JPH079466B2 - 深鉄筋探査器用磁束銃センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建設業界ないしは関連
官庁の検査等において多く用いられる鉄筋探査器のセン
サ部についてのものである。換言すると、鉄筋や鉄骨を
内蔵する可能性を有する、各種の材料で構築された既設
の建築物或るいは道路を含む土木構造物中の鉄筋の位置
と深さ、またはその有無を探査するに際し、従来技術よ
り格段に指向性と分解能を向上させ感度を高くした鉄筋
探査器用センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、既設の、例えば鉄筋コンクリート
構造物中の鉄筋の位置の探査に用いられる鉄筋探査器用
のセンサ（プローブ部）には次の２通りの構造のものが
知られており、販売され使用されて来た。

【０００３】（１）第１の従来技術 図７は第１の従来技術であるコイルを用いたセンサの形
状作用の原理説明図である。同図中、３１はコイル、３
２は磁性材料棒、３３は既設コンクリート構造体であ
り、３４は磁力線である。コイル３１に交流電力を通ず
ると、磁力線の束である磁束が発生する。その磁束が左
右に分れる位置に鉄筋が来るようにコイルを移動させる
ことにより鉄筋の位置を推定しようとするものである。
即ち磁束のある場所にに鉄筋が存在すると磁束に変化が
あり、その結果コイル３１のインダクタンスが変化す
る。これは付近に鉄筋を置いた事による透磁率μの増加
から来るものであり、Ｌをコイルのインダクタンス、ｋ
を長岡係数、μを透磁率、Ｎをコイルの巻数、Ｓをコイ
ルの断面積、ｌをコイルの長さとすればコイルのインダ
クタンスは下記の数式で表すことができる。

【０００４】Ｌ ＝ ｋμＮ^２Ｓ ／ ｌ

【０００５】更に鉄筋の位置によってその変化の度合は
大きく異なり、このインダクタンスＬの変化に対する電
流ｉの変化をデータ処理することによって、コンクリー
ト内の鉄筋の所在と位置を探査するものである。

【０００６】（２）第２の従来技術 図８は第２の従来技術である、内部にフェライトの様な
磁気材料の単純な棒の形状のコア芯を入れたコイルを用
いたセンサの形状作用の原理説明図である。このような
センサで、コイルに電流を通ずると磁力線は左右均等に
発生し両端で左右に分れコイルの外部を通って再び反対
側に集束する。 このセンサを封入したプローブを既設
のコンクリート構造物面上を移動させ、磁力線が集束し
ているところに鉄筋が存在すれば、プローブのメータの
針が最高のところを指すので、プローブの移動により、
鉄筋の位置深さの測定ができるというもので、磁束が集
中する事により、第１の従来技術よりは測定精度が高い
とされている。

【０００７】

【本発明の目的：解決すべき課題】上記の各従来技術
は、市販の鉄筋探査器のプローブ部のセンサとして、今
まで用いられて来たものであるが、下記の如き問題点、
欠点を有している。

【０００８】第１の従来技術は、図７に示すような単な
る空芯のコイルであるため、磁束３４が弱く、又、弱い
磁束が更にコイルの両端で空間的に広がっていて、鉄筋
３３の所での磁束は薄くなり、センサとしての感度は低
い。従って既設コンクリート構造体の深部に埋設されて
いる鉄筋の位置や、深さを殆んど感知することが出来な
い、という欠点がある。

【０００９】第２の従来技術、図８に示すような単純な
棒形状の磁気材料のコアをコイル内に入れるので、第１
の従来技術よりは、磁束密度がコアの前後において高く
なるが、コア入りコイルの前後に収束した磁束３４が出
ており、また、コイルの外部において磁力線が、広がる
ため、コイル後部或は左右に存在する磁性材料に感知し
てしまうので、プローブ前部の対象物については、分解
能が上らず、従って第１の従来技術よりは多少精度は上
るけれども、既設コンクリート深部の鉄筋３３の探査用
としては未だ殆んど低精度であって、使用できない、と
いう問題点がある。

