JP5929094B2 - センサー装置および構造物 - Google Patents

Description

本発明は、センサー装置およびセンサー装置を備える構造物に関するものである。

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食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していくため、鉄筋が腐食することとなる。

そこで、例えば、特許文献１に係るセンサー装置では、コンクリート構造物中の鉄筋と同種材料からなる細線をコンクリート構造物中に埋設し、腐食による細線の断線の有無を検知することにより、コンクリート中の鉄筋の腐食状況を予測する。
特許文献１に係るセンサー装置では、細線が切断されたタイミングにより、コンクリート構造物中の鉄筋の腐食が始まった時期を知ることは可能である。しかし、特許文献１に係るセンサー装置では、細線が腐食し始めてから切断に至るまでの間に鉄筋の腐食が進行してしまい、鉄筋の腐食前に予防的または計画的な保全を行うことができないという課題があった。

特開平１１−１５３５６８号公報

本発明の目的は、コンクリートの品質劣化を防止しつつ、測定対象物の状態を測定し、その測定結果に基づく情報を鉄筋の腐食前の計画的または予防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。

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、金属材料で構成された電気抵抗体と、
前記電気抵抗体の抵抗値を測定する機能を有する機能素子とを有し、
前記電気抵抗体は、表面の少なくとも一部に引っ張り応力を生じさせた状態で保持されたことを特徴とする。
このように構成されたセンサー装置によれば、電気抵抗体の表面の少なくとも一部に引っ張り応力を生じさせているので、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低い状態であっても、電気抵抗体を腐食させることができる。

そのため、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低い状態であっても、電気抵抗体の抵抗値が変化し、かかる変化に基づいて塩化物イオンの侵入を検知することができる。
このようなことから、コンクリートの品質劣化を防止しつつ、測定対象物の状態を測定し、その測定結果に基づく情報を鉄筋の腐食前の計画的または予防的な保全に活用することができる。

本発明のセンサー装置では、前記電気抵抗体は、一部に局所的に前記引っ張り応力を生じさせた状態で保持されていることが好ましい。
これにより、電気抵抗体の表面の引っ張り応力を生じさせていない部分（カソード領域）の面積を大きくし、電気抵抗体の表面の引っ張り応力を生じさせている部分（アノード領域）の腐食を促進させることができる。

本発明のセンサー装置では、前記電気抵抗体は、長尺状をなす長尺部を有し、
前記長尺部は、長手方向での少なくとも一部に前記引っ張り応力を生じさせた状態で保持されていることが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で電気抵抗体の一部に引っ張り応力を生じさせるとともに、腐食により電気抵抗体の途中を切断しやすくすることができる。

本発明のセンサー装置では、前記長尺部の長手方向に前記引っ張り応力を生じさせた状態で弾性変形して前記電気抵抗体を支持する支持部を有することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、電気抵抗体の一部に引っ張り応力を生じさせることができる。
本発明のセンサー装置では、前記長尺部の途中を屈曲または湾曲させた状態で前記電気抵抗体を保持する保持部材を有することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、電気抵抗体の一部に引っ張り応力を生じさせることができる。

本発明のセンサー装置では、前記長尺部が巻回される外周面を備える絶縁体を有することが好ましい。
これにより、比較的簡単な構成で、電気抵抗体の一部に引っ張り応力を生じさせることができる。
本発明のセンサー装置では、前記電気抵抗体の前記引っ張り応力を生じさせた部分の表面との間に隙間を形成して設けられた隙間形成体を有することが好ましい。
これにより、塩化物イオンによる電気抵抗体の腐食を促進させることができる。

本発明のセンサー装置では、前記電気抵抗体を構成する前記金属材料は、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あることが好ましい。
これにより、測定対象部位のｐＨが所定値以上である場合に、電気抵抗体の表面に不動態膜が形成される。

ここで、電気抵抗体に形成された不動態膜は、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低くても、引っ張り応力により原子間または分子間の結合が弱められているため、塩化物イオンによる破壊が生じやすい。そのため、測定対象部位のｐＨが所定値以上である場合、測定対象部位のｐＨが変動しても、測定対象部位に塩化物イオンが存在しないときには、電気抵抗体が腐食せず、電気抵抗体の抵抗値は変化しないが、測定対象部位に塩化物イオンが侵入すると、電気抵抗体の腐食が進行し、電気抵抗体の抵抗値が増加する。
このようなことから、電気抵抗体の抵抗値に基づいて、測定対象部位に塩化物イオンが侵入したことを高精度に検知することができる。

