JPH032588A - 埋設導電体の非破壊検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は埋設導電体の非破壊検出装置に関し、とくに例
えばコンクリート等の誘電体媒質中に埋設された鉄筋や
各種配管等の導電体の位置、埋設深さ（以下、かぶり厚
さという。）及び太さを非破壊的に検出するに適した装
置に関する。本発明装置の用途の一例は、鉄筋コンクリ
−１・構造物施工後の配筋検査である。

【従来の技術】

金属の表面又は浅い内部における欠陥の位置及び大きさ
を渦電流の利用により検出する装置が知られている。そ
の原理を第１２図により説明するに、探査用プローブ（
以下プローブという。）３に交流の励磁電流を流すと、
この場合金属である媒質１内に交流磁界が発生し、媒質
の表面又はごく浅い部分に渦電流が誘起され、媒質の不
均一な部分即ち欠陥部分では渦電流に微小な変化が生ず
る。 この渦電流の微小変化による磁界がプローブ３と交差し
欠陥の有無によりプローブ３の見掛けのインピーダンス
が変化するので、そのインピーダンスの変化分ΔＺを渦
電流探傷器２０により検出すれば欠陥の有り！１（を非
破壊的に検査することができる。 この原理を利用して第１２図に示されるようにコンクリ
−１・である媒質１内に配置又は埋設された導体２であ
る鉄筋を非破壊的に検出する装置が提案されている。

【発明が解決しようとする課題】

しかし、渦電流利用の従来の非破壊検出装置では、実際
に鉄筋径と鉄筋かぶり厚さとを同時に検出しようとする
と、正確に検出できる鉄筋のかぶり厚さが６０−７０ｍ
ｍ程度までに限られている。第１１図の従来プローブに
よる実測値カーブＦ−０はこの限界を示す。鉄筋に対す
るコンクリートかぶり厚さがこの限界を超えると鉄筋の
太さの検出及び鉄筋間隔の測定精度が著しく低下し、実
用上意味のある測定か不可能である場合が多い。 従来のプローブ３は、例えば第４図に示されるような円
筒形等の磁心４に検出コイル６を巻いたものを用いてい
る。この様な従来構造のプローブ３を試作し、媒質１内
に生ずる磁界を測定した結果を第３図に示す。媒質の深
さ方向Ｄ（第１図参照）の磁界の減衰は、検出コイル６
に流す電流の大きさに左右されるが、−例として典型的
な従来の渦電流探傷器２０にこの従来構造のプローブ３
を接続すると、周波数３０ｋＨｚで検出コイル６に８　
、３ｍＡの励磁電流が流れ、深さＤか３６ｍｍで磁束密
度は２５ｍＧ以下に減衰する。また媒質１の表面に沿っ
た距離Ｈ（第１図参照）方向の減衰は比較的緩やかであ
り、磁束密度が２５ｍＧとなるコンクリ−１・深さＤと
表面距離Ｈとの比（Ｈ／Ｄ）は１．３９（＝５０７３６
）であり、媒質表面方向に広がった磁界となっている。 この様な磁界では、■磁界の到達深さが浅く、■媒質内
磁界の傾斜か緩やかであるので、コンクリートに深く埋
設された鉄筋の正確な検出をすることができなかった。 コンクリ−１・内に深く埋設された即ちかぶり厚さの大
きい鉄筋を非破壊的に検出するため、プローブ３に印加
する電流を大きくすること等が考えられる。しかしこれ
だけでは正確な検出をすることかできない。プローブ３
からの距離が増大するに従って磁界の傾斜が緩やかにな
り、隣接する鉄筋の分ヌＩＬ識別が困難になるからであ
る。 従って本発明の目的は、比較的深い位置に埋設された導
電体をも正確に高分解能で検出する埋設導電体の非破壊
検出装置を提供するにある。

