JP4087704B2 - 強磁性共鳴測定 - Google Patents

Description

【０００１】
（技術分野）
本発明は強磁性共鳴測定に関する。
【０００２】
（背景技術）
数個の元素、特に鉄、コバルト、およびニッケルは、強磁性と呼ばれる自発磁化効果を示す。強磁性物質では、構造内の原子の大きな集団が同一方向の磁気を帯びるよう、原子は、事実上、協同して相互作用する原子棒磁石として作用する。量子力学的説明では、磁気モーメントの整列は、エネルギッシュに磁気秩序を助力する交換相互作用に起因するとされている。
【０００３】
強磁性共鳴測定は、概念的には、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）スキャナの基礎を形成する、核磁気共鳴測定に類似している。強磁性サンプルは強磁界に配置される。強磁界の効果により、原子の磁気モーメントは、単一の方向に揃えて並べられ、原子の励起状態のエネルギーレベルが変化することになる。所定周波数のマイクロ波放射をサンプルに向ける。磁界の強度が徐々に増加すると、原子の整列の度合いが変化し、原子の励起状態のエネルギーレベルが変化する。励起状態のエネルギーレベルが入射するマイクロ波光子のエネルギーと等しい場合、マイクロ波放射は強磁性物質により共鳴吸収されることになる。
【０００４】
サンプルに吸収されるマイクロ波放射の量は、マイクロ波検出器を用いてモニターされる。マイクロ波放射を吸収する磁界強度の値は、テストされるサンプルの構造を示す。
【０００５】
既知の強磁性共鳴測定では、テストされるべき材料のサンプルは、共鳴空胴、サンプルに向けられるマイクロ波放射の周波数に合わせて選択される空胴の共鳴内に配置される。共鳴空胴は、強磁性共鳴測定の信号対ノイズ比を高める。
【０００６】
近年、単一値磁界がサンプルにかけられ、サンプルに向けられるマイクロ波放射がさまざまな周波数にわたるという、改良された強磁性共鳴測定が開発されている。（Ｍ．Ｅ．アンウィン（Ｍ．Ｅ．Ｕｎｗｉｎ）他、新しい広帯域強磁性共鳴分光計、ジャーナル オブ マグネティズム アンド マグネティクィク マテリアルズ（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ），２０５（１９９９）１９９−２０８）。サンプルを通って一方向だけに進むようマイクロ波放射を隔離する形で、サンプルを導波路内に配置する。この配置は、一方向だけにマイクロ波伝播が可能なマイクロ波回路装置である、共鳴アイソレータに基づいている。
【０００７】
既知の強磁性共鳴測定方法の欠点は、サンプルが共鳴空胴あるいは導波路内に位置しなければならないという点である。そのため、大きなサンプルの場合は、サンプルの一部を切除し、共鳴空胴もしくは導波路内に置かない限り、強磁性共鳴測定を実行することが出来ない。
【０００８】
本発明の目的は、上記の欠点を克服もしくは緩和する、強磁性共鳴測定方法を提供することである。
【０００９】
（発明の開示）
本発明に従って、鉄鋼部材で補強された非鉄材料を含む構造の強磁性共鳴特性を測定する方法が提供される。この方法は構造に隣接して位置する磁石を用いて構造に磁界をかけること、構造にマイクロ波放射を向けること、および、鉄鋼部材によって伝達され、もしくは反射されるマイクロ波放射の割合を検出することを含み、測定はその位置の構造について行われる。
【００１０】
本発明者は、非腐食スチールからの強磁性共鳴信号が、錆びたもののそれと非常に異なっており、従って鉄鋼部材で補強した非鉄材料を含む構造の完全性が、強磁性共鳴測定を用いて検出可能であることを了解した。
【００１１】
本発明は、非鉄材料内に位置する鉄鋼部材の腐食度を測定する、迅速で直接的な、非破壊方法を提供する。
【００１２】
非鉄材料という用語は、少量の鉄物質を含む材料を排除しようとするものではない。それよりも、非鉄材料という用語は、材料内の鉄物質の量が、本発明に従う測定に、有意な影響を与えない程度まで少ないことを意味している。
【００１３】
磁界は、適切な形で、実質的に一定に保たれ、周波数領域にわたるマイクロ波放射が、構造に向けられ、鉄鋼部材内のマイクロ波吸収スペクトルの１つ以上の特性が、周波数の関数として決定される。
【００１４】
マイクロ波吸収スペクトルの形が、適切に決定される。代替的に、マイクロ波の最大吸収が起こる周波数を決定してもよい。
【００１５】
マイクロ波放射は、適切に、周波数領域にわたってスイープされる。
【００１６】
マイクロ波放射は、適切な形で、周波数領域を組み込んだ１つのパルスとして提供される。
【００１７】
アンテナは、マイクロ波のパルスを構造に向けるのに使用され、同じアンテナが、続いて、鉄鋼部材により伝達または反射されるマイクロ波のパルスの割合を検出するのに使われるのが好ましい。
【００１８】
スペクトル分析器は、鉄鋼部材内のマイクロ波吸収スペクトルを、周波数の関数として決定するために、適切な形で使用される。
【００１９】
代替的に、スペクトル分析器は、マイクロ波の最大吸収が起こる周波数を決定するのに用いられる。
【００２０】
