段を備えてもよい。
また、前記受光手段は、光ファイバであり、一方の端部で前記試薬からの光を受光し他方の端部へ出力してもよい。
また、前記収容手段に配置された前記試薬に対して光を照射する照射手段を備え、当該照射手段は、前記収容手段、前記受光手段、及び前記供給手段と一体に構成されてもよい。
また、前記照射手段は、光ファイバであり、一方の端部から光を取得し、他方の端部からその取得した光を前記収容手段に配置された前記試薬に対して照射してもよい。
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また、前記収容手段の物質を外部に排出可能な排出手段を有してもよい。
また、前記排出手段は、前記収容手段に収容される物資を外部から供給可能であってもよい。
また、前記試薬は、酸性、アルカリ性、塩化物イオンまたは硫酸イオンの化学物質に反応して呈色してもよい。
また、前記試薬は、pH指示薬であり、前記供給手段によって供給される液体は、pH指示薬を含有する溶液であってもよい。
An embodiment of the present invention relates to a sensor that measures an environmental state inside a predetermined object. The sensor includes a storage unit that can store a reagent and a liquid, a light receiving unit that receives light from the reagent, and a supply unit that supplies a liquid to the storage unit. The storage unit and the light receiving unit And the supply means are provided integrally.
Further, the sensor may be embedded in a concrete structure as a predetermined object and measure the state of the internal environment of the concrete structure.
Also, a plastic body including the housing unit, the light receiving unit, and the supply unit is provided, and the housing unit is disposed in the slit formed in a part of the body and the reagent. It may be a gel-like body that can contain.
Moreover, you may provide the outer covering means which has the characteristic which covers the exterior of the said accommodating means, and permeate | transmits a predetermined substance.
The light receiving means may be an optical fiber, and may receive light from the reagent at one end and output it to the other end.
Moreover, the irradiation means which irradiates light with respect to the said reagent arrange | positioned at the said accommodating means may be provided, and the said irradiation means may be comprised integrally with the said accommodating means, the said light-receiving means, and the said supply means.
The irradiating means may be an optical fiber, and may acquire light from one end and irradiate the acquired light from the other end to the reagent arranged in the accommodating means.
Further, the light receiving means is an optical fiber, and receives light from the reagent at one end and outputs it to the other end, and the irradiation means is an optical fiber and receives light from the one end. The obtained light is irradiated from the other end to the reagent arranged in the housing means, the light irradiation surface of the optical fiber constituting the irradiation means, and the light receiving means The light receiving surface of the optical fiber may be disposed substantially opposite.
Further, the light receiving means is an optical fiber, and receives light from the reagent at one end and outputs it to the other end, and the irradiation means is an optical fiber and receives light from the one end. The obtained light is irradiated from the other end to the reagent arranged in the housing means, the light irradiation surface of the optical fiber constituting the irradiation means, and the light receiving means The light receiving surface of the optical fiber may be disposed substantially adjacent and facing the same direction.
Moreover, you may have the discharge | emission means which can discharge | emit the substance of the said storage means outside.
Further, the discharging means may be able to supply the material accommodated in the accommodating means from the outside.
The reagent may be colored by reacting with a chemical substance of acidic, alkaline, chloride ion or sulfate ion.
The reagent may be a pH indicator, and the liquid supplied by the supply unit may be a solution containing a pH indicator.
本発明によれば、構造物等の物体内部の環境状態を簡易的に把握することができる。 According to the present invention, it is possible to easily grasp the environmental state inside an object such as a structure.
つぎに、本発明を実施するための形態(以下、単に「実施形態」という)を、図面を参照して具体的に説明する。以下では、まず、前提技術として、コンクリート内部のpH状態の検知手法について説明し、つづいて、具体的な技術について説明する。 Next, modes for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “embodiments”) will be specifically described with reference to the drawings. Below, the detection method of the pH state inside concrete is first demonstrated as a premise technique, and a specific technique is demonstrated continuously.
