WO2007072774A1 - 腐食評価装置及び腐食評価方法 - Google Patents

腐食評価装置及び腐食評価方法 Download PDF

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Hiroaki Hatanaka
Katsuya Toda
Minoru Tagami
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Ihi Corporation
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    • G01R33/12—Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids

Definitions

  • the present invention relates to a corrosion evaluation apparatus and a corrosion evaluation method.
  • MFL Magnetic Flux Leakage
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-3405 discloses a technique for detecting a fracture portion of a reinforcing bar covered with concrete, which is a nonmagnetic material.
  • This technology uses a magnetic sensor to detect the residual magnetism of a reinforcing bar and detect a location where a very large leakage flux is generated as a fracture.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Publication No. 2005-3405
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and enables accurate quantitative evaluation of corrosion even when a magnetic material to be evaluated is covered with a nonmagnetic material. With the goal.
  • a corrosion evaluation apparatus that quantitatively evaluates corrosion by means of magnetic field generating means for generating a magnetic field including the magnetic material in the magnetic path, and GMR (detecting magnetic flux leaking from the magnetic material).
  • GMR detecting magnetic flux leaking from the magnetic material.
  • a GMR sensor that has a Giant Magnet-Resistive effect) element and converts the change in magnetic flux into an electric signal, and a thinning amount calculation unit that calculates a thinning amount of the magnetic material based on the electric signal.
  • the GMR sensor also has a bridge circuit force using a GMR element.
  • a predetermined measurement position is moved while moving two-dimensionally along the magnetic material. Measure the amount of thinning every time.
  • the distance between the surface of the magnetic material and the GMR sensor is kept constant while moving. To do.
  • the magnetic material is a reinforcing bar or a steel plate in any of the first to fourth solving means.
  • the nonmagnetic material is concrete, in any of the first to fifth solving means.
  • a corrosion evaluation method quantitative evaluation of corrosion is performed by measuring the thinning amount of a magnetic material covered with a nonmagnetic material or an uncoated magnetic material.
  • a corrosion evaluation method for performing a valence wherein a magnetic field including the magnetic material is generated in a magnetic path, and G The magnetic flux leaking from the magnetic material cover is detected by the MR sensor, and the thinning amount of the magnetic material is calculated based on the electrical signal output from the GMR sensor.
  • a magnetic material to be evaluated is covered with a non-magnetic material by using a GMR sensor having higher magnetic sensitivity than a magnetic sensor using a Hall element. Also, the leakage magnetic flux can be detected with high accuracy. As a result, the amount of thinning of the magnetic material such as reinforcing bars and steel plates can be calculated with high accuracy, so that quantitative evaluation of corrosion can be performed accurately.
  • FIG. 1 is a configuration block diagram of a corrosion evaluation apparatus D according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a GMR sensor 3 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is an explanatory diagram of a principle of measuring a thinning amount according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is another explanatory diagram of the principle of measuring the amount of thinning according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a first explanatory diagram of a corrosion evaluation experiment using a corrosion evaluation apparatus D according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is another first explanatory diagram of a corrosion evaluation experiment using the corrosion evaluation apparatus D according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a second explanatory view of a corrosion evaluation experiment using the corrosion evaluation apparatus D according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a third explanatory diagram of a corrosion evaluation experiment using the corrosion evaluation apparatus D according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a fourth explanatory diagram of a corrosion evaluation experiment using the corrosion evaluation apparatus D according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an application example 1 of the corrosion evaluation apparatus D according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an application example 2 of the corrosion evaluation apparatus D according to the embodiment of the present invention.
  • D Corrosion evaluation device, 1 to N pole side magnet, 2 to S pole side magnet, 3 to GMR (Giant Magnet-Res istive effect) Sensor, 4 ... DC power supply, 5 ... Voltage measurement unit, 6 ... Thinning thickness calculation unit, 7 ... Display unit, 8 ... Data recorder, 10 ... Dolly, 20 "Probe, 21 ... Cable , 22 ... Operation buttons, 30 ... Operator
  • FIG. 1 is a configuration block diagram of a corrosion evaluation apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the corrosion evaluation apparatus D performs quantitative evaluation of corrosion by measuring the amount of thinning of the reinforcing bar S (magnetic material) covered with concrete C (nonmagnetic material).
  • the corrosion evaluation apparatus D includes an N pole side magnet 1, an S pole side magnet 2, a GMR (Giant Magnet-Resistive effect) sensor 3, a DC power supply 4, a voltage measurement unit 5, It consists of a thickness reduction calculation unit 6, a display unit 7, and a data recorder 8.
