KR102167973B1 - 자성 선상체의 손상 평가 방법 및 손상 평가 장치 - Google Patents

자성 선상체의 손상 평가 방법 및 손상 평가 장치 Download PDF

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히로노리 가네마루
유우타 하시메
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도쿄 세이꼬 가부시키가이샤
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Abstract

손상 평가 장치(1)는, 손상을 평가해야 할 텐돈(10)이 매립된 콘크리트 구조물 상에 설치되어 사용되는 것으로, 자력을 발생시키는 자화기(20), 및 발생시킨 자력에 의해 자화되는 텐돈(10)의 손상 개소로부터 생기는 자기 변화량을 검출하는 검출기(41F, 41R)를 포함한다. 자화기는, 여자 코일(24)과, 여자 코일의 중심 구멍에 삽입 관통된 철심(26)과, 철심의 양단에 접속되어, 콘크리트면을 향해 각각 신장되는 한 쌍의 주상 요크(31F, 31R)를 포함한다. 여자 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 요크축, 한 쌍의 주상 요크, 및 한 쌍의 주상 요크 사이에 위치하는 범위의 텐돈에 의해 자기 회로가 형성된다. 텐돈의 자속 밀도가 일정해지도록 여자 코일에 흐르게 되는 전류가 제어된다.

Description

자성 선상체의 손상 평가 방법 및 손상 평가 장치
본 발명은, 자성 선상체, 전형적으로는, 콘크리트 중에 매립되어 사용되고 있는 자성 선상체의 손상(열화 상태)을 평가하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 선상체는, 케이블, 로프, 스트랜드, 코드, 와이어, 로드, 폴, 샤프트, 그 밖의 일방향으로 연속해서 신장되는 형태의 것을 포함하고, 꼬여 있는 것뿐만 아니라, 단순히 묶여 있을 뿐인 것이나 단체의 것도 포함한다. 또한, 직경의 크기, 단면 형상은 상관없다. 자성 선상체란, 자성 재료, 전형적으로는 강자성 재료로 만들어진 선상체를 의미한다.
특허문헌 1은 와이어 로프를 감도록 프로브 코일을 설치하는 와이어 로프의 손상 검출기를 개시한다.
일본 특허 공개 제2002-5896호 공보
특허문헌 1에 기재된 손상 검출기에 의해 검사되는 와이어 로프는, 프로브 코일에 의해 감길 수 있는 와이어 로프, 즉 외부에 노출되어 있는 와이어 로프인 것을 전제로 한다. 특허문헌 1에 기재된 손상 검출기에서는, 콘크리트에 매립되어 있는 와이어 로프를, 콘크리트에 매립된 채로 검사할 수는 없다.
본 발명은, 콘크리트에 매립되어 있는 자성 선상체에 대하여, 콘크리트에 매립된 상태 그대로 검사할 수 있도록 할 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 손상 평가 장치로부터 콘크리트에 매립되어 있는 자성 선상체까지의 거리에 변동이 있다고 해도, 손상을 나타내는 신호 파형을 정규화할 수 있도록 할 것을 목적으로 한다.
이 발명에 의한 자성 선상체의 손상 평가 방법은, 손상을 평가해야 할 자성 선상체가 매립된 콘크리트 구조물 상에 있어서, 자력을 발생시키는 자화기, 및 자화기가 발생시킨 자력에 의해 자화되는 상기 자성 선상체의 손상 개소로부터 생기는 자기 변화량을 검출하는 검출기를 포함하는 손상 평가 장치를, 상기 자성 선상체를 따라 이동시키고, 상기 자화기가, 여자 코일과, 상기 여자 코일의 중심 구멍에 삽입 관통된 요크축과, 상기 요크축의 양단에 접속되어, 콘크리트면을 향해 각각 신장되는 한 쌍의 주상 요크를 포함하고, 상기 여자 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 상기 요크축, 한 쌍의 주상 요크, 및 한 쌍의 주상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체를 포함하는 자기 회로를 형성하고, 상기 한 쌍의 주상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체에 있어서의 자속 밀도를 일정하게 유지하도록, 상기 자성 선상체의 콘크리트 구조물 중의 매립 깊이에 따라 상기 여자 코일에 흐르는 전류를 제어하는 것이다. 손상에는 마모, 부식, 단선 등이 포함된다.
이 발명에 의한 자성 선상체의 손상 평가 장치는, 손상을 평가해야 할 자성 선상체가 매립된 콘크리트 구조물 상에 설치되어 사용되고, 자력을 발생시키는 자화기, 및 자화기가 발생시킨 자력에 의해 자화되는 상기 자성 선상체의 손상 개소로부터 생기는 변화량을 검출하는 검출기를 포함하는 것이며, 이동량 센서를 포함하고, 상기 손상 평가 장치를 상기 자성 선상체를 따라 이동시키는 이동 장치, 및 상기 자화기에 전류를 공급하는 전원 장치를 구비하고, 상기 자화기가, 여자 코일과, 상기 여자 코일의 중심 구멍에 삽입 관통된 요크축과, 상기 요크축의 양단에 접속되어, 콘크리트면을 향해 각각 신장되는 한 쌍의 주상 요크를 포함하고, 상기 여자 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 상기 요크축, 한 쌍의 주상 요크, 및 한 쌍의 주상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체에 의해 자기 회로를 형성하는 것이고, 상기 한 쌍의 주상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체에 있어서의 자속 밀도가 일정하게 유지되도록, 상기 자성 선상체의 콘크리트 구조물 중의 매립 깊이에 따라, 상기 전원 장치로부터 상기 자화기의 여자 코일에 부여되는 전류를 제어하는 제어 장치를 구비하고 있다.