本発明のセンサー装置では、前記電気抵抗体を構成する前記金属材料は、鉄、ニッケルまたはこれらを含む合金であることが好ましい。
これらの金属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、電気抵抗体を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食状態を効果的に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、前記電気抵抗体の抵抗値に基づいて、前記測定対象部位の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とが好ましい。
これにより、測定対象物の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。
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。

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２に示す電気抵抗体を説明するための斜視図である。 図２に示す電気抵抗体の製造方法を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るセンサー装置を示す部分斜視図である。 図５に示す電気抵抗体を説明するための図である。 本発明の第３実施形態に係るセンサー装置を示す部分斜視図である。 図７に示す電気抵抗体を説明するための図である。 本発明の第４実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示すブロック図である。 図９に示す電気抵抗体を説明するための平面図である。 図９に示す電気抵抗体を説明するための側面図である。 本発明の第５実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示すブロック図である。 （ａ）は、図１２に示す電気抵抗体を説明するための側面図、（ｂ）は、図１２に示す電気抵抗体を説明するための平面図である。

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に示す電気抵抗体を説明するための斜視図、図４は、図２に示す電気抵抗体の製造方法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。
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が埋設されてなる。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の打設する際に、コンクリート１０１の打設前に鉄筋１０２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。

このセンサー装置１は、本体２と、その本体２の表面に露出した電気抵抗体３、４とを有する。本実施形態では、電気抵抗体３（第１の電気抵抗体）および電気抵抗体４（第２の電気抵抗体）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、電気抵抗体３および電気抵抗体４は、それぞれ、コンクリート構造物１００の外表面に対して平行または略平行となるように設置されている。そして、電気抵抗体３および電気抵抗体４は、それぞれ、コンクリート１０１の測定対象部位の酸または塩化物イオンによって腐食し、切断するように構成されている。なお、電気抵抗体３および電気抵抗体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、電気抵抗体３および電気抵抗体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。

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、電気抵抗体３、電気抵抗体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３および図４に示すように、電気抵抗体３、電気抵抗体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および図４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。
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、電気抵抗体３、電気抵抗体４および機能素子５１が実装されている。

図３に示すように、機能素子５１は、電気抵抗体３の両端部、および電気抵抗体４の両端部にそれぞれ電気的に接続されている。
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、図示しないが、本体２は、例えば、封止樹脂で構成された封止部を有し、その封止部が、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を封止する。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。

なお、電気抵抗体３および電気抵抗体４は、それぞれ、少なくとも一部が封止樹脂に覆われずに外部に露出するように設けられている。
封止部の構成材料（封止樹脂）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、封止部は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。

（電気抵抗体）
電気抵抗体３および電気抵抗体４は、図３に示すように、それぞれ、前述した本体２の外表面上に設けられている。特に、電気抵抗体３および電気抵抗体４は、同一平面上に設けられている。そのため、電気抵抗体３および電気抵抗体４の設置環境の差が生じるのを防止することができる。

また、電気抵抗体３および電気抵抗体４は、互いに電位の影響を受けない程度（例えば数ｍｍ）に離間している。
この電気抵抗低３、４は、それぞれ、酸または塩化物イオンにより腐食するものである。そのため、電気抵抗体３、４は、酸または塩化物イオンの環境下で、腐食により切断される。

また、電気抵抗体３、４は、それぞれ、長尺状をなしている。これにより、電気抵抗体３、４をそれぞれ腐食により切断され易くすることができる。
特に、電気抵抗体３は、その表面の一部に引っ張り応力を生じさせた状態で保持されている。これにより、電気抵抗体３の腐蝕速度を高めることができる。これは、電気抵抗体３の表面の引っ張り応力が生じた部分は原子間または分子間の結合が弱くなるため、電気抵抗体３の表面に不導体膜が形成されていても、その不導体膜が酸または塩化物イオンにより破壊されやすくなるからである。