  • the N-pole side magnet 1 and the S-pole side magnet 2 are, for example, permanent magnets, and generate a magnetic field M that forms a magnetic path including a rebar S between both magnets. Separately placed on concrete C.
  • the GMR sensor 3 also has a bridge circuit force using a GMR element having a high magnetic sensitivity (that is, a large resistance change with respect to a change in magnetism) due to the giant magnetoresistance effect.
  • Figure 2 shows an equivalent circuit of such a GMR sensor 3.
  • the GMR sensor 3 includes a first GMR element 3a, a second GMR element 3b, a third GMR element 3c, a fourth GMR element 3d, a positive power supply terminal 3e, a negative power supply terminal 3f, It consists of a first output terminal 3g and a second output terminal 3h.
  • the GMR element can be expressed as a resistance element.
  • One end of the first GMR element 3a is connected to one end of the second GMR element 3b and the positive power supply terminal 3e, and the other end is connected to one end of the third GMR element 3c and the first output terminal 3g. Have been.
  • One end of the second GMR element 3b is connected to one end of the first GMR element 3a and the positive power supply terminal 3e, and the other end is connected to one end of the fourth GMR element 3d and the second output terminal 3h.
  • the One end of the third GMR element 3c is connected to the other end of the first GMR element 3a and the first output terminal 3g, and the other end is connected to the other end of the fourth GMR element 3d and the negative power supply terminal 3f.
  • One end of the fourth GMR element 3d is connected to the other end of the second GMR element 3b and the second output terminal 3h. The other end is connected to the other end of the third GMR element 3c and the negative power supply terminal 3f.
  • the first GMR element 3a, the second GMR element 3b, the third GMR element 3c, and the fourth GMR element 3d have the same characteristics, and of these, the second GMR element 3b and the third GMR element 3c are magnetically shielded.
  • the positive power supply terminal 3e is connected to the positive electrode of the DC power supply 4
  • the negative power supply terminal 3f is connected to the negative electrode of the DC power supply 4.
  • the first output terminal 3g and the second output terminal 3h are connected to the voltage measuring unit 5.
  • the GMR sensor 3 configured in this way is arranged at a substantially central portion of the N pole side magnet 1 and the S pole side magnet 2 that are spaced apart from each other. It is arranged so that the sensitivity axis is perpendicular to the reinforcing bar S.
  • the DC power supply 4 is connected to the positive power supply terminal 3e and the negative power supply terminal 3f of the GMR sensor 3 as described above, and supplies a DC voltage to the bridge circuit via these power supply terminals.
  • the voltage measuring unit 5 is connected to the first output terminal 3g and the second output terminal 3h of the GMR sensor 3 as described above, measures the voltage between these output terminals, and displays a digital value indicating the voltage value.
  • Data (voltage data) is output to the thickness reduction calculation unit 6.
  • the thinning amount calculation unit 6 calculates the thinning amount of the reinforcing bar S based on the voltage data, and outputs the thinning amount data indicating the thinning amount to the display unit 7 and the data recorder 8.
  • the display unit 7 is, for example, a liquid crystal monitor, and displays the measurement result of the thinning amount based on the thinning amount data.
  • the data recorder 8 stores the above thinning amount data for each measurement position.
  • FIG. 3A shows the voltage between the magnetic field M and the output terminal of the GMR sensor 3 when the rebar S is not thinned, that is, when corrosion is not occurring.
  • the magnetic field M is formed uniformly along the reinforcing bar S, that is, no leakage magnetic flux is generated.
  • FIG. 3B shows the voltage between the magnetic field M and the output terminal of the GMR sensor 3 when the steel bar S is thinned, that is, when corrosion occurs.
  • a change occurs in the magnetic field M at a portion where the thinning of the reinforcing bar S occurs, that is, a leakage magnetic flux is generated. This leakage magnetic flux changes greatly as the thinning amount increases.
  • the resistance values of the first GMR element 3a and the fourth GMR element 3d change in accordance with the change in the leakage magnetic flux
  • the GMR element 3b and the third GMR element 3c are magnetically shielded, the resistance value does not change. Therefore, an unbalance occurs in the bridge circuit, and a voltage corresponding to the change in the leakage magnetic flux (that is, proportional to the thickness reduction) is generated between the output terminals of the GMR sensor 3.
  • Equation (1) is established.
  • k is a proportionality constant.
  • the thinning amount calculation unit 6 calculates the thinning amount Ad from the above relational expression (1), and outputs the calculation result to the display unit 7 and the data recorder 8 as thinning amount data.
  • the result is displayed on the display unit 7 and stored in the data recorder 8.
