JP6007500B2 - センサー装置 - Google Patents
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Description
本発明は、センサー装置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。
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。
本発明の目的は、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、第１の金属材料で構成された第１の電極と、
前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差により生じた電荷を蓄積する蓄電部と、
前記蓄電部に蓄積された電荷に応じた電位差を測定する測定部と、
前記蓄電部を前記第１の電極および前記第２の電極に電気的に接続する第１の状態と、前記蓄電部を前記測定部に電気的に接続する第２の状態とを切り換える切換部とを備え、
前記第１の金属材料および前記第２の金属材料は、それぞれ、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り、
前記蓄電部は、不動態膜の有無による前記第１の電極または前記第２の電極の電位の変化に伴う前記第１の電極と前記第２の電極との電位差により生じた電荷を蓄積することを特徴とする。
本発明のセンサー装置は、第１の金属材料で構成された第１の電極と、
前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差により生じた電荷を蓄積する蓄電部と、
前記蓄電部に蓄積された電荷に応じた電位差を測定する測定部と、
前記蓄電部を前記第１の電極および前記第２の電極に電気的に接続する第１の状態と、前記蓄電部を前記測定部に電気的に接続する第２の状態とを切り換える切換部とを備え、
前記第１の金属材料および前記第２の金属材料は、それぞれ、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り、
前記蓄電部は、不動態膜の有無による前記第１の電極または前記第２の電極の電位の変化に伴う前記第１の電極と前記第２の電極との電位差により生じた電荷を蓄積することを特徴とする。
このように構成されたセンサー装置によれば、第１の電極と第２の電極との電位差を測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度の変化に伴って変化させることができる。したがって、測定部で測定された電位差に基づいて、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知することができる。
特に、蓄電部を第１の電極と第２の電極との電位差に飽和させた状態で、蓄電部に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部で測定することにより、第１の電極と第２の電極との電位差により生じる電荷が微小であっても、かかる電位差を測定することができる。また、第１の電極と第２の電極との電位差が外乱等により変動しても、測定部で測定される電位差を安定化することができる。
このようなことから、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを高精度に検知することができる。
特に、第１の金属材料および第２の金属材料が、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であることにより、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを高精度に検知することができる。
特に、蓄電部を第１の電極と第２の電極との電位差に飽和させた状態で、蓄電部に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部で測定することにより、第１の電極と第２の電極との電位差により生じる電荷が微小であっても、かかる電位差を測定することができる。また、第１の電極と第２の電極との電位差が外乱等により変動しても、測定部で測定される電位差を安定化することができる。
このようなことから、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを高精度に検知することができる。
特に、第１の金属材料および第２の金属材料が、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であることにより、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否か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、前記測定部は、前記切換部が前記第２の状態であるとき、前記蓄電部に蓄積された電荷の放出を促進させる抵抗器を有することが好ましい。
これにより、測定部で電位差を測定した後に、蓄電部を速やかに初期状態（蓄積された電荷の量がゼロまたはそれに近い状態）とすることができる。そのため、次回の蓄電部での蓄電のために測定部での測定後に第２の状態から第１の状態へ切り換えるまでの時間長さを短くしつつ、次回の測定部での測定も前回の測定部での測定と同様に高精度に行うことができる。
これにより、測定部で電位差を測定した後に、蓄電部を速やかに初期状態（蓄積された電荷の量がゼロまたはそれに近い状態）とすることができる。そのため、次回の蓄電部での蓄電のために測定部での測定後に第２の状態から第１の状態へ切り換えるまでの時間長さを短くしつつ、次回の測定部での測定も前回の測定部での測定と同様に高精度に行うことができる。
本発明のセンサー装置では、前記測定部は、前記蓄電部と前記抵抗器との間に設けられた開閉可能なスイッチを有することが好ましい。
これにより、測定部で電位差を測定する際に、蓄電部に蓄積された電荷が抵抗器で不本意に消費されるのを防止することができる。
本発明のセンサー装置では、前記測定部は、前記切換部が前記第２の状態であるとき、前記蓄電部に蓄積された電荷に応じた電位差を増幅するオペアンプを有することが好ましい。
これにより、蓄電部に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部で測定することができる。
これにより、測定部で電位差を測定する際に、蓄電部に蓄積された電荷が抵抗器で不本意に消費されるのを防止することができる。
本発明のセンサー装置では、前記測定部は、前記切換部が前記第２の状態であるとき、前記蓄電部に蓄積された電荷に応じた電位差を増幅するオペアンプを有することが好ましい。
これにより、蓄電部に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部で測定することができる。
本発明のセンサー装置では、前記切換部の切り換えを制御する機能を有する制御部を備えることが好ましい。
これにより、切換部の切り換えを所望のタイミングで行うことができる。
本発明のセンサー装置では、前記測定部の測定結果に基づいて、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを判断する判断部を備えることが好ましい。
これにより、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知することができる。
これにより、切換部の切り換えを所望のタイミングで行うことができる。
本発明のセンサー装置では、前記測定部の測定結果に基づいて、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを判断する判断部を備えることが好ましい。
これにより、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知することができる。
本発明のセンサー装置では、前記第１の金属材料は、鉄または鉄系合金であることが好ましい。
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、第１の金属材料をコンクリート構造物中の鉄筋と同一材料とすることが可能であり、第１の金属材料を鉄筋と同一材料とすることにより、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、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料のいずれか一方は、隙間腐食または孔食を生じるように構成されていることが好ましい。
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、第１の金属材料をコンクリート構造物中の鉄筋と同一材料とすることが可能であり、第１の金属材料を鉄筋と同一材料とすることにより、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、前記第１の金属材料および前記第２の金属材料のいずれか一方は、隙間腐食または孔食を生じるように構成されていることが好ましい。