また、電気抵抗体３は、その一部に局所的に引っ張り応力を生じさせた状態で保持されているため、電気抵抗体３の表面の引っ張り応力を生じさせていない部分（カソード領域）の面積を大きくし、電気抵抗体３の表面の引っ張り応力を生じさせている部分（アノード領域）の腐食を促進させることができる。
より具体的に説明すると、電気抵抗体３は、長尺状をなす長尺部３４と、長尺部３４を支持する支持部３５とを有し、長尺部３４の長手方向での少なくとも一部に引っ張り応力を生じさせている。これにより、比較的簡単な構成で電気抵抗体３の一部に引っ張り応力を生じさせるとともに、腐蝕により電気抵抗体３の途中を切断しやすくすることができる。

支持部３５は、本体２に固定（立設）された柱状の２つの柱部３５ａ、３５ｂを有する。
この２つの柱部３５ａ、３５ｂは、互いに接近する方向に弾性変形した状態で、長尺部３４に固着している。すなわち、支持部３５は、長尺部３４の長手方向に引っ張り応力を生じさせた状態で弾性変形しつつ電気抵抗体３を支持している。これにより、比較的簡単な構成で、電気抵抗体３の一部に引っ張り応力を生じさせることができる。

長尺部３４は、柱部３５ａに固着された導体３４ａと、柱部３５ｂに固着された導体３４ｂと、この２つの導体３４ａ、３４ｂを接合する接合部３４ｃとを有する。
このような長尺部３４は、図４（ａ）に示すように、接合前の導体３４ａ、３４ｂを互いに離間した状態で柱体３５ａ、３５ｂに固着させ、その後、柱体３５ａ、３５ｂを弾性変形させつつ導体３４ａ、３４ｂを互いに接近する方向に移動させた状態で、例えば溶接により導体３４ａと導体３４ｂとを接合する。これにより、図４（ｂ）に示すように、柱体３５ａ、３５ｂを弾性変形させつつ導体３４ａ、３４ｂに引っ張り応力を生じさせた状態で、導体３４ａと導体３４ｂとを接合する接合部３４ｃを形成することができる。

このような電気抵抗体３（第１の電気抵抗体）の構成材料としては、酸または塩化物イオンの存在下で腐食するものであれば、特に限定されないが、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を用いるのが好ましい。
これにより、測定対象部位のｐＨが所定値以上である場合に、電気抵抗体３の表面に不動態膜が形成される。

なお、電気抵抗体３は、互いに異なる材料で構成された部分を有していてもよいが、不本意な腐蝕を抑制または防止する観点から、電気抵抗体３の各部が同種の材料で構成されているのが好ましい。
このような不動態膜（第１の不動態膜）を形成する金属材料（第１の金属材料）としては、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。

例えば、炭素鋼は、ｐＨが約９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が約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、塩化物イオン濃度が約１．２ｋｇ／ｍ^３を超えたときに不動態膜の破壊が始まる。
中でも、電気抵抗体３を構成する金属材料は、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）、ニッケルまたはこれらを含む合金であるのが好ましい。これらの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、電気抵抗体３の構成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の腐食環境状態を効果的に検知することができる。例えば、電気抵抗体３が炭素鋼で構成されている場合、ｐＨが９以上か否かの判断ができる。

また、電気抵抗体３は、前述したような第１の金属材料からなる緻密質体で構成されているのが好ましい。これにより、電気抵抗体３の腐食を生じさせやすくすることができる。
一方、電気抵抗体４は、引っ張り応力を生じさせない状態で、本体２に固定されている。そのため、電気抵抗体３および電気抵抗体４が同一環境に設置されていても、電気抵抗体４の塩化物イオンによる腐食の開始タイミングを、電気抵抗体３の塩化物イオンによる腐食の開始タイミングよりも大きく遅らせることができる。

また、電気抵抗体４（第２の電気抵抗体）の構成材料としては、電気抵抗体３の構成材料と同様、酸または塩化物イオンの存在下で腐食するものであれば、特に限定されないが、不動態膜（第２の不動態膜）を形成する金属材料（第２の金属材料）、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｚｎまたはこれらを含む合金等を用いるのが好ましい。
また、電気抵抗体４の構成材料は、前述した電気抵抗体３の構成材料と同じであっても異なっていてもよい。

また、電気抵抗体４を構成する金属材料を電気抵抗体３を構成する金属材料と同種とすることにより、電気抵抗体４の酸性化または中性化による腐食の開始タイミングと、電気抵抗体３の酸性化または中性化による腐食の開始タイミングとを一致または近似したものとすることができる。
このようなことから、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。
また、電気抵抗体４は、金属材料で構成された緻密質体で構成されていてもよいし、金属材料で構成された多孔質体で構成されていてもよい。