  • the GMR sensor 3 has a magnetic sensitivity that is 50 to 100 times that of a Hall element made of silicon, for example. Therefore, even if the rebar S is covered with concrete C, leakage occurs. It is possible to detect the leakage magnetic flux with high accuracy. As a result, the thinning amount Ad calculated based on the voltage between the output terminals of the GMR sensor 3 as described above is also a highly reliable value. As described above, according to the corrosion evaluation apparatus D of the present embodiment, even when the rebar S to be evaluated is covered with a nonmagnetic material such as concrete C, the magnetic flux leakage is detected with high accuracy. It is possible to perform a quantitative evaluation of corrosion accurately.
  • FIG. 4A is a side view and a front view of the composite floor slab specimen 100 used as a reference.
  • This test body 100 is a concrete piece 100a having a height of 266 mm, a width of 523.6 mm, and a length of 143.6 mm introduced with a deformed reinforcing bar 100b having a diameter of 16 mm.
  • the deformed rebar 100b was also introduced at a position where the top surface force of the concrete piece 100a was 50mm deep.
  • Fig. 4B shows a deformed rebar 200b with notches N1 (depth 2mm), N2 (depth 3mm), and N3 (depth 4mm), which were previously provided by a mechanical cage to simulate thinning due to corrosion.
  • It is the side view and front view of the test body 200 which are composite structures with a concrete piece 200a.
  • the external dimensions of the specimen 200 are the same as those of the specimen 100.
  • the GMR sensor 3 of the corrosion evaluation apparatus D is arranged on the upper surface of the reference test specimen 100 and the test specimen 200 simulating thinning, and the GMR sensor 3 is installed along the scanning direction shown in FIG. 4A. Scan and measure the voltage V between the output terminals of GMR sensor 3 at each sensor position.
  • the GMR sensor 3 was scanned 5 mm above the upper surface of each specimen.
  • the input voltage of the GMR sensor 3, that is, the DC voltage supplied from the DC power supply 4 was 25V.
  • Figure 5 shows the output with the horizontal axis representing the sensor position and the vertical axis representing the voltage V between the output terminals of the GMR sensor 3.
  • FIG. 5 is a terminal voltage V-sensor position characteristic diagram. As shown in Figure 5,
  • the specimen 200 with notches N1 to N3 has a variation (valley) in the output terminal voltage V at each notch position.
  • Figure 6 shows an enlarged view of the valley of the output terminal voltage V at each notch position.
  • the signal width is approximately 3.0 to the output terminal voltage V.
  • V fluctuation occurs, and at notch N3 (depth 4 mm), the signal width is approximately 5.
  • Figure 7 shows.
  • the horizontal axis is the notch depth
  • the vertical axis is the output terminal voltage V Fluctuation (signal width).
  • the notch depth that is, the amount of thinning A d and G
  • this corrosion evaluation experiment demonstrates that even when the magnetic material to be evaluated is covered with a nonmagnetic material, it is possible to quantitatively evaluate the corrosion using this corrosion evaluation device D. It was done.
  • FIG. 8 shows application 1 of the corrosion evaluation device D.
  • a corrosion evaluation device D is installed inside a cart 10 that can be self-propelled by program control.
  • Such a carriage 10 is moved two-dimensionally along the concrete C covering the reinforcing bar S, and the amount of thinning at the preset measurement position is sequentially measured. Then, the thinning amount measured at each measurement position is sequentially stored in the data recorder 8 of the corrosion evaluation apparatus D.
  • FIG. 9 shows Application Example 2 of the corrosion evaluation apparatus D.
  • the corrosion evaluation apparatus D of Application Example 2 is connected to a probe 20 including an N pole side magnet 1, an S pole side magnet 2 and a GMR sensor 3, and the probe 20 and a cable 21.
  • a DC power source 4 a voltage measurement unit 5, a thinning amount calculation unit 6, a display unit 7, and an operation box 22 having a data recorder 8.
  • the GMR sensor 3 is connected to the DC power source 4 and the voltage measuring unit 5 by a cable 21.
  • the operator 30 moves the probe 20 held in one hand to a desired measurement position along the surface of the concrete C covering the reinforcing bar S, and visually observes the amount of thinning displayed on the display unit 7 on the operation box 22 at this time. To confirm the progress of corrosion.
  • the present invention can be applied even to a magnetic material covered with a non-magnetic material or a force assuming a reinforcing bar S covered with concrete C.
  • a magnetic material covered with a non-magnetic material or a force assuming a reinforcing bar S covered with concrete C.
  • the GMR sensor 3 serving as the bridge circuit force of the GMR element is assumed. It may be. Further, the power source of the bridge circuit may be a force AC power source using a DC power source.