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１に示すセンサー装置の平面図、図４は、図３中のＡ−Ａ線断面図、図５は、図２に示す蓄電部、測定部および切換部（第１の状態）を説明するための回路図、図６は、図２に示す蓄電部、測定部および切換部（第２の状態）を説明するための回路図である。
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状態測定に用いる場合を例に説明する。
＜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１に示すセンサー装置の平面図、図４は、図３中のＡ−Ａ線断面図、図５は、図２に示す蓄電部、測定部および切換部（第１の状態）を説明するための回路図、図６は、図２に示す蓄電部、測定部および切換部（第２の状態）を説明するための回路図である。
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状態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の状態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の硬化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。
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の硬化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。
このセンサー装置１は、本体２と、その本体２の表面に露出した第１の電極３および第２の電極４とを有する。本実施形態では、第１の電極３および第２の電極４は、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、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、電極面がコンクリート構造物１００の外表面に平行または略平行となるように設置されている。そして、第１の電極３および第２の電極４は、ｐＨまたは塩化物イオン濃度の変化に伴って、これらの間の電位差が変化するように構成されている。なお、第１の電極３および第２の電極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、蓄電部５１と、測定部５２と、切換部５３と、通信部５４と、制御部５５と、記憶部５６と、時刻情報生成部５７と、電源部５８とを有し、これら（電気回路）が本体２内に収納されている。
また、センサー装置１は、図２に示すように、蓄電部５１と、測定部５２と、切換部５３と、通信部５４と、制御部５５と、記憶部５６と、時刻情報生成部５７と、電源部５８とを有し、これら（電気回路）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、第１の電極３および第２の電極４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、第１の電極３および第２の電極４を支持する基板２１を有する。なお、図示しないが、基板２１は、蓄電部５１、測定部５２、切換部５３、通信部５４、制御部５５、記憶部５６、時刻情報生成部５７および電源部５８も支持する。
（本体）
本体２は、第１の電極３および第２の電極４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、第１の電極３および第２の電極４を支持する基板２１を有する。なお、図示しないが、基板２１は、蓄電部５１、測定部５２、切換部５３、通信部５４、制御部５５、記憶部５６、時刻情報生成部５７および電源部５８も支持する。
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（図４参照）。そして、この絶縁層２３を介して基板２１上には、第１の電極３および第２の電極４が実装されている。
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（図４参照）。そして、この絶縁層２３を介して基板２１上には、第１の電極３および第２の電極４が実装されている。
図３に示すように、この基板２１上には、後述する切換部５３に電気的に接続された導体部６１、６２（電極パッド）が設けられている。
この導体部６１は、第１の電極３に電気的に接続されている。また、導体部６２は、第２の電極４に電気的に接続されている。
また、本体２は、蓄電部５１、測定部５２、切換部５３、通信部５４、制御部５５、記憶部５６、時刻情報生成部５７および電源部５８を収納する機能を有する。
この導体部６１は、第１の電極３に電気的に接続されている。また、導体部６２は、第２の電極４に電気的に接続されている。
また、本体２は、蓄電部５１、測定部５２、切換部５３、通信部５４、制御部５５、記憶部５６、時刻情報生成部５７および電源部５８を収納する機能を有する。
特に、本体２は、蓄電部５１、測定部５２、切換部５３、通信部５４、制御部５５、記憶部５６、時刻情報生成部５７および電源部５８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、蓄電部５１、測定部５２、切換部５３、通信部５４、制御部５５、記憶部５６、時刻情報生成部５７および電源部５８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、蓄電部５１、測定部５２、切換部５３、通信部５４、制御部５５、記憶部５６、時刻情報生成部５７および電源部５８の劣化を防止することができる。
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、蓄電部５１、測定部５２、切換部５３、通信部５４、制御部５５、記憶部５６、時刻情報生成部５７および電源部５８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、蓄電部５１、測定部５２、切換部５３、通信部５４、制御部５５、記憶部５６、時刻情報生成部５７および電源部５８の劣化を防止することができる。
ここで、封止部２４は、開口部２４１を有し、この開口部２４１から第１の電極３および第２の電極４を露出させつつ、第１の電極３および第２の電極４以外の各部を覆うように設けられている（図３および図４参照）。これにより、封止部２４が第１の電極３および第２の電極４以外の各部の劣化を防止しつつ、センサー装置１が測定を行うことができる。なお、開口部２４１は、第１の電極３および第２の電極４の少なくとも一部を露出するように形成されていればよい。
封止部２４の構成材料としては、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２４は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。
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。
（第１の電極、第２の電極）
第１の電極３および第２の電極４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、第１の電極３および第２の電極４は、同一平面上に設けられている。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境の差が生じるのを防止することができる。
第１の電極３および第２の電極４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、第１の電極３および第２の電極４は、同一平面上に設けられている。そのため、第１の電極３および第２の電極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、第１の電極３および第２の電極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。
本実施形態では、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、薄膜状をなしている。また、第１の電極３および第２の電極４の平面視形状は、それぞれ、四角形をなしている。また、第１の電極３および第２の電極４は、平面視にて、互いの形状および面積が等しくなっている。
本実施形態では、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、薄膜状をなしている。また、第１の電極３および第２の電極４の平面視形状は、それぞれ、四角形をなしている。また、第１の電極３および第２の電極４は、平面視にて、互いの形状および面積が等しくなっている。
このような第１の電極３は、不動態膜を形成する第１の金属材料（以下、単に「第１の金属材料」ともいう）で構成されている。このように構成された第１の電極３は、ｐＨの変化によって不動態膜が形成されたり破壊されたりする。このような第１の電極３に不動態膜が形成された状態では不活性（貴）であり、自然電位が高くなる（貴化する）。一方、第１の電極３は、不動態膜が破壊された状態（消失された状態）では活性（卑）である。そのため、第１の電極３の電位は、ｐＨ変化に伴う不動態膜の有無により急峻に変化する。