<前提技術>
図1は、前提技術におけるセンサ100の適用例を模式的に示した図であり、後述する第1及び第2の実施形態でも同様である。コンクリート内ではセメントの水和に伴い、水酸化カルシウムが生成し、遊離した水酸化カルシウムがコンクリート中の空隙の水溶液に溶解する。このために、空隙中の水溶液は水酸化カルシウムの飽和水溶液となっている。そこで、pH指示薬を含有した高分子ゲル(以下、単に「ゲル」という)を備えるセンサ100を、コンクリート内に埋設する。そして、空隙中の水溶液が溶解しているイオンとともにセンサのゲル内へ浸入し、ゲル内に保持されているpH指示薬が反応して呈色する。つまり周囲のpHに応じてゲルの色が変化する。このpHによる色変化を、光ファイバ110を介して分光光度計(検出器)を用いて測定する。
<Prerequisite technology>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an application example of the
ここで、ゲルには、ポリビニルアセトアミドを用いた。pH指示薬には、フェノールフタレインを用いた。また、フェノールフタレインは呈色域がpH7.8(無色)−10.0、(赤紫色)であり、発色も鮮やかで差が分かりやすいことから中性化の判定に適している。なお、pH指示薬としてフェノールフタレインに限る趣旨ではなく、例えば、BTB(ブロモチモールブルー)、BPB(ブロモフェノールブルー)、チモールフタレイン等を用いることができる。さらに、コンクリート内の状態を検出するために、pH指示薬以外に、例えばフルオレセイン、硝酸銀、塩化コバルト等の試薬を用いることもできる。それらの試薬は、複数を組み合わせて使用されてもよい。さらにまた、塩化物イオンまたは硫酸イオン等の化学物質に呈色する試薬が用いられてもよい。塩化物イオンや硫酸イオン等の化学物質は、コンクリートの劣化や鉄筋腐食に大きく影響するので、それら物質を検知することで、コンクリートの劣化等の検知することが可能である。 Here, polyvinyl acetamide was used for the gel. Phenolphthalein was used as the pH indicator. Phenolphthalein has a color gamut of pH 7.8 (colorless) -10.0, (reddish purple), and the color development is vivid and easy to understand the difference, so it is suitable for determining neutralization. The pH indicator is not limited to phenolphthalein, and for example, BTB (bromothymol blue), BPB (bromophenol blue), thymolphthalein and the like can be used. Furthermore, in order to detect the state in concrete, reagents, such as a fluorescein, silver nitrate, cobalt chloride, can also be used besides pH indicator. These reagents may be used in combination. Furthermore, a reagent that colors a chemical substance such as chloride ion or sulfate ion may be used. Since chemical substances such as chloride ions and sulfate ions have a great influence on concrete deterioration and rebar corrosion, it is possible to detect concrete deterioration and the like by detecting these substances.
1%フェノールフタレインのエタノール溶液30mlに、乾燥している顆粒状ゲルを0.3g加え、スターラーで撹拌しながら10時間膨潤させる。膨潤したゲルを未中性化コンクリートの環境に相当するpH12.6の水酸化ナトリウム水溶液に浸せきすると、約5分でゲルの中心まで赤く呈色した。その後、これを水に浸せきすると約2時間で退色した。この結果から、上記ゲルは周囲のpH変化に応じて可逆的に呈色し、コンクリート内部の中性化の検知が可能である。したがって、光ファイバの末端を、それぞれ可視光源および可視分光器に接続し、ゲルを透過した透過光の可視スペクトルをモニタリングすることで、センサの周囲のpH変化を簡易的に把握することができる。 0.3 g of dried granular gel is added to 30 ml of ethanol solution of 1% phenolphthalein and swollen for 10 hours while stirring with a stirrer. When the swollen gel was immersed in an aqueous solution of sodium hydroxide having a pH of 12.6 corresponding to the environment of the non-neutralized concrete, it turned red to the center of the gel in about 5 minutes. Then, when it was immersed in water, it faded in about 2 hours. From this result, the gel is reversibly colored according to the surrounding pH change, and neutralization inside the concrete can be detected. Therefore, by connecting the end of the optical fiber to a visible light source and a visible spectrometer, respectively, and monitoring the visible spectrum of the transmitted light that has passed through the gel, it is possible to easily grasp the pH change around the sensor.