電気抵抗体４が金属材料からなる多孔質体で構成された多孔質電気抵抗体である場合、電気抵抗体４の表面には腐食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、電気抵抗体４の表面は、塩化物イオンの存在下において、均一に腐食が生じ、局所的な腐食（孔食）が抑制される。
このようなことから、電気抵抗体４の塩化物イオンによる腐食の速度を遅くすることができる。そのため、測定対象部位の塩化物イオン濃度の影響を避け、均一腐食である中性化の測定を長期にわたり行うことができる。

一方、電気抵抗体４が金属材料からなる緻密質体で構成された緻密質電気抵抗体である場合、電気抵抗体４の表面は、塩化物イオンの存在下において、最も腐食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食し易さが他の部分に比してさらに大きくなるため、局所的な腐食（孔食）が生じる。
このようなことから、電気抵抗体３の腐食の速度よりも遅いものの、電気抵抗体４の塩化物イオンによる腐食の速度を速くすることができる。そのため、測定対象部位の塩化物イオン濃度の測定を２段階で中期にわたり行うことができる。
また、電気抵抗体３の長尺部３４の直径、および、電気抵抗体４の直径は、それぞれ、特に限定されないが、腐食による電気抵抗の変化が大きく、かつ、コンクリート強度に影響を及ぼさないためには、１０ｎｍ以上５ｍｍ以下であるのが好ましい。

（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。
この機能素子５１は、電気抵抗体３および電気抵抗体４の抵抗値をそれぞれ測定する機能を有する。これにより、電気抵抗体３、４の抵抗値に基づいて、測定対象部位の状態を測定することができる。

また、機能素子５１は、電気抵抗体３および電気抵抗体４の抵抗値に基づいて、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。
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、測定回路５１４とを有する。

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。
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、電気抵抗体３、４の抵抗値に関する情報（以下、単に「抵抗値情報」ともいう）と、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。

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。

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、電気抵抗体３および電気抵抗体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、電気抵抗体３、４の抵抗値に基づいて、コンクリート構造物１００の状態を測定する。

以下、電気抵抗体３、４がＦｅ（炭素鋼）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、電気抵抗体３および電気抵抗体４は、それぞれ、安定な不動態膜を形成する。

その後、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していく。
コンクリート１０１のｐＨが９程度にまで下がる前に、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、その塩化物イオン濃度が炭素鋼を腐食させる限界濃度（約１．２ｋｇ／ｍ^３）に達するまでの間、電気抵抗体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も、腐食せず、電気抵抗体４の抵抗値がほとんど変化せず低い状態に維持される。

一方、電気抵抗体３に形成された不動態膜は、測定対象部位の塩化物イオン濃度が炭素鋼を腐食させる限界濃度に達していなくても（約０．１ｋｇ／ｍ^３程度であっても）、塩化物イオンの存在下において、引っ張り応力が生じた部分の腐食が生じ、電気抵抗体３の抵抗値が大きくなる。
そして、測定対象部位の塩化物イオン濃度が炭素鋼を腐食させる限界濃度に達すると、電気抵抗体４も腐食し、電気抵抗体４の抵抗値が大きくなる。

このような電気抵抗体３、４の抵抗値に基づいて、測定対象部位への塩化物イオンの侵入を段階的に検知することができる。
また、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していなくても、コンクリート１０１のｐＨが９程度にまで下がると、電気抵抗体３、４がともに腐食し、電気抵抗体３、４の抵抗値がともに大きくなる。

このような電気抵抗体３、４の抵抗値に基づいて、測定対象部位のｐＨが９程度になったことを検知することができる。
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が腐食する前に、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。
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、電気抵抗体３の表面の一部に引っ張り応力が生じているので、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低い状態であっても、電気抵抗体３を腐食させることができる。

そのため、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低い状態であっても、電気抵抗体３の抵抗値が変化し、かかる変化に基づいて塩化物イオンの侵入を検知することができる。
また、本実施形態では、引っ張り応力を生じさせていない電気抵抗体４が電気抵抗体３とは別体として設けられているので、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。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図５は、本発明の第２実施形態に係るセンサー装置を示す部分斜視図、図６は、図５に示す電気抵抗体を説明するための図である。
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、電気抵抗体の構成が異なる以外は、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。
本実施形態のセンサー装置１Ａは、図５に示すように、本体２Ａと、その本体２Ａ上に設けられた電気抵抗体３Ａおよび電気抵抗体４Ａとを有する。