  • the corrosion evaluation apparatus and the corrosion evaluation method of the present invention it is possible to accurately perform quantitative evaluation of corrosion even when the magnetic material to be evaluated is covered with a nonmagnetic material. It is.

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Abstract

　非磁性材料に覆われた磁性材料または未被覆の磁性材料の減肉量を測定することで腐食の定量的評価を行う腐食評価装置であって、磁路に前記磁性材料を含むような磁界を発生する磁界発生手段と、前記磁性材料から漏洩する磁束を検出するＧＭＲ（Giant Magnet-Resistive effect）素子を有し、前記磁束の変化を電気信号に変換するＧＭＲセンサと、前記電気信号に基づいて磁性材料の減肉量を算出する減肉量算出手段とを具備する。本腐食評価装置は評価対象となる磁性材料が非磁性材料で覆われている場合であっても、正確に腐食の定量的評価を行う。

Description

明 細 書
腐食評価装置及び腐食評価方法
技術分野
[0001] 本発明は、腐食評価装置及び腐食評価方法に関する。
本願は、 2005年 12月 19日に日本に出願された特願 2005— 364387号及び、 20 06年 11月 15日に日本に出願された特願 2006— 309165号に基づき優先権を主 張し、その内容をここに援用する。
背景技術
[0002] 従来、石油やガスのパイプライン、原油タンクの底板等に使用される鋼材 (磁性材 料）における腐食の進行状況を定量的に評価する方法の 1つとして、上記鋼材に磁 界を加え、漏洩磁束の変化を検出することによって鋼材の減肉量を測定する磁束漏 洩法 (MFL:Magnetic Flux Leakage)が用いられている。このような磁束漏洩法におい て、漏洩磁束を検出するセンサとしては、一般的にホール素子が利用されている。
[0003] 例えば、特開 2005— 3405号公報には、非磁性材料であるコンクリートで覆われた 鉄筋の破断部を検知する技術が開示されている。この技術は、磁気センサによって 鉄筋が有する残留磁気を検出し、非常に大きな漏洩磁束が生じている箇所を破断部 として検知するものである。
特許文献 1 :日本国特許出願公開公報 特開 2005— 3405号
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] ところで、上記のようにホール素子を磁気センサとして使用した磁束漏洩法では、ホ ール素子の磁気感度が弱 、ため、評価対象となる鋼材がコンクリート等の非磁性材 料で覆われている場合に、漏洩磁束を精度良く検出することができず、腐食の定量 的な評価を行うことが困難であった。すなわち、コンクリート等の非磁性材料で覆われ た鋼材の破断部を検知することはできる力 腐食の定量的な評価を行うことはできな い。
[0005] さらに、非磁性材料で覆われた鋼材の腐食を検知する方法としては、自然電位法 や分極抵抗法等の電気化学的測定方法が挙げられるが、これらの方法は腐食の有 無を判定することはできるが、定量的な評価を行うことはできな 、。
[0006] 本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、評価対象となる磁性材料が 非磁性材料で覆われて ヽる場合であっても正確に腐食の定量的評価を行うことを目 的とする。
課題を解決するための手段
[0007] 上記目的を達成するために、本発明では、腐食評価装置に係る第 1の解決手段と して、非磁性材料に覆われた磁性材料または未被覆の磁性材料の減肉量を測定す ることで腐食の定量的評価を行う腐食評価装置であって、磁路に前記磁性材料を含 むような磁界を発生する磁界発生手段と、前記磁性材料から漏洩する磁束を検出す る GMR(Giant Magnet-Resistive effect)素子を有し、前記磁束の変化を電気信号に 変換する GMRセンサと、前記電気信号に基づいて磁性材料の減肉量を算出する減 肉量算出手段とを具備する、という手段を採用する。