図2にpHセンサ(センサ100)の概略構成を示し、具体的には、センサ100の製造手順を簡単に示している。図2(a)に示すように、所定長(具体的には80cm)の光ファイバ110を用意し、中央部6cmをビニルエステル樹脂(プラスチック)製の駆体120で埋包する。光ファイバ110には、PMMA(ポリメタクリル酸メチル樹脂)製ステップインデックス型マルチモード光ファイバであり、コア径/クラッド径は0.98/1.0(mm)のものを用いた。そして、図2(b)に示すように、高速精密切断機を用いて幅約1mmのスリット130が形成される。その後、図2(c)に示すように、スリット130にゲル150が配置され、セロハン膜(図示せず)でゲル150が固定される。さらに、光ファイバ110の両端には、コネクタが取り付けられ、そのコネクタに赤外可視分光光度計(Ocean Optics社製USB2000)がつなげられ、可視光領域の透過光によりゲル150の色変化が検出される。
FIG. 2 shows a schematic configuration of the pH sensor (sensor 100). Specifically, a manufacturing procedure of the
図3に、このセンサ100をモルタル片(100×100×20mm)に埋設し50℃、10%の塩酸に浸せきして加速実験を行ったときの、センサ100のゲル150を透過した透過光の可視スペクトル変化を示す。浸せき開始直後では、560nm付近に比較的大きな吸収ピークが認められることから、センサ100のゲル150は赤紫色に呈色していることが分かる。これは、モルタル(セメント)内部の細孔水がもともとpH12〜13程度になっているためである。この吸収ピークは、浸せき後およそ32時間から徐々に小さくなり、38時間後でほぼ消滅した。38時間経過後のモルタル片を割裂し断面を観察したところ、図4に示すように、モルタル表面から浸入した塩酸がセンサ100の埋設深さまで到達していることが分かった。すなわち、浸入してきた塩酸によりセンサ100の周辺の細孔水が中和され、センサ100のゲルが赤紫色から無色透明へと変化したものと考えられる。この結果により、このセンサ100は劣化因子の浸入に伴うコンクリート細孔水のpH変化の検知に適用できることが確認できた。
In FIG. 3, when this
つぎに、セロハン膜を介してモルタル上のフェノールフタレイン溶液が呈色するかを確認するために以下の実験を行った。モルタルを60mm×90mmの型に厚さ8mm程度打設しセロハン膜をモルタルの上に敷き0.01g/ml−EtOHフェノールフタレイン溶液を水深2mm程度になるように注いだ。打設直後にセロハン膜を敷いたモルタルとその後100時間養生させたモルタルにそれぞれフェノールフタレイン溶液を注いだ様子を確認した。打設直後のモルタルは非常に水分に富み、フェノールフタレイン溶液はすぐに呈色し、時間とともに赤紫色は濃くなった。一方100時間養生させたモルタルのフェノールフタレイン溶液は、ゆっくりと色が変わり、その呈色も弱かった。また、セロハン膜のごく近傍は呈色しているが、フェノールフタレイン溶液全体は薄く色づく程度であった。打設直後、100時間養生後ともに、フェノールフタレイン溶液を注入後1時間経過した以降は外観に目立った変化は見られなかった。 Next, in order to confirm whether the phenolphthalein solution on the mortar is colored through the cellophane film, the following experiment was performed. The mortar was cast in a 60 mm × 90 mm mold with a thickness of about 8 mm, a cellophane film was spread on the mortar, and a 0.01 g / ml-EtOH phenolphthalein solution was poured to a depth of about 2 mm. It was confirmed that the phenolphthalein solution was poured into a mortar covered with a cellophane film immediately after placement and a mortar cured for 100 hours. The mortar immediately after placement was very rich in water, the phenolphthalein solution quickly colored, and the magenta color became darker with time. On the other hand, the phenolphthalein solution of mortar cured for 100 hours slowly changed color and its coloration was weak. Moreover, although the vicinity of the cellophane film is colored, the entire phenolphthalein solution is only slightly colored. Immediately after the placement, after 100 hours of curing, no significant change in appearance was observed after 1 hour after the injection of the phenolphthalein solution.
つぎに、上述のフェノールフタレイン溶液にゲルを入れないスリット付光ファイバセンサを浸せきし、このときのスペクトル変化の測定を行った。センサをフェノールフタレイン溶液に浸せきする前の透過光を基準値とした。 Next, the optical fiber sensor with a slit which does not put gel in the above-mentioned phenolphthalein solution was immersed, and the change in spectrum at this time was measured. The transmitted light before immersing the sensor in a phenolphthalein solution was used as a reference value.
打設直後のモルタルを用いた結果を図5に示す。フェノールフタレイン溶液を加えて5分後には550nmに吸収が見られ、1時間後には550nmの透過率が0になっている。打設直後のモルタルを用いた場合には応答時間が早く、フェノールフタレインもはっきり呈色しているということが分かる。 The result using the mortar immediately after placing is shown in FIG. 5 minutes after adding the phenolphthalein solution, absorption was observed at 550 nm, and after 1 hour, the transmittance at 550 nm was zero. It can be seen that when the mortar immediately after placement is used, the response time is fast and the phenolphthalein is also clearly colored.