第１の金属材料としては、不動態膜が形成される限り、特に限定されないが、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。
Ｆｅは、ｐＨが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。
Ｆｅは、ｐＨが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、第１の金属材料は、ＦｅまたはＦｅを含む合金（Ｆｅ系合金）、すなわち鉄系材料（炭素鋼、合金鋼）であるのが好ましい。鉄系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、第１の金属材料をコンクリート構造物１００の鉄筋１０２と同一材料とすることが可能であり、第１の金属材料を鉄筋１０２と同一材料とすることにより、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、第１の電極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。
一方、第２の電極４は、第１の金属材料とは異なる第２の金属材料（以下、単に「第２の金属材料」とも言う）で構成されている。このように構成された第２の電極４は、前述したように不動態膜の有無により第１の電極３の電位が変化する際に、不導体膜の形成や破壊（消失）が無く、急激な電位の変化がない。そのため、前述したように不動態膜の有無により第１の電極３の電位が変化する際に、第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境（本実施形態ではコンクリート１０１の鉄筋１０２付近）のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
第２の金属材料としては、第１の金属材料とは異なる金属材料であり、電極として機能し得るものであれば、特に限定されず、各種金属材料を用いることができる。
また、第２の金属材料は、前述した第１の金属材料と異なる金属材料であれば、不動態膜を形成するものであってもよいし、不動態膜を形成しないものであってもよい。
第２の金属材料が不動態膜を形成するものである場合、第２の金属材料として、上述の第１の金属材料として例示した金属を挙げることができる。
また、第２の金属材料は、前述した第１の金属材料と異なる金属材料であれば、不動態膜を形成するものであってもよいし、不動態膜を形成しないものであってもよい。
第２の金属材料が不動態膜を形成するものである場合、第２の金属材料として、上述の第１の金属材料として例示した金属を挙げることができる。
本発明の好ましい態様においては、第１の金属材料が不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値を第１のｐＨ（第１の不動態化ｐＨ）とし、第２の金属材料が不動態膜を形成するｐＨの範囲の下限値を第２のｐＨ（第２の不動態化ｐＨ）としたとき、第１のｐＨおよび第２のｐＨが互いに異なる。すなわち、第１の金属材料は、第１のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成し、第２の金属材料は、第１のｐＨとは異なる第２のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成する。これにより、第１の電極３および第２の電極４が設置された環境のｐＨが第１のｐＨ以下か否かおよび第２のｐＨ以下か否かをそれぞれ正確に検知することができる。
この場合、第１のｐＨが８以上１０以下であり、かつ、第２のｐＨが７以下であるのが好ましい。これにより、第１のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が中性状態に近付いていることを事前に知ることができる。このようなことから、本実施形態にように、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、鉄筋１０２の腐食防止の対策を事前に行うことができる。また、第２のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることもできる。
また、この場合、第２の金属材料は、ＦｅまたはＦｅを含む合金（Ｆｅ系合金）、すなわち鉄系材料であるのが好ましい。鉄系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、第２の金属材料を鉄筋１０２と同一材料とすることが可能であり、第２の金属材料を鉄筋１０２と同一材料とすることにより、鉄筋１０２の腐食状態を効果的に検知することができる。
一方、第２の金属材料が不動態膜を形成しないものである場合、第２の金属材料として、Ｐｔ、Ａｕ等を挙げることができる。第２の金属材料が不動態膜を形成しないものである場合、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が強アルカリ状態から強酸性状態へ変化するとき、その変化を１段階で高精度に検知することができる。
この場合、第１の金属材料は、３以上５以下のｐＨ、または、８以上１０以下のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成するものであるのが好ましい。３以上５以下のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることができる。また、８以上１０以下のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が酸性状態に近付いていることを事前に知ることができる。
この場合、第１の金属材料は、３以上５以下のｐＨ、または、８以上１０以下のｐＨよりも大きいｐＨとなったときに不動態膜を形成するものであるのが好ましい。３以上５以下のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることができる。また、８以上１０以下のｐＨ以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境が酸性状態に近付いていることを事前に知ることができる。
また、第２の金属材料が不動態膜を形成するものである場合、第１の金属材料の不動態膜破壊が始まる塩化物イオン濃度下限値を第１の塩化物イオン濃度とし、第２の金属材料の不動態膜破壊が始まる塩化物イオン濃度下限値を第２の塩化物イオン濃度としたとき、第１の塩化物イオン濃度および第２の塩化物イオン濃度が互いに異なる。すなわち、第１の金属材料は、第１の塩化物イオン濃度よりも大きくなったときに不動態膜破壊が始まり、第２の金属材料は、第１の塩化物イオン濃度とは異なる第２の塩化物イオン濃度よりも大きくなったときに不動態膜の破壊が始まる。これにより、第１の電極３および第２の電極４が設置された環境の塩化物イオン濃度が第１の塩化物イオン濃度以下か否かおよび第２の塩化物イオン濃度以下か否かをそれぞれ正確に検知することができる。
この場合、第１の塩化物イオン濃度が１．０ｋｇ／ｍ３以上１．５ｋｇ／ｍ３以下（好ましくは１．２ｋｇ/ｍ３程度）であり、かつ、第２の塩化物イオン濃度が第１の塩化物イオン濃度より大きいことが好ましい。これにより、第１の塩化物イオン濃度以下か否かを検知することにより、第１の電極３および第２の電極４の設置環境に塩化物イオンが侵入してきているかどうかを知ることができる。例えば、第１の金属材料に、第１の塩化物イオン濃度が約１．２ｋｇ／ｍ３の炭素鋼（ＳＤ３４５）を用い、第２の金属材料に第２の塩化物イオン濃度が約２０ｋｇ／ｍ３であるＳＵＳ３０４を用いる。このように構成された第２の電極４は、塩化物イオン濃度が１．２ｋｇ／ｍ３を超えて不動態膜破壊が始まることにより第１の電極３の電位が変化する際に、不動態膜の破壊（消失）が無く、急激な電位の変化がない。そのため、不動態膜の有無により第１の電極３の電位が変化する際に、第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境（本実施形態ではコンクリート１０１の鉄筋１０２付近）の塩化物イオン濃度が設定値１．２ｋｇ／ｍ３を超えているか否かを正確に検知することができる。第２の金属材料に耐性に優れたＳＵＳ３１６やＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌを用いることもできる。
このようなことから、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、外部からコンクリート１０１内に侵入するＣＯ２（中性化）や塩素イオンをコンクリート構造物１００中の鉄筋１０２に届く前に検知できる。従って、鉄筋１０２が腐食する前に腐食防止の対策を行うことができる。
このような第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法、金属箔の接合等により形成することができる。