이 발명에 의하면, 콘크리트 중의 자성 선상체를 경로에 포함하는 자기 회로가 형성된다. 자성 선상체에 마모나 부식에 의한 단면적 감소, 단선에 의한 공극이 있으면, 자기 회로에 있어서의 자기 저항이 증가하고, 자기 회로를 흐르는 자속이 변화된다(감소한다). 자속 검출기에 의해 검출되는 자속의 변화에 기초하여, 콘크리트에 매립된 자성 선상체에 발생하고 있는 손상(열화)을 평가할 수 있다.
자성 선상체가 콘크리트에 매립되어 있으므로, 한 쌍의 주상 요크와 자성 선상체 사이에는 갭(콘크리트가 개재되는 것에 의한 자기 회로의 분리 부분)이 존재한다. 콘크리트의 투자율은 비교적 작고(공기의 투자율과 거의 동치), 한 쌍의 주상 요크와 자성 선상체 사이에 있어서, 자기 회로를 흐르는 자속의 저하는 피할 수는 없다. 한 쌍의 주상 요크의 각각과 자성 선상체 사이의 갭은 자기 회로에 있어서의 저항이라고 생각할 수 있다. 갭이 길면 길수록, 자기 회로에 있어서의 저항은 커진다.
본 발명에 의하면, 자성 선상체의 콘크리트 구조물 중의 매립 깊이에 따라 여자 코일에 흐르는 전류가 제어되고, 한 쌍의 주상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체(자기 회로를 구성하는 범위의 자성 선상체)에 있어서의 자속 밀도(자계의 강도)가 일정하게 유지된다. 자성 선상체의 매립 깊이, 즉 갭의 길이에 기인하는 자기 변화량의 변동분을 캔슬할 수 있다. 손상 평가 장치로부터 콘크리트에 매립되어 있는 자성 선상체까지의 거리에 변동이 있다고 해도, 손상을 나타내는 신호 파형이 정규화되므로, 손상의 정도를 더 정확하게 파악할 수 있다.
바람직하게는, 상기 검출기가, 상기 한 쌍의 주상 요크의 적어도 한쪽에 감긴 서치 코일이다. 서치 코일에 의해 자기 회로를 흐르는 자속(쇄교 자속수)에 따른 전압이 출력된다. 콘크리트에 매립된 자성 선상체에 발생하고 있는 손상에 기인하는 자속의 변화를 검지할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 상기 손상 평가 장치가, 상기 자성 선상체에 대한 상기 손상 평가 장치의 위치를 검출하는 위치 검출 수단을 구비하고, 위치 검출 수단의 출력에 따라 상기 손상 평가 장치의 이동 경로를 결정한다. 상기 위치 검출 수단은, 일 실시 형태에서는, 상기 한 쌍의 주상 요크의 각각에 감긴 서치 코일이다. 주상 요크에 흐르는 자속은 주상 요크의 바로 아래에 자성 선상체가 위치하고 있을 때에 최대가 되므로, 2개의 서치 코일의 출력 신호에 기초하여 콘크리트 중에 매립되어 있는 자성 선상체의 위치를 검지할 수 있고, 자성 선상체의 위치를 따른 상기 손상 평가 장치의 이동 경로를 결정할 수 있다.
도 1은 콘크리트 상자 거더교를 구성하는 상자 거더를 하측에서 본 사시도이다.
도 2는 콘크리트 상자 거더교의 종단면도이다.
도 3은 손상 평가 장치의 일부 파단 측면도이다.
도 4는 손상 평가 장치의 하부를 부분적으로 도시하는 확대 사시도이다.
도 5는 손상 평가 장치의 주행 위치를 정하는 모습을 도시하고 있다.
도 6은 텐돈의 매립 깊이에 따라 손상 평가 장치와 텐돈 사이의 거리가 변동되는 모습을 도시한다.
도 7은 여자 코일에 흐르게 하는 전류를 일정하게 한 때의 갭 길이와 서치 코일의 자속의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 8은 텐돈의 자속 밀도를 일정하게 하기 위해 여자 코일에 흐르게 하여야 할 전류를 도시하는 그래프이다.
도 9의 (A)는 자계의 강도의 균일화 처리 전에 있어서의, 서치 코일로부터의 출력 전압에 기초하여 산출되는 자속의 그래프이고, (B)는 자계의 강도의 균일화 처리 후에 있어서의, 서치 코일로부터의 출력 전압에 기초하여 산출되는 자속의 그래프이다.
도 10은 센서군으로부터 출력되는 신호를 처리하는 처리 장치의 전기적 구성을 도시하는 블록도이다.
실시예
도 1은 콘크리트 상자 거더교를 구성하는 상자 거더를 하측에서 본 사시도이다.
콘크리트 상자 거더교는, 콘크리트제의 상자 거더를 교축 방향으로 복수 연결시킴으로써 만들어진다. 상자 거더(70)는, 상측 플랜지(71)와, 상측 플랜지(71)의 하방에 상측 플랜지(71)와 간격을 두고 거의 평행하게 마련된 하측 플랜지(72)와, 상측 플랜지(71)와 하측 플랜지(72)의 양측부를 각각 연결하는 웹(73)으로 구성된다. 상측 플랜지(71), 하측 플랜지(72) 및 양측의 웹(73)에 의해 둘러싸인 교축 방향으로 신장되는 공간(75)은 사람이 들어갈 수 있는 크기이고, 공간(75) 내로부터 콘크리트 상자 거더교[상자 거더(70)]의 검사를 행할 수 있다. 상측 플랜지(71)의 양측은 각각 측방으로 돌출되어 있고, 상측 플랜지(71)와 그 양측의 돌출부(71a)에 의해 콘크리트 상자 거더교의 폭이 정해진다. 돌출부(71a)의 측단 상면에는 일반적으로 난간(도시 생략)이 마련된다. 상측 플랜지(71) 및 돌출부(71a)의 표면은 일반적으로 아스팔트 포장되고, 자동차, 보행자 등은 아스팔트 포장된 상측 플랜지(71) 및 돌출부(71a) 위를 통행한다.