図５および図６に示すように、電気抵抗体３Ａは、棒状の絶縁体３６ａの両端に固着した導体３６ｂ、３６ｃと、絶縁体３６ａの外周面上に螺旋状に巻回された導体（長尺部）３６ｄとを有する。
絶縁体３６ａは、四角柱状をなしている。すなわち、絶縁体３６ａの横断面は、四角形をなしている。これにより、絶縁体３６ａに巻回された導体３６ｄは、絶縁体３６ａの角部に対応する部分に生じる引っ張り応力を大きくすることができる。

この絶縁体３６ａの構成材料としては、測定対象物内で比較的安定して存在し得る絶縁性材料であれば、特に限定されないが、例えば、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４等の絶縁性セラミックス材料、ＰＳＦ（ポリサルフォン）、ＰＡＩ（プリアミドイミド）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の樹脂材料等を用いることができる。

導体３６ｂ、３６ｃは、絶縁体３６ａの両端に例えば接着剤または嵌合により固着されている。
この導体３６ｂ、３６ｃの構成材料としては、導電性を有するもの（電気抵抗体）であれば、特に限定されないが、導体３６ｄの構成材料と同様のものを用いるのが好ましい。
導体３６ｄは、長尺状をなし、絶縁体３６ａの外周に巻回されており、一端部が導体３６ｂに半田等により固定され、他端部が導体３６ｃに半田等により固定されている。これにより、導体３６ｄにその長手方向に沿って引っ張り応力を生じさせることができる。

このように、導体３６ｄを絶縁体３６ａの外周面に巻回させることにより、比較的簡単な構成で、電気抵抗体３Ａの一部に引っ張り応力を生じさせることができる。
一方、電気抵抗体４Ａは、引っ張り応力を生じさせない状態で、本体２Ａ上に固定されている。
また、電気抵抗体４Ａは、シート状または板状をなしている。電気的抵抗体４Ａは、導体（長尺部）３６ｄと同じ構造と同じ材料で、応力の無い導体でもよい。
以上説明したような第２実施形態に係るセンサー装置１Ａによっても、コンクリート１０１の品質劣化を防止しつつ、測定対象物の状態を測定し、その測定結果に基づく情報を鉄筋１０２の腐食前の計画的または予防的な保全に活用することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図７は、本発明の第３実施形態に係るセンサー装置を示す部分斜視図、図８は、図７に示す電気抵抗体を説明するための図である。
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、電気抵抗体の構成数が異なる以外は、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。
本実施形態のセンサー装置１Ｂは、図７に示すように、本体２Ｂと、その本体２Ｂ上に設けられた電気抵抗体３Ｂおよび電気抵抗体４とを有する。

電気抵抗体３Ｂは、長尺状をなし、その途中が屈曲または湾曲して弾性変形した状態で、保持部材３７に保持されている。これにより、比較的簡単な構成で、電気抵抗体３Ｂの一部に引っ張り応力を生じさせることができる。
保持部材３７は、本体２Ｂに固定されている。また、図８に示すように、保持部材３７には、電気抵抗体３Ｂが挿通される２つの貫通孔３８ａ、３８ｂが形成されている。これにより、電気抵抗体３Ｂを屈曲または湾曲させた状態で保持することができる。

このように屈曲または湾曲した状態で保持された電気抵抗体３Ｂは、その屈曲または湾曲した部分の外側に引っ張り応力が生じる。
このような保持部材３７の構成材料としては、前述したように電気抵抗体３Ｂを保持するとともに測定対象物内で比較的安定して存在し得る絶縁性材料であれば、特に限定されないが、例えば、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４等の絶縁性セラミックス材料、ＰＳＦ（ポリサルフォン）、ＰＡＩ（プリアミドイミド）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の樹脂材料等を用いることができる。
以上説明したような第３実施形態に係るセンサー装置１Ｂによっても、コンクリート１０１の品質劣化を防止しつつ、測定対象物の状態を測定し、その測定結果に基づく情報を鉄筋１０２の腐食前の計画的または予防的な保全に活用することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
図９は、本発明の第４実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示すブロック図、図１０は、図９に示す電気抵抗体を説明するための平面図、図１１は、図９に示す電気抵抗体を説明するための側面図である。

