JPH0486588A - Ｍ式深鉄筋探査器 - 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、通常土木建築業界におＩ／Ｘて用１．Ｎられ
、既存の鉄筋コンクリート中の鉄筋の所在を探査する装
置であって、此の種の従来技術でｔよ不可能であった、
特にコンク１ノート内深部に配［従来の技術］ 第１の従来技術として、現在まで製造使用されて来た既
存の鉄筋探査器の回路構成図を第５図に示す、　その概
要は発振器３１より出力された常時一定の低周波数の電
圧ｖ１を鉄筋に近づけることによりインダクタンスが変
化するセンサコイル３２に供給する。　コイル３２のイ
ンダクタンスに比例するセンサコイル３２よりの出力電
圧ｖ０をＬｏｇアンプ３３、アンプ３４及び利得可変ア
ンプ３５で増幅する。　これはインダクタンスの変化は
一般に小さく適当に増幅する必要があるためである。

また、鉄筋がコイルに近いとＬの変化ｔよ大きな値で、
遠方であるとＬの変化ｔ±小さく、Ｌの変化は距離にた
いして非線形になって１／）る。

距離の変化に対するＬの変化を圧縮するためにログアン
プ３３を用いるものである。　また出力のゼロ調機能と
線形増幅の目的のためアンプ　３４を用いている。　更
に鉄筋径による調整を行うため、増幅器の帰還回路の抵
抗値を外部切り替えスイッチで可変して、増幅器の利得
を可変するようにした回路を通過させているこの後出力
をメータで表示するために、バッファ回路３６を通過さ
せメータ３７により鉄筋の所在を表示させる。

第２の従来技術としては、本願と同一の発明者、同一出
願人に係る「共振を利用した鉄筋探査器」　（出願番号
：特願６３−２００３７３号）があり、第６図（ａ）に
その回路構成図を、第６図（ｂ）に共振時における周波
数と電圧の関係を示す。

この発明は、第６図（ａ）により説明すると先ず発振器
４５により一定の低周波数 （１２５０（Ｈｚｌ　）＋７）電圧が供給され、／＜ツ
ファ回路４１を通り、共振回路り、Ｃに加えられる。

この発明探査器の共振回路（Ｌ　、　Ｃ）を構成するコ
イルには初めは上記した様にこの共振回路の共振点とは
僅かにずらした周波数で給電しておき、この状態に於い
て、共振回路からの第１出力と、上記共振回路用給電源
である発振器４５の出力であって上記共振回路を通らな
いままの第２出力とを位相を一致させて差動増幅器４８
により比較し、上記第１、第２の出力が等しくなる様、
即ち差動増幅器出力が零になる様にまず準備しておく。

次に探査操作に於いてはプローブコイルが金属体に接近
するときは上記第１出力の方がその共振曲線に沿ってほ
ぼ比例的に出力が減少し、差動増幅器４８から差出力が
得られることになるが、この差出力には歪成分による不
要周波数が含まれるおそれがあるのでこの差出力をフィ
ルタ４９により濾波し、更に上記発振器からもとの周波
数信号で同期したロックインＩ’を幅器５０を通して計
器５１に出力する。

この計器出力は鉄筋がコイル付近になかった場合の出力
信号と鉄筋が付近に存在した時の出力信号との差であり
、換言すれば、鉄筋のコイルに対する接近度合即ち埋設
深さに関するブタである。

実際に本装置を作動させるときは、完全な共振状態から
ごくわずかだけずらした角周波数ω１又はω２を用いる
。　この理由は、最初から少しだけ共振から離れたω１
又はω２に設足しておけば、インダクタンスが変化して
も出力電圧は周波数にほぼ単調に比例して急激に下降し
、共振点種く付近における周波数の変化に比べ、ω１も
しくはω２ならば周波数に対する出力電圧の変化が大き
くなり、従って、市販の第１の技術の探査器よりは高い
感度が得られるからである。