打設100時間後のモルタルを用いた結果を検証したところ、前述のように呈色はセロハン膜のごく近傍のフェノールフタレインからゆっくりと発生しており、時間の経過とともに呈色がセロハン近傍からフェノールフタレイン全体に広がっていた。このため透過光スペクトルの550nmにはっきりとした吸収が見られるまで2時間ほどかかった。さらに、3時間後にはさらに吸収が大きくなっている。フェノールフタレイン溶液を注いだモルタルには乾燥防止のためラップで蓋をしていたが2時間、3時間経過する間にフェノールフタレイン溶液の溶媒であるエタノールの蒸発及びモルタルへの吸収が起こり、フェノールフタレイン濃度が増したことも発色が強くなった要因であると考えられる。 As a result of verifying the results using mortar after 100 hours of placement, as described above, coloration was slowly generated from phenolphthalein in the vicinity of the cellophane film, and as time passed, coloration began from the vicinity of cellophane. It spread throughout the phenolphthalein. Therefore, it took about 2 hours until clear absorption was observed at 550 nm in the transmitted light spectrum. Furthermore, the absorption is further increased after 3 hours. The mortar poured with the phenolphthalein solution was covered with a wrap to prevent drying, but the ethanol of the phenolphthalein solution evaporated and absorbed into the mortar over the course of 2 hours and 3 hours. The increase in the concentration of phenolphthalein is also considered to be a cause of the strong color development.
以上の結果よりセロハン膜を介してモルタル上のフェノールフタレイン溶液が呈色することが確認された。したがってスリット付光ファイバセンサのスリット部にフェノールフタレイン溶液を供給すれば、セロハン膜を介しモルタルのアルカリ性により呈色し、それを透過光として測定が可能であると考えられる。 From the above results, it was confirmed that the phenolphthalein solution on the mortar was colored through the cellophane film. Therefore, if a phenolphthalein solution is supplied to the slit portion of the optical fiber sensor with slit, it is considered that the mortar is colored through the cellophane film and can be measured as transmitted light.
そこで上記の前提技術をもとに長期間の使用を実現する技術を導入して、センサの改良を行った。以下に、第1の実施形態として外部からフェノールフタレインを注入する外部注入型センサ、第2の実施形態として自らスリット部に水分を補給する自己補給型センサについて説明する。
<第1の実施形態>
Therefore, based on the above prerequisite technology, we introduced a technology that realizes long-term use and improved the sensor. Hereinafter, an external injection type sensor that injects phenolphthalein from the outside as a first embodiment, and a self-supply type sensor that replenishes moisture to the slit part as a second embodiment will be described.
<First Embodiment>
図6は、本実施形態に係る外部注入型センサ10aを模式的に示した図であり、図6(a)は、ゲル50がスリット30に配置された状態の外部注入型センサ10aで、図6(b)は、ゲル50及びセロハン膜60を除いた状態の外部注入型センサ10aを示している。図示のように、外部注入型センサ10aは、スリット30が形成されたビニルエステル樹脂製の駆体20と、スリット30に配置されるゲル50に光を照射する照射用光ファイバ11と、ゲル50の色を取得するための検出用光ファイバ12と、ゲル50に必要に応じてフェノールフタレイン溶液を注入する注入用チューブ13と、余剰のフェノールフタレイン溶液あるいは内部のエアを排出するための排出用チューブ14とを備えている。
FIG. 6 is a view schematically showing the external
そして、外部注入型センサ10aが埋設されているコンクリート(モルタル)等の内部環境が、つまりモルタル細孔内の水溶液がセロハン膜60を介してゲル50に取り込まれる。モルタル細孔内の水溶液がアルカリ性であれば、ゲル50は赤紫色に呈色する。ゲル50の呈色状態を検出する際には、光源から照射用光ファイバ11に光を取り込み、出射面11aからゲル50へ向けて光が出力される。そして、検出用光ファイバ12の入射面12aからゲル50を透過した光が検出用光ファイバ12に取り込まれ、検出器により分析される。