このような第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、例えば、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザーＣＶＤのような化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング（低温スパッタリング）、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法、金属箔の接合等により形成することができる。
［蓄電部］
蓄電部５１は、前述した第１の電極３と第２の電極４との電位差により生じた電荷を蓄積する機能を有する。また、蓄電部５１は、蓄電部５１に蓄積した電荷を放出する機能を有する。
この蓄電部５１は、後述する第１の状態の切換部５３を介して、第１の電極３および第２の電極４に電気的に接続される。これにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差に応じた電荷を蓄電部５１に蓄積することができる。
蓄電部５１は、前述した第１の電極３と第２の電極４との電位差により生じた電荷を蓄積する機能を有する。また、蓄電部５１は、蓄電部５１に蓄積した電荷を放出する機能を有する。
この蓄電部５１は、後述する第１の状態の切換部５３を介して、第１の電極３および第２の電極４に電気的に接続される。これにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差に応じた電荷を蓄電部５１に蓄積することができる。
また、蓄電部５１は、後述する第２の状態の切換部５３を介して、測定部５２（測定部）に電気的に接続される。これにより、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部５２で測定することができる。
このような蓄電部５１は、第１の電極３と第２の電極４との電位差により生じた電荷のような微小な電荷を蓄積・放出（充放電）できるものであれば、特に限定されず、各種コンデンサ（キャパシタ）を用いることができる。
このような蓄電部５１は、第１の電極３と第２の電極４との電位差により生じた電荷のような微小な電荷を蓄積・放出（充放電）できるものであれば、特に限定されず、各種コンデンサ（キャパシタ）を用いることができる。
本実施形態では、蓄電部５１は、図５に示すように、コンデンサ５１１で構成されている。
また、蓄電部５１に用いるコンデンサは、第１の電極３および第２の電極４の電極面の面積、測定部５２での測定期間同士の間の時間間隔等に応じて、容量が設定される。例えば、第１の電極３および第２の電極４の電極面の面積が大きくなるほど、蓄電部５１に用いるコンデンサの容量を大きくすることができる。また、測定部５２での測定期間同士の間の時間間隔が長くなるほど、蓄電部５１に用いるコンデンサの容量を大きくすることができる。
また、蓄電部５１に用いるコンデンサは、第１の電極３および第２の電極４の電極面の面積、測定部５２での測定期間同士の間の時間間隔等に応じて、容量が設定される。例えば、第１の電極３および第２の電極４の電極面の面積が大きくなるほど、蓄電部５１に用いるコンデンサの容量を大きくすることができる。また、測定部５２での測定期間同士の間の時間間隔が長くなるほど、蓄電部５１に用いるコンデンサの容量を大きくすることができる。
より具体的に説明すると、蓄電部５１に用いるコンデンサの容量の設定に際しては、測定部５２での測定期間同士の間の時間間隔（すなわち、後述する第１の状態の時間長さである第１の期間）をＴ１とし、蓄電部５１が第１の電極３および第２の電極４に電気的に接続されてから第１の電極３と第２の電極４との電位差に飽和するまでの時間長さをＴ２としたときに、Ｔ２／Ｔ１が、１以下であるのが好ましく、１／５以上４／５以下であるのがより好ましく、２／５以上３／５以下であるのがさらに好ましい。これにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差が微小であっても、蓄電部５１に蓄積された電荷に基づいて、かかる電位差を測定部５２で高精度に測定することができる。
これに対し、Ｔ２／Ｔ１が小さすぎると、スイッチ等の回路からのリーク電流の影響により、誤差が増大して、測定精度が低下する。一方、Ｔ２／Ｔ１が大きすぎると、蓄電部５１を第１の電極３と第２の電極４との電位差に飽和させるのが難しくなる。
ここで、Ｔ１とＴ２との関係について具体例を挙げて説明すると、例えば、蓄電部５１に用いるコンデンサの容量Ｃを５［μＦ］とし、測定時間間隔（第１の期間）Ｔ１を１日（８６４００ｓｅｃ）とし、第１の状態で第１の電極３および第２の電極４から蓄電部５１へ流れる電流Ｉを０．１［ｎＡ］とし、第１の電極３と第２の電極４との間の電位差（後述するように第１の電極３のみが卑下した場合の電位差）Ｖを０．３５［Ｖ］とし、切換部５３に用いるスイッチのリーク電流ＩＬを１０［ｐＡ］とした場合、Ｔ２は、Ｃ×Ｖ／Ｉ＝１７５００［ｓｅｃ］となる。
よって、かかる場合、Ｔ２／Ｔ１は、０．２０である。
ここで、Ｔ１とＴ２との関係について具体例を挙げて説明すると、例えば、蓄電部５１に用いるコンデンサの容量Ｃを５［μＦ］とし、測定時間間隔（第１の期間）Ｔ１を１日（８６４００ｓｅｃ）とし、第１の状態で第１の電極３および第２の電極４から蓄電部５１へ流れる電流Ｉを０．１［ｎＡ］とし、第１の電極３と第２の電極４との間の電位差（後述するように第１の電極３のみが卑下した場合の電位差）Ｖを０．３５［Ｖ］とし、切換部５３に用いるスイッチのリーク電流ＩＬを１０［ｐＡ］とした場合、Ｔ２は、Ｃ×Ｖ／Ｉ＝１７５００［ｓｅｃ］となる。
よって、かかる場合、Ｔ２／Ｔ１は、０．２０である。
また、かかる場合、期間Ｔ１において、切換部５３に用いるスイッチのリーク電流ＩＬに起因して発生する誤差となる電圧Ｖｌｅａｋは、Ｖｌｅａｋ＝０．１７２８［Ｖ］となり、測定対象となる電位差Ｖの約１／２に抑えられる。よって、測定部５２は、蓄電部５１の電位差がＶ＝０．３５［Ｖ］に飽和しているか否かを判断することができる。
［測定部］
測定部５２（測定回路）は、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定する機能を有する。
この測定部５２は、後述する第２の状態の切換部５３を介して、蓄電部５１に電気的に接続される。これにより、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部５２で測定することができる。
測定部５２（測定回路）は、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定する機能を有する。
この測定部５２は、後述する第２の状態の切換部５３を介して、蓄電部５１に電気的に接続される。これにより、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部５２で測定することができる。
本実施形態では、測定部５２は、図５に示すように、オペアンプ５２１と、抵抗器５２２とを有する。
オペアンプ５２１は、後述するように切換部５３が第２の状態であるとき、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を増幅する。これにより、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部５２で測定することができる。
オペアンプ５２１は、後述するように切換部５３が第２の状態であるとき、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を増幅する。これにより、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部５２で測定することができる。
また、抵抗器５２２は、後述するように切換部５３が第２の状態であるとき、蓄電部５１に蓄積された電荷の放出を促進させる。ここで、蓄電部５１の容量をＣとし、抵抗器５２２の抵抗値をＲとしたとき、蓄電部５１に蓄積された電荷が時定数ＣＲで放出される。これにより、測定部５２で電位差を測定した後に、蓄電部５１を速やかに初期状態（蓄積された電荷の量がゼロまたはそれに近い状態）とすることができる。そのため、次回の蓄電部５１での蓄電のために測定部５２での測定後に第２の状態から第１の状態へ切り換えるまでの時間長さを短くしつつ、次回の測定部５２での測定も前回の測定部５２での測定と同様に高精度に行うことができる。
なお、測定部５２の回路構成は、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定し得るものであれば、図示のものに限定されず、例えば、他の回路が付加されていてもよい。
なお、測定部５２の回路構成は、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定し得るものであれば、図示のものに限定されず、例えば、他の回路が付加されていてもよい。
［切換部］
切換部５３は、蓄電部５１を第１の電極３および第２の電極４に電気的に接続する第１の状態（以下、単に「第１の状態」という）と、蓄電部５１を測定部５２に電気的に接続する第２の状態（以下、単に「第２の状態」という）とを切り換える機能を有する。