상자 거더(70)를 구성하는 콘크리트제의 하측 플랜지(72) 및 웹(73)의 내부에, 복수개의 강제의 텐돈(10)이 매설되어 있고, 교축 방향으로 신장되어 있다. 텐돈(10)은 콘크리트에 압축 응력을 부여하기 위해 사용되는 것이고, 철을 주성분으로 하는 강자성체의 강선, 강 막대 또는 강 꼬임선으로 만들어져 있다.
도 2는 콘크리트 상자 거더교의 종단면을, 손상 평가 장치(1)와 함께 도시하고 있다. 이해하기 쉽게 하기 위해, 상측 플랜지(71) 및 하측 플랜지(72)의 두께 및 텐돈(10)의 직경이 강조하여 도시되어 있다. 또한, 도 2에는, 2개의 상자 거더(70)가 나열됨으로써 구성되는 콘크리트 상자 거더교를 도시하지만, 일반적으로는 더 많은 상자 거더(70)에 의해 콘크리트 상자 거더교는 구성된다.
교축 방향으로 나열되는 2개의 상자 거더(70)의 중간의 하면에 교각(77)이 세워 설치되고, 교각(77)에 의해 콘크리트 상자 거더교가 지지된다.
상술한 바와 같이, 상자 거더(70)의 하측 플랜지(72)에는 콘크리트에 압축 응력을 부여하기 위한 복수개의 텐돈(10)이 매설된다[도 2에서는 복수개의 텐돈(10) 중 1개가 도시되어 있음]. 텐돈(10)은 교축 방향으로 나열된 복수의 상자 거더(70)의 교축 방향의 길이를 초과하는 길이를 갖고 있고, 복수의 상자 거더(70)에 걸쳐서 1개의 텐돈(10)이 매설된다.
콘크리트의 두께 방향(깊이 방향)으로 균등하게 압축 응력을 부여하기 위해, 콘크리트의 두께 방향으로 비스듬히 텐돈(10)이 매립되는 경우가 있다. 도 2는 상자 거더(70)를 구성하는 하측 플랜지(72)의 두께 방향으로 텐돈(10)이 비스듬히 매립되어 있는 모습을 도시하고 있다.
콘크리트에 매립되어 있는 텐돈(10)이, 손상 평가 장치(1)에 의해, 콘크리트에 매립된 상태 그대로 1개씩 검사된다.
도 3은 텐돈(10)이 매설된 콘크리트[상술한 상자 거더(70)를 구성하는 콘크리트제의 하측 플랜지(72)]의 표면 상에 배치된 손상 평가 장치를, 일부를 파단하여 측방으로부터 도시하는 것이다. 도 4는 손상 평가 장치의 하부를 부분적으로 도시하는 확대 사시도이다.
도 3을 참조하여, 손상 평가 장치(1)는, 콘크리트 중에 매립된 텐돈(10)의 일부를 자화하고, 텐돈(10)을 포함하는 자기 회로를 형성하기 위한 자화기(20)를 구비하고 있다. 자화기(20)는, 원통상의 보빈(21) 및 그 양단에 고정된 환상의 플랜지부(22)와, 보빈(21)의 주위면에, 보빈 양단의 환상 플랜지부(22) 사이의 전체에 걸쳐서 권회된 여자 코일(24)과, 보빈(21)의 중심 구멍(23)에 삽입 관통된 단면 원형의 철심(요크축)(26)과, 양 환상 플랜지부(22)의 외면의 각각에 착탈 가능하게 고정되고, 보빈(21)[여자 코일(24)]의 양단으로부터 하향으로 신장되는 한 쌍의 주상 요크(31F, 31R)와, 주상 요크(31F, 31R)의 선단(하면)의 각각에 착탈 가능하게 고정된 판상 요크(32F, 32R)를 구비하고 있다.
손상 평가 장치(1)는 자화기(20)를 구성하는 여자 코일(24)의 중심축의 방향과 검사해야 할 텐돈(10)의 길이 방향(축방향)을 일치시켜, 여자 코일(24)과 텐돈(10)이 상하로 나열되도록 콘크리트면 상에 설치된다. 후술하는 바와 같이, 손상 평가 장치(1)는 직선 이동 가능하게 구성된다. 바람직하게는 콘크리트에 매립되어 있는 텐돈(10)을 따라, 텐돈(10)의 바로 위에 있어서 손상 평가 장치(1)를 이동시키기 위한 레일(도시 생략)이, 콘크리트면 상에 미리 설치된다.
환상 플랜지부(22)의 중심에 보빈(21)의 중심 구멍(23)과 연통하는 통과 구멍(22a)이 개구되어 있고, 철심(26)은 보빈(21)의 중심 구멍(23) 및 양측의 환상 플랜지부(22)의 통과 구멍(22a)을 통해, 양 환상 플랜지부(22)의 각각의 외부로 밀려나오는 길이를 갖는다. 여자 코일(24)에 전류를 흐르게 함으로써 발생하는 자계에 의해 철심(26)이 자화된다.
주상 요크(31F, 31R)는 이 실시예에서는 각기둥상의 것이고, 그 상부 측면이 환상 플랜지부(22)의 외면에 착탈 가능하게 고정되어 있다. 환상 플랜지부(22)에 고정되는 주상 요크(31F, 31R)의 측면에는 원기둥상의 오목부(31a)가 형성되어 있고, 이 오목부(31a)에 철심(26)의 단부가 삽입되어 있다.