[0008] また、本発明では、腐食評価装置に係る第 2の解決手段として、上記第 1の解決手 段において、前記 GMRセンサは、 GMR素子を用いたブリッジ回路力もなる。
[0009] また、本発明では、腐食評価装置に係る第 3の解決手段として、上記第 1または 2の 解決手段において、前記磁性材料に沿って 2次元的に移動しつつ、所定の測定位 置毎に減肉量を測定する。
[0010] また、本発明では、腐食評価装置に係る第 4の解決手段として、上記第 3の解決手 段において、前記磁性材料の表面と GMRセンサとの間の距離を一定に保持しつつ 移動する。
[0011] また、本発明では、腐食評価装置に係る第 5の解決手段として、上記第 1〜4のい ずれかの解決手段にぉ 、て、前記磁性材料は鉄筋または鋼板である。
[0012] また、本発明では、腐食評価装置に係る第 6の解決手段として、上記第 1〜5のい ずれかの解決手段にぉ 、て、前記非磁性材料はコンクリートである。
[0013] また、本発明では、腐食評価方法に係る第 1の解決手段として、非磁性材料に覆わ れた磁性材料または未被覆の磁性材料の減肉量を測定することで腐食の定量的評 価を行う腐食評価方法であって、磁路に前記磁性材料を含むような磁界を発生し、 G MRセンサによって前記磁性材料カゝら漏洩する磁束を検出し、前記 GMRセンサから 出力される電気信号に基づいて磁性材料の減肉量を算出する、という手段を採用す る。
発明の効果
[0014] 本発明によれば、ホール素子を用いた磁気センサよりも高磁気感度を有する GMR センサを用いることにより、評価対象となる磁性材料が非磁性材料で覆われている場 合であっても、高精度に漏洩磁束を検出することができる。その結果、鉄筋や鋼板等 の磁性材料の減肉量を精度良く算出できるため、正確に腐食の定量的評価を行うこ とがでさる。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1]本発明の一実施形態に係る腐食評価装置 Dの構成ブロック図である。
[図 2]本発明の一実施形態に係る GMRセンサ 3の回路構成図である。
[図 3A]本発明の一実施形態に係る減肉量測定原理の説明図である。
[図 3B]本発明の一実施形態に係る減肉量測定原理の別の説明図である。
圆 4A]本発明の一実施形態に係る腐食評価装置 Dを用いた腐食評価実験の第 1説 明図である。
[図 4B]本発明の一実施形態に係る腐食評価装置 Dを用いた腐食評価実験の別の第 1説明図である。
[図 5]本発明の一実施形態に係る腐食評価装置 Dを用いた腐食評価実験の第 2説明 図である。
[図 6]本発明の一実施形態に係る腐食評価装置 Dを用いた腐食評価実験の第 3説明 図である。
[図 7]本発明の一実施形態に係る腐食評価装置 Dを用いた腐食評価実験の第 4説明 図である。
[図 8]本発明の一実施形態に係る腐食評価装置 Dの応用例 1である。
[図 9]本発明の一実施形態に係る腐食評価装置 Dの応用例 2である。
符号の説明
[0016] D…腐食評価装置、 1〜N極側磁石、 2〜S極側磁石、 3〜GMR (Giant Magnet-Res istive effect)センサ、 4…直流電源、 5…電圧測定部、 6…減肉量算出部、 7…表示 部、 8· ··データレコーダ、 10· ··台車、 20· "プローブ、 21…ケーブル、 22· ··操作ボッ タス、 30· ··作業者
発明を実施するための最良の形態
[0017] 以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図 1は、本発明の実施形態に係る腐食評価装置の構成ブロック図である。なお、本腐 食評価装置 Dは、コンクリート C (非磁性材料)で覆われた鉄筋 S (磁性材料)の減肉 量を測定することで腐食の定量的評価を行うものである。
[0018] 図 1に示すように、本腐食評価装置 Dは、 N極側磁石 1、 S極側磁石 2、 GMR(Gian t Magnet-Resistive effect)センサ 3、直流電源 4、電圧測定部 5、減肉量算出部 6、表 示部 7及びデータレコーダ 8から構成されている。
[0019] N極側磁石 1及び S極側磁石 2 (磁界発生手段）は、例えば永久磁石であり、両磁 石の間において鉄筋 Sを含む磁路を形成する磁界 Mが発生するように、離間してコ ンクリート C上に各々配置されて 、る。