図５に示すように、切換部５３が第１の状態であるとき、第１の電極３と第２の電極４との電位差に応じた電荷を蓄電部５１に蓄積することができる。
切換部５３は、蓄電部５１を第１の電極３および第２の電極４に電気的に接続する第１の状態（以下、単に「第１の状態」という）と、蓄電部５１を測定部５２に電気的に接続する第２の状態（以下、単に「第２の状態」という）とを切り換える機能を有する。
図５に示すように、切換部５３が第１の状態であるとき、第１の電極３と第２の電極４との電位差に応じた電荷を蓄電部５１に蓄積することができる。
一方、図６に示すように、切換部５３が第２の状態であるとき、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部５２で測定することができる。
特に、蓄電部５１を第１の電極３と第２の電極４との電位差に飽和させた状態で、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部５２で測定することにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差により生じる電荷が微小（例えば電位差が０．３５Ｖ程度）であっても、かかる電位差を測定することができる。また、第１の電極３と第２の電極４との電位差が外乱等により変動しても、測定部５２で測定される電位差を安定化することができる。
特に、蓄電部５１を第１の電極３と第２の電極４との電位差に飽和させた状態で、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部５２で測定することにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差により生じる電荷が微小（例えば電位差が０．３５Ｖ程度）であっても、かかる電位差を測定することができる。また、第１の電極３と第２の電極４との電位差が外乱等により変動しても、測定部５２で測定される電位差を安定化することができる。
本実施形態では、切換部５３は、図５に示すように、スイッチ５３１、５３２を有する。
スイッチ５３１は、蓄電部５１（より具体的にはコンデンサ５１１の一方の電極）を第１の電極３に電気的に接続する状態と測定部５２（より具体的にはオペアンプ５２１の一方の入力端子）に電気的に接続する状態とを切り換え可能に構成されている。
スイッチ５３１は、蓄電部５１（より具体的にはコンデンサ５１１の一方の電極）を第１の電極３に電気的に接続する状態と測定部５２（より具体的にはオペアンプ５２１の一方の入力端子）に電気的に接続する状態とを切り換え可能に構成されている。
スイッチ５３２は、蓄電部５１（より具体的にはコンデンサ５１１の他方の電極）を第２の電極４に電気的に接続する状態と測定部５２（より具体的にはオペアンプ５２１の他方の入力端子）に電気的に接続する状態とを切り換え可能に構成されている。
そして、これらのスイッチ５３１、５３２の切り換えは、後述する制御部５５により制御される。
そして、これらのスイッチ５３１、５３２の切り換えは、後述する制御部５５により制御される。
このようなスイッチ５３１、５３２としては、それぞれ、上述したような切り換えが可能であれば、特に限定されず、各種スイッチを用いることができるが、オフリーク電流が小さいもの、例えば、ＣＭＯＳ−ＦＥＴ等を用いたアナログスイッチを用いるのが好ましい。これにより、スイッチ５３１、５３２のリーク電流により蓄電部５１に蓄積される電荷量を、第１の電極３と第２の電極４との間の電位差に起因して蓄電部５１に蓄積される電荷量よりも小さくすることができる。
［通信部］
通信部５４は、無線通信機能を有する。
より具体的に説明すると、通信部５４は、前述した第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づく測定情報を無線送信する機能を有する。この無線送信された測定情報は、図示しないホストで受信される。
通信部５４は、無線通信機能を有する。
より具体的に説明すると、通信部５４は、前述した第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づく測定情報を無線送信する機能を有する。この無線送信された測定情報は、図示しないホストで受信される。
また、通信部５４は、図示しないホストから無線送信された指示情報を受信する機能をさらに有する。この受信した指示情報に基づいて、後述する制御部５５がセンサー装置１の各部を制御することができる。
また、通信部５４は、図示しないホストから無線送信された時刻情報を受信する機能をさらに有していてもよい。この場合、この受信した時刻情報は、後述する時刻情報生成部５７の時刻の補正に用いることができる。これにより、時刻情報生成部５７およびホストの時刻を合わせることにより、センサー装置１およびホストの動作を簡単かつ確実に同期させることができる。そのため、センサー装置１を無駄なく動作させ、センサー装置１の消費電力を抑えることができる。
また、通信部５４は、図示しないホストから無線送信された時刻情報を受信する機能をさらに有していてもよい。この場合、この受信した時刻情報は、後述する時刻情報生成部５７の時刻の補正に用いることができる。これにより、時刻情報生成部５７およびホストの時刻を合わせることにより、センサー装置１およびホストの動作を簡単かつ確実に同期させることができる。そのため、センサー装置１を無駄なく動作させ、センサー装置１の消費電力を抑えることができる。
このような通信部５４は、アンテナ５４１と、通信回路５４２とを有する。
アンテナ５４１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。なお、アンテナ５４１は、送信および受信に共通して１つのアンテナで構成されていてもよいし、送信および受信のそれぞれに対応して２つのアンテナで構成されていてもよい。
アンテナ５４１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。なお、アンテナ５４１は、送信および受信に共通して１つのアンテナで構成されていてもよいし、送信および受信のそれぞれに対応して２つのアンテナで構成されていてもよい。
通信回路５４２は、例えば、電磁波を送信するための送信回路と、送信する信号を変調する機能を有する変調回路と、電磁波を受信するための受信回路と、受信する信号を復調する機能を有する復調回路とを有する。なお、通信回路５４２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等を有していてもよい。なお、これらの回路は、同一基板上に設けられていてもよいし、互いに異なる基板上に設けられていてもよい。
また、通信部５４は、コンクリート構造物１００内での無線通信が可能であれば、特に限定されないが、ＬＦ帯域（３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ）の搬送波を用いるものが好ましい。これにより、センサー装置１の消費電力を抑えつつ、センサー装置１とホストとの通信可能な距離を大きくすることができる。
また、通信部５４は、コンクリート構造物１００内での無線通信が可能であれば、特に限定されないが、ＬＦ帯域（３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚ）の搬送波を用いるものが好ましい。これにより、センサー装置１の消費電力を抑えつつ、センサー装置１とホストとの通信可能な距離を大きくすることができる。
［制御部］
制御部５５は、センサー装置１を構成する各部を制御する機能を有する。
より具体的に説明すると、制御部５５は、前述した切換部５３の切り換えを制御する機能を有する。これにより、切換部５３の切り換えを所望のタイミングで行うことができる。
制御部５５は、センサー装置１を構成する各部を制御する機能を有する。
より具体的に説明すると、制御部５５は、前述した切換部５３の切り換えを制御する機能を有する。これにより、切換部５３の切り換えを所望のタイミングで行うことができる。
また、制御部５５は、測定部５２の測定結果に基づいて、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを判断する機能を有する。すなわち、制御部５５は、測定部５２の測定結果に基づいて、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを判断する判断部を構成する。これにより、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知することができる。
この制御部５５は、特に限定されないが、例えば、ＭＰＵで構成されている。
そして、制御部５５は、例えば、後述する記憶部５６に記憶されたプログラムに基づいて、センサー装置１を構成する各部を制御する。
この制御部５５は、特に限定されないが、例えば、ＭＰＵで構成されている。
そして、制御部５５は、例えば、後述する記憶部５６に記憶されたプログラムに基づいて、センサー装置１を構成する各部を制御する。
［記憶部］
記憶部５６は、センサー装置１の各部を制御するためのプログラムが予め記憶されている。