Then, the internal environment such as concrete (mortar) in which the external
そして、フェノールフタレイン溶液のコンクリートへの流出によって、ゲル50が乾燥していると想定される場合には、注入用チューブ13を介して、ゲル50へフェノールフタレイン溶液が補充される。また、補充の際に余剰となったフェノールフタレイン溶液は、排出用チューブ14から外部へ排出される。このように、注入用チューブ13と排出用チューブ14との両方を備えることで、余剰溶液の排出のみでなく、スリット30内(ゲル50)を適正な状態に保つための物質の入れ替えやメンテナンスを効果的に行うことができる。具体的には、ゲル50、つまり、照射用光ファイバ11によって供給された光が波長吸収を行う部分に気泡が入ることでセンシング能力が低下することが想定される。そのような場合、排出用チューブ14をいわゆるエアヌキ手段として機能させることができる。また、例えば、スリット30内の洗浄や、場合によってはゲル50の再充てんを行うこともできる。
When the
外部注入型センサ10aの作製方法及び使用材料は図2で示したものと同様である。具体的には、内径/外径が1.0/2.0(mm)のプラスチックの光ファイバを所望の長さ用意し、また、ポリエチレンチューブを所望の長さだけ用意する。この二つの中心6cmをビニルエステル樹脂製の駆体20で埋包し、その後高速切断機を用いて幅約2mmのスリット30を形成する。スリット30の形成に伴い、光ファイバ及びポリエチレンチューブも切断される。これによって、光ファイバは、照射用光ファイバ11と検出用光ファイバ12とに分割される。同様に、ポリエチレンチューブは、注入用チューブ13と排出用チューブ14に分割される。なお、スリット30の幅は、スリット30に配置されるゲル50の大きさ及び透過光の検出特性等を考慮して設定される。
The manufacturing method and materials used for the external
その後、照射用光ファイバ11及び検出用光ファイバ12の駆体20から延出している各端部において、ポリエチレンジャケットを1.5cm程度剥がし、分光器用のコネクタ(図示せず)を取り付け、端面はホットプレート処理が施される。作製した外部注入型センサ10aのスリット30には、スリット30を覆うようにセロハン膜60が取り付けられる。
Thereafter, at each end of the irradiation
この外部注入型センサ10aを100mm×100mm×20mmのモルタルに埋設し、打設100時間後に0.01g/ml−EtOHフェノールフタレイン溶液を注入しスペクトル変化を測定した結果を以下に説明する。
The external
モルタルへ埋設した後362時間後までのスペクトル変化を図7に示す。また、埋設期間中の550nmにおける透過率の経時変化を図8に示す。埋設1時間後からゲル50の呈色により550nmの透過率が低下し始め、やがて0となった。その後ゲル50が十分乾燥するまで時間をおいた。362時間後のスペクトルをみると550nmの吸収が見られなくなったことから、この時点でゲル50は乾燥して光路から外れたものと考えられる。
FIG. 7 shows the change in spectrum from embedment in mortar to 362 hours later. In addition, FIG. 8 shows a change with time in transmittance at 550 nm during the burying period. 1 hour after embedding, the transmittance of 550 nm began to decrease due to the coloration of the
そこで、注入用チューブ13の片側から0.01g/ml−EtOHフェノールフタレイン溶液を排出用チューブ14からフェノールフタレイン溶液が出てくるまでシリンダで注入した。注入後のスペクトル変化を図9に示し、図8における400時間付近の変化を示している。ここでは、フェノールフタレイン溶液を注入した時間を0分とした。フェノールフタレイン溶液を注入するとすぐに550nm近傍の透過率が低下し30分後には0になった。
Therefore, 0.01 g / ml-EtOH phenolphthalein solution was injected from one side of the
これはスリット30内のゲル50が膨潤し、再び光路上に乗ったためと思われる。その後も外部注入型センサ10aの埋設を継続し、スペクトル変化の検出を続けると、図8に示すように透過率が低下してから118時間後(埋設527時間後)に再び透過率が上昇した。そして、フェノールフタレイン溶液を注入してから2時間程度で0まで低下した。その後574時間までスペクトルに変化が見られなかった。そこで、このときのゲル50の様子観察するためモルタルを割裂し、ゲル50を取り出してその状態を確認した。このとき、モルタルへ埋設後フェノールフタレインを供給せず乾燥し光路から外れてしまったゲルと比較したところ、外部注入型センサ10aから取り出したゲル50は水分を保ち、発色していることが確認できた。
This is probably because the
以上の結果より、フェノールフタレイン溶液を供給するとゲル50が再度膨潤し透過率が低下するということが確認できた。この外部注入型センサ10aはフェノールフタレイン溶液がスリット30中に常時存在するわけではなく、測定毎にフェノールフタレインを注入するので、常時モニタリングよりも定期的なモニタリングに好適である。特に、数十年オーダーの長期間における定期的なモニタリングには、常にフェノールフタレイン溶液が供給されているよりも、測定毎にフェノールフタレイン溶液を注入し応答を待つのが現実的であり、そのような長期にわたるモニタリングに非常に好適である。
From the above results, it was confirmed that when the phenolphthalein solution was supplied, the