상술한 바와 같이, 주상 요크(31F, 31R)는 보빈(21)[여자 코일(24)]의 양측으로부터 하향(콘크리트면을 향하는 방향)으로 연신되어 있고, 그 선단(하면)에 판상 요크(32F, 32R)가 착탈 가능하게 고정되어 있다. 도 4를 참조하여, 판상 요크(32F, 32R)는 평면에서 보아 사각형의 것이고, 수평 방향, 즉 콘크리트면을 따르는 확장부를 갖는다.
주상 요크(31F, 31R), 및 판상 요크(32F, 32R)의 소재에는, 예를 들어 높은 투자율을 갖는 퍼멀로이(Fe-Ni계 합금), 또는 고포화 자속 밀도를 나타내는 퍼멘듈(Fe-Co계 합금)이 사용된다. 주상 요크(31F, 31R)와 판상 요크(32F, 32R)는 동일 소재여도 되고, 소재를 상이하게 해도 된다. 다만, 비교적 가격이 저렴한 기계 구조용 탄소강을 사용할 수도 있다. 여자 코일(24)에 의해 발생하는 기자력의 크기를 주상 요크(31F, 31R) 및 판상 요크(32F, 32R)의 소재 선택의 기준으로 해도 된다. 예를 들어, 여자 코일(24)[보빈(21)]이 소형의 것이고, 큰 기자력을 발생할 수 없는 때에는 높은 투자율을 갖는 소재가 선택되고, 여자 코일(24)[보빈(21)]이 대형의 것이고, 큰 기자력을 발생할 수 있는 경우에는 고포화 자속 밀도를 나타내는 소재를 선택하는 것을 생각할 수 있다.
도 3, 도 4를 참조하여, 판상 요크(32F, 32R)의 각각의 양측 단부면에 프레임(51)이 고정되어 있고, 각 프레임(51)의 양단에 개스터(52)가 설치되어 있다. 개스터(52)에 의해 손상 평가 장치(1)를 콘크리트면을 따라 직선 이동시킬 수 있다. 또한, 캐스터(52)에 의해 손상 평가 장치(1)를 회전시킬 수도 있다.
복수의 캐스터(52) 중 하나의 회전축에 로터리 인코더(63)(그 회전축)가 설치되어 있고, 손상 평가 장치(1)의 이동량이 로터리 인코더(63)에 의해 계측된다.
판상 요크(32F, 32R)의 저면(콘크리트면과 대향하는 면)의 하방에, 검사해야 할 텐돈(10)이 위치한다. 손상 평가 장치(1)가 구비하는 자화기(20)와 텐돈(10)의 일부에 의해, 여자 코일(24)[철심(26)], 주상 요크(31F), 판상 요크(32F), 강자성체인 텐돈(10), 판상 요크(32R), 주상 요크(31R)를 지나는 자기 회로가 구성된다.
텐돈(10)은 콘크리트 중에 매립되어 있으므로, 판상 요크(32F, 32R)와 텐돈(10)은 연속하지 않고, 이것들 사이에는 갭이 존재한다. 이 갭은 자기 회로에 있어서의 자기 저항이라고 생각할 수 있다.
철심(26)을 구비하는 여자 코일(24)의 기자력을 F, 전체 자속을 Φ라고 하고, 자기 회로의 자기 저항을 R이라고 하면, 전체 자속 Φ는 이하의 식 1에 의해 표시된다.
Φ＝F/R …식 1
자기 저항 R은, 갭의 길이를 L, 갭의 단면적을 A라고 하면, 이하의 식 2로 부여된다.
R＝L/㎂ … 식 2
여기서 μ는 갭의 자로, 여기서는 콘크리트 및 판상 요크(32F, 32R)와 콘크리트 표면 사이의 약간의 간극(공기)의 투자율이다.
식 2로부터, 갭에 있어서의 단면적 A가 크면 클수록, 자기 회로에 있어서의 자기 저항 R을 작게 할 수 있다. 상술한 바와 같이, 주상 요크(31F, 31R)의 선단에는 확장부를 갖는 판상 요크(32F, 32R)가 마련되어 있고, 갭의 단면적이 크게 되어 있다. 이에 의해, 여자 코일(24)[철심(26)], 주상 요크(31F), 판상 요크(32F), 텐돈(10), 판상 요크(32R), 및 주상 요크(31R)로 구성되는 자기 회로에 있어서의 자기 저항을 작게 할 수 있고, 여자 코일(24)에 있어서의 기자력의 손실을 작게 할 수 있다. 또한, 판상 요크(32F, 32R)를 사용하여 갭의 단면적을 크게 함으로써, 예를 들어 굵은 주상 요크(31F, 31R)를 사용함으로써 갭의 단면적을 크게 하는 경우에 비해 손상 평가 장치(1)의 중량을 가볍게 할 수 있다.
또한, 손상 평가 장치(1)에서는, 주상 요크(31F, 31R)[판상 요크(32F, 32R)]의 어느 한쪽이 N극, 어느 다른 한쪽이 S극으로 된다. 주상 요크(31F, 31R)[판상 요크(32F, 32R)]의 대향면간의 간격, 즉 자극간 거리 D가, 갭의 길이보다도 충분히 길게 취해지고 있는 것도 특징이다. 자극간[판상 요크(32F, 32R) 사이, 주상 요크(31F, 31R) 사이]의 자기 저항을, 판상 요크(32F, 32R)와 텐돈(10) 사이의 갭에 있어서의 자기 저항보다도 크게 함으로써, 자극간에 직접 흐르는 자속을 없애거나 또는 적게 할 수 있다. 이것도 텐돈(10)을 포함하는 자기 회로에 있어서의 기자력의 손실을 작게 하는 것에 기여한다. 갭의 길이의 수배, 예를 들어 3배 내지 10배 정도의 자극간 거리 D를 확보하는 것이 바람직하다.
