JP5929213B2 - センサー装置およびセンサー装置を備える構造物 - Google Patents
センサー装置およびセンサー装置を備える構造物 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5929213B2 JP5929213B2 JP2012005954A JP2012005954A JP5929213B2 JP 5929213 B2 JP5929213 B2 JP 5929213B2 JP 2012005954 A JP2012005954 A JP 2012005954A JP 2012005954 A JP2012005954 A JP 2012005954A JP 5929213 B2 JP5929213 B2 JP 5929213B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sensor device
- resistor
- recess
- electrical resistor
- electrical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 66
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 60
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 37
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 21
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 68
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 68
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 24
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 23
- 239000010408 film Substances 0.000 description 23
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 11
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 8
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010962 carbon steel Substances 0.000 description 7
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 7
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 7
- RPAJSBKBKSSMLJ-DFWYDOINSA-N (2s)-2-aminopentanedioic acid;hydrochloride Chemical class Cl.OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O RPAJSBKBKSSMLJ-DFWYDOINSA-N 0.000 description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 6
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003916 acid precipitation Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910015372 FeAl Inorganic materials 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
- Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)
Description
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。
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。
本発明のセンサー装置は、局所的に形成された凹部または貫通孔を備え、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することを特徴とする。
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高感度に検知することができる。
D/Wが1以上であることが好ましい。
これにより、電気抵抗体の孔食を効果的に生じさせることができる。
本発明のセンサー装置では、前記凹部または前記貫通孔の幅は、1μm以上100μm以下であることが好ましい。
これにより、電気抵抗体の孔食を効果的に生じさせることができる。
前記凹部または前記貫通孔は、前記第2の部分に形成されていることが好ましい。
これにより、電気抵抗体の孔食による腐食速度を高めることができる。
本発明のセンサー装置では、前記金属材料は、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、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より高感度に検知することができる。
鉄または鉄系合金(鉄系材料)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。
前記第1の電気抵抗体に対して離間して設けられた第2の電気抵抗体とを有し、
前記機能素子は、前記第1の電気抵抗体および前記第2の電気抵抗体のそれぞれの抵抗値を測定する機能を有することが好ましい。
これにより、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、測定対象部位の塩化物イオン濃度の測定を中期にわたり行うことができる。
これにより、第1の電気抵抗体および第2の電気抵抗体が同一環境に設置されていても、第2の電気抵抗体の塩化物イオンによる局所腐食の開始タイミングを、第1の電気抵抗体の塩化物イオンによる局所腐食の開始タイミングよりも簡単かつ確実に遅らせることができる。
本発明のセンサー装置では、前記電気抵抗体は、前記凹部または前記貫通孔に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、電気抵抗体の孔食による腐食速度を高めることができる。
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。
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。
前記第1の電気抵抗体に対して離間して設けられ、局所的な凹部および貫通孔を備えていないか、または、前記第1の凹部または前記第1の貫通孔の幅よりも大きい幅で形成された第2の凹部または第2の貫通孔を備えた第2の電気抵抗体とを有し、
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することを特徴とする。
これにより、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、測定対象部位の塩化物イオン濃度の測定を中期にわたり行うことができる。
<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に示す電気抵抗体および機能素子を説明するための平面図、図4は、図2に示す電気抵抗体を説明するための断面図(図3中のA−A線断面図)、図5は、図2に示す電気抵抗体の塩化物イオンによる腐食を説明する模式図である。
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。
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が埋設されている。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。