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。
第４実施形態のセンサー装置は、電気抵抗体の構成および数が異なる以外は、第１実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。また、第４実施形態のセンサー装置は、電気抵抗体を１つ追加した以外は、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、図９に示すように、機能素子５１に電気的に接続された電気抵抗体３Ｂ、４Ｂ、７を有する。
電気抵抗体７は、前述した第３実施形態の電気抵抗体３Ｂと同様、長尺状をなし、その途中が屈曲または湾曲して弾性変形した状態で、保持部材７７に保持されている。
その上、電気抵抗体７の屈曲または湾曲した部分には、隙間形成体８が取り付けられている。

図１１に示すように、隙間形成体８は、電気抵抗体７の屈曲または湾曲した部分を挟持する１対の絶縁体８１、８２を有する。
絶縁体８１、８２は、それぞれ、板状をなし、電気抵抗体７の屈曲または湾曲した部分を介して互いに対向して配置されている。
そして、この絶縁体８１、８２は、電気抵抗体７に対して固定部材８３、８４により固定されている。

固定部材８３、８４は、それぞれ、例えばボルトおよびナットで構成され、絶縁体８１、８２を貫通し、絶縁体８１、８２を電気抵抗体７に対して挟み込んで固定する。
このような隙間形成体８は、電気抵抗体７の表面の一部との間に隙間を形成して配置されている。この隙間は、電気抵抗体７の表面に対して局所的に形成されている。
このような隙間を形成することより、測定対象部位の塩化物イオン濃度が比較的低い状態であっても、電気抵抗体７を隙間腐食により腐食させ、塩化物イオンによる電気抵抗体７の腐食を促進させることができる。しかも、かかる隙間は、電気抵抗体７の屈曲または湾曲した部分（すなわち引っ張り応力を生じさせた部分）と隙間形成体８との間に形成されているので、電気抵抗体３Ｂに比し、電気抵抗体７の腐蝕を生じさせ易くすることとができる。

このように構成されたセンサー装置１Ｃによれば、腐食しやすさの異なる３つの電気抵抗体３Ｂ、４Ｂ、７を有するので、３段階で塩化物イオンの侵入を検知することができる。
このような絶縁体８１、８２および固定部材８３、８４の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４等の絶縁性セラミックス材料、ＰＳＦ（ポリサルフォン）、ＰＡＩ（プリアミドイミド）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）等の樹脂材料等が挙げられ、中でも、強アルカリ液に耐え得るものが好ましい。このように隙間形成体８が絶縁性材料で構成されていることにより、隙間形成体８が電気抵抗体７の一部として機能してしまうのを防止することができる。そのため、電気抵抗体７および隙間形成体８の設計が容易となる。
以上説明したような第４実施形態に係るセンサー装置１Ｃによっても、コンクリート１０１の品質劣化を防止しつつ、測定対象物の状態を測定し、その測定結果に基づく情報を鉄筋１０２の腐食前の計画的または予防的な保全に活用することができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態を説明する。
図１２は、本発明の第５実施形態に係るセンサー装置の概略構成を示すブロック図、図１３（ａ）は、図１２に示す電気抵抗体を説明するための側面図、図１３（ｂ）は、図１２に示す電気抵抗体を説明するための平面図である。

以下、第５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５実施形態のセンサー装置は、電気抵抗体を１つ追加した以外は、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。

本実施形態のセンサー装置１Ｄは、図１２に示すように、機能素子５１に電気的に接続された電気抵抗体３、４、７Ｄを有する。
電気抵抗体７Ｄは、長尺部７４の形状が異なるとともに隙間形成体８Ｄが取り付けられている以外は、前述した第１実施形態の電気抵抗体３と同様に構成されている。
電気抵抗体７Ｄは、図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、長尺状をなす長尺部７４と、長尺部７４を支持する支持部７５とを有する。

支持部７５は、本体２Ｄに固定（立設）された柱状の２つの柱部７５ａ、７５ｂを有する。
この２つの柱部７５ａ、７５ｂは、互いに接近する方向に弾性変形した状態で、長尺部７４に固着している。これにより、長尺部７４に引っ張り応力を生じさせることができる。