도 3, 도 4를 참조하여, 주상 요크(31F, 31R)의 근본 부근에 있어서 주상 요크(31L, 31R)에 서치 코일(41F, 41R)이 각각 감겨져 있다. 텐돈(10)에 마모나 부식에 의한 단면적 감소, 단선에 의한 공극이 있으면, 상술한 자기 회로에 있어서의 자기 저항이 증가한다. 자기 저항의 증가는 자기 회로에 흐르는 자속에 변화를 발생시킨다. 서치 코일(41F, 41R)은 자기 회로의 자로를 구성하는 주상 요크(31F, 31R)에 감겨 있으므로, 자기 회로에 흐르는 자속은 서치 코일(41F, 41R)과 쇄교하고, 서치 코일(41F, 41R)은 쇄교하는 자속의 변화에 따른 기전력을 발생시킨다. 서치 코일(41F, 41R)로부터의 출력 신호에 기초하여 텐돈(10)에 발생한 손상을 정량적으로 평가할 수 있고, 소위 복귀 자속(리턴 플럭스)을 사용한 전체 자속 측정형의 손상 평가를 행할 수 있다. 2개의 서치 코일(41F, 41R)의 출력 신호의 평균값을 손상 평가에 사용해도 되고, 2개의 서치 코일(41F, 41R)을 차동 접속하여 2개의 서치 코일(41F, 41R)로부터 하나의 출력 신호를 출력시키고, 이것을 손상 평가에 사용해도 된다. 또한, 서치 코일(41F, 41R)의 어느 한쪽만을 마련하도록 해도 된다.
판상 요크(32F, 32R)의 대향면에 판상의 지지 부재(60)가 고정되어 있고, 이 지지 부재(60) 내에 홀 소자군(61)이 마련되어 있다. 홀 소자군(61)은 여자 코일(24)의 중심축의 방향[텐돈(10)의 축방향]과 수직의 방향으로 콘크리트면을 따라 직선상으로 나열된 복수의 홀 소자(61a)를 포함한다. 홀 소자(61a)는 자계의 강도(자속 밀도)에 비례한 전압을 출력한다. 복수의 홀 소자(61a)는 모두 여자 코일(24)의 중심축 방향을 따르는 자속에 감응하는 방향을 향해 설치된다.
여자 코일(24)의 중심축 방향에 감응 방향이 향하게 된 홀 소자(61a)는, 여자 코일(24)에 있어서 발생하는 자계의 강도를 계측 내지 확인하기 위해 사용된다. 여자 코일(24)에 흐르게 되는 전류가 높아질수록 여자 코일(24)에 있어서 발생하는 자계의 강도는 강해지고, 홀 소자(61a)로부터의 출력 신호도 커진다.
복수의 홀 소자(61a)를 포함하는 홀 소자군(61)은, 바람직하게는, 판상 요크(32F, 32R)의 중간 위치, 즉 자극간의 중간 위치에 마련된다. 판상 요크(32F, 32R)의 어느 것에 가까운 장소의 자계에 비해 자극간의 중간 위치의 자계는 안정되어 있으므로, 여자 코일(24)에 의해 발생하는 자계의 강도의 계측의 정밀도가 향상된다.
도 5는 콘크리트[하측 플랜지(72)]에 매립된 텐돈(10)을 검사할 때의 손상 평가 장치(1)의 주행 경로의 결정의 모습을 도시하고 있다.
상술한 바와 같이, 손상 평가 장치(1)가 구비하는 자화기(20)와, 손상 평가 장치(1)의 하방에 위치하는 텐돈(10)의 일부에 의해 자기 회로가 구성된다. 자화기(20)를 구성하는 주상 요크(31L, 31R)에 각각 감겨져 있는 서치 코일(41F, 41R)로부터의 출력 신호는, 자화기(20)의 양 자극, 즉 판상 요크(32F, 32R)가 텐돈(10)에 가까우면 가까울수록 커진다. 따라서, 이들 2개의 서치 코일(41F, 41R)의 출력 신호에 기초하여, 콘크리트면 상에 설치된 손상 평가 장치(1)[판상 요크(32L, 32R)]가, 콘크리트 중에 매립되어 있는 텐돈(10)의 바로 위에 위치하고 있고, 또한 여자 코일(24)의 중심축 방향과 텐돈(10)의 축방향이 일치하고 있는지 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로는, 서치 코일(41F, 41R)로부터의 출력 신호가 가장 커지도록, 손상 평가 장치(1)의 설치 위치와 방향을 조정하면 된다. 상술한 바와 같이, 손상 평가 장치(1)는 캐스터(52)를 구비하고 있으므로, 콘크리트면을 따라 손상 평가 장치(1)를 직선 이동시킬 수 있음과 함께, 가벼운 힘으로 손상 평가 장치(1)를 회전시킬 수도 있다. 이 때문에, 텐돈(10)의 바로 위에 손상 평가 장치(1)를 위치시키고, 또한 여자 코일(24)의 중심축과 텐돈(10)의 축방향이 일치하도록 손상 평가 장치(1)의 방향을 조정하기 위한 작업자의 부담은 적다.