つぎに、ゲル50を取り除いた状態の外部注入型センサ10aを100mm×100mm×20mmのモルタルに埋設し、打設100時間後に0.01g/ml−EtOHフェノールフタレイン溶液を注入しスペクトル変化を測定した結果を以下に説明する。
Next, the external
打設100時間後にシリンジを用いて注入用チューブ13を介してフェノールフタレイン溶液をスリット30に約0.6ml注入した。注入していくとスリット30を通過したフェノールフタレイン溶液が、逆側に配置された排出用チューブ14から出てきた。このことから、スリット30にはフェノールフタレイン溶液が充満したことが確認できた。
About 100 ml of the phenolphthalein solution was injected into the
そこでスリット30の周囲のモルタルが乾燥しているためアルカリ性になるまでに長時間を要することから、モルタル細孔中のアルカリ溶液がセロハン膜を透過しやすくなるように、供試体全体を水に浸せきしてスペクトル変化を観察した。すると水に浸せきして116時間後に550nmの透過率がわずかに低下した。その後スペクトルに変化はなくスリット内部に入っていたフェノールフタレインを抜き出すと呈色していることが確認できた。
<第2の実施形態>
本実施の形態では、スリット30のゲル50が乾燥した場合に、自らフェノールフタレイン溶液を補給する自己補給型センサ10bについて説明する。
Therefore, since the mortar around the
<Second Embodiment>
In the present embodiment, a self-
図10は、本実施形態に係る自己補給型センサ10bの概略構成を示しており、図10(a)は、ゲル50がスリット30に配置されセロハン膜60に覆われた状態を示しており、図10(b)は、ゲル50及びセロハン膜60を取り除いた状態を示している。本実施形態の自己補給型センサ10bは、第1の実施形態で説明した外部注入型センサ10aと類似の構成であり、同一構成部分については同一符号を付して説明を適宜省略している。
FIG. 10 shows a schematic configuration of the self-
図示のように、本実施形態の自己補給型センサ10bは、外部注入型センサ10aと異なり排出用チューブ14が取り除かれた構成となっている。つまり、スリット30には片側だけに注入用チューブ13が埋包されており、注入用チューブ13の中は常にフェノールフタレイン溶液で満たされている。スリット30中のゲル50が乾燥すると注入用チューブ13からゲル50へフェノールフタレイン溶液が補給される。
As shown in the figure, the self-
この自己補給型センサ10bを第1の実施形態と同様の条件でモルタルに埋設しスペクトル変化を測定した。スリット30にゲル50を詰める段階で、注入用チューブ13はフェノールフタレイン溶液で満たされている。また、注入用チューブ13の延出している側(スリット30と反対側)の先端は、0.01g/ml−EtOHフェノールフタレイン溶液の入ったシリンジにつながっており、ゲルが乾燥するとシリンジからフェノールフタレインが供給される。
The self-replenishing
自己補給型センサ10bをモルタルへ埋設した後649時間後までのスペクトル変化を図11に示す。また、埋設期間中の550nmにおける透過率の経時変化を図12に示す。埋設1時間後からゲル50の呈色により550nmの透過率が低下し始め、やがて0となり650時間が経過しても0を保ち続けた。なお、水分をモルタル外側から補給しない場合96時間で透過率が上昇をはじめることが分かっており、その結果と比較すると自己補給型センサ10bにおいてゲル50が長期的に呈色していることが分かる。
FIG. 11 shows the spectral change from 649 hours after the self-replenishing
また、埋設から845時間が経過すると550nmの透過率が上昇し30%程度になった。そこでシリンジを用いて注入用チューブ13からフェノールフタレイン溶液を注入した。なお、自己補給型センサ10bは、外部注入型センサ10aとは異なり排出用チューブ14がないことからシリンジによるフェノールフタレイン溶液の注入が難しいことも想定されたが、多少の反力(押し戻す抵抗)はあるもののシリンジを押しフェノールフタレインをスリット30へ注入することができた。スリット30ヘフェノールフタレイン溶液を注入すると再び透過率は低下し0に戻った。このことから、ゲル50の乾燥に補給が追いつかず、乾燥しかけていたところへ外部からフェノールフタレイン溶液を注入し、再びゲル50が膨潤したためと思われる。その後も埋設を続けると1102時間で再び透過率が上昇したため、1150時間後に再度フェノールフタレイン溶液を注入した。フェノールフタレインを注入すると再び透過率は0まで低下した。このときのゲル50の様子を観察するためモルタルを割裂し、ゲル50を取り出したところ、ゲル50は水分を保ち膨潤していることが確認できた。
Further, after 845 hours from the burial, the transmittance at 550 nm increased to about 30%. Therefore, a phenolphthalein solution was injected from the
なお、外部注入型センサ10aから採取したゲル50のほうが自己補給型センサ10bから採取したゲル50より発色が弱いことが確認できた。これは、外部注入型センサ10aではフェノールフタレインの供給が常時行われておらず、スリット30内が完全に乾燥するため、モルタル細孔内のアルカリ溶液が注入されたフェノールフタレインに取り込まれにくくなっているためであると思われる。
It was confirmed that the color of the
これらの結果から自己補給型センサ10bはモルタル内で長期間にわたり水分を保持することが可能であり、550nmの透過率が一時的に上昇してもフェノールフタレインを注入することにより再び低下することが確認できた。ゲル50の乾燥に自己補給が追いつかず光路から外れかけたところで外部から注入されたフェノールフタレイン溶液により再び膨潤しているものと考えられる。