長尺部７４は、柱部７５ａに固着された導体７４ａと、柱部７５ｂに固着された導体７４ｂと、この２つの導体７４ａ、７４ｂを接合する接合部７４ｃとを有する。
このような長尺部７４には、隙間形成体８Ｄが取り付けられている。
長尺部７４および隙間形成体８Ｄは、それぞれ、板状またはシート状をなし、互いに重ねて配置されている。これにより、電気抵抗体７Ｄの腐食を生じさせ得る隙間を長尺部７４と隙間形成体８Ｄとの間に簡単かつ確実に形成することができる。これにより、塩化物イオンによる電気抵抗体７Ｄの腐食を促進させることができる。

より具体的に説明すると、長尺部７４および隙間形成体８Ｄは、互いに重ねられた状態で隙間形成体８Ｄが長尺部７４に対して固定部材８６により固定されている。
固定部材８６は、例えばボルトおよびナットで構成されている。
具体的には、長尺部７４および隙間形成体８Ｄは、互いに重ねられた状態にて、双方を貫通する貫通孔が形成されており、その貫通孔に一方側からボルトを挿通し、他方側からボルトにナットを螺合させることにより、隙間形成体８Ｄが電気抵抗体７Ｄに対して固定部材８６により固定されている。

このようなボルトおよびナットは、隙間形成体８Ｄを局所的に電気抵抗体７Ｄに対して圧着させるので、隙間形成体８Ｄの圧着された部分以外の部分が電気抵抗体７Ｄに対して若干浮き上がり、隙間が形成される。
この隙間における電気抵抗体７Ｄと隙間形成体８Ｄとの間の距離は、固定部材８６のボルトおよびナットの締付トルクに応じて調整することができる。なお、かかる距離は、電気抵抗体３Ｄの腐食を生じ得る大きさに設定すればよい。

また、本実施形態では、隙間形成体８Ｄは、平面視にて、接合部７４ｃを覆うように設けられている。ここで、接合部７４ｃは、導体７４ａ、７４ｂの板面に対して若干突出した形状をなす。そのため、固定部材８６のボルトおよびナットの締付トルクによらず、隙間形成体８Ｄと電気抵抗体７Ｄとの間に、接合部７４ｃの突出量に応じた隙間を形成することができる。

なお、隙間形成体８Ｄの電気抵抗体７Ｄ側の面には、所望の隙間の大きさに応じた微小な突起が形成されていてもよい。この場合、固定部材８６のボルトおよびナットの締付トルクによらず、かかる突起の突出量に応じて隙間の大きさを所望の大きさに規定することができる。
固定部材８６の構成材料としては、それぞれ、特に限定されないが、絶縁性材料を用いるのが好ましい。

以上説明したような第５実施形態に係るセンサー装置１Ｄによっても、コンクリート１０１の品質劣化を防止しつつ、測定対象物の状態を測定し、その測定結果に基づく情報を鉄筋１０２の腐食前の計画的または予防的な保全に活用することができる。
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、例えば、本発明の測定方法では、任意の目的の工程が１または２以上追加されてもよい。
また、前述した実施形態では電気抵抗体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、電気抵抗体は、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。

また、電気抵抗体の設置位置、大きさ（大小関係）、数等についても、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。
また、前述した実施形態では機能素子がＣＰＵ、Ａ／Ｄ変換回路および測定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電気抵抗体の抵抗値に関する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。
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、これらを電気抵抗体３および電気抵抗体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。

１‥‥センサー装置 １Ａ‥‥センサー装置 １Ｂ、１Ｃ、１Ｄ‥‥センサー装置 ２‥‥本体 ２Ａ、２Ｂ、２Ｄ‥‥本体 ２１、２１Ａ‥‥基板 ２２ａ‥‥導体部 ２２ｂ‥‥導体部 ２２ｃ‥‥導体部 ２３、２３Ａ‥‥絶縁層 ２４、２４Ａ‥‥封止部 ２５‥‥保護膜 ３、３Ａ、３Ｂ、３Ｄ‥‥電気抵抗体 ３１、３２、３１Ｄ、３２Ｄ‥‥第１の部分 ３３、３３Ｄ‥‥第２の部分 ３４‥‥長尺部 ３４ａ、３４ｂ‥‥導体 ３４ｃ‥‥接合部 ３５‥‥支持部 ３５ａ、３５ｂ‥‥柱部 ３６ａ‥‥絶縁体 ３６ｂ、３６ｃ‥‥導体 ３６ｄ‥‥導体（長尺部） ３７、７７‥‥保持部材 ３８ａ、３８ｂ‥‥貫通孔 ４、４Ａ‥‥電気抵抗体 ４Ｂ、７、７Ｄ‥‥電気抵抗体 ４１、４１Ａ‥‥空孔 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、６１Ａ‥‥導体部 ６２、６２Ａ‥‥導体部 ６３、６３Ａ‥‥導体部 ６４、６４Ａ‥‥導体部 ７１、７２、７３、７５、７６、７１Ａ、７２Ａ、７３Ａ、７４Ａ‥‥配線 ７４‥‥長尺部 ７４ａ、７４ｂ‥‥導体 ７４ｃ‥‥接合部 ８、８１、８２、８３‥‥電気抵抗体 ８Ａ、８Ｄ‥‥隙間形成体 ８ｃ‥‥電気抵抗体 ８６‥‥固定部材 ９‥‥電気抵抗体 ９１‥‥空孔 ９２‥‥多孔質体 １００‥‥コンクリート構造物 １０１‥‥コンクリート １０２‥‥鉄筋 ５１１‥‥ＣＰＵ ５１２‥‥Ａ／Ｄ変換回路 ５１４‥‥測定回路

Claims (16)

1. 金属材料で構成され、前記金属材料が引っ張られることで表面に引っ張り応力を生じさせた状態で保持された第１の電気抵抗体と、
   金属材料で構成され、表面に引っ張り応力を生じさせない状態で保持された第２の電気抵抗体と、
   前記第１の電気抵抗体および前記第２の電気抵抗体の抵抗値をそれぞれ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前記第１の電気抵抗体および前記第２の電気抵抗体の抵抗値に基づいて、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。
2. 前記第１の電気抵抗体は、一部に局所的に前記引っ張り応力を生じさせた状態で保持されている請求項１に記載のセンサー装置。
3. 前記第１の電気抵抗体は、長尺状をなす長尺部を有し、
   前記長尺部は、長手方向での少なくとも一部に前記引っ張り応力を生じさせた状態で保持されている請求項２に記載のセンサー装置。
4. 前記長尺部の長手方向に前記引っ張り応力を生じさせた状態で弾性変形して前記第１の電気抵抗体を支持する支持部を有する請求項３に記載のセンサー装置。
5. 前記長尺部の途中を屈曲または湾曲させた状態で前記第１の電気抵抗体を保持する保持部材を有する請求項３に記載のセンサー装置。
6. 前記長尺部が巻回される外周面を備える絶縁体を有する請求項３に記載のセンサー装置。
7. 前記第１の電気抵抗体の前記引っ張り応力を生じさせた部分の表面との間に隙間を形成して設けられた隙間形成体を有する請求項１ないし６のいずれかに記載のセンサー装置。
8. 前記第１の電気抵抗体を構成する前記金属材料は、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ある請求項１ないし７のいずれかに記載のセンサー装置。
9. 前記第２の電気抵抗体を構成する前記金属材料は、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ある請求項１ないし８のいずれかに記載のセンサー装置。
10. 前記第１の電気抵抗体を構成する前記金属材料は、鉄、ニッケルまたはこれらを含む合金である請求項１ないし９のいずれかに記載のセンサー装置。
11. 前記第１の電気抵抗体と前記第２の電気抵抗体とは、同種の材料で構成されている請求項１ないし１０のいずれかに記載のセンサー装置。
12. 前記第１の電気抵抗体と前記第２の電気抵抗体とは、異なる材料で構成されている請求項１ないし１１のいずれかに記載のセンサー装置。
13. 前記機能素子は、前記第１の電気抵抗体の抵抗値に基づいて、前記測定対象部位の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請求項１ないし１２のいずれかに記載のセンサー装置。
14. 前記機能素子は、前記第１の電気抵抗体と前記第２の電気抵抗体との抵抗値に基づいて、前記測定対象部位のｐＨあるいは塩化物イオン濃度を測定可能であることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載のセンサー装置。
15. 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１４のいずれかに記載のセンサー装置。
16. 請求項１ないし１５に記載のセンサー装置を備える構造物。

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