콘크리트면 상의 복수 개소[예를 들어, 도 5에 있어서 손상 평가 장치(1)를 도시하는 개소와 부호 X로 나타내는 개소]에 있어서, 서치 코일(41F, 41R)로부터의 출력 신호를 관찰함으로써, 손상 평가 장치(1)를 설치해야 할 위치 및 방향[콘크리트에 매립되어 있는 텐돈(10)의 매설 위치 및 방향]을 정확하게 파악할 수 있다. 파악된 텐돈(10)의 매설 위치에 따라, 상술한 바와 같이, 손상 평가 장치(1)를 이동시키기 위한 레일(도시 생략)이 콘크리트면 상에 설치된다. 설치한 레일을 따라 손상 평가 장치(1)를 이동시킴으로써, 콘크리트에 매립되어 있는 텐돈(10)을 따르게 하면서, 또한 여자 코일(24)의 중심축 방향과 텐돈(10)의 축방향을 계속해서 일치시키면서, 손상 평가 장치(1)를 이동시킬 수 있다.
도 6은 텐돈(10)이 콘크리트[하측 플랜지(72)]의 두께 방향으로 비스듬히 매설되어 있을 때의 갭의 변동의 모습을 도시하고 있다.
상술한 바와 같이, 콘크리트의 두께 방향으로 균등하게 압축 응력을 부여하기 위해, 콘크리트 두께 방향으로 비스듬히 텐돈(10)이 매립되는 경우가 있다. 상술한 식 1 및 식 2에 나타낸 바와 같이, 텐돈(10)을 포함하는 자기 회로의 자속은 자기 회로의 자기 저항 R에 반비례하고(식 1), 자기 저항 R은 갭 길이 L[판상 요크(32F, 32R)와 텐돈(10) 사이의 거리]에 비례한다(식 2). 즉, 자기 회로의 자속은 갭 길이 L에 반비례하므로, 갭 길이 L이 길어지면 길어질수록 자기 회로의 자속은 감소한다.
도 6에 있어서 실선으로 나타내는 개소(위치 A라고 함)에 손상 평가 장치(1)가 위치할 때, 즉 비교적 얕은 위치(합계 갭 길이 L＝LA1＋LA2)에 텐돈(10)이 매립되어 있을 때의 자기 회로의 자속보다도, 도 6에 있어서 일점 쇄선으로 나타내는 개소(위치 B라고 함)에 손상 평가 장치(1)가 위치할 때, 즉 비교적 깊은 위치(합계 갭 길이 L＝LB1＋LB2)에 텐돈(10)이 매립되어 있을 때의 자기 회로의 자속의 쪽이 작아진다.
도 7은 직경 15.2㎜의 와이어 로프를 텐돈(10)으로서 사용하고, 또한 여자 코일(24)에 흐르게 하는 전류를 일정하게 하고, 합계 갭 길이 L(횡축)을 변화시킨 때에 서치 코일(41F, 41R)에 의해 계측된 자속의 합계값 Φ(종축)의 그래프(91)를 도시하고 있다.
도 7에 도시하는 그래프(91)로부터, 합계 갭 길이 L이 길어질수록, 즉 콘크리트 중의 텐돈(10)의 매설 위치가 깊어지면 깊어질수록, 서치 코일(41F, 41R)에 의해 계측되는 합계 자속 Φ는 작아지는 것이 확인된다.
여기서 텐돈(10)을 포함하는 자기 회로의 자속은, 여자 코일(24)에 흐르게 하는 전류를 증감시킴으로써 제어할 수 있다. 즉, 텐돈(10)의 매립 깊이에 따라 여자 코일(24)에 흐르게 하는 전류를 제어함으로써, 텐돈(10)을 포함하는 자기 회로의 자속을 일정하게 유지할 수 있다.
도 8은 합계 갭 길이 L에 의하지 않고, 주상 요크(31F, 31R)[판상 요크(32F, 32R)] 사이에 위치하는 범위의 자화 회로를 구성하는 텐돈(10)의 자속 밀도[텐돈(10)의 근방 자계 강도]가 일정해지도록, 여자 코일(24)에 흐르게 하는 전류를 제어한 때의 그래프를 도시하고 있다. 도 8에 있어서 실선(92)이 텐돈(10)의 자속 밀도의 그래프이고, 파선(93)이 여자 코일(24)에 흐르게 한 전류의 전류값의 그래프이다.
도 7의 그래프(91)[합계 갭 길이 L과 2개의 서치 코일(41F, 41R)의 합계 자속 Φ의 관계]로부터, 2개의 서치 코일(41F, 41R)에 의해 계측되는 합계 자속 Φ에 기초하여, 콘크리트 부재에 매립되어 있는 텐돈(10)의 매립 깊이(합계 갭 길이 L)를 알 수 있다. 또한, 도 8에 도시하는 그래프(93)[합계 갭 길이 L과 여자 코일(24)에 통전하는 전류값의 관계]로부터, 텐돈(10)의 매립 깊이(합계 갭 길이 L)에 따라 텐돈(10)의 자속 밀도를 일정하게 하기(균일하게 하기) 때문에 여자 코일(24)에 통전해야 할 전류값이 파악된다. 즉, 도 7에 도시하는 그래프(91) 및 도 8에 도시하는 그래프(93)를 사용하여 여자 코일(24)에 흐르게 하는 전류를 제어함으로써, 텐돈(10)이 콘크리트 중에 있어서 두께 방향으로 비스듬히 매설되어 있는 것으로 해도, 자기 회로를 구성하는 텐돈(10)의 자속 밀도(자계의 강도)를 일정하게 유지할 수 있다.
텐돈(10)의 매립 깊이[콘크리트 표면부터 콘크리트에 매립되어 있는 텐돈(10)까지의 거리]에 대해서는, 초음파 또는 충격 탄성파를 사용하여 계측할 수도 있다. 이 경우에는, 초음파 또는 충격 탄성파를 사용하여 계측된 텐돈(10)의 매립 깊이에 기초하여, 도 8에 도시하는 그래프(93)에 따라 여자 코일(24)에 흐르게 하는 전류를 결정할 수 있다.