なお、記憶部５６には、複数のプログラムが予め記憶され、制御部５５が、図示しないホストからの指示情報に基づいて、複数のプログラムのうちの１つのプログラムを選択して実行してもよい。例えば、記憶部５６には、切換部５３の第１の状態の時間長さが異なる複数のプログラムが記憶されていてもよい。この場合、例えば、平常時には、切換部５３の第１の状態の時間長さが長い（例えば１日〜１週間程度）のプログラムを用い、所望時（非常時）には、切換部５３の第１の状態の時間長さが短い（例えば数時間程度）のプログラムを用いる。
記憶部５６は、センサー装置１の各部を制御するためのプログラムが予め記憶されている。
なお、記憶部５６には、複数のプログラムが予め記憶され、制御部５５が、図示しないホストからの指示情報に基づいて、複数のプログラムのうちの１つのプログラムを選択して実行してもよい。例えば、記憶部５６には、切換部５３の第１の状態の時間長さが異なる複数のプログラムが記憶されていてもよい。この場合、例えば、平常時には、切換部５３の第１の状態の時間長さが長い（例えば１日〜１週間程度）のプログラムを用い、所望時（非常時）には、切換部５３の第１の状態の時間長さが短い（例えば数時間程度）のプログラムを用いる。
また、記憶部５６は、測定部５２の測定情報を記憶する機能を有していてもよい。この場合、この記憶された情報は、前述した通信部５４で無線送信される。これにより、通信部５４が測定部５２による測定を複数回行うごとに通信動作を行って、複数回の測定情報を一括して無線送信することができる。
このような記憶部５６は、特に限定されず、不揮発性メモリ、揮発性メモリのいずれも用いることができるが、電力を供給しなくても情報を記憶した状態を保持することができ、省電力化を図ることができるという観点から、不揮発性メモリを用いるのが好ましく、特に、省電力で情報の読み書きができるという観点から、フラッシュメモリを用いるのが好ましい。
このような記憶部５６は、特に限定されず、不揮発性メモリ、揮発性メモリのいずれも用いることができるが、電力を供給しなくても情報を記憶した状態を保持することができ、省電力化を図ることができるという観点から、不揮発性メモリを用いるのが好ましく、特に、省電力で情報の読み書きができるという観点から、フラッシュメモリを用いるのが好ましい。
［時刻情報生成部］
時刻情報生成部５７は、時刻情報（クロック信号）を生成する機能を有する。これにより、時刻情報生成部５７の時刻情報に基づいて、制御部５５がセンサー装置１の各部を制御することができる。
この時刻情報生成部５７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。これにより、時刻情報生成部５７は比較的省電力で時刻情報を生成することができる。
時刻情報生成部５７は、時刻情報（クロック信号）を生成する機能を有する。これにより、時刻情報生成部５７の時刻情報に基づいて、制御部５５がセンサー装置１の各部を制御することができる。
この時刻情報生成部５７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。これにより、時刻情報生成部５７は比較的省電力で時刻情報を生成することができる。
［電源部］
電源部５８は、センサー装置１を構成する各部に電力を供給するものである。
このような電源部５８としては、特に限定されないが、例えば、ボタン型電池のような電池を用いることができ、特に、電池動作寿命が比較的長いという観点から、リチウム電池を用いるのが好ましい。
電源部５８は、センサー装置１を構成する各部に電力を供給するものである。
このような電源部５８としては、特に限定されないが、例えば、ボタン型電池のような電池を用いることができ、特に、電池動作寿命が比較的長いという観点から、リチウム電池を用いるのが好ましい。
以下、以上説明したように構成されたセンサー装置１の作用について、第１の電極３がＦｅで構成され、第２の電極４がＦｅＡｌで構成されている場合を一例として説明する。
図７は、図１に示すセンサー装置の作用の一例を説明するための図、図８（ａ）は、図５および図６に示す蓄電部に蓄積された電荷量の変遷を示す図、図８（ｂ）は、図５および図６に示す切換部の切り換えタイミングを示す図である。
図７は、図１に示すセンサー装置の作用の一例を説明するための図、図８（ａ）は、図５および図６に示す蓄電部に蓄積された電荷量の変遷を示す図、図８（ｂ）は、図５および図６に示す切換部の切り換えタイミングを示す図である。
まず、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、コンクリート構造物１００の測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設置値以下か否かの判断が可能なことを説明する。
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、図７（ａ）に示すように、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、安定な不動態膜を形成する。すなわち、図７（ａ）に示すように、第１の電極３は、その表面に不動態膜３１が形成され、第２の電極４は、その表面に不動態膜４１が形成される。これにより、第１の電極３および第２の電極４の自然電位がそれぞれ上がっている（貴化している）。その結果、コンクリートの打設直後における第１の電極３と第２の電極４との電位差は小さくなる。
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、図７（ａ）に示すように、第１の電極３および第２の電極４は、それぞれ、安定な不動態膜を形成する。すなわち、図７（ａ）に示すように、第１の電極３は、その表面に不動態膜３１が形成され、第２の電極４は、その表面に不動態膜４１が形成される。これにより、第１の電極３および第２の電極４の自然電位がそれぞれ上がっている（貴化している）。その結果、コンクリートの打設直後における第１の電極３と第２の電極４との電位差は小さくなる。
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、コンクリート１０１のｐＨが９程度にまで下がると、図７（ｂ）に示すように、第２の電極４は、その不動態膜４１が安定であり、自然電位の変化が少ないものの、第１の電極３は、その不動態膜が崩壊し始め、自然電位が下がる（卑化する）。これにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差が大きくなる。
そして、コンクリート１０１のｐＨが９程度にまで下がると、図７（ｂ）に示すように、第２の電極４は、その不動態膜４１が安定であり、自然電位の変化が少ないものの、第１の電極３は、その不動態膜が崩壊し始め、自然電位が下がる（卑化する）。これにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差が大きくなる。
また、コンクリート１０１のｐＨが４程度まで下がると、図７（ｃ）に示すように、第２の電極４も、その不動態膜が崩壊し始め、自然電位が下がる。このとき、第１の電極３および第２の電極４は、ともに自然電位が下がっているので、第１の電極３と第２の電極４との電位差は、再び小さくなる。なお、このとき、第１の電極３および第２の電極４の腐食がそれぞれ進む。
このように、ｐＨが９程度となるタイミングと、ｐＨが４程度となるタイミングとの２つのタイミングで、第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、測定部位のｐＨが９程度となったこと、および、測定部位のｐＨが４程度となったことをそれぞれ高精度に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。
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の電極３および第２の電極４の設置環境（すなわちコンクリート１０１）のｐＨ変化に伴う不動態膜の有無により第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境のｐＨが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
また、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象物であるコンクリート構造物１００の第１の電極３および第２の電極４が埋設された部位のｐＨが設定値以下か否かを検知することができる。また、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象物であるコンクリート構造物１００の品質を測定することができる。これにより、コンクリート構造物１００のｐＨ変化に伴う状態変化を検知することができる。
また、第１の電極３および第２の電極４の設置環境の塩化物イオン濃度変化に伴う不動態膜破壊（消失）により第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境の塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを正確に検知することができる。