[0020] GMRセンサ 3は、巨大磁気抵抗効果により高磁気感度（つまり磁気の変化に対し て大きな抵抗変化を示す)を有する GMR素子を用いたブリッジ回路力も構成される ものである。図 2に、このような GMRセンサ 3の等価回路を示す。この図に示すように 、 GMRセンサ 3は、第 1の GMR素子 3a、第 2の GMR素子 3b、第 3の GMR素子 3c、 第 4の GMR素子 3d、正極電源端子 3e、負極電源端子 3f、第 1の出力端子 3g及び第 2の出力端子 3hから構成されている。なお、 GMR素子は抵抗素子として表記するこ とがでさる。
[0021] 第 1の GMR素子 3aの一端は第 2の GMR素子 3bの一端及び正極電源端子 3eに接 続され、他端は第 3の GMR素子 3cの一端及び第 1の出力端子 3gに接続されている 。第 2の GMR素子 3bの一端は第 1の GMR素子 3aの一端及び正極電源端子 3eに接 続され、他端は第 4の GMR素子 3dの一端及び第 2の出力端子 3hに接続されて 、る 。第 3の GMR素子 3cの一端は第 1の GMR素子 3aの他端及び第 1の出力端子 3gに 接続され、他端は第 4の GMR素子 3dの他端及び負極電源端子 3f〖こ接続されて 、る 。第 4の GMR素子 3dの一端は第 2の GMR素子 3bの他端及び第 2の出力端子 3hに 接続され、他端は第 3の GMR素子 3cの他端及び負極電源端子 3fに接続されて 、る
[0022] 第 1の GMR素子 3a、第 2の GMR素子 3b、第 3の GMR素子 3c及び第 4の GMR素 子 3dは、同一の特性を有しており、この内、第 2の GMR素子 3b及び第 3の GMR素 子 3cには磁気シールド処理が施されている。なお、正極電源端子 3eは直流電源 4の 正極に接続され、負極電源端子 3fは直流電源 4の負極に接続されている。また、第 1 の出力端子 3g及び第 2の出力端子 3hは電圧測定部 5に接続されて 、る。
[0023] 図 1に戻って説明すると、このように構成された GMRセンサ 3は、離間して設置され ている N極側磁石 1及び S極側磁石 2の略中央部に配置され、その磁気感度軸が鉄 筋 Sに対して垂直になるように配置される。
[0024] 直流電源 4は、上記のように GMRセンサ 3の正極電源端子 3e及び負極電源端子 3 fに接続されており、直流電圧をこれら電源端子を介してブリッジ回路に供給する。電 圧測定部 5は、上記のように GMRセンサ 3の第 1の出力端子 3g及び第 2の出力端子 3hに接続されており、これら出力端子間の電圧を測定し、その電圧値を示すデジタ ルデータ（電圧データ）を減肉量算出部 6に出力する。減肉量算出部 6は、上記電圧 データに基づいて鉄筋 Sの減肉量を算出し、当該減肉量を示す減肉量データを表 示部 7及びデータレコーダ 8に出力する。表示部 7は、例えば液晶モニタであり、上記 減肉量データに基づいて減肉量の測定結果を表示する。データレコーダ 8は、上記 減肉量データを測定位置毎に記憶する。
[0025] 次に、このように構成された本腐食評価装置 Dの動作について説明する。
図 3Aは、鉄筋 Sに減肉が発生していない、つまり腐食が発生していない場合の磁界 Mと GMRセンサ 3の出力端子間電圧を示したものである。この図に示すように、鉄筋 Sに減肉が発生して 、な 、場合、磁界 Mは鉄筋 Sに沿って均一に形成されており、 つまり漏洩磁束は発生しな 、。
[0026] この場合、図 2に示す GMRセンサ 3のブリッジ回路において、第 1の GMR素子 3a、 第 2の GMR素子 3b、第 3の GMR素子 3c及び第 4の GMR素子 3dは全て同一の抵 抗値を示す。従って、第 1の出力端子 3gと第 2の出力端子 3hとの間の電圧値、つまり GMRセンサ 3の出力端子間電圧は零となる。この時、減肉量算出部 6は出力端子間 電圧 =0を示す電圧データに基づいて減肉量 =0と算出し、その算出結果を減肉量 データとして表示部 7及びデータレコーダ 8に出力する。
[0027] 一方、図 3Bは、鉄筋 Sに減肉が発生している場合、つまり腐食が発生している場合 の磁界 Mと GMRセンサ 3の出力端子間電圧を示したものである。この図に示すよう に、鉄筋 Sに減肉が発生している箇所において磁界 Mに変化が生じる、つまり漏洩 磁束が発生することになる。この漏洩磁束は減肉量が大きくなるほど大きく変化する。