도 9의 (A), (B)는, 도 6에 도시한 바와 같이 콘크리트의 두께 방향으로 텐돈(10)이 비스듬히 매립되어 있고, 또한 텐돈(10)의 상이한 2개소(위치 A, 위치 B)에 동일한 부식이 발생하는 경우에, 콘크리트의 표면 상에 있어서 텐돈(10)을 따라 손상 평가 장치(1)를 이동시킨 때에 서치 코일(41F, 41R)로부터의 출력 전압에 기초하여 산출되는 자속(쇄교 자속수)의 신호 파형(95, 96)을 도시하고 있다. 도 9의 (A)는 여자 코일(24)에 흐르게 하는 전류를 일정하게 한 때의 그래프(95)를, 도 9의 (B)는 상술한 바와 같이 여자 코일(24)에 흐르게 하는 전류를 텐돈(10)의 매립 깊이에 따라 제어한 때의 그래프(96)를 각각 도시하고 있다. 도 9의 (A), (B)에 있어서, 횡축은 로터리 인코더(63)에 의해 계측되는 손상 평가 장치(1)의 위치를 나타내고 있다.
텐돈(10)에 부식이 있으면, 부식 개소가 양 자극[판상 요크(32F, 32R)]에 의해 끼워져 있는 동안의 신호 파형(95, 96)에 자속의 감소가 관찰된다(부호 95A, 95B, 96A, 96B).
도 9의 (A)를 참조하여, 여자 코일(24)에 흐르게 하는 전류가 일정한 경우, 텐돈(10)이 비교적 얕은 곳에 매립되어 있을 때에는 자기 회로를 구성하는 텐돈(10)에 있어서의 자속 밀도는 비교적 크므로, 부식 개소를 나타내는 자속의 감소가 명확하게 관찰된다(부호 95A). 그러나, 텐돈(10)이 깊은 곳에 매립되어 있으면, 자기 회로를 구성하는 텐돈(10)의 자속 밀도가 작아지므로(자계의 강도가 약해지므로), 부식 개소를 나타내는 자속의 감소도 그 진폭이 작아진다(부호 95B). 위치 A와 위치 B에 있어서 텐돈(10)에 발생하고 있는 손상의 정도가 동등했다고 해도, 동등한 것을 신호 파형에 기초하여 판단하는 것은 어렵다.
한편, 도 9의 (B)를 참조하여, 텐돈(10)의 매립 깊이에 관계없이 텐돈(10)의 자속 밀도가 일정해지도록 여자 코일(24)에 흐르게 하는 전류를 제어함으로써, 텐돈(10)이 얕은 곳에 매립되어 있어도(위치 A), 깊은 곳에 매립되어 있어도(위치 B), 동일한 부식이라면 동일한 신호 파형(96A, 96B)을 신호 파형(96)에 나타낼 수 있다. 즉, 손상을 나타내는 신호 파형이 정규화되고, 이에 의해 부식의 정도를 정확하게 파악할 수 있다.
도 10은 손상 평가 장치(1)가 구비하는 센서군[로터리 인코더(63), 텐돈(10)의 축방향의 자속에 감응하는 홀 소자(61a), 서치 코일(41F, 41R)]으로부터 출력되는 신호를 처리하는 처리 장치의 전기적 구성을 도시하는 블록도이다.
손상 평가 장치(1)를 이동시키기 위한 캐스터(52)에 마련된 로터리 인코더(63)로부터 펄스 신호가 출력되고, 신호 처리 장치(81)에 부여된다. 신호 처리 장치(81)는 펄스 카운터를 구비하고, 신호 처리 장치(81)에 있어서 1펄스당의 이동량과 펄스 수로부터 손상 평가 장치(1)의 이동량 데이터가 산출된다. 이동량 데이터는 기록 장치(82)에 기록된다.
홀 소자(61a)는 신호 처리 장치(81)가 구비하는 가우스 미터(테슬라 미터)에 접속되어 있다. 상술한 바와 같이, 홀 소자(61a)로부터는 자속 밀도에 비례하는 전압이 출력된다. 신호 처리 장치(81)에서는 홀 소자(61a)로부터의 출력 전압에 기초하여 자속 밀도가 산출되고, 기록 장치(82)에 부여된다. 여자 코일(24)에 흐르게 하는 전류의 증감에 따른 자속 밀도의 증감을 확인할 수 있다.
자기 회로의 자로에 마련된 서치 코일(41F, 41R)은 신호 처리 장치(81)가 구비하는 플럭스 미터에 접속되어 있다. 자속의 변화에 따라 서치 코일(41F, 41R)에 생기는 전압이 플럭스 미터에 있어서 시간 적분됨으로써, 자속(쇄교 자속 수)이 산출되고, 이것이 기록 장치(82)에 부여된다. 자속의 변화에 기초하여 텐돈(10)에 발생하고 있는 손상을 정량적으로 판단할 수 있다[도 9의 (B) 참조].
신호 처리 장치(81)는 여자 코일(24)에 전류를 공급하는 전원 장치(83)에 접속되어 있고, 또한 상술한 합계 갭 길이 L과 여자 코일(24)에 흐르게 하여야 할 전류값의 관계를 나타내는 데이터(도 8)를 기억하는 메모리(84)가 접속되어 있다. 텐돈(10)을 검사할 때에는 미리 상술한 합계 갭 길이 L[텐돈(10)의 매립 깊이]이 계측되고, 계측된 합계 갭 길이 L에 따라, 여자 코일(24)에 흐르게 하여야 할 전류값이 결정된다. 합계 갭 길이 L[텐돈(10)의 매립 깊이]에 의하지 않고 자기 회로를 구성하는 텐돈(10)의 자속 밀도(자계의 강도)가 일정해지도록, 전원 장치(83)로부터 여자 코일(24)에 부여되는 전류가 신호 처리 장치(81)에 의해 제어된다.