From these results, the self-replenishing
以上、本実施形態によると、以下の効果が得られる。
現行行われている構造物の外観調査と上記センサ(外部注入型センサ10a、自己補給型センサ10bセンサ)によるモニタリングとを併用することで、構造物の性能低下(鋼材の腐食等)の時期を予測する精度が向上し、最適な時期に的確な補修及び解体等を行うことができる。
日常点検、定期点検は次回点検までデータの収集が停止するが自己補給型センサ10bを用いて常時モニタリングすることにより点検情報の見逃しが減少する。
外部注入型センサ10aは、測定時のみフェノールフタレインを注入すれば利用可能であり、維持費を抑えることができる。
自己補給型センサ10bを用いることにより、アクセス困難で足場を組まなければならない高所や放射線及び毒性雰囲気のように人間が立ち入り困難な箇所でのモニタリングを簡単に行うことができる。
外観観察の不可能な隘路等に使用することができる。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
The combined use of the current appearance survey of structures and monitoring by the above sensors (external
In daily inspections and periodic inspections, data collection is stopped until the next inspection, but by constantly monitoring using the self-
The external
By using the self-
It can be used for Kushiro where appearance observation is impossible.
以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素及びその組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下に、そのような変形例を示す。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it is understood by those skilled in the art that various modifications can be made to each of those components and combinations thereof, and such modifications are also within the scope of the present invention. Below, such a modification is shown.
図13は、変形例に係る自己補給型センサ10cの概略構成を示す図である。図示のように、照射用光ファイバ11、検出用光ファイバ12及び注入用チューブ13がスリット30に対して同じ側に略隣接して配置される。ゲル50は、照射用光ファイバ11から出力された光を受けると、アルカリ性の場合は、赤紫色に呈色するが、このときゲル50の内部で拡散された光は、検出用光ファイバ12側にも出力される。したがって、照射用光ファイバ11と検出用光ファイバ12がスリット30に対して同じ側に配置されていても、ゲル50の呈色状態を検知することができる。この構成の自己補給型センサ10cによると、駆体20から延出している部材が、一方側のみであるので、自己補給型センサ10cを構造物内に埋設する際の自由度が向上する。
FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a self-
また、図示はしないが、別な変形例として、ゲル50へ光を照射する手段として、照射用光ファイバ11の代わりに、LEDライトの様な光源が、スリット30の壁面等に取り付けられ、その近傍に配置される電源により電力が供給される構成であってもよい。近年、非接触による電力供給技術及び省電力技術が進歩しており、その技術を用いることで、比較的長期にわたってゲル50へ光を照射できる。なお、検出用光ファイバ12の代わりにゲル50の呈色状態を検知する検出手段が使用され、取得した情報を無線等により出力する構成としてもよい。さらに、ゲル50に含有される指示薬が、自発光する特性を有する場合には、ゲル50へ光を照射する手段は不要となる。なお、上述の実施形態では、アルカリ性を検知することでコンクリートの内部の劣化状態等を判断したが、当然、測定する環境に応じて指示薬が異なってもよい。さらに、可視光に限らず紫外線や赤外線を検知する構成であってもよい。また、ゲル50をスリット30にとどめる為に、セロハン膜60を用いたが、これに限る趣旨ではない。外部注入型センサ10a等の外部からセロハン膜60を介してスリット30へ、周囲環境の特性を示す物質が透過でき、かつ、指示薬の媒体となる物質(例えばゲル50)を適正にスリット30にとどめ置くことができれば適宜選択することができる。さらに、試薬を含む溶液が、適当にスリット30内に留まり、色の変化が検出可能に呈色する特性を有しておれば、ゲル50がない構成であってもよい。
Although not shown, as another modification, a light source such as an LED light is attached to the wall surface of the
10a 外部注入型センサ
10b、10c 自己補給型センサ
11 照射用光ファイバ
12 検出用光ファイバ
13 注入用チューブ
14 排出用チューブ
20 駆体
30 スリット
50 ゲル
60 セロハン膜
10a External
Claims (13)
試薬と液体とを収容可能な収容手段と、
前記試薬からの光を受光する受光手段と、
前記収容手段に液体を供給する供給手段と、
を備え、
前記収容手段と前記受光手段と前記供給手段は、一体に備わって構成されていることを特徴とするセンサ。 A sensor for measuring an environmental state inside a predetermined object,