[0028] この場合、図 2に示す GMRセンサ 3のブリッジ回路において、第 1の GMR素子 3a 及び第 4の GMR素子 3dの抵抗値は上記漏洩磁束の変化に応じて変化するが、第 2 の GMR素子 3b及び第 3の GMR素子 3cには磁気シールド処理が施されているため 抵抗値は変化しない。従って、ブリッジ回路に不平衡が生じ、 GMRセンサ 3の出力 端子間に漏洩磁束の変化に応じた (つまり減肉量に比例した)電圧が生じることにな る。すなわち、 GMRセンサ 3の出力端子間電圧 Vと減肉量 A dとの間には、下記関
0
係式（1)が成立する。なお、下記関係式（1)において、 kは比例定数である。
A d=k-V (1)
0
よって、減肉量算出部 6は上記関係式（1)より減肉量 A dを算出し、その算出結果 を減肉量データとして表示部 7及びデータレコーダ 8に出力する。
なお、鉄筋 Sが破断していた場合、非常に大きな漏洩磁束が発生し、 GMRセンサ 3の出力端子間電圧 Vも非常に大きな値となるため、所定の閾値を予め設定してお
0
き、当該閾値を超えるような出力端子間電圧 Vが生じた場合は、鉄筋 Sは破断して
0
いると判定し、その結果を表示部 7に表示させ、データレコーダ 8に記憶させる。
[0029] 上記 GMRセンサ 3は、例えばシリコンを材料とするホール素子の 50〜100倍もの 磁気感度を有して 、るため、鉄筋 Sがコンクリート Cで覆われて 、る場合であっても漏 洩磁束を高精度で検出することが可能である。その結果、上記のように GMRセンサ 3の出力端子間電圧を基に算出される減肉量 A dも信頼度の高い値となる。以上のよ うに、本実施形態の腐食評価装置 Dによれば、評価対象となる鉄筋 Sがコンクリート C 等の非磁性材料で覆われて ヽる場合であっても、漏洩磁束を精度良く検出すること ができ、正確に腐食の定量的評価を行うことが可能である。
[0030] 次に、本腐食評価装置 Dを用いて、鋼とコンクリートとの複合構造体である合成床 版の腐食評価実験を行った結果にっ 、て説明する。
図 4Aは、リファレンスとして使用した合成床版の試験体 100の側面図及び正面図で ある。この試験体 100は、高さ 266mm、横 523. 6mm、縦 143. 6mmのコンクリート 片 100aに直径 16mmの異型鉄筋 100bを導入したものである。なお、異型鉄筋 100 bは、コンクリート片 100aの最上面力も深さ 50mmの位置に導入した。一方、図 4Bは 、腐食による減肉を模擬するために、予め機械カ卩ェによってノッチ N1 (深さ 2mm)、 N2 (深さ 3mm)、 N3 (深さ 4mm)を付与した異型鉄筋 200bとコンクリート片 200aと の複合構造体である試験体 200の側面図及び正面図である。この試験体 200の外 形寸法は上記試験体 100と同様である。
[0031] そして、これらリファレンスの試験体 100及び減肉を模擬した試験体 200の上面に、 腐食評価装置 Dの GMRセンサ 3を配置し、図 4Aに示す走査方向に沿って GMRセ ンサ 3を走査させ、各センサ位置における GMRセンサ 3の出力端子間電圧 Vを測定
0 した。
なお、走査を容易にするために GMRセンサ 3を各試験体の上面から 5mm浮かせ て走査を行った。また、 GMRセンサ 3の入力電圧、つまり直流電源 4から供給される 直流電圧は 25Vとした。
[0032] 図 5は、横軸をセンサ位置、縦軸を GMRセンサ 3の出力端子間電圧 Vとした出力
0
端子間電圧 V—センサ位置特性図である。この図 5に示すように、ノッチを付与して
0
いないリファレンスの試験体 100と比較して、ノッチ N1〜N3を付与した試験体 200 では、各ノッチ位置において出力端子間電圧 Vに変動 (谷部分)が生じていることが
0
わかる。図 6は、各ノッチ位置における出力端子間電圧 Vの谷部分を拡大したもので
0
ある。
図 6に示すように、ノッチ N1 (深さ 2mm)では出力端子間電圧 Vに信号幅約 3. 0
0
mVの変動が生じ、ノッチ N2 (深さ 3mm)では出力端子間電圧 Vに信号幅約 3. 8m
0
Vの変動が生じ、また、ノッチ N3 (深さ 4mm)では出力端子間電圧 Vに信号幅約 5.