【００１０】従って、上記すべての従来技術による探査
器は非常に精度が低い。 これらの従来器は、実際に使
用してみると既設の構造物、例えばコンクリート中の鉄
筋の探査可能の深さはせいぜい５ないし６［ｃｍ］程度
に過ぎず、このような事情により、建設業界並びに検査
担当の官庁等は、この目的で実用に供しうるものが皆無
で、今までのところ大変に困っていた。

【００１１】本発明は上記従来技術の問題点，欠点を除
去して、分解能、指向性を上げ、大深度の位置にある鉄
筋を、高精度に感知し探査し得るところの鉄筋探査器用
のセンサを創始し提供することを目的とする。

【００１２】

【本発明の構成：課題を解決するための手段】本発明
は、上記目的を達成するために、使用センサの形状の割
合にコイルの巻数を増大して比透磁率の高い磁性材料を
用いて磁束を強くすると共に、コイルに入れた芯棒磁性
材料をコイルの後部に一体的に横方向に延長し外周に向
ってコイルの後部を包む如く立ち上げ、芯棒よりも高さ
の低い近似筒状に形成し、コイル後部の磁束を高密度に
洩れを少なく誘導して、コイルの前部に周回する磁束を
強化することにより、コイルを収納するプローブの前部
より発する磁束が、既設コンクリートの深部にまで達
し、埋設されている鉄筋に高感度で反応するように構成
した。更にまた該コイルの前部における磁束を一層集中
的にして鋭敏化し格段に高感度のものにするため、コイ
ルの後部を包む如き近似筒状磁性体の前部に芯棒よりも
高くならない程度に近似中空錐台形の磁性体を一体的に
付加した構成の形状とすることによって、更にコイル前
部の磁束を集中強化し、鉄筋位置についての分解能と指
向性を向上せしめたものである。この近似筒状体及び又
は近似中空錐台の断面形状は円形でも、多角形でも、磁
束集束の機能を有し、本発明の技術的範囲内である。次
にまた本発明の構成に用いられる磁性材料は、フェライ
トの他、ニッケル、コバルト、マンガン鋼、珪素鋼等の
同類属の金属合金或はその混合物、化合物でもよい。

【００１３】以上の本発明の構成で、特に磁束を強化す
るのに有利な点は、プロープコイルの後部即ち手許の方
が太い形状に構成されることであり、これはコイルの巻
数を増加せしめて、比透磁率の高い材料にコイルを巻き
分解能、指向性を上げ高感度のものとするため有効な形
状である。指向性を特に強くしたことで磁束銃的性能を
有せしめたことに大きな特徴がある。芯棒コアの高さと
前記同芯近似筒状及び又は近似中空錐台状コアの高さの
比を１以上としたのは１未満のものは磁力線の方向が横
のみとなって効果が得られにくくなるからであり、２以
下としたのは、２を超えると磁力線が広がり過ぎて効果
が少なくなるからである。

【００１４】次に前記同芯近似筒状コアの径と芯棒コア
の径の比を１．１以上としたのは、１．１未満では構造
上コイルが巻けないからであり、５以下としたのは、５
を超えると分解能が低下してくるからである。因みにコ
イルの巻数を特に増大させる方法としては、上記に比率
を大にするのみではなく、コイル巻き部分の長さを長く
すれば可能である。

【００１５】

【作用】本発明では、前後部が対称的同様の形状をなす
従来のセンサプロープとは特に異なり、後部には一体的
近似筒状のコアにより構成し、更に前部は芯棒コアより
も高さはやや低く構成するが、近似中空錐台状コアとし
て構成したので後方並に左右に比較的無駄な磁力線が散
乱しないことにより、前部方向に磁束が集中する形状機
能となった。その結果磁束の指向力と方向性は特に強く
なり、手許が太く先が細いというその形状特性と共に、
特に前方に磁束が集中して強く発射される作用を有する
ので恰も磁束銃の如き機能を発揮する。従って本発明の
センサプロープは、従来市販のものに比較し、特に指向
力、方向性を具備し、格段に高性能となり、従って既設
のコンクリートの深い部分まで作用するものである。