而して前記の角周波数ω１又はω２と共振曲線との関係
は第６図（ｂ）に示す如くなり、ωｌ又はω２の点線と
共振曲線との交点の電圧がメータに表われ、探査発見さ
れた鉄筋の深さに関する数字となる。

［本発明の目的：解決すべき！Ｉ！ｉｌｌしかしながら
上記第１の従来技術は発振器にトランジスタを使用して
いたので、温度や、鉄筋に接近の具合で周波数が変動し
やすく、またセンサは空芯のコイルのみであるから、鉄
筋に近づけても磁界の変化が小さく適確に検出すること
ができない、　更にまた、高周波は用いられず、１２５
０　［Ｈｚｌ程度の低周波を用いているから、コイルに
流せる電流も小さいので使用電力も小さく、深さの限界
が浅く、共振回路を使用していないから、低感度であり
従って探査される鉄筋の深度もコンクリート内僅かに５
〜Ｂ［ｃｍｌに過ぎず、深く埋設された鉄筋は全く探査
できないなどの欠点があった０次に上記第２の従来技術
は、Ｌ、Ｃ共振回路を用いているので、前記第１の従来
技術よりは、相当に精度も高く、探査可能の深さも１０
〜１５Ｌｃｍｌと、第１の従来技術に比べれば、可成り
進歩したものといえるが、まだ次の諸点において若干の
問題があった。　即ち、先ず発振器にトランジスタやＩ
Ｃなど通常のＪａ衡のものを用いており、発振周波数も
１０−１５ ［ＫＨｚ］程度のいわば中周波であり而も、周波数に温
度変化などにより若干の変動があるので、精度もあまり
高くはない、　またバー、ファにＩＣを用いているので
、使用可能電流も数［ｍ　Ａ　］と小さく、従って共振
回路に入力する電力も小さく、発生される磁場も弱いか
ら、探査精度も１０〜１５［ｃｍ］程度と、第１の従来
技術よりは可成り進歩しているけれども、まだ充分では
ないという問題点がある。　かつまた、第６図（ｂ）に
示したように、真の共振周波数から少しずれた周波数を
用いるので、共振曲線の最も高い頂点を用いるのではな
く、それよりもやや低い電圧のところを用いるから、そ
の精度は、これでもまだ充分とはいい難いという問題点
がある。更にまた、共振回路と位相器が並列になってい
る回路構成であるから、温度変化に対する影響が異なる
ので、温度が変化すると精度がやや落ちるという問題点
もある。

本発明は上記従来技術の諸欠点、問題点を極力除去改み
して、コンクリート中従来よりも格段に深くまで探査を
可能にし、より高精度であり、更に温度変化の影響も殆
んど受けず高精度を維持する深鉄筋探査器を開発創始提
供することを目的とするものである。

Ｌ本発明の構成：課題解決の手段］ 従来技術と明瞭に異なる、本発明の課題解決の手段、換
言すれば本発明の構成の特徴は次の通りである。　即ち
電源より給電される高周波発振器より、並列に設けられ
た同形、同定格の２つの共振回路に、夫々並列に所定の
高周波電圧が入力される。　夫々の共振回路の入力側に
は、従来技術には用いられなかった電力用パワアンプを
設け、また、前記共振回路の出力側は夫々アンプを具有
せしめる。

而して、上記２つの共振回路の一方はコンクリート内鉄
筋を探査するためのプローブとして手で持ちやすく、或
は可動式に構成し、他方は基準回路の共振回路として、
用い、コイル同志が磁力線で結合されることのないよう
に構成する。　これら２つの共振回路の出方は夫々別の
アンプを並列に通して増幅し、この両者の出力を１ケの
差動増幅器に入力し、その差の出力をもとの発振器の所
定高周波のみに限定し、他の周波数のものを除去するた
め、前記発振器より直接に接続されたロックインアンプ
に入力しその出力をメーターで表示するという手段をと
るものである。　前記の発振器から発生させる高周波の
周波数は従来技術に使用されたものより遥かに高＜　ｌ
　Ｏ［ＫＨ２］以上ｉ。

［ＭＨｚｌを使用して高周波磁場を強く発生させるよう
になっている。　また発振器には水晶振動子を用いて発
振周波数が温度などにより変化しないようにする。　次
にまた、パワーアンプには電力用半導体素子を用い、そ
れにはパワモス、電力用トランジスタ、ＳＩＴなどがあ
る。　かつ上記の並列して設けた２つの共振回路の両方
又は一方のコイルにコアを挿入する構成とする。　かつ
また、基準共振回路のコイル中には壷形フェライトコア
を挿入する場合がある点は従来あと異なる構成である。

［作　　用Ｊ い位置まで、鉄筋を９探査しうるという特別の作用があ
るので、その作用について、詳細に説明する。

即ち本発明では、多くの点で従来技術と異なる構成がと
られ、その各要素から、従来と異なる作用が出てくるの
であるが、先ず第１点はアンプに、此のＷ装置に用いら
れたことのない、電力用半導体素子のたぐいを使用して
いるから従来よりも格段に高い周波数で高電力の出力を
用いることができる。　また基準共振回路のコイル中に
壷形フェライトコアを用いているから、特に周囲の他の
磁力線の影響を受 けることなく、特に感度が良くなる作用もある。

このような場合、共振回路の出力電圧■。

は次の如く表わされる。

（１）式のＲは磁気抵抗、ＲＯはコイルの直流抵抗、Ｃ
はコンデンサの容量、ωは角周波数ｊは複素数、Ｖｌは
入力電圧である。

またコイル中のコア内の磁気抵抗をＲ１、コア外の磁束
の通る所の磁気抵抗をＲ２とするとＲ＝　　　ＲＩ＋Ｒ
：！ となり、本発明では共振回路のコイル中に壷形フェライ
トコアを入れであるので、前記大電力高周波数を用いて
いることと相まって、従来よりも格段に強力な磁場が形
成されている。

従って、センサとしての共振回路のプローブがコンクリ
ート中の鉄筋に近づくと、高感度で反応するから、コア
外の磁気抵抗Ｒ２が、従来よりも鋭敏に反応することに
なる。

１個の共振回路の一般式において、共振時には　ωＬ＝
１／ωＣとなり、この時の出方電圧■ｏは、 となることは通常の場合と同じである。

本発明の場合は、上記高成度の作用の他に、各部の大き
さ、定格同一の温度特性の揃った共振回路を２ヶ並列に
使用しているので、従来技術には必ず存在した温度変化
による影響を全く受けないから、実際には、プローブが
鉄筋に近づいた時の磁力の変化のみが出力され、増幅さ
れ、その差が更に増幅され、更にまた、ロックインアン
プの作用によって、所足の周波数の信号のみが、高感度
でメータに表われることになる。

従って、本発明の作用としては、従来技術よりも倍以上
の深いところにある鉄筋を高精度で探査することが可能
となる。

［実　　施　　例］ 第１図は本発明に一つの実施例を示す回路図である。　
発振器ｌにより発振された高周波電圧は並列に＃続構成
され、対応する夫々の同一機能の部品要素が相互に同一
定格である２つの共振回路系に夫々入力されている。　
即ち、その第１はパワーアンプ２を通じ、直列に、セン
サとしての共振回路３と、更に直列にアンプ５が接続さ
れている。　その第２はパワーアンプ２′を通じ、直列
に基準回路としての共振回路４と、更に直列にアンプ５
′が接続されている。

また、これら２つの回路系を横に比較すればパワーアン
プ２と２′、共振回路３と４、アンプ５と５′は、夫々
同一の定格のものを用いている。

次に、これら２つの共振回路系の出方は、夫々に同一の
差動増幅器６に入力され、その差が増幅された後、ロッ
クインアンプ７には、前記発振器１より直接に接続され
て、所定の高周波電圧が導ちびかれ入力されており、ロ
ックインアンプ７の出力は該所定の高周波の信号のみに
限定されて、メータ８に入力され１表示される。