Storage means capable of storing reagents and liquids;
A light receiving means for receiving light from the reagent;
Supply means for supplying a liquid to the containing means;
With
The sensor, wherein the receiving means, the light receiving means, and the supplying means are provided integrally.
前記収容手段は、前記駆体の一部に形成されたスリット及び前記スリットに配置され前記試薬を含有可能なゲル状体であることを特徴とする請求項1または2に記載のセンサ。 Comprising a plastic body integrally comprising the housing means, the light receiving means and the supply means;
The sensor according to claim 1 or 2, wherein the accommodating means is a slit formed in a part of the precursor and a gel-like body that is disposed in the slit and can contain the reagent.
当該照射手段は、前記収容手段、前記受光手段及び前記供給手段と一体に構成されていることを特徴とする請求項1から5までのいずれかに記載のセンサ。 An irradiation means for irradiating light to the reagent arranged in the storage means;
The sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the irradiation unit is configured integrally with the housing unit, the light receiving unit, and the supply unit.
前記光照射手段は、光ファイバであり、一方の端部から光を取得し、他方の端部からその取得した光を前記収容手段に配置された前記試薬に対して照射し、
前記光照射手段を構成する光ファイバの光の照射面と、前記受光手段を構成する前記光ファイバの光の受光面とは、略対向に配置されていることを特徴とする請求項6に記載のセンサ。 The light receiving means is an optical fiber, receives light from the reagent at one end and outputs it to the other end,
The light irradiation means is an optical fiber, acquires light from one end, and irradiates the acquired light from the other end to the reagent arranged in the storage means,
The light irradiation surface of the optical fiber constituting the light irradiation means and the light reception surface of the optical fiber constituting the light receiving means are disposed substantially opposite to each other. Sensor.
前記照射手段は、光ファイバであり、一方の端部から光を取得し、他方の端部からその取得した光を前記収容手段に配置された前記試薬に対して照射し、
前記照射手段を構成する光ファイバの光の照射面と、前記受光手段を構成する前記光ファイバの光の受光面とは、略隣接して同方向を向いて配置されていることを特徴とする請求項6に記載のセンサ。 The light receiving means is an optical fiber, receives light from the reagent at one end and outputs it to the other end,
The irradiation means is an optical fiber, acquires light from one end, and irradiates the acquired light from the other end to the reagent arranged in the storage means,
The light irradiation surface of the optical fiber constituting the irradiation means and the light reception surface of the optical fiber constituting the light receiving means are arranged substantially adjacent to each other and facing the same direction. The sensor according to claim 6.
前記供給手段によって供給される液体は、pH指示薬を含有する溶液であることを特徴とする請求項12に記載のセンサ。 The reagent is a pH indicator;
The sensor according to claim 12, wherein the liquid supplied by the supply means is a solution containing a pH indicator.
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