【００１６】

【実施例１】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説
明する。

【００１７】図１は本発明は本発明の深鉄筋探査器用磁
束銃センサの側面図、図２がその上面図である。センサ
１は、図１，図２に示す通り、底面５を有し、芯棒後部
と一体化した円筒状の磁性材料から成る磁束吸収部４内
に同心円状の棒状コア２が固着され、該棒状コア２に所
定の導線を巻回することによってコイル３が形成されて
いる。

【００１８】図２は本願出願人の前願である「深鉄筋探
査器」（出願時より１年６ケ月未経過の未公開特許）の
センサ部に図１，図２に示した深鉄筋探査器用磁束銃セ
ンサを用いた実施例図である。

【００１９】発振器６より発振された高周波電圧は、並
列に接続構成され対応する夫々の同一機能の機素が相互
に同一定格である２つの共振回路系に夫々入力される。
第１はパワーアンプ７を通じ、直列に、深鉄筋探査器用
磁束銃センサ１と可変コンデンサ８より構成された共振
回路９と、更にアンプ１０が接続されている。その第２
はパワーアンプ７を通じ、直列に、共振回路１２とアン
プ１０が接続されている。 尚、共振回路１２は深鉄筋
探査器用磁束銃センサ１と同じインダクタンスを有する
コイル１１と第１の共振回路９で用いられているものと
同じ可変コンデンサ８で構成する。更にこの共振回路１
２を外磁遮断用のシールドケース１３で囲うものとす
る。また第１，第２の共振回路系に用いられるパワーア
ンプ７，アンプ１０は夫々同一定格のものを用いてい
る。次に第１，第２の共振回路系の出力は、差動増幅器
１４に入力され、その差を比較、増幅しその出力をロッ
クインアンプ１５によって発振器６の周波数の出力のみ
を通し、メータ１６に表示するものである。

【００２０】本発明の特徴はセンサ１のコアの形状機能
にある。深鉄筋探査器用磁束銃センサ１は棒状コア２よ
り磁束を放出するようにコイル３を形成する。同時に放
出した磁束を吸収するための磁束吸収部４を磁束の放出
方向と同方向に設け、放出側と吸収側を同磁性材料製の
底５で連接させる。これは、従来の棒状コイルのみのセ
ンサと違って、放出側，吸収側を同方向に向けることに
よってセンサに強い指向性をもたせるためである。 か
つまた、円筒状の磁束吸収部４の内径を狭め、棒状コア
２と磁束吸収部４を近接させることによってセンサの分
解能を向上し得るものである。これは、棒状コア２よ
り、底５に対して垂直に噴水状に発射された磁力線が磁
束吸収部４によって吸収されるため磁束吸収部４の円周
枠外には磁束が洩れないということによる。また棒状コ
ア２と磁束吸収部４の高さは、棒状コア２の方を高く設
定しておく。この理由は吸収側と発射側を同じ高さにす
ると双方でセンスしてしまう為である。

【００２１】

【実施例２】図４に示すのは、コンクリート内に埋設さ
れた鉄筋の深さが一定の状態においてセンサをコンクリ
ートの壁づたいに左右にシフトした時の相対出力の実験
結果グラフである。

【００２２】探査器には実施例１で用いたものを使用す
るものとする。縦軸はメータ１６に表示される相対出力
を示し、横軸は、コンクリート壁表面から見て鉄筋の正
面を０とした時のセンサの左右への移動距離である。曲
線１７は本願発明の深鉄筋探査器用磁束銃センサによ
り、他方曲線１８は従来技術１並に曲線１９は従来技術
２の実験結果である。図に示すように、曲線１７は他方
従来の曲線より、極めて鋭利でしかも、その相対出力は
鉄筋の正面の極めて狭い範囲でしか表われない。これは
鉄筋の位置を極めて正確に探査できることを示してい
る。従って、本発明の深鉄筋探査器用磁束銃センサは、
従来に比し、格段に高性能であることが実証されてい
る。

【００２３】

【実施例３】図５，図６に示すのは、実施例１に記載し
た深鉄筋探査器用磁束銃センサを更に発展させたもので
あり、図５は、そのセンサ２０の側面図、図６はその上
面図である。実施例１のセンサ１と違う点は磁束の吸収
部にある。図１で示した磁束吸収部４の上面に円錐形状
のふた２１を冠着させることによって磁束の吸収部の内
径を狭め吸収部をより棒状コア２に近づけている。この
ような構造にすることにより、センサの分解能を更に向
上させ得ることができる。尚、センサ２０内にあえて空
間を設けたのは、コイル３の巻数を確保する為である。

【００２４】

【本発明の効果】

（１）本発明によれば、従来技術と磁路を特に異なる形
状とし、後、側方に近似筒状等のコアを設け、芯棒コア
を高く形成したことにより、後方並に側方に出る無駄な
磁力線が殆んどなくなるので、前方への有効な磁束が強
くなり、全体の形状と共に磁束銃の如き機能を呈し、探
査方向のみに集中する結果、対象物の鉄筋探査精度が、
従来の何倍にも向上した。

【００２５】（２）磁束放出部としての棒状コアと磁束
の吸収部を同方向に向け、しかも両者を近ずけたことに
より、センサの分解能、指向性が従来技術に比して格段
に向上した。

【００２６】（３）本発明の詳細な説明及び図面中に開
示した深鉄筋探査器のプロープとして、このセンサを用
いれば、既設構造物、例えばコンクリート中の探査可能
深さについては、従来市販のものが最大約６［ｃｍ］ま
でであるに対し、本発明器では最大約６０［ｃｍ］ま
で、と大幅に向上するほか、更に、鉄筋の太さも探査可
能となる等、本分野における画期的技術の進歩をもたら
すものである。

【００２７】（４）本発明によれば、既設構造物中の鉄
筋の探査精度が画期的に向上することによって、更に、
既設構造物の検査において、無破壊のままで、設計図と
異る鉄筋が入っていないかどうか、尚また古い構造物の
場合、鉄筋の侵食が進んでいないかどうか等、安全上重
要な情報を得ることができるなど、非常に大なる効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の深鉄筋探査器用磁束銃センサの側面
図。

【図２】図１の上面図。

【図３】本願出願人の前願である「深鉄筋探査器」の原
理図。

【図４】センサの左右移動距離に対する相対出力の実験
結果グラフ。

【図５】図１で示した本願発明の深鉄筋探査器用磁束銃
センサの他構造例の側面図。

【図６】図５の上面図。

【図７】従来技術１の原理説明図。

【図８】従来技術２の原理説明図。

【符号の説明】

１ 深鉄筋探査器用磁束銃センサ ２ 棒状コア ３ コイル ４ 磁束吸収部 ５ 底 ６ 発振器 ７ パワーアンプ ８ 可変コンデンサ ９ 共振回路 １０ アンプ １１ コイル １２ 共振回路 １３ シールドケース １４ 差動増幅器 １５ ロックインアンプ １６ メーター １７ 本発明器による出力特性曲線 １８ 第１の従来技術器による出力特性曲線 １９ 第２の従来技術器による出力特性曲線 ２０ 深鉄筋探査器用磁束銃センサ ２１ ふた ３２ 磁束 ３３ 鉄筋

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】底部を連続させた同心近似筒状及び又は近
   似中空錐台状の磁性材料によるコアと、該近似筒状ない
   し近似中空錐台状部よりも高さが大なる芯棒磁性コアと
   を設け、該芯棒に、所定の電気回路導線を巻回して成
   り、鉄筋コンクリート構造体中の鉄筋位置の探査用に供
   することを特徴とする、深鉄筋探査器用磁束銃センサ。
2. 【請求項２】前記、近似筒状コアの上部に前記近似中空
   錐台状コアを載戴し、該中空錐台コア上部の内径が、前
   記芯棒コアの外径より工作可能の間隙を有して大であ
   る、請求項１に記載の深鉄筋探査器用磁束銃センサ。
3. 【請求項３】前記芯棒コアの高さと前記同心近似筒状及
   び又は近似中空錐台状コアの高さの比が１以上２以下で
   あり、前記同心近似筒状コアの径と芯棒コアの径比が
   １．１以上２以下であり、前記同心近似筒状コアの径と
   芯棒コアの比が１．１以上５以下である、請求項１又は
   ２のいずれかに記載の深鉄筋探査器用磁束銃センサ。