マイクロ波放射の周波数は、適切な形で、実質的に一定に保たれ、電磁石を用いることにより構造にかけられる磁界の強度が変化し、鉄鋼部材内のマイクロ波吸収スペクトルの形は、磁界強度の関数として決定される。
【００２１】
マイクロ波放射の周波数は、適切な形で、実質的に一定に保たれ、電磁石を用いることにより構造にかけられる磁界の強度が変化し、鉄鋼部材内でマイクロ波の最大吸収が起こる磁界の強度が決定される。
【００２２】
本方法は、既知の腐食量を持つ構造の一連の強磁性共鳴測定を行うことによりキャリブレートされるのが好ましく、構造の未知の腐食量は、構造の強磁性共鳴測定を行い、測定結果をキャリブレーション測定値と比べることにより決定される。
【００２３】
マイクロ波放射は、１ギガヘルツもしくはそれに近い値に、固定され、もしくはそれを中央周波数とすることが好ましい。
【００２４】
磁界は、鉄鋼部材の磁気状態を飽和させ得る程度の強度であることが好ましい。
【００２５】
磁界の強度は、０．１テスラもしくはそれに近い値に、固定され、もしくはそれを中央周波数とすることが好ましい。
【００２６】
構造は、鉄筋コンクリートを含んでいることが好ましい。
【００２７】
背景測定は、磁界を構造に全くかけずに行い、さらに、測定の信号対ノイズ比を高めるために、背景測定の結果は、その後の構造の強磁性共鳴測定と比較されるのが好ましい。
【００２８】
（発明を実施するための最良の形態）
ここで、本発明の特定の実施例を、本発明に従う強磁性共鳴測定を示す添付の概略図を参照して、例としてのみ説明することとする。
【００２９】
図１を参照すると、鉄筋コンクリート壁は、コンクリート２内に位置する棒鋼１を含む。コンクリート２は非鉄材料である。
【００３０】
Ｎ極４とＳ極５を有する永久磁石３が、鉄筋コンクリート壁に向けて配置される。磁石３により生じた磁界は、コンクリート２を通り抜け、棒鋼１内に入り、棒鋼１に沿い、コンクリート２を通して戻ってくる。磁石３で発生した磁界を表す単一の磁力線６が、図１に示されている。
【００３１】
マイクロ波発生源７は、アンテナ８を用いてコンクリート２に向けられる、マイクロ波のホワイトビーム（すなわち、波長の領域にわたるマイクロ波）を発生させる。マイクロ波は、棒鋼１により反射され、コンクリート２を通り抜けて戻り、第２のアンテナ９によって検出される。検出されたマイクロ波は、スペクトル分析器１０を用いて分析される。
【００３２】
スペクトル分析器１０は、マイクロ波吸収の周波数スペクトルの決定に用いられる。このスペクトルの形は、鉄筋コンクリート壁内に存在する鉄鋼および／または錆に特有のものであり、吸収振幅は、鉄鋼と錆の存在量に直接関連している。
【００３３】
スペクトル分析器１０は、腐食の異なる既知レベルを有する鉄筋コンクリートをテストすることによりキャリブレートされ、結果としてのマイクロ波スペクトルを格納している。キャリブレーションに続いて、鉄筋コンクリート壁内の腐食量が、測定吸収スペクトルをキャリブレーションスペクトルと比較することによって決定される。
【００３４】
マイクロ波発生源７は、マイクロ波のホワイトビームをパルスとして発生させてもよい。これが行われる場合は、単一のアンテナ８が必要となるだけであり、アンテナ８は、パルス発生の間、マイクロ波発生源７に接続され、さらに、パルス検出の間、スペクトル分析器１０に接続される。マイクロ波パルスのさらなる利点は、広帯域マイクロ波を自動的に提供することである。
【００３５】
マイクロ波発生源７は、周波数の範囲にわたってスイープされる、マイクロ波の連続ビームを供給してもよい。いかなる所与の時間であっても、鉄筋コンクリート壁に向けられたマイクロ波の周波数が既知であるため、これが行われる場合はスペクトル分析器は必要とされない。
【００３６】
さらなる代替的構成では、固定周波数を有し、鉄筋コンクリートにかけられる磁界の強度が変化するマイクロ波が用いられてもよい。磁界を変化させるためには、磁石３は、永久磁石ではなく、むしろ電磁石であることが必要である。
【００３７】
磁界は、鉄鋼の磁気状態を飽和させることが好ましい。共鳴における磁界の強度の好適値は、およそ０．１テスラである。
【００３８】
マイクロ波の好適中央周波数は、およそ１ギガヘルツである。
【００３９】
鉄筋コンクリートによって反射されるよりも、むしろ伝達されるマイクロ波の吸収スペクトルを測定してもよい。この種の測定は、反射測定と数学的に等価である。
【００４０】
背景ノイズの影響を減少させるために、マイクロ波スペクトルは、適所に磁石３を伴わずに決定されてもよい。この背景測定は、適所に磁石３がある状態で行われる事後測定と比較されてもよい。
【００４１】
マイクロ波発生源７は、アンテナを必要することなく、マイクロ波をコンクリート２に向けるよう配置されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従う強磁性共鳴測定を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 棒鋼、 ２ コンクリート、 ３ 永久磁石、 ４ Ｎ極、 ５ Ｓ極、 ６ 磁力線、 ７ マイクロ波発生源、 ８ アンテナ、 ９ 第２のアンテナ、 １０ スペクトル分析器。