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。
(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。
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。
具体的には、図3および図4に示すように、本体2は、封止部24を有する。この封止部24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を封止する機能を有する。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、封止部24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、図4に示すように、それぞれ、前述した本体2の外表面上(より具体的には基板21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。
また、電気抵抗体3、4の外形は、それぞれ、板状またはシート状をなしている。また、電気抵抗体3、4は、それぞれ、長尺状をなしている。すなわち、電気抵抗体3、4は、それぞれ、帯状をなしている。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。
また、電気抵抗体3は、電気抵抗体4よりも長尺となっている。なお、電気抵抗体3、4の長さの関係は、これに限定されず、例えば、電気抵抗体4が電気抵抗体3よりも長尺であってもよいし、電気抵抗体の長さと電気抵抗体4の長さが等しくてもよい。
このような凹部31を備える電気抵抗体3では、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を孔食により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高感度に検知することができる。
電気抵抗体3が塩化物イオン(Cl−)の存在下にあるとき、凹部31内に侵入した塩化物イオンにより、電気抵抗体3の表面に形成された不動態膜の局所的な破壊が一旦生じると、電気抵抗体3を構成する第1の金属材料が金属イオン(Mnn+)として凹部31内に溶出する。
Fe→Fe2++2e
の反応により、凹部31内に金属イオンとしてFe2+が溶出する。
このように凹部31内に溶出した金属イオンは、拡散速度が遅く、凹部31内に滞留する。これにより、凹部31内での金属イオンの濃度が増加する。
そのため、凹部31外における塩化物イオンの濃度に比し、凹部31内における塩化物イオンの濃度が高くなる。
例えば、第1の金属材料が純鉄(Fe)である場合、
Fe2++2Cl−→FeCl2
FeCl2+2H2O→Fe(OH)2+HCl
の反応により、凹部31内の水素イオンの濃度が増加する。
そのため、凹部31外における水素イオンの濃度に比し、凹部31内における水素イオンの濃度が高くなる。
以上のようなことから、凹部31外における塩化物イオンおよび水素イオンの濃度が比較的少なくても、凹部31内の塩化物イオン濃度および水素イオン濃度が高まり、電気抵抗体3の腐食(孔食)が進行することとなる。
例えば、第1の金属材料が純鉄(Fe)である場合、
電気抵抗体3のアノード領域では、Fe→Fe2++2eのアノード反応が生じ、
電気抵抗体3のカソード領域では、1/2O2+H2O+2e→2OH−のカソード反応が生じる。
このような凹部31の横断面は、開口部側(電気抵抗体3の一方の側面側)から底部側(電気抵抗体3の他方の側面側)に向けて幅が漸減する三角形をなしている。これにより、凹部31の深さが比較的浅くても、前述したような電気抵抗体3の孔食を効果的に生じさせることができる。
なお、凹部31は、その延在方向での少なくとも一部において、前述したようなD/Wの関係を満たせばよい。また、「凹部31の幅」とは、凹部31の横断面における開口端の幅をいう。
また、凹部31の幅Wは、特に限定されないが、例えば、1μm以上100μm以下程度であるのが好ましい。これにより、電気抵抗体3の孔食を効果的に生じさせることができる。
また、凹部31の延在方向での長さは、特に限定されない。
なお、凹部31の数は、本実施形態では1つであるが、電気抵抗体3の孔食を促進することができれば、2つ以上であってもよい。
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。
例えば、Fe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。
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Fe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の後述する孔食を生じさせやすくすることができる。
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。
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。
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測定を長期にわたり行うことができる。
このようなことから、電気抵抗体3の塩化物イオンによる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中期にわたり行うことができる。
また、電気抵抗体3、4の厚さは、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、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51は、前述した本体2の内部に埋設されている。なお、機能素子51は、前述した本体2の基板21に対して電気抵抗体3および電気抵抗体4とは、同一面に設けても、反対側に設けても良い。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
そのため、コンクリート構造物100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高感度に検知することができる。
また、本実施形態では、局所的な凹部を有しない電気抵抗体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。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
図6は、本発明の第2実施形態に係るセンサー装置を示す平面図、図7は、図6に示す電気抵抗体を説明するための断面図(図6中のA−A線断面図)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、電気抵抗体の形状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。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。
電気抵抗体3Aは、互いに離間した板状またはシート状をなす2つの第1の部分32、33と、この2つの第1の部分32、33間に形成された第2の部分34とから構成されている。
第1の部分32、33は、それぞれ、平面視にて四角形をなしている。
特に、第2の部分34の側面には、前述した第1実施形態の電気抵抗体3の凹部31と同様に構成された凹部31Aが形成されている。これにより、電気抵抗体3Aの孔食による腐食速度を高めることができる。
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。
次に、本発明の第3実施形態を説明する。
図8は、本発明の第3実施形態に係るセンサー装置を示す平面図、図9は、図8に示す電気抵抗体を説明するための断面図(図8中のA−A線断面図)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、第1の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。
電気抵抗体3Bは、長尺の板状またはシート状をなし、上面(本体2とは反対側の面)には、局所的に凹部31Bが形成されている。