텐돈(10)을 따라 손상 평가 장치(1)를 이동시킬 때에 신호 처리 장치(81)에 의해 연속적으로 전류를 제어해도 되고, 전류 제어하지 않고 일정 전류를 기초로 텐돈(10)을 따라 손상 평가 장치(1)를 이동시켜 손상이 발생하고 있는 개소를 특정하고, 특정된 손상 개소에 있어서의 텐돈(10)의 매립 깊이에 따른 크기의 전류를 사용하여, 다시 손상 평가 장치(1)를 특정 개소에 있어서 이동시키도록 해도 된다.
1 : 손상 평가 장치
10 : 텐돈
20 : 자화기
21 : 보빈
23 : 중심 구멍
24 : 여자 코일
26 : 철심(요크축)
31F, 31R : 주상 요크
32F, 32R : 판상 요크
41F, 41R : 서치 코일
51 : 프레임
52 : 캐스터
63 : 로터리 인코더
81 : 신호 처리 장치
82 : 기록 장치

Claims (8)

  1. 손상을 평가해야 할 자성 선상체가 매립된 콘크리트 구조물 상에 있어서, 자력을 발생시키는 자화기, 및 자화기가 발생시킨 자력에 의해 자화되는 상기 자성 선상체의 손상 개소로부터 생기는 자기 변화량을 검출하는 검출기를 포함하는 손상 평가 장치를, 상기 자성 선상체를 따라 이동시키고,
    상기 자화기가, 여자 코일과, 상기 여자 코일의 중심 구멍에 삽입 관통된 요크축과, 상기 요크축의 양단에 접속되어, 콘크리트면을 향해 각각 신장되는 한 쌍의 주상 요크를 포함하고, 상기 여자 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 상기 요크축, 한 쌍의 주상 요크, 및 한 쌍의 주상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체를 포함하는 자기 회로를 형성하고,
    상기 한 쌍의 주상 요크에 서치 코일이 각각 감겨 있고, 상기 한 쌍의 주상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체에 있어서의 자속 밀도를 일정하게 유지하도록, 2 개의 상기 서치 코일에 의해 계측되는 합계 자속에 기초하여 파악되는 상기 한 쌍의 주상 요크의 각각과 상기 콘크리트 구조물 중의 상기 자성 선상체 사이의 거리의 합계인 합계 갭 길이에 따라, 상기 여자 코일에 흐르게 하는 전류를 제어하는, 자성 선상체의 손상 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 주상 요크의 각각에 감긴 서치 코일 중의 적어도 한쪽이 상기 검출기로서 사용되는, 자성 선상체의 손상 평가 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 손상 평가 장치가, 상기 자성 선상체에 대한 상기 손상 평가 장치의 위치를 검출하는 위치 검출 수단을 구비하고, 위치 검출 수단의 출력에 따라 상기 손상 평가 장치의 이동 경로를 결정하는, 자성 선상체의 손상 평가 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 한 쌍의 주상 요크의 각각에 감긴 서치 코일이 상기 위치 검출 수단으로서 사용되는, 자성 선상체의 손상 평가 방법.
  5. 손상을 평가해야 할 자성 선상체가 매립된 콘크리트 구조물 상에 설치되어 사용되고, 자력을 발생시키는 자화기, 및 자화기가 발생시킨 자력에 의해 자화되는 상기 자성 선상체의 손상 개소로부터 생기는 자기 변화량을 검출하는 검출기를 포함하는 손상 평가 장치이며,
    이동량 센서를 포함하고, 상기 손상 평가 장치를 상기 자성 선상체를 따라 이동시키는 이동 장치, 및 상기 자화기에 전류를 공급하는 전원 장치를 구비하고,
    상기 자화기가, 여자 코일과, 상기 여자 코일의 중심 구멍에 삽입 관통된 요크축과, 상기 요크축의 양단에 접속되어, 콘크리트면을 향해 각각 신장되는 한 쌍의 주상 요크를 포함하고, 여자 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 상기 요크축, 한 쌍의 주상 요크, 및 한 쌍의 주상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체에 의해 자기 회로를 형성하는 것이며,
    상기 한 쌍의 주상 요크에 서치 코일이 각각 감겨 있고, 상기 한 쌍의 주상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체에 있어서의 자속 밀도가 일정하게 유지되도록, 2 개의 상기 서치 코일에 의해 계측되는 합계 자속에 기초하여 파악되는 상기 한 쌍의 주상 요크의 각각과 상기 콘크리트 구조물 중의 상기 자성 선상체 사이의 거리의 합계인 합계 갭 길이에 따라, 상기 전원 장치로부터 상기 자화기의 여자 코일에 부여되는 전류를 제어하는 제어 장치를 더 구비하고 있는, 자성 선상체의 손상 평가 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 한 쌍의 주상 요크의 각각에 감긴 서치 코일 중의 적어도 한쪽이 상기 검출기로서 사용되는, 자성 선상체의 손상 평가 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 자성 선상체에 대한 상기 손상 평가 장치의 위치를 검출하는 위치 검출 수단이 마련되어 있는, 자성 선상체의 손상 평가 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 한 쌍의 주상 요크의 각각에 감긴 서치 코일이 상기 위치 검출 수단으로서 사용되는, 자성 선상체의 손상 평가 장치.
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