Claims (17)

1. 鉄鋼部材で補強された非鉄材料を含む構造の、前記鉄鋼部材の腐食度を、破壊を要せず測定する方法であって、
   構造に隣接して位置する磁石を用いて構造に磁界をかけ、構造にマイクロ波の放射を向け、および鉄鋼部材によって伝達され、もしくは反射されるマイクロ波放射の割合を検出することにより、構造の強磁性共鳴特性を測定することを含み、測定は構造が存在する位置で該構造について行われる方法。
2. 磁界が、実質的に一定に保たれ、周波数領域にわたるマイクロ波放射が、構造に向けられ、鉄鋼部材内のマイクロ波吸収スペクトルの１つ以上の特性が、周波数の関数として決定される、請求項１に記載の方法。
3. マイクロ波吸収スペクトルの形が、スペクトル分析器を用いて決定される、請求項２に記載の方法。
4. マイクロ波の最大吸収が起こる周波数が決定される、請求項２に記載の方法。
5. マイクロ波放射が、周波数領域上にわたる、請求項２〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. マイクロ波放射が周波数領域を取り入れたパルスとして提供される、請求項２〜４のいずれか１つに記載の方法。
7. アンテナが、マイクロ波パルスを構造に向けるのに使用され、同じアンテナが、続いて、鉄鋼部材により伝達または反射される、マイクロ波パルスの割合を検出するのに使われる、請求項６に記載の方法。
8. スペクトル分析器が、鉄鋼部材内のマイクロ波吸収スペクトルを周波数の関数として決定するのに用いられる、請求項６または請求項７に記載の方法。
9. スペクトル分析器が、マイクロ波の最大吸収が起こる周波数の決定に用いられる、請求項６または請求項７に記載の方法。
10. マイクロ波放射の周波数が実質的に一定に保たれ、電磁石を用いることにより構造にかけられる磁界の強度が変化し、鉄鋼部材内のマイクロ波吸収スペクトルの形が、磁界強度の関数として決定される、請求項１に記載の方法。
11. マイクロ波放射の周波数が実質的に一定に保たれ、電磁石を用いることにより構造にかけられる磁界の強度が変化し、鉄鋼部材内でマイクロ波の最大吸収が起こる磁界の強度が決定される、請求項１に記載の方法。
12. 方法が、既知の腐食量を持つ構造の一連の強磁性共鳴測定を行うことによりキャリブレートされ、構造の未知の腐食量が、構造の強磁性共鳴測定を行った測定結果をキャリブレーション測定値と比べることにより決定される、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の方法。
13. マイクロ波放射が、１ギガヘルツもしくはそれに近い値に、固定され、もしくはそれを中央周波数とする、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の方法。
14. 磁界が、鉄鋼部材の磁気状態を飽和し得る程度の強度である、請求項１〜１３のいずれか１つに記載の方法。
15. 磁界の強度が、０．１テスラもしくはそれに近い値に、固定され、もしくはそれを中央値とする、請求項１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
16. 構造が鉄筋コンクリートを含む、請求項１〜１５のいずれか１つに記載の方法。
17. 背景測定が、磁界を構造に全くかけずに行なわれ、さらに、測定の信号対ノイズ比を高めるために、背景測定の結果が、その後の構造の強磁性共鳴測定値と比較される、請求項１〜１６のいずれか１つに記載の方法。

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