0
4mVの変動が生じて 、ることがわ力つた。
[0033] これら各ノッチ位置における出力端子間電圧 Vの変動分とノッチ深さとの相関関係
0
を図 7に示す。この図 7において、横軸はノッチ深さであり、縦軸は出力端子間電圧 V の変動分 (信号幅)である。この図 7に示すように、ノッチ深さ、つまり減肉量 A dと G
0
MRセンサ 3の出力端子間電圧 Vの変動分とはほぼ比例関係にあることが確認でき
0
た。すなわち、この腐食評価実験により、評価対象となる磁性材料が非磁性材料で 覆われている場合であっても、本腐食評価装置 Dを用いて定量的に腐食評価が可 能であることが実証された。
[0034] 次に、このような腐食評価装置 Dの応用例について説明する。
〔応用例 1〕 図 8は腐食評価装置 Dの応用例 1を示したものである。この図に示すよう に、プログラム制御により自走可能な台車 10の内部に腐食評価装置 Dを設置する。 このような台車 10を、鉄筋 Sを覆うコンクリート C上に沿って 2次元的に移動させ、予め 設定した測定位置の減肉量を順次測定させる。そして、各測定位置で測定された減 肉量を腐食評価装置 Dのデータレコーダ 8に順次記憶させる。また、漏洩磁束の検 出精度を保持するためには、鉄筋 Sの表面と GMRセンサ 3との距離 (測定ギャップ） を一定に保つことが好ましいが、コンクリート C表面の測定位置によっては必ずしも水 平状態になっているとは限らない。そこで、台車 10は、測定位置毎に上記測定ギヤッ プを補正する機能を有し、漏洩磁束の検出精度の維持を図っている。
[0035] 上記のような応用例 1により、広範囲に亘る腐食評価を短時間で効率良く行うことが 可能である。なお、プログラム制御の台車 10に限らず、有線又は無線操作によって 走行する台車を用いても良 ヽ。
[0036] 〔応用例 2〕 図 9は腐食評価装置 Dの応用例 2を示したものである。この図に示すよう に、応用例 2の腐食評価装置 Dは、 N極側磁石 1、 S極側磁石 2及び GMRセンサ 3を 備えたプローブ 20と、当該プローブ 20とケーブル 21を介して接続され、直流電源 4 、電圧測定部 5、減肉量算出部 6、表示部 7及びデータレコーダ 8を備えた操作ボック ス 22とで構成されて 、る。 GMRセンサ 3と直流電源 4及び電圧測定部 5とはケープ ル 21によって接続されている。作業者 30は片手に持ったプローブ 20を、鉄筋 Sを覆 うコンクリート C表面に沿って所望の測定位置に移動させ、この時操作ボックス 22上 の表示部 7に表示される減肉量を目視で確認して腐食の進行状況を把握する。
[0037] 上記のような応用例 2によれば、応用例 1の台車 10が走行できないような狭い場所 の減肉量を測定した 、場合や、複雑な立体構造を有する鉄筋 Sの減肉量を測定した い場合、測定位置の数が少ない場合などに効果的に腐食評価を行うことが可能であ る。
[0038] なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなぐ例えば以下のような変 形例が考えられる。
[0039] (1)上記実施形態では、コンクリート Cに覆われた鉄筋 Sを想定した力 その他の非 磁性材料に覆われた磁性材料であっても本発明を適用可能である。また、非磁性材 料に覆われて 、な 、磁性材料の腐食評価を行うことももちろん可能である。
[0040] (2)上記実施形態では、 GMR素子のブリッジ回路力 なる GMRセンサ 3を想定し たが、これに限らず、漏洩磁束の変化を電気信号に変換するものであれば他の回路 構成であっても良い。また、ブリッジ回路の電源は直流電源を用いた力 交流電源を 用いても良い。
産業上の利用可能性
[0041] 本発明の腐食評価装置及び腐食評価方法によれば、評価対象となる磁性材料が 非磁性材料で覆われている場合であっても正確に腐食の定量的評価を行うことが可 能である。

Claims

請求の範囲
[1] 非磁性材料に覆われた磁性材料または未被覆の磁性材料の減肉量を測定するこ とで腐食の定量的評価を行う腐食評価装置であって、
磁路に前記磁性材料を含むような磁界を発生する磁界発生手段と、
前記磁性材料から漏洩する磁束を検出する GMR (Giant Magnet-Resistive effect) 素子を有し、前記磁束の変化を電気信号に変換する GMRセンサと、
前記電気信号に基づいて磁性材料の減肉量を算出する減肉量算出手段と を具備する腐食評価装置。
[2] 前記 GMRセンサは、 GMR素子を用いたブリッジ回路力 なる請求項 1記載の腐 食評価装置。
[3] 前記磁性材料に沿って 2次元的に移動しつつ、所定の測定位置毎に減肉量を測 定する請求項 1または 2記載の腐食評価装置。
[4] 前記磁性材料の表面と GMRセンサとの間の距離を一定に保持しつつ移動する請 求項 3記載の腐食評価装置。
[5] 前記磁性材料は鉄筋または鋼板である請求項 1〜4の 、ずれかに記載の腐食評価 装置。
[6] 前記非磁性材料はコンクリートである請求項 1〜5の 、ずれかに記載の腐食評価装 置。
[7] 非磁性材料に覆われた磁性材料または未被覆の磁性材料の減肉量を測定するこ とで腐食の定量的評価を行う腐食評価方法であって、
磁路に前記磁性材料を含むような磁界を発生し、
GMRセンサによって前記磁性材料カゝら漏洩する磁束を検出し、
前記 GMRセンサから出力される電気信号に基づいて磁性材料の減肉量を算出す る腐食評価方法。
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