【課題を解決するための手段】

第１図及び第２図の実施例を参照するに、本発明の埋設
導電体の非破壊検出装置では、導電体２が埋設された媒
質１の表面と接触する媒質接触面４Ａ　（第６Ａ図）が
一端に設けられた方形断面の磁心４、前記磁心４の他端
に接続され且つ前記磁心４から離れた位置における前記
媒質接触面４Ａと同一平面で終端する磁気側路５、及び
前記磁心４に巻かれた検出コイル６を有するプローブ３
を用いる。 検出コイル６には励磁電流を供給する電源回路１３を接
続して、検出コイル６の見掛けのインピーダンス変化分
ΔＺを１４１１１定回路１１により測定する。図示例で
は電源回路１３が検出器１０を介してプローブ３の検出
コイル６に接続され、測定回路１１が検出器１０に組込
まれる。本発明は、この検出器ＩＯを含む構成に限定さ
れるものではない。 媒質１の深部に磁界を到達させるため検出コイル６に比
較的大きな高周波電流を印加する必要があるので、好ま
しくは電源回路１３に適当なブースター増幅器を含める
。測定回路１１の一例はブリッジ回路である。 第２図の例のブリッジ回路では、簡明のため検出コイル
６のインピーダンスをインダクタンスＬ１で表し、検出
コイル６の非動作状態と等価の参照コイル（図示せず）
のインピーダンスをインダクタンスＬ２で表す。インダ
クタンスＬ２を有する参照コイルが磁心４又は他の適当
な場所に設置され、図示例ではその参照コイルのインダ
クタンスＬ２と検出コイル６のインダクタンスＬ１とが
直列接続される。等しい抵抗値を有する２個の抵抗を直
列接続し、これらの抵抗と前記２コイルとを第２図のよ
うにブリッジ接続する。 図示のように２個の抵抗器の接続点と２コイルの接続点
との間に交流電圧を加え、Ｒ，Ｌｌの接続点とＲ，Ｌ２
の接続点との間から出力を取り出すならば、両インダク
タンスＬ１．　Ｌ２が等しいとき即ち検出装置の非動作
時にはブリッジ回路の出力が零となることは当業者には
明らかである。さらに検出装置の動作時に参照コイルの
インダクタンスを不変に保つならば、ブリッジ回路の出
力が検出コイル６のインダクタンスＬ１の変化分に相当
することも当業者には明らかである。 要するに、第２図のブリッジ回路の出力ｊは検出コイル
６のインダクタンスＬ１の変化分に相当する。 なお、ブリッジ回路において、検出コイル６のインピー
ダンスの抵抗分及び静電容量（ケーブルの静電容量やコ
ンクリートと検出コイルとの間の静電容量なども含めて
）をも考慮する必要がある場合には、図示例におけるイ
ンダクタンスＬ２を抵抗と静電容量とをも含めたプロー
ブ３の非動作状態と正確に等価なインピーダンス素子に
置き換えれば充分である。本発明では、インダクタンス
Ｌ２の代りに上記の様にインピーダンスを用い、ブリッ
ジ回路の出力として検出コイル６のインピーダンス変化
分△Ｚを検出する。 好ましくは、前記検出コイルの励磁電流の周波数及び実
効値を２−１００ｋＨｚ及び２０２０−１Ｏ００の範囲
内のものとする。

【作用】

第６Ａ図及び第６Ｂ図は、本発明による装置のプローブ
３における磁心４及び磁気側路６の一実施例の縦断面及
び横断面をそれぞれし示す。図中、寸法の単位はｍｍで
ある。ただし、本発明の検出装置は、図示された磁心４
及び磁気側路５の形状・寸法に限定されるものではない
。簡明のため第６Ｂ図では検出コイル６の図示を省略し
ている。第５図は磁心４上の検出コイル６に周波数３０
ｋＨｚで１３１ｍＡの電流を印加した時の磁界を示す。 第５図から明らかなように磁界の媒質１への到達深さが
著しく向上し、磁束密度が２５ｍＧに低下する深さＤは
１４５ｍｍにまで達している。これは検出コイル６への
印加電流を大きくしたためであり、第３図の従来例に比
して検出深さにおける約３００％（３６−１４５ｍｍ）
の改善が期待される。 また、第５図においては磁束密度が２５ｍＧにまで低下
する媒質深さＤと同様な低下が生ずる表面距１ｌｌｉ１
１Ｈとの比（Ｈ／Ｄ）は０．７９（＝１１５７１４５）
である。第３図の従来例において対応する比の値が１３
９であることを考慮すれば、本発明により媒質の深さ方
向にとがった磁界分布の得られることが理解される。 これは本発明による特定形状の磁気側路５を磁心４と併
用したためである。 第１１図に、検出可能な配筋間隔とかぶり厚さとの関係
を鉄筋径２５ｍｍの場合について実測した結果を示す。 カーブＦ−０は第４図の従来構造のプローブを使った場
合であり、かぶり厚さが５０ｍｍ以上になると配筋間隔
５０ｍｍ未満の鉄筋を区別することができす、かぶり厚
さ７０ｍｍ以上では鉄筋径を検出することもできない。 ここに配筋間隔とは、隣接鉄筋間の間隔であり鉄筋中心
間のピッチではない。 本発明による第６Ａ図及び第６Ｂ図のプローブ３を用い
た場合のカーブＦ−２では、かぶり厚さが５０ｍｍの時
に配筋間隔か４０ｍｍまで小さくなっても隣接鉄筋を区
別することができるだけでなく、かぶり厚さが１６０ｍ
ｍに達しても鉄筋径を検出することができる。かぶり厚
さか比較的浅い鉄筋を対象とした本発明の他の実施例の
実測値カーブＦ−１によれば、かぶり厚さ２０ｍｍの時
に配筋間隔が１０ｍｍまで狭まっても隣接鉄筋を区別す
ることができる。 従って、本発明の装置における磁界は、（ａ）磁界の到
達深さが深く、（ｂ）媒質内磁界の傾斜が強いので、コ
ンクリートに深く埋設された鉄筋を高精度でしかも高分
解能を以て検出することを可能とし、隣接鉄筋の分離識
別機能を著しく向上させる。 第７図は、鉄筋である導電体２が埋設された誘電体媒質
またるコンクリートの表面に沿って本発明による検出装
置のプローブ３をＡ、Ｂ、Ｃの３位置に移動したとき測
定回路１１が発生する出力を表示器１２（第１図参照）
上のインピーダンス変化分ΔＺとして示す。表示には絶
対値Δｚｌ及び位相角θが含まれる。導電体２の直」二
である位置Ｂにおけるインピーダンスの変化△Ｚが最大
であることにより、導電体２の位置を非破壊的に検出し
、その絶対値ΔＺの大きさにより、がぶり厚さをも非破
壊的に検出することができる。 第５図を参照して説明したように、本発明にょれば磁界
が媒質１内に深く進入すると共に媒質内の磁界傾斜が強
いので、」二記位置Ａ、Ｂ聞及び位置Ｂ、Ｃ間のインピ
ーダンス変化が大きく、かぶり厚さの大きい導電体２の
位置をも正確に検出することができる。さらに、複数の
導電体２が近接して存在するときにも、強い磁界傾斜に
より個々の導電体を高分解能で識別することができる本
発明者はまた、検出コイルのインピーダンス変化分の位
相角θが媒質１内への磁界進入方向における導電体の断
面積、即ち鉄筋や金属管の径の関数であることを実験的
に見出した。第７図の場合、埋設された導電体が直径ｄ
の鉄筋−本であって同一鉄筋を測定しているのでので、
プローブ３の位置が変化してもインピーダンス変化分△
Ｚの位相角θは実質上変化しない。第８図は、鉄筋の場
合径ｄか細くなるに応じて前記位相角θが増大すること
を確認した実験の結果を示す。この筋径ｄと位相角θと
の関係は、前記インピーダンスの変化分△Ｚが、（ｉ）
鉄筋に誘起される渦電流に起因すること、（ｊｊ）その
渦電流の大きさがプローブ３からの磁束と鉄筋との交差
によること、（ｉｉｊ）プローブ３の電流と鉄筋渦電流
との間に位相差があること等によるものと考えられる。 こうして、本発明の目的である「比較的深い位置に埋設
された導電体を正確にしかも高分解能で検出する埋設導
電体の非破壊検出装置」の提供が達成される。

【実施例】

第２図の実施例では検出コイル６に大きな電流を印加す
るため電源回路１３にブースターを含めている。またブ
リッジ回路の出力が変圧器Ｔを介して同期検波回路に印
加されているが、これはその出力におけるノイズの直流
分を除去するためである。さらに同期検波回路を、ブリ
ッジ回路印加電圧と同相分に対する同期検波Ｘとその印
加電圧から位相が９０°ずれた同期検波Ｙとによって構
成しているが、基準位相をブリッジ回路印加電圧と同相
に選ぶ必要はなく他の任意の位相を基準に選んでもよい
。 導電体２の径の検出を要しない場合には位相角θの測定
回路を省略することができる。 第１図の実施例の構成では測定回路１１の出力を記録器
１４によって例えば第７図の表示器図形のように記録す
る。しかし、本発明においては記録器１４は必須要件で
はない。 本発明においては、検出コイル６に対する励磁電流の周
波数及び実効値を好ましくは２−１００ｋＨｚ及び２０
２０−１Ｏ００の範囲内に選定する。これは周波数２　
ＫＨｚ以下では導電体２の径を表す位相情報を得ること
ができず、励磁電流２０ｍＡ以下では渦電流の誘起が微
弱に過ぎ上記インピーダンス変化分ΔＺの検出が困難で
あり、周波数１００ＫＨｚ以上若しくは励磁電流１０１
００Ｏ以上では検出コイルのインダクタンス増大等のた
め電源回路が大きくなり過ぎ経済性が失われるためであ
る。 第９図及び第１０図は、本発明装置の出力（ｍＶ）と鉄
筋に対するコンクリートかぶり深さ（ｍｍ）との関係及
び上記出力の位相角θと鉄筋径（ｍｍ）との関係をそれ
ぞれ示す。

【発明の効果】

以上詳細に説明した如く、本発明による埋設導電体の非
破壊検出装置は、導電体が埋設された誘電体媒質の表面
と接触する媒質接触面が一端に設けられた方形断面の磁
心、前記磁心の他端に接続され且つ前記磁心から離れた
位置における前記媒質接触面と同一平面上で終端する磁
気側路、及び前記磁心に巻かれた検出コイルを有するプ
ローブ；前記検出コイルに励磁電流を供給する電源回路
；並びに前記検出コイルの見掛けのインピーダンス変化
分ΔＺを検出する測定回路を備えてなる構成を用いるの
でっぎの効果を奏する。 （イ）誘電体媒質中に埋設された導電体を非破壊的に検
出することができる。 （ロ）かぶり厚さが大きいコンクリート補強鉄筋の位置
とかぶり厚さとをコンクリート表面から高精度で非破壊
的に検出することができる。 （ハ）かぶり厚さが大きいコンクリート補強鉄筋の径を
も同様に高精度で検出することができる。 （ニ）広い範囲のかぶり厚さに対して、隣接鉄筋の分離
識別機能を向上させることができる。 （ホ）壁、床板、ひさし等において鉄筋を２層に配置し
た場合にも、コンクリートの両面から測定することによ
り各鉄筋層における鉄筋のかぶり厚さ、位置及び鉄筋径
を高精度で非破壊的に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図はその電気
回路の説明図、第３図及び第４図は従来例の磁界分布及
び磁心の説明図、第５図は本発明による装置における磁
界分布の説明図、第６Ａ図及び第６Ｂ図は本発明による
磁心及び磁気側路の断面図、第７図は作用の説明図、第
８図は鉄筋径とインピーダンス位相角との関係の説明図
、第９図及び第１０図は本発明装置の動作特性図、第１
１図は検出可能なかぶり厚さと配筋間隔との関係を示す
図、第１２図は従来技術の説明図である。 回路、 １Ｚ・・・表示器、　１３・・・電源回路、２０・・・
渦電流探傷器。 １４・・・記録

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）導電体が埋設された媒質の表面と接触する媒質接
   触面が一端に設けられた方形断面の磁心、前記磁心の他
   端に接続され且つ前記磁心から離れた位置における前記
   媒質接触面と同一平面上で終端する磁気側路、及び前記
   磁心に巻かれた検出コイルを有するプローブ；前記検出
   コイルに励磁電流を供給する電源回路；並びに前記検出
   コイルの見掛けのインピーダンス変化分を検出する測定
   回路を備えてなる埋設導電体の非破壊検出装置。
2. （２）請求項１記載の装置において、前記検出コイルの
   励磁電流の周波数及び実効値が２−１００ｋＨｚ及び２
   ０−１０００ｍÅの範囲内にある埋設導電体の非破壊検
   出装置。