このような凹部31Bを備える電気抵抗体3Bでは、前述した第1実施形態の電気抵抗体3と同様、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3Bを孔食により腐食させることができる。
また、本実施形態では、凹部31Bは、V字溝であり、凹部31Bの横断面は、開口部側(電気抵抗体3B上面側)から底部側(電気抵抗体3Bの下面側)に向けて幅が漸減する三角形をなしている。
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。
次に、本発明の第4実施形態を説明する。
図10は、本発明の第4実施形態に係るセンサー装置を示す平面図、図11は、図10に示す電気抵抗体を説明するための断面図(図10中のA−A線断面図)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、電気抵抗体の形状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、電気抵抗体の凹部の構成が異なる以外は、第2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。
電気抵抗体3Cは、互いに離間した2つの第1の部分32、33と、この2つの第1の部分32、33間に形成された第2の部分34Cとから構成されている。
第2の部分34Cは、第1の部分32と第1の部分33とを連結している。本実施形態では、第2の部分34Cは、長尺状(帯状)をなし、その一端が第1の部分32に接続され、他端が第1の部分33に接続されている。
このような凹部31Cを備える電気抵抗体3Cでは、前述した第1実施形態の電気抵抗体3と同様、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3Cを孔食により腐食させることができる。
また、本実施形態では、凹部31Cは、矩形溝であり、凹部31Cの横断面は、開口部側(電気抵抗体3C上面側)から底部側(電気抵抗体3Cの下面側)に向けて幅が一定となっている。
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。
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使用状態の一例を示す図、図13は、図12に示すセンサー装置に備えられた電気抵抗体(第1の電気抵抗体)を説明するための図、図14は、図13に示す電気抵抗体の上面図である。
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。
本実施形態では、電気抵抗体3、4、3Dは、コンクリート構造物100の外表面からの距離が、コンクリート構造物100の外表面と鉄筋102との間に距離(すなわち鉄筋102のかぶり深さ)とほぼ等しくなるように設置されている。
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。
この導体36b、36cの構成材料としては、導電性を有するものであれば、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。
このような電気抵抗体3Dは、電気抵抗体3、4と同一環境に設置されていても、電気抵抗体3Dの塩化物イオンによる局所腐食の開始タイミングを、電気抵抗体3、4の塩化物イオンによる局所腐食の開始タイミングよりも早めることができる。
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。
また、前述した実施形態では、孔食を生じさせ易くするために電気抵抗体に凹部を形成した場合を例に説明したが、電気抵抗体に貫通孔を形成することにより電気抵抗体の孔食を生じさせ易くしてもよい。
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、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。
Claims (13)
- 第1の金属材料で構成された第1の電気抵抗体と、
第2の金属材料で構成された第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の電気抵抗体と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、
前記第1の電気抵抗体は、局所的に形成された第1の凹部または第1の貫通孔を備え、
前記第2の電気抵抗体は、多孔質体で構成され、
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。 - 前記第1の凹部または前記第1の貫通孔の幅をWとし、前記第1の凹部または前記第1の貫通孔の深さをDとしたときに、
D/Wが1以上である請求項1に記載のセンサー装置。 - 前記第1の凹部または前記第1の貫通孔の幅は、1μm以上100μm以下である請求項1または2に記載のセンサー装置。
- 前記第1の電気抵抗体は、板状またはシート状をなす2つの第1の部分と、前記2つの第1の部分を連結する長手形状の第2の部分とを有し、
前記第1の凹部または前記貫通孔は、前記第2の部分に形成されている請求項1ないし3のいずれかに記載のセンサー装置。 - 前記第2の電気抵抗体は、局所的な凹部および貫通孔を備えていないか、または、前記第1の凹部または前記第1の貫通孔の幅より大きい幅で形成された第2の凹部または第2の貫通孔を備える請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のセンサー装置。
- 前記第1の金属材料および前記第2の金属材料は、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5のいずれかに記載のセンサー装置。
- 前記第1の金属材料および前記第2の金属材料は、鉄または鉄系材料である請求項6に記載のセンサー装置。
- 前記第1の金属材料と前記第2の金属材料とは、同種の金属材料である請求項1から7に記載のセンサー装置。
- 前記第1の電気抵抗体は、前記第1の凹部または前記貫通孔に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ないし8のいずれかに記載のセンサー装置。
- 前記機能素子は、前記第1の電気抵抗体および前記第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9のいずれかに記載のセンサー装置。
- 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10のいずれかに記載のセンサー装置。 - 前記センサー装置は、構造物内に設けられ、前記第1の電気抵抗体と前記第2の電気抵抗体とは、前記構造物の表面からの距離が互いに等しくなるように設けられている請求項1ないし11に記載のセンサー装置。
- 請求項1ないし11に記載のセンサー装置を備える構造物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012005954A JP5929213B2 (ja) | 2012-01-16 | 2012-01-16 | センサー装置およびセンサー装置を備える構造物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012005954A JP5929213B2 (ja) | 2012-01-16 | 2012-01-16 | センサー装置およびセンサー装置を備える構造物 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013145190A JP2013145190A (ja) | 2013-07-25 |
JP5929213B2 true JP5929213B2 (ja) | 2016-06-01 |
Family
ID=49041044