また、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象物であるコンクリート構造物１００の第１の電極３および第２の電極４が埋設された部位のｐＨが設定値以下か否かを検知することができる。また、第１の電極３と第２の電極４との電位差に基づいて、測定対象物であるコンクリート構造物１００の品質を測定することができる。これにより、コンクリート構造物１００のｐＨ変化に伴う状態変化を検知することができる。
また、第１の電極３および第２の電極４の設置環境の塩化物イオン濃度変化に伴う不動態膜破壊（消失）により第１の電極３と第２の電極４との電位差が急峻に変化する。そのため、第１の電極３および第２の電極４の設置環境の塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを正確に検知することができる。
次に、図８に基づいて、切換部５３の切り換えについて説明する。
上述したような第１の電極３と第２の電極４との電位差は、微小であり、かつ、第１の電極３および第２の電極４の電極面積が小さいため、測定部５２で直接的に測定することが難しい。
そこで、本発明に係るセンサー装置１では、第１の期間（測定部５２での測定期間同士の間の時間間隔）では、切換部５３を第１の状態（図５参照）とすることにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差により生じた電荷が蓄電部５１に蓄積される。
上述したような第１の電極３と第２の電極４との電位差は、微小であり、かつ、第１の電極３および第２の電極４の電極面積が小さいため、測定部５２で直接的に測定することが難しい。
そこで、本発明に係るセンサー装置１では、第１の期間（測定部５２での測定期間同士の間の時間間隔）では、切換部５３を第１の状態（図５参照）とすることにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差により生じた電荷が蓄電部５１に蓄積される。
この第１の期間内に、図８（ａ）に示すように、第１の電極３と第２の電極４との電位差により生じた電荷が蓄電部５１に蓄積されていき、蓄電部５１は、第１の電極３と第２の電極４との電位差に飽和する。
ここで、第１の期間は、特に限定されないが、例えば、平常時には１日〜１週間程度に設定される。
ここで、第１の期間は、特に限定されないが、例えば、平常時には１日〜１週間程度に設定される。
そして、この第１の期間後の第２の期間（測定部５２での測定期間）では、切換部５３を第２の状態（図６参照）とすることにより、蓄電部５１に蓄積された電荷が測定部５２に供給される。
この第２の期間内に、測定部５２では、蓄電部５１の電位差に応じた信号がオペアンプ５２１から出力される。このとき、図８（ａ）に示すように、蓄電部５１に蓄積された電荷が抵抗器５２２にも放出・消費される。
この第２の期間内に、測定部５２では、蓄電部５１の電位差に応じた信号がオペアンプ５２１から出力される。このとき、図８（ａ）に示すように、蓄電部５１に蓄積された電荷が抵抗器５２２にも放出・消費される。
ここで、第２の期間は、蓄電部５１に蓄積された電荷がオペアンプ５２１および抵抗器５２２に放出・消費されてゼロまたはそれに近い状態となる期間（上述した時定数ＣＲによる定まる期間）に設定され、具体的には、数秒間〜数分程度に設定される。
以上のような第１の期間および第２の期間を交互に繰り返すことにより、長期にわたり、コンクリート構造物１００の状態を測定することができる。
以上のような第１の期間および第２の期間を交互に繰り返すことにより、長期にわたり、コンクリート構造物１００の状態を測定することができる。
以上説明したような第１実施形態に係るセンサー装置１によれば、第１の電極３と第２の電極４との電位差を測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度の変化に伴って変化させることができる。したがって、測定部５２で測定された電位差に基づいて、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知することができる。
特に、蓄電部５１を第１の電極３と第２の電極４との電位差に飽和させた状態で、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部５２で測定することにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差により生じる電荷が微小であっても、かかる電位差を測定することができる。また、第１の電極３と第２の電極４との電位差が外乱等により変動しても、測定部５２で測定される電位差を安定化することができる。
このようなことから、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを高精度に検知することができる。そのため、コンクリート構造物１００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。
特に、蓄電部５１を第１の電極３と第２の電極４との電位差に飽和させた状態で、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部５２で測定することにより、第１の電極３と第２の電極４との電位差により生じる電荷が微小であっても、かかる電位差を測定することができる。また、第１の電極３と第２の電極４との電位差が外乱等により変動しても、測定部５２で測定される電位差を安定化することができる。
このようなことから、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを高精度に検知することができる。そのため、コンクリート構造物１００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２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図９は、本発明の第２実施形態に係るセンサー装置の蓄電部、測定部および切換部（第２の状態）を説明するための回路図である。
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。
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図９は、本発明の第２実施形態に係るセンサー装置の蓄電部、測定部および切換部（第２の状態）を説明するための回路図である。
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、測定部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、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定する機能を有する測定部５２Ａを有する。
本実施形態のセンサー装置１Ａは、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定する機能を有する測定部５２Ａを有する。
この測定部５２Ａは、第２の状態の切換部５３を介して、蓄電部５１に電気的に接続される。これにより、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部５２Ａで測定することができる。
本実施形態では、測定部５２Ａは、オペアンプ５２１で構成されている。ここで、測定部５２Ａは、前述した第１実施形態の測定部５２において、抵抗器５２２を省略したものである。
以上説明したような第２実施形態のセンサー装置１Ａによっても、コンクリート構造物１００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。
本実施形態では、測定部５２Ａは、オペアンプ５２１で構成されている。ここで、測定部５２Ａは、前述した第１実施形態の測定部５２において、抵抗器５２２を省略したものである。
以上説明したような第２実施形態のセンサー装置１Ａによっても、コンクリート構造物１００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１０は、本発明の第３実施形態に係るセンサー装置の蓄電部、測定部および切換部（第２の状態）を説明するための回路図、図１１（ａ）は、図１０に示す蓄電部に蓄積された電荷量の変遷を示す図、図１１（ｂ）は、図１０に示す切換部の切り換えタイミングを示す図、図１１（ｃ）は、図１０に示す測定部のスイッチの切り換えタイミングを示す図である。
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
図１０は、本発明の第３実施形態に係るセンサー装置の蓄電部、測定部および切換部（第２の状態）を説明するための回路図、図１１（ａ）は、図１０に示す蓄電部に蓄積された電荷量の変遷を示す図、図１１（ｂ）は、図１０に示す切換部の切り換えタイミングを示す図、図１１（ｃ）は、図１０に示す測定部のスイッチの切り換えタイミングを示す図である。
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、測定部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。
第３実施形態のセンサー装置は、測定部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１Ｂは、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定する機能を有する測定部５２Ｂと、測定部５２Ｂを制御する制御部５５Ｂとを有する。
この測定部５２Ｂは、第２の状態の切換部５３を介して、蓄電部５１に電気的に接続される。これにより、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部５２Ｂで測定することができる。
この測定部５２Ｂは、第２の状態の切換部５３を介して、蓄電部５１に電気的に接続される。これにより、蓄電部５１に蓄積された電荷に応じた電位差を測定部５２Ｂで測定することができる。
本実施形態では、測定部５２Ｂは、オペアンプ５２１と、抵抗器５２２と、スイッチ５２３とを有する。
スイッチ５２３は、蓄電部５１と抵抗器５２２との間に設けられた開閉可能なスイッチである。これにより、測定部５２Ｂで電位差を測定する際に、蓄電部５１に蓄積された電荷が抵抗器５２２で不本意に消費されるのを防止することができる。
スイッチ５２３は、蓄電部５１と抵抗器５２２との間に設けられた開閉可能なスイッチである。これにより、測定部５２Ｂで電位差を測定する際に、蓄電部５１に蓄積された電荷が抵抗器５２２で不本意に消費されるのを防止することができる。
このようなスイッチ５２３の切り換えは、制御部５５Ｂにより制御される。ここで、制御部５５Ｂは、スイッチ５２３の切り換えを制御する機能を有する以外は、前述した第１実施形態の制御部５５と同様である。
具体的に説明すると、センサー装置１Ｂでは、第１の期間後の第２の期間（測定部５２Ｂでの測定期間）では、切換部５３を第２の状態とすることにより、蓄電部５１に蓄積された電荷が測定部５２Ｂに供給される。
具体的に説明すると、センサー装置１Ｂでは、第１の期間後の第２の期間（測定部５２Ｂでの測定期間）では、切換部５３を第２の状態とすることにより、蓄電部５１に蓄積された電荷が測定部５２Ｂに供給される。
この第２の期間内に、測定部５２Ｂでは、まず、スイッチ５２３をＯＦＦとした状態（図１０に示す状態）で、蓄電部５１の電位差に応じた信号がオペアンプ５２１から出力される。このとき、スイッチ５２３はＯＦＦ状態であるため、蓄電部５１に蓄積された電荷が抵抗器５２２に放出・消費されずにオペアンプ５２１に供給される。これにより、測定部５２Ｂでの測定を高精度に行うことができる。
その後（オペアンプ５２１からの出力完了後）、スイッチ５２３をＯＮとすることにより、蓄電部５１に蓄積された電荷が抵抗器５２２に放出・消費される。これにより、測定部５２Ｂで電位差を測定した後に、蓄電部５１を速やかに初期状態（蓄積された電荷の量がゼロまたはそれに近い状態）とすることができる。
その後（オペアンプ５２１からの出力完了後）、スイッチ５２３をＯＮとすることにより、蓄電部５１に蓄積された電荷が抵抗器５２２に放出・消費される。これにより、測定部５２Ｂで電位差を測定した後に、蓄電部５１を速やかに初期状態（蓄積された電荷の量がゼロまたはそれに近い状態）とすることができる。
以上説明したような第３実施形態のセンサー装置１Ｂによっても、コンクリート構造物１００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。
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、本発明のセンサー装置を用いた測定方法では、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第１の電極および第２の電極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、第１の電極および第２の電極は、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第１の電極および第２の電極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、第１の電極および第２の電極は、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第１の電極および第２の電極がそれぞれ薄膜状をなす場合を例に説明したが、これに限定されず、第１の電極および第２の電極の形状は、それぞれ、例えば、ブロック状、線状等をなしていてもよい。また、前述した実施形態では第１の電極および第２の電極をそれぞれセンサー装置の本体の外表面に沿って設けているが、第１の電極および第２の電極をそれぞれセンサー装置の本体の外表面から突出させてもよい。また、第１の電極および第２の電極の設置位置、大きさ（大小関係）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、第１の電極および第２の電極が互いに異なる金属材料で構成されている場合を例に説明したが、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度の変化に応じて第１の電極と第２の電極との電位差が生じれば、第１の電極および第２の電極が互いに同一の金属材料で構成されていてもよい。例えば、第１の電極および第２の電極が互いに同一の金属材料で構成されていても、第１の電極および第２の電極のうちの一方の電極が隙間腐食または孔食を生じるように構成されていれば、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度の変化に応じて第１の電極と第２の電極との電位差を生じさせることができる。
また、前述した実施形態では第１の電極と第２の電極との電位差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第１の電極と第２の電極との電位差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。
１‥‥センサー装置 １Ａ‥‥センサー装置 １Ｂ‥‥センサー装置 ２‥‥本体 ３‥‥第１の電極 ４‥‥第２の電極 ２１‥‥基板 ２３‥‥絶縁層 ２４‥‥封止部 ３１‥‥不動態膜 ４１‥‥不動態膜 ５１‥‥蓄電部 ５２‥‥測定部 ５２Ａ‥‥測定部 ５２Ｂ‥‥測定部 ５３‥‥切換部 ５４‥‥通信部 ５５‥‥制御部 ５５Ｂ‥‥制御部 ５６‥‥記憶部 ５７‥‥時刻情報生成部 ５８‥‥電源部 ６１‥‥導体部 ６２‥‥導体部 １００‥‥コンクリート構造物 １０１‥‥コンクリート １０２‥‥鉄筋 ２４１‥‥開口部 ５１１‥‥コンデンサ ５２１‥‥オペアンプ ５２２‥‥抵抗器 ５２３‥‥スイッチ ５３１‥‥スイッチ ５３２‥‥スイッチ ５４１‥‥アンテナ ５４２‥‥通信回路
Claims (8)
- 第１の金属材料で構成された第１の電極と、
前記第１の電極に対して離間して設けられ、前記第１の金属材料とは異なる第２の金属材料で構成された第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差により生じた電荷を蓄積する蓄電部と、
前記蓄電部に蓄積された電荷に応じた電位差を測定する測定部と、
前記蓄電部を前記第１の電極および前記第２の電極に電気的に接続する第１の状態と、前記蓄電部を前記測定部に電気的に接続する第２の状態とを切り換える切換部とを備え、
前記第１の金属材料および前記第２の金属材料は、それぞれ、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り、
前記蓄電部は、不動態膜の有無による前記第１の電極または前記第２の電極の電位の変化に伴う前記第１の電極と前記第２の電極との電位差により生じた電荷を蓄積することを特徴とするセンサー装置。 - 前記測定部は、前記切換部が前記第２の状態であるとき、前記蓄電部に蓄積された電荷の放出を促進させる抵抗器を有する請求項１に記載のセンサー装置。
- 前記測定部は、前記蓄電部と前記抵抗器との間に設けられた開閉可能なスイッチを有する請求項２に記載のセンサー装置。
- 前記測定部は、前記切換部が前記第２の状態であるとき、前記蓄電部に蓄積された電荷に応じた電位差を増幅するオペアンプを有する請求項１ないし３のいずれかに記載のセンサー装置。
- 前記切換部の切り換えを制御する機能を有する制御部を備える請求項１ないし４のいずれかに記載のセンサー装置。
- 前記測定部の測定結果に基づいて、測定対象部位のｐＨまたは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを判断する判断部を備える請求項１ないし５のいずれかに記載のセンサー装置。
- 前記第１の金属材料は、鉄または鉄系合金である請求項１ないし６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の金属材料のいずれか一方は、隙間腐食または孔食を生じるように構成されている請求項１ないし７のいずれかに記載のセンサー装置。
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