本発明では、この周波数は１０［ＫＨ２］ないし１０［
ＭＨ２］の高周波を用いる。

また前記第１の共振回路系の共振回路３はコイル３Ｌと
コンデンサ３ｃによって構成され、このうち、コイル３
Ｌは探査プローブ内に設けられ、この探査プローブは、
ハンディタイプに形成され、コンクリート表面を人間の
手で、或は簡単なレールに沿って移動しゃすいように作
られている。

更にまた、前記第２の共振回路系の共振回路４はコイル
４Ｌとコンデンサ４ｃにより構成され、上記コイル３Ｌ
以外の要素部品と共に、探査器として、一つ又は少数の
箱内にまとめられている。

本発明実施例の特徴は、上記の各部同一定格並列共振回
路と全く異なる構成の他、更に特に異なるところは、ア
ンプにＦＥＴを用いてパワーアンプにしていることであ
る。　これはパワーモスＦＥＴの代りにパワートランジ
スタを用いてもよく、高電力用増幅器を、この種の機器
には斯界最初に用いていることも相当に大きな特徴とな
っている。

かつまた、基準共振回路のコイル中に特に磁力を高める
効果の大きい壷形フェライトコアを用いたことも従来例
にない相当の特徴である。

次に、上記本実施例の深鉄筋探査器の作用について、詳
細に説明する。　先ず本実施例では発振器１より発する
高周波電圧の周波数を１００　［ＫＨｚｌとしたが、こ
れは、従来の約５倍ないし２倍の周波数に当る。　この
ような高周波の大電力の使用を可能にしたのは増幅器に
大電力用モスＦＥＴを用いたことによる。

共振回路１つ分の作用、理論については、通常の場合と
同じであるが、従来と異るところは先ず、上記パワーア
ンプを用いたことによる従来にない高周波の使用によっ
て、従来程度を超える強い磁力線がプローブコイル３Ｌ
より発生し、コンクリートの非常に深いところまで鉄筋
の存在による磁力線の変化を検知する作用が得られるよ
うになったことである。　これにより、感度も従来より
格段に上った。

第２図はその裏付けとまる本発明における本実施例の、
コンクリート中に埋設された鉄筋の探査可能深さについ
ての実験結果を示すものである。　即ち第２図は、縦軸
が相対的出力（電圧）を示し、横軸はセンサからの距離
、換言すれば、検知可能となった鉄筋のコンクリート中
の深さを示している。　これによると約６０［ｃｍｌの
深さまでは充分に検知し得るようになったので、従来可
能であったｉｏないし１５［ｃｍｌに比較し実に、２倍
以上の深さまで、鉄筋の所在を確認しうることとなった
のである。　尚本実施例の実験に用いられたコンクリー
ト中の鉄筋径は２０［ｍｍ］であった。

第３図は、コンクリート中の鉄筋の所在を検知し得た後
における、コンクリート表面からの垂直最短の左右の位
置を発見するための実験結果である。　プローブを左右
に動かした結果、最高出力の得られた点を０として、そ
の出力の変化を表わす、　この０の位置に削岩機を当て
て掘れば、最小時間で鉄筋を探り当てることが可能とな
る。

次にまた、本発明実施例では、第１の共振系回路と第２
の共振系回路で、夫々が全く同一定格のものを用いてい
るので、温度の変化による測定誤差が全くないから、純
粋にコンクリート中の鉄筋の存在による磁束の変化が測
定される従って、差動増幅器６で、その磁束変化の出力
が高精度で得られるので、メータ８にも高精度の結果が
表示され、従来に比し倍以上も、コンクリート中鉄筋の
探査可能深さが大となったのである。　尚メータ８は表
示手段の一つであるが、アナログとデジタル方式をすべ
て含むものである。　更に、第４図は本実施例の実験結
果に関し、出力（差動増幅器出口）と角周波数について
の本発明と第２の従来技術（第６図（ｂ）で表示）との
比較図である。

即ち従来技術では低周波、低電力使用のため図中ω１、
ω２という程度の低い位ｌで鉄筋を探査していたので、
低感度であり、その結果コンクリート中の鉄筋の探査可
能深さは比較的浅かったが、本発明では共振点そのもの
の角周波数の測定が可能となるので、より高精度に、深
い位置の鉄筋の探査が可能となった。

Ｅ本発明の効果］ （１）　　本発明では、従来技術と回路は全く異なり、
同一定格の部品要素により構成された、２つの共振回路
系を配設し、一方をプローブに、他方を基準回路として
、鉄筋の存在による磁束の変化を測定するので、回路の
特性の差や温度の変化による誤差が全くないから、従来
よりも高精度で、倍以上の深さまで、鉄筋の位置を正確
に探査することができる。

【図面の簡単な説明】

（２）　本発明では、増幅器にこの種の探査器に従来用
いられたことのない電力用半導体素子を用いたパワーア
ンプを使用するので、高周波、大電力を用いることがで
きるようになり従って、高精度で共振角周波数を求める
ことが可能となり、その結果として、従来の倍以上、コ
ンクリートの深部まで、鉄筋を探査することができるよ
うになった。 （３）　本発明では、基準共振回路のコイル中に効果の
大きい壷形フェライトコアを使用するので、その場合は
特に周囲からの磁気変化を受けず、従って高精度に大な
る深度まで、鉄筋を探査することが可能となった。 の距離と出力の関係を表わす表」　、第３図は本技術の
比較図」　、第５図は「第１の従来技術の回路を示すブ
ロック図」　、第６図（ａ）は「第２の従来技術の回路
を示すブロック図」　、第６図（ｂ）は「第２の従来技
術における角周波数と出力の関係を示す図」である。 １・・発振器、２，２′　・パワーアツプ、３・・セン
サとしての共振回路、４・・基準回路としての共振回路
、３Ｌ、４Ｌ・・コイル、３Ｃ，４Ｃ・・コンデンサ、
５．５′−−アンプ、６１１・差動増幅器、７ψ・ロッ
クインアンプ、８１１・メータ。 第 図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の高周波電圧を発生する発振器と、前記発振
   器にパワーアンプを介し接続 され探査プローブとなるコイルと可変コ ンデンサとから構成されてその共振点に 近い周波数の電圧を前記発振器より入力 しコンクリート内の鉄筋に近づけること により発生するインダクタンスの変化を 電圧変化として出力するセンサー用共振 回路と、上記パワーアンプと同格でかつ 並列に接続された別のパワーアンプに直 列で上記センサ用共振回路と並列に接続 され、上記センサ用共振回路と同一定格 のコイル及び可変コンデンサとから同一 に構成された基準共振回路と、上記両共 振回路の各出力端に夫々アンプを介し接 続され、かつ、両共振回路の出力差を算 出し増幅する差動増幅器と、該差動増幅 器の出力を受けると共に、一方より、上 記発振器からの所定の高周波出力を基準 信号として直接に入力し限定作動するロ ックインアンプ及びその出力を表示する 手段とを具有することを特徴とするＭ式深鉄筋探査器。
2. （２）前記所定の高周波の周波数が１０ ［ＫＨｚ］以上１０［ＭＨｚ］以下であ る、請求項１に記載のＭ式深鉄筋探査器。
3. （３）前記発振器が水晶振動子を用いる発振器である、
   請求項１又は２に記載のＭ式深鉄筋探査器。
4. （４）前記パワーアンプが電力用の半導体素子である、
   請求項１ないし３のいずれか に記載のＭ式深鉄筋探査器。
5. （５）前記センサ用共振回路ないしは基準共振回路の一
   方又は両方が、コイルにコア を挿入した共振回路である、請求項１な いし４いずれかに記載のＭ式深鉄筋探査器。
6. （６）前記基準共振回路がそのコイル中に壷形フェライ
   トコアを挿入した共振回路で ある、請求項１ないし５のいずれかに記 載のＭ式深鉄筋探査器。