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012005954A Active JP5929213B2 (ja) | 2012-01-16 | 2012-01-16 | センサー装置およびセンサー装置を備える構造物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5929213B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6330300B2 (ja) * | 2013-12-02 | 2018-05-30 | 富士通株式会社 | 腐食センサ、腐食センサの製造方法、腐食センサユニット及び腐食モニタシステム |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4628252A (en) * | 1983-12-12 | 1986-12-09 | General Electric Company | Corrosive impurity sensor |
JPH0296637A (ja) * | 1988-10-03 | 1990-04-09 | Babcock Hitachi Kk | 応力腐食割れ発生寿命モニタリングシステム |
JP3201837B2 (ja) * | 1992-08-03 | 2001-08-27 | 博明 柳田 | 導電性繊維束含有プラスチック複合材による歪・応力探知方法およびそれに用いる導電性繊維束含有プラスチック複合材 |
JP2929270B2 (ja) * | 1995-12-21 | 1999-08-03 | 財団法人日本建築総合試験所 | コンクリートの中性化測定方法及び装置 |
JP3205291B2 (ja) * | 1997-11-19 | 2001-09-04 | 日本防蝕工業株式会社 | コンクリート中鋼材の腐食状況の予測方法 |
JP3971185B2 (ja) * | 1999-09-30 | 2007-09-05 | 株式会社日立製作所 | 環境評価等に用いる亀裂進展センサ及び亀裂進展量測定システム |
JP2001296237A (ja) * | 2000-04-17 | 2001-10-26 | Babcock Hitachi Kk | 腐食センサと高感度腐食監視装置と方法 |
JP2003107030A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ひび割れ検知システム |
JP2005091167A (ja) * | 2003-09-17 | 2005-04-07 | Railway Technical Res Inst | 亀裂検出テープ及び亀裂検出システム |
JP2005179501A (ja) * | 2003-12-19 | 2005-07-07 | Railway Technical Res Inst | 導電性塗料、導電性塗膜、亀裂監視用塗料及び亀裂検出用塗膜 |
JP2006285356A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Oki Electric Ind Co Ltd | 特性検出通信装置 |
JP4688080B2 (ja) * | 2005-06-01 | 2011-05-25 | 太平洋セメント株式会社 | 腐食センサ、シース管、シース管継ぎ手部材および腐食センサユニット |
JP2007024872A (ja) * | 2005-06-16 | 2007-02-01 | Taiheiyo Cement Corp | 複合センサモジュール、シース管およびシース管継ぎ手部材 |
JP4745811B2 (ja) * | 2005-12-14 | 2011-08-10 | 太平洋セメント株式会社 | 腐食検知部材および腐食センサ |
JP2008051632A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Toshiba Corp | 応力腐食割れ進展試験方法及びその装置 |
JP2009236524A (ja) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Taiheiyo Cement Corp | 腐食センサ装置、腐食センサ装置の製造方法、腐食検出方法、センサおよびセンサの製造方法 |
JP4588108B1 (ja) * | 2009-10-07 | 2010-11-24 | 太平洋セメント株式会社 | 腐食センサ装置、腐食センサ装置の製造方法、腐食検出方法、センサおよびセンサの製造方法 |
JP5345089B2 (ja) * | 2010-02-25 | 2013-11-20 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 亀裂監視装置及び亀裂監視方法 |
-
2012
- 2012-01-16 JP JP2012005954A patent/JP5929213B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013145190A (ja) | 2013-07-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5796344B2 (ja) | センサー装置 | |
JP5942349B2 (ja) | センサー装置 | |
JP5906688B2 (ja) | センサー装置 | |
JP2012198121A (ja) | センサー装置および測定方法 | |
JP5987325B2 (ja) | センサー装置、構造物およびセンサー装置の設置方法 | |
JP5929094B2 (ja) | センサー装置および構造物 | |
JP2007163324A (ja) | 腐食検知部材および腐食センサ | |
KR102274158B1 (ko) | 부식 감시 장치 | |
JP2016131011A (ja) | モニタリングタグ | |
JP5974352B2 (ja) | センサー装置 | |
JP5929213B2 (ja) | センサー装置およびセンサー装置を備える構造物 | |
JP2012198120A (ja) | センサー装置 | |
JP5906650B2 (ja) | センサー装置およびセンサー素子 | |
JP6115601B2 (ja) | センサー装置 | |
JP2013019827A (ja) | センサー装置 | |
JP5970687B2 (ja) | センサー装置 | |
JP2012237697A (ja) | センサー装置 | |
JP5910105B2 (ja) | センサー装置 | |
JP2013011500A (ja) | センサー装置 | |
US20150198519A1 (en) | Corrosion sensing systems and methods including electrochemical cells activated by exposure to damaging fluids | |
JP2013108831A (ja) | センサー装置およびセンサー装置の製造方法 | |
JP2012242095A (ja) | センサー装置 | |
JP2012198122A (ja) | センサー装置および測定方法 | |
JP6007500B2 (ja) | センサー装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141211 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20150107 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150813 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150925 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151118 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160405 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160418 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5929213 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |