JP2012242095A - Sensor device - Google Patents
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Abstract
【課題】鉄筋が施工された後、腐食が始まるまでの期間、測定対象物の状態変化を測定し、得られた情報をコンクリート構造物の計画的な保全に活用することができるセンサー装置を提供すること。
【解決手段】本発明のセンサー装置1は、第1の電極3と、第1の電極3に対して離間して設けられた第2の電極4と、第1の電極3および第2の電極4を覆うように設けられ、厚さ方向に貫通する貫通孔を有する絶縁膜8と、第1の電極3と第2の電極4との電位差を測定する機能を有する機能素子51とを有し、機能素子51で測定された電位差に基づいて、測定対象部位の状態を測定し得るように構成されている。
【選択図】図3[PROBLEMS] To provide a sensor device capable of measuring a change in a state of an object to be measured after a reinforcing bar is constructed and before corrosion starts and utilizing the obtained information for planned maintenance of a concrete structure. To do.
A sensor device according to the present invention includes a first electrode, a second electrode provided apart from the first electrode, a first electrode, and a second electrode. 4 and an insulating film 8 having a through-hole penetrating in the thickness direction, and a functional element 51 having a function of measuring a potential difference between the first electrode 3 and the second electrode 4. Based on the potential difference measured by the functional element 51, the state of the measurement target part can be measured.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、センサー装置に関するものである。 The present invention relates to a sensor device.
センサー装置としては、例えば、コンクリート中の鉄筋の腐蝕状態を測定するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
施工直後のコンクリート構造物中のコンクリートは、通常、強アルカリ性を呈する。そのため、施工直後のコンクリート構造物中の鉄筋は、その表面に不動態膜が形成されるため、安定である。しかし、施工後に酸性雨や排気ガス等の影響を受けたコンクリート構造物は、コンクリートが徐々に酸性化していくため、鉄筋が腐食することとなる。
例えば、特許文献1に記載の装置では、参照電極および対極を備えたプローブをコンクリートに埋設して、鉄筋の腐食による電位変化および分極抵抗を測定することにより、鉄筋の腐食を予測する。
As a sensor device, for example, a device that measures the corrosion state of a reinforcing bar in concrete is known (see, for example, Patent Document 1).
The concrete in the concrete structure immediately after construction usually exhibits strong alkalinity. Therefore, the reinforcing bars in the concrete structure immediately after construction are stable because a passive film is formed on the surface. However, in concrete structures that have been affected by acid rain or exhaust gas after construction, the concrete is gradually acidified, and the steel bars are corroded.
For example, in the apparatus described in
かかる装置では、コンクリート中に埋設した参照電極および対極により、作用電極として用いた鉄筋の自然電位を測定しているが、鉄筋表面の水分が不足すると、腐蝕反応が進まない。このため、鉄筋に腐食領域があった場合でも、鉄筋表面に水分が不足すると、腐食領域と非腐食領域との電位差(勾配)が生じない。このようなことから、特許文献1に記載の装置では、コンクリート中の水分の変動の影響を大きく受け、鉄筋の自然電位(勾配)がバラツキ、正確に鉄筋の腐食を予測するのが困難であった。
In such an apparatus, the natural potential of the reinforcing bar used as the working electrode is measured by the reference electrode and the counter electrode embedded in the concrete. However, when the moisture on the reinforcing bar surface is insufficient, the corrosion reaction does not proceed. For this reason, even if there is a corroded area in the reinforcing bar, if the surface of the reinforcing bar has insufficient moisture, a potential difference (gradient) between the corroded area and the non-corroded area does not occur. For this reason, the apparatus described in
本発明の目的は、鉄筋が施工された後、腐食が始まるまでの期間、測定対象物の状態変化を測定し、得られた情報をコンクリート構造物の計画的な保全に活用することができるセンサー装置を提供することにある。 The object of the present invention is to measure the state change of a measurement object during the period from when a reinforcing bar is constructed to when corrosion starts, and to use the obtained information for the planned maintenance of concrete structures. To provide an apparatus.
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のセンサー装置は、第1の電極と、
前記第1の電極に対して離間して設けられた第2の電極と、
前記第1の電極および前記第2の電極のうちの少なくとも一方の電極を覆うように設けられ、厚さ方向に貫通する貫通孔または貫通溝を有する絶縁膜と、
前記第1の電極と前記第2の電極との電位差を測定する機能を有する機能素子とを有し、
前記機能素子で測定された電位差に基づいて、測定対象部位の状態を測定し得るように構成されたことを特徴とする。
Such an object is achieved by the present invention described below.
The sensor device of the present invention includes a first electrode,
A second electrode spaced apart from the first electrode;
An insulating film provided so as to cover at least one of the first electrode and the second electrode, and having a through hole or a through groove penetrating in the thickness direction;
A functional element having a function of measuring a potential difference between the first electrode and the second electrode;
Based on the potential difference measured by the functional element, the state of the measurement target region can be measured.
このように構成されたセンサー装置によれば、絶縁膜の貫通孔または貫通溝による毛管凝縮効果により、より低い相対湿度で、第1の電極および第2の電極のうちの少なくとも一方の電極上に水分を結露させることができる。そのため、当該電極上に安定して液体の水を存在させることができる。
このようなことから、外部環境の湿度や温度の変化に伴って測定対象部位の相対湿度が変化しても、当該電極上の水分量の変動を防止することができる。その結果、外部環境の湿度や温度の変化によって当該電極の自然電位が変動するのを防止し、測定対象部位の状態を高精度に測定することができる。
According to the sensor device configured as described above, due to the capillary condensation effect by the through hole or the through groove of the insulating film, at least one of the first electrode and the second electrode at a lower relative humidity. Moisture can be condensed. Therefore, liquid water can be stably present on the electrode.
For this reason, even if the relative humidity of the measurement target portion changes with changes in the humidity and temperature of the external environment, fluctuations in the amount of water on the electrode can be prevented. As a result, it is possible to prevent the natural potential of the electrode from fluctuating due to changes in the humidity and temperature of the external environment, and to measure the state of the measurement target site with high accuracy.
本発明のセンサー装置では、前記絶縁膜は、隣接する空孔同士が連通する連続空孔を有する多孔質体で構成され、前記連続空孔は、前記貫通孔の少なくとも一部を構成することが好ましい。
これにより、絶縁膜の貫通孔による毛管凝縮効果を効果的に生じさせることができる。
本発明のセンサー装置では、前記絶縁膜の前記第1の電極および前記第2の電極とは反対側の面には、凹部が形成されていることが好ましい。
これにより、例えば、測定対象部位がコンクリートである場合、コンクリート中の骨材が第1の電極上または第2の電極上の絶縁膜に接触しても、絶縁膜と骨材との間に隙間を生じさせることができる。そのため、その隙間を通じてコンクリート中の成分(水分やCaイオン等)を第1の電極または第2の電極に供給して、第1の電極上および第2の電極上の水分量の安定化を図ることができる。
In the sensor device of the present invention, the insulating film is formed of a porous body having a continuous hole in which adjacent holes communicate with each other, and the continuous hole forms at least a part of the through hole. preferable.
Thereby, the capillary condensation effect by the through-hole of an insulating film can be produced effectively.
In the sensor device according to the aspect of the invention, it is preferable that a recess is formed on a surface of the insulating film opposite to the first electrode and the second electrode.
Thereby, for example, when the measurement target site is concrete, even if the aggregate in the concrete contacts the insulating film on the first electrode or the second electrode, there is a gap between the insulating film and the aggregate. Can be generated. Therefore, the components in the concrete (water, Ca ions, etc.) are supplied to the first electrode or the second electrode through the gap to stabilize the amount of water on the first electrode and the second electrode. be able to.
本発明のセンサー装置では、前記第1の電極および前記第2の電極の表面には、それぞれ、凹部が形成され、
前記絶縁膜は、前記凹部に追従して凹部が形成されていることが好ましい。
これにより、絶縁膜上に凹部を比較的簡単に形成することができる。
本発明のセンサー装置では、前記貫通孔または前記貫通溝は、エッチングによりパターンニングされたものであることが好ましい。
これにより、毛管凝集効果を生じ得る貫通孔または貫通溝を有する絶縁膜を比較的簡単に形成することができる。
In the sensor device of the present invention, concave portions are formed on the surfaces of the first electrode and the second electrode,
The insulating film preferably has a recess formed following the recess.
Thereby, the recess can be formed on the insulating film relatively easily.
In the sensor device of the present invention, it is preferable that the through hole or the through groove is patterned by etching.
Thereby, it is possible to relatively easily form an insulating film having a through-hole or a through-groove that can cause a capillary aggregation effect.
本発明のセンサー装置では、前記絶縁膜は、前記第1の電極および前記第2の電極の双方を覆うように設けられていることが好ましい。
これにより、外部環境の湿度や温度の変化に伴って測定対象部位の相対湿度が変化しても、第1の電極上および第2の電極上の水分量の変動を防止することができる。その結果、外部環境の湿度や温度の変化によって第1の電極および第2の電極の自然電位が変動するのを防止し、測定対象部位の状態を高精度に測定することができる。
本発明のセンサー装置では、前記絶縁膜は、耐アルカリ性を有することが好ましい。
これにより、測定対象部位がコンクリートである場合であっても、絶縁膜の耐久性を優れたものとすることができる。そのため、コンクリートの状態を長期に亘り安定して測定することができる。
In the sensor device of the present invention, it is preferable that the insulating film is provided so as to cover both the first electrode and the second electrode.
Thereby, even if the relative humidity of a measurement object part changes with changes in the humidity and temperature of the external environment, it is possible to prevent fluctuations in the amount of water on the first electrode and the second electrode. As a result, it is possible to prevent the natural potentials of the first electrode and the second electrode from fluctuating due to changes in the humidity and temperature of the external environment, and to measure the state of the measurement target portion with high accuracy.
In the sensor device of the present invention, it is preferable that the insulating film has alkali resistance.
Thereby, even if it is a case where a measurement object part is concrete, the endurance of an insulating film can be made excellent. Therefore, the state of concrete can be measured stably over a long period of time.
本発明のセンサー装置では、前記第1の電極および前記第2の電極のうちの少なくとも一方の電極は、前記測定対象部位の環境変化に伴って、表面に第1の不動態膜を形成するか、または、表面に存在した第1の不動態膜を消失させる金属材料で構成されていることが好ましい。
これにより、測定対象部位のpH変化に伴う不動態膜の有無により第1の電極と第2の電極との電位差が急峻に変化する。そのため、測定対象部位のpHが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
また、測定対象部位の塩化物イオン濃度変化に伴う不動態膜の消失により第1の電極と第2の電極との電位差が急峻に変化する。そのため、測定対象部位の塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを正確に検知することもできる。
In the sensor device of the present invention, does at least one of the first electrode and the second electrode form a first passive film on a surface in accordance with an environmental change of the measurement target site? Or it is preferable to be comprised with the metal material which lose | disappears the 1st passive film which existed on the surface.
As a result, the potential difference between the first electrode and the second electrode changes abruptly depending on the presence or absence of the passive film accompanying the change in pH of the measurement target site. Therefore, it is possible to accurately detect whether the pH of the measurement target site is equal to or lower than the set value.
In addition, the potential difference between the first electrode and the second electrode changes sharply due to the disappearance of the passive film accompanying the change in the chloride ion concentration at the site to be measured. Therefore, it is possible to accurately detect whether or not the chloride ion concentration at the measurement target site is equal to or lower than the set value.
本発明のセンサー装置では、前記金属材料は、鉄または鉄系合金であることが好ましい。
鉄または鉄系合金(鉄系材料)は比較的安価で入手が容易である。また、例えば、センサー装置をコンクリート構造物の状態測定に用いた場合、第1の電極および第2の電極の少なくとも一方の電極をコンクリート構造物中の鉄筋と同一材料で構成することが可能であり、コンクリート構造物中の鉄筋の腐蝕状態を効果的に検知することができる。
In the sensor device of the present invention, the metal material is preferably iron or an iron-based alloy.
Iron or iron-based alloys (iron-based materials) are relatively inexpensive and easily available. Further, for example, when the sensor device is used for measuring the state of a concrete structure, at least one of the first electrode and the second electrode can be made of the same material as the reinforcing bar in the concrete structure. In addition, the corrosion state of the reinforcing bars in the concrete structure can be detected effectively.
本発明のセンサー装置では、前記機能素子は、前記第1の電極と前記第2の電極との電位差に基づいて、前記測定対象部位のpHあるいは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知する機能をも有することが好ましい。
これにより、測定対象物のpH変化あるいは塩化物イオン濃度変化に伴う状態変化を検知することができる。
本発明のセンサー装置では、アンテナと、前記アンテナに給電する機能を有する通信用回路とを有し、
前記機能素子は、前記通信用回路を駆動制御する機能をも有することが好ましい。
これにより、無線により測定対象物の外部へ測定結果を送信することができる。
In the sensor device of the present invention, the functional element detects whether the pH or chloride ion concentration of the measurement target site is equal to or lower than a set value based on a potential difference between the first electrode and the second electrode. It is preferable to have a function of
Thereby, the state change accompanying the pH change or chloride ion concentration change of a measuring object is detectable.
The sensor device of the present invention has an antenna and a communication circuit having a function of supplying power to the antenna,
It is preferable that the functional element also has a function of driving and controlling the communication circuit.
Thereby, a measurement result can be transmitted to the exterior of a measurement object by radio.
以下、本発明のセンサー装置の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
<第1実施形態>
まず、本発明の第1実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図、図2は、図1に示すセンサー装置の概略構成を示すブロック図、図3は、図2に示す第1の電極、第2の電極および機能素子を説明するための平面図、図4は、図2に示す第1の電極、第2の電極を説明するための断面図(図3中のA−A線断面図)、図5は、図2に示す機能素子を説明するための断面図(図3中のB−B線断面図)、図6は、図2に示す第1の電極および絶縁膜の構成の一例を示す拡大断面図、図7および図8は、それぞれ、図2に示す機能素子に備えられた差動増幅回路を示す回路図である。
なお、以下では、本発明のセンサー装置をコンクリート構造物の品質測定に用いる場合を例に説明する。
Hereinafter, a preferred embodiment of a sensor device of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
First, a first embodiment of the present invention will be described.
1 is a diagram showing an example of a usage state of a sensor device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the sensor device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is shown in FIG. FIG. 4 is a plan view for explaining the first electrode, the second electrode, and the functional element, and FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the first electrode and the second electrode shown in FIG. 2 (A in FIG. 3). 5 is a cross-sectional view for explaining the functional element shown in FIG. 2 (cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3), and FIG. 6 shows the first electrode shown in FIG. FIG. 7 and FIG. 8 are circuit diagrams showing differential amplifier circuits provided in the functional element shown in FIG. 2, respectively.
In the following, a case where the sensor device of the present invention is used for quality measurement of a concrete structure will be described as an example.
図1に示すセンサー装置1は、コンクリート構造物100の品質を測定するものである。
コンクリート構造物100は、コンクリート101内に複数の鉄筋102が埋設されている。そして、センサー装置1は、コンクリート構造物100のコンクリート101内の鉄筋102付近に埋設されている。なお、センサー装置1は、コンクリート構造物100を打設する際に、コンクリート101の打設前に鉄筋に固定して埋め込んでもよいし、打設後に硬化したコンクリート101に穿孔して埋め込んでもよい。
A
The
このセンサー装置1は、本体2と、その本体2上に設けられた第1の電極3および第2の電極4とを有する。また、センサー装置1は、第1の電極3および第2の電極4を覆う絶縁膜8を有する(図3参照)。そして、第1の電極3および第2の電極4は、絶縁膜8の後述する各空孔82を通じて本体2の表面に露出している。なお、図1では、説明の便宜上、後述する絶縁膜8の図示を省略している。
The
本実施形態では、第1の電極3および第2の電極4は、鉄筋102よりもコンクリート構造物100の外表面側において、コンクリート構造物100の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。また、第1の電極3および第2の電極4は、それぞれ、電極面がコンクリート構造物100の外表面に平行または略平行となるように設置されている。そして、第1の電極3および第2の電極4は、コンクリート101の測定対象部位のpH変化に伴って、これらの間の電位差が変化するように構成されている。なお、第1の電極3および第2の電極4については、後に詳述する。
また、センサー装置1は、図2に示すように、第1の電極3および第2の電極4に電気的に接続された機能素子51と、電源52と、温度センサー53と、通信用回路54と、アンテナ55と、発振器56とを有し、これらが本体2内に収納されている。
In this embodiment, the
As shown in FIG. 2, the
以下、センサー装置1を構成する各部を順次説明する。
(本体)
本体2は、第1の電極3、第2の電極4および機能素子51等を支持する機能を有する。
このような本体2は、図4および図5に示すように、第1の電極3、第2の電極4および機能素子51を支持する基板21を有する。なお、基板21は、電源52、温度センサー53、通信用回路54、アンテナ55および発振器56をも支持するが、図3〜5では、説明の便宜上、電源52、温度センサー53、通信用回路54、アンテナ55および発振器56の図示を省略している。
Hereinafter, each part which comprises the
(Body)
The
As shown in FIGS. 4 and 5, the
この基板21は、絶縁性を有する。基板21としては、特に限定されず、例えば、アルミナ基板、樹脂基板等を用いることができる。
この基板21上には、例えばソルダーレジストのような絶縁性の樹脂組成物で構成された絶縁層23が設けられている。そして、この絶縁層23を介して基板21上には、第1の電極3、第2の電極4および機能素子51が実装されている。
The
On this
図5に示すように、この基板21上には、機能素子51(集積回路チップ)が保持され、機能素子51の導体部61、62(電極パッド)が第1の電極3および第2の電極4と接続されている。
この導体部61は、第1の電極3と導体部516a、516d、および、トランジスタ514aのゲート電極とを電気的に接続している。また、導体部62は、第2の電極4と導体部516b、516e、および、トランジスタ514bのゲート電極とを電気的に接続している。第1の電極3と第2の電極4は、各々、トランジスタ514a、514bのゲート電極と接続しているためフローテイング状態にある。515aと515bは、集積回路の層間絶縁膜であり、25は、集積回路の保護膜である。
As shown in FIG. 5, the functional element 51 (integrated circuit chip) is held on the
The
また、本体2は、機能素子51、電源52、温度センサー53、通信用回路54、アンテナ55および発振器56を収納する機能を有する。
特に、本体2は、機能素子51、電源52、温度センサー53、通信用回路54、アンテナ55および発振器56を液密的に収納するように構成されている。
具体的には、図4および図5に示すように、本体2は、封止部24を有する。この封止部24は、機能素子51、電源52、温度センサー53、通信用回路54、アンテナ55および発振器56を封止する機能を有する。これにより、センサー装置1を水分やコンクリートの存在下に設置した場合に、機能素子51、電源52、温度センサー53、通信用回路54、アンテナ55および発振器56の劣化を防止することができる。
The
In particular, the
Specifically, as shown in FIGS. 4 and 5, the
ここで、封止部24は、開口部241を有し、この開口部241から第1の電極3および第2の電極4を露出させつつ、第1の電極3および第2の電極4以外の各部を覆うように設けられている(図3および図4参照)。これにより、封止部24が第1の電極3および第2の電極4以外の各部の劣化を防止しつつ、センサー装置1が測定を行うことができる。なお、開口部241は、第1の電極3の少なくとも一部および第2の電極4の少なくとも一部を露出するように形成されていればよい。なお、第1の電極3および第2の電極4は、それぞれ、後述する絶縁膜8で覆われた状態で開口部241から露出している。
Here, the sealing
封止部24の構成材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、オレフィン系樹脂のような熱可塑性樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂のような熱硬化性樹脂等の各種樹脂材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、封止部24は、必要に応じて設ければよく、省略することもできる。
Examples of the constituent material of the sealing
In addition, the sealing
(第1の電極、第2の電極)
第1の電極3および第2の電極4は、図4に示すように、それぞれ、前述した本体2の外表面上(より具体的には基板21上)に設けられている。特に、第1の電極3および第2の電極4は、同一平面上に設けられている。そのため、第1の電極3および第2の電極4の設置環境の差が生じるのを防止することができる。
また、第1の電極3および第2の電極4は、互いに電位の影響を受けない程度(例えば数mm)に離間している。
(First electrode, second electrode)
As shown in FIG. 4, each of the
Further, the
本実施形態では、第1の電極3および第2の電極4は、それぞれ、薄膜状をなしている。また、第1の電極3および第2の電極4の平面視形状は、それぞれ、四角形をなしている。また、第1の電極3および第2の電極4は、平面視にて、互いの形状および面積が等しくなっている。
また、本実施形態では、第1の電極3の表面には、凹部31が形成され、同様に、第2の電極4の表面には、凹部41が形成されている。このような凹部31、41を形成しておくと、後述する絶縁膜8上に凹部81を比較的簡単に形成することができる。
この凹部31、41は、それぞれ、例えば、エッチングにより形成することができる。
In the present embodiment, each of the
In the present embodiment, a
Each of the
第1の電極3は、不動態膜(第1の不動態膜)を形成する第1の金属材料(以下、単に「第1の金属材料」とも言う)で構成されている。このように構成された第1の電極3は、pHの変化によって不動態膜が形成されたり破壊されたりする。このような第1の電極3に不動態膜が形成された状態(不動態化した状態)では不活性(貴)であり、自然電位が高くなる(貴化する)。一方、第1の電極3は、不動態膜が破壊された状態(消失された状態)では活性(卑)である。そのため、第1の電極3の電位は、pH変化に伴う不動態膜の有無により急峻に変化する。
The
第1の金属材料としては、不動態膜が形成される限り、特に限定されないが、例えば、Fe、Ni、Mg、Znまたはこれらを含む合金等が挙げられる。
例えば、Feは、pHが9よりも大きいときに不動態膜を形成する。また、FeAl(Al0.8%)系炭素鋼は、pHが4よりも大きいときに不動態膜を形成する。また、Niは、pHが8〜14であるときに不動態膜を形成する。また、Mgは、pHが10.5よりも大きいときに不動態膜を形成する。また、Znは、pHが6〜12であるときに不動態膜を形成する。
The first metal material is not particularly limited as long as a passive film is formed, and examples thereof include Fe, Ni, Mg, Zn, and alloys containing these.
For example, Fe forms a passive film when the pH is greater than 9. Further, FeAl (Al 0.8%) based carbon steel forms a passive film when the pH is higher than 4. Ni forms a passive film when the pH is 8-14. Mg forms a passive film when the pH is higher than 10.5. Zn forms a passive film when the pH is 6-12.
中でも、第1の金属材料は、FeまたはFeを含む合金(Fe系合金)、すなわち鉄系材料(具体的には、炭素鋼、合金鋼、SUS等)であるのが好ましい。鉄系材料は安価で入手が容易である。また、本実施形態のように、センサー装置1をコンクリート構造物100の状態測定に用いた場合、第1の金属材料をコンクリート構造物100の鉄筋102と同一または近似の材料とすることが可能であり、鉄筋102の腐蝕環境状態を効果的に検知することができる。例えば、第1の電極3がFeで構成されている場合、pHが9以上か否かの判断ができる。
Among these, the first metal material is preferably Fe or an alloy containing Fe (Fe-based alloy), that is, an iron-based material (specifically, carbon steel, alloy steel, SUS, etc.). Iron-based materials are cheap and easy to obtain. Further, when the
一方、第2の電極4は、第1の金属材料とは異なる第2の金属材料(以下、単に「第2の金属材料」とも言う)で構成されている。このように構成された第2の電極4は、前述したように不動態膜の有無により第1の電極3の電位が変化する際に、不導体膜の形成や破壊(消失)が無く、急激な電位の変化がない。そのため、前述したように不動態膜の有無により第1の電極3の電位が変化する際に、第1の電極3と第2の電極4との電位差が急峻に変化する。そのため、第1の電極3および第2の電極4の設置環境(本実施形態ではコンクリート101の鉄筋102付近)のpHが設定値以下か否かを正確に検知することができる。
On the other hand, the
第2の金属材料としては、第1の金属材料とは異なる金属材料であり、電極として機能し得るものであれば、特に限定されず、各種金属材料を用いることができる。
また、第2の金属材料は、前述した第1の金属材料と異なる金属材料であれば、不動態膜を形成するものであってもよいし、不動態膜を形成しないものであってもよい。
第2の金属材料が不動態膜(第2の不動態膜)を形成するものである場合、第2の金属材料として、上述の第1の金属材料として例示した金属を挙げることができる。
The second metal material is not particularly limited as long as it is a metal material different from the first metal material and can function as an electrode, and various metal materials can be used.
Moreover, as long as the second metal material is a metal material different from the first metal material described above, a passive film may be formed, or a passive film may not be formed. .
In the case where the second metal material forms a passive film (second passive film), examples of the second metal material include the metals exemplified as the first metal material.
本発明の好ましい態様においては、第1の金属材料が不動態膜を形成するpHの範囲の下限値を第1のpH(第1の不動態化pH)とし、第2の金属材料が不動態膜を形成するpHの範囲の下限値を第2のpH(第2の不動態化pH)としたとき、第1のpHおよび第2のpHが互いに異なる。すなわち、第1の金属材料は、第1のpHよりも大きいpHとなったときに不動態膜を形成し、第2の金属材料は、第1のpHとは異なる第2のpHよりも大きいpHとなったときに不動態膜を形成する。これにより、第1の電極3および第2の電極4が設置された環境のpHが第1のpH以下か否かおよび第2のpH以下か否かをそれぞれ正確に検知することができる。
In a preferred embodiment of the present invention, the lower limit of the pH range in which the first metallic material forms a passive film is the first pH (first passive pH), and the second metallic material is passive. When the lower limit of the pH range for forming the film is the second pH (second passivating pH), the first pH and the second pH are different from each other. That is, the first metal material forms a passive film when the pH is higher than the first pH, and the second metal material is higher than the second pH different from the first pH. A passive film is formed when the pH is reached. Thereby, it is possible to accurately detect whether or not the pH of the environment in which the
この場合、第1のpHが8以上10以下であり、かつ、第2のpHが7以下であるのが好ましい。これにより、第1のpH以下か否かを検知することにより、第1の電極3および第2の電極4の設置環境が中性状態に近付いていることを事前に知ることができる。このようなことから、本実施形態にように、センサー装置1をコンクリート構造物100の状態測定に用いた場合、鉄筋102の腐食防止の対策を事前に行うことができる。また、第2のpH以下か否かを検知することにより、第1の電極3および第2の電極4の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることもできる。
In this case, the first pH is preferably 8 or more and 10 or less, and the second pH is preferably 7 or less. Thereby, by detecting whether it is below 1st pH, it can know beforehand that the installation environment of the
また、この場合、第2の金属材料は、Feを含む合金(Fe系合金)、すなわち鉄系材料であるのが好ましい。鉄系材料は安価で入手が容易である。また、本実施形態のように、センサー装置1をコンクリート構造物100の状態測定に用いた場合、第1の金属材料を鉄筋102と同一材料とすることが可能であり、第2の金属材料を鉄筋102と同種材料(Fe系合金)とすることにより、鉄筋102の腐蝕状態を効果的に検知することができる。
In this case, the second metal material is preferably an alloy containing Fe (Fe-based alloy), that is, an iron-based material. Iron-based materials are cheap and easy to obtain. Further, when the
一方、第2の金属材料が不動態膜を形成しないものである場合、第2の金属材料として、Pt、Au等を挙げることができる。第2の金属材料が不動態膜を形成しないものである場合、第1の電極3および第2の電極4の設置環境が強アルカリ状態から強酸性状態へ変化するとき、その変化を1段階で高精度に検知することができる。
この場合、第1の金属材料は、3以上5以下のpH、または、8以上10以下のpHよりも大きいpHとなったときに不動態膜を形成するものであるのが好ましい。3以上5以下のpH以下か否かを検知することにより、第1の電極3および第2の電極4の設置環境が酸性状態になってしまったことを知ることができる。また、8以上10以下のpH以下か否かを検知することにより、第1の電極3および第2の電極4の設置環境が中性状態に近付いていることを事前に知ることができる。
On the other hand, when the second metal material does not form a passive film, examples of the second metal material include Pt and Au. When the second metal material does not form a passive film, when the installation environment of the
In this case, it is preferable that the first metal material forms a passive film when the pH becomes 3 or more and 5 or less or a pH higher than 8 or 10 and less. By detecting whether the pH is 3 or more and 5 or less, it can be known that the installation environment of the
本発明の他の態様によれば、第2の金属材料が不動態膜を形成するものである場合、第1の金属材料の不動態膜破壊が始まる塩化物イオン濃度下限値を第1の塩化物イオン濃度とし、第2の金属材料の不動態膜破壊が始まる塩化物イオン濃度下限値を第2の塩化物イオン濃度としたとき、第1の塩化物イオン濃度および第2の塩化物イオン濃度が互いに異なる。すなわち、第1の金属材料は、第1の塩化物イオン濃度よりも大きくなったときに不動態膜破壊が始まり、第2の金属材料は、第1の塩化物イオン濃度とは異なる第2の塩化物イオン濃度よりも大きくなったときに不動態膜の破壊が始まる。これにより、第1の電極3および第2の電極4が設置された環境の塩化物イオン濃度が第1の塩化物イオン濃度以下か否かおよび第2の塩化物イオン濃度以下か否かをそれぞれ正確に検知することができる。
According to another aspect of the present invention, when the second metal material forms a passive film, the chloride ion concentration lower limit value at which the passive film destruction of the first metal material starts is set to the first chloride. The first chloride ion concentration and the second chloride ion concentration when the lower limit value of the chloride ion concentration at which the passive film destruction of the second metal material starts is the second chloride ion concentration. Are different from each other. That is, when the first metal material becomes larger than the first chloride ion concentration, the passive film breaks down, and the second metal material has the second concentration different from the first chloride ion concentration. When the chloride ion concentration is exceeded, the passive membrane begins to break. Thereby, whether the chloride ion concentration of the environment in which the
この場合、第1の塩化物イオン濃度が1.0kg/m3以上1.5kg/m3以下(好ましくは1.2kg/m3程度)であり、かつ、第2の塩化物イオン濃度が第1の塩化物イオン濃度より大きいことが好ましい。これにより、第1の塩化物イオン濃度以下か否かを検知することにより、第1の電極3および第2の電極4の設置環境に塩化物イオンが侵入してきているかどうかを知ることができる。例えば、第1の金属材料に、第1の塩化物イオン濃度が約1.2kg/m3の炭素鋼(SD345)を用い、第2の金属材料に第2の塩化物イオン濃度が約20kg/m3であるSUS304を用いる。このように構成された第2の電極4は、塩化物イオン濃度が1.2kg/m3を超えて不動態膜破壊が始まることにより第1の電極3の電位が変化する際に、不動態膜の破壊(消失)が無く、急激な電位の変化がない。そのため、不動態膜の有無により第1の電極3の電位が変化する際に、第1の電極3と第2の電極4との電位差が急峻に変化する。そのため、第1の電極3および第2の電極4の設置環境(本実施形態ではコンクリート101の鉄筋102付近)の塩化物イオン濃度が設定値1.2kg/m3を超えているか否かを正確に検知することができる。第2の金属材料に耐性に優れたSUS316やSUS329J4Lを用いることもできる。
このようなことから、本実施形態のように、センサー装置1をコンクリート構造物100の状態測定に用いた場合、外部からコンクリート101内に侵入するCO2(中性化)や塩素イオンをコンクリート構造物100中の鉄筋102に届く前に検知できる。従って、鉄筋102が腐食する前に腐食防止の対策を行うことができる。
In this case, the first chloride ion concentration is 1.0 kg / m 3 or more and 1.5 kg / m 3 or less (preferably about 1.2 kg / m 3 ), and the second chloride ion concentration is the first chloride ion concentration. It is preferably greater than 1 chloride ion concentration. Thereby, it is possible to know whether or not chloride ions have entered the installation environment of the
For this reason, when the
このような第1の電極3および第2の電極4は、それぞれ、例えば、プラズマCVD、熱CVD、レーザーCVDのような化学蒸着法(CVD)、真空蒸着、スパッタリング(低温スパッタリング)、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、溶射法、ゾル・ゲル法、MOD法、金属箔の接合等により形成することができる。
The
(絶縁膜)
絶縁膜8は、第1の電極3および第2の電極4の双方を覆うように設けられている。そして、絶縁膜8は、図6に示すように、複数の空孔82を有する多孔質体83で構成されている。そして、複数の空孔82は、隣接する空孔82同士が連通する連続空孔(細孔)をなし、その連続空孔が絶縁膜8の表面に開口している。ここで、かかる連続空孔は、絶縁膜8の厚さ方向に貫通する貫通孔を構成する。
このような連続空孔を通じて、測定対象部位の水分を第1の電極3上および第2の電極4上に供給することができる。
特に、このような連続空孔(細孔)による毛管凝縮効果により、より低い相対湿度で、第1の電極3上および第2の電極4上にそれぞれ水分を結露させることができる。
(Insulating film)
The insulating
Through such continuous holes, moisture at the site to be measured can be supplied onto the
In particular, due to the capillary condensation effect by such continuous pores (pores), moisture can be condensed on the
本実施形態では、絶縁膜8が前述したような連続空孔を有する多孔質体83で構成されているので、絶縁膜8の各連続空孔貫通孔による毛管凝縮効果を効果的に生じさせることができる。
そのため、第1の電極3上および第2の電極4上に安定して液体の水を存在させることができる。すなわち、仮に絶縁膜8を省略した場合に第1の電極3上および第2の電極4上に結露が生じないような低い相対湿度においても、第1の電極3上および第2の電極4上にそれぞれ結露させて液体の水を存在させることができる。
In the present embodiment, since the insulating
Therefore, liquid water can be stably present on the
このようなことから、外部環境の湿度や温度の変化に伴ってコンクリート101内の相対湿度が変化しても、第1の電極3上および第2の電極4上の水分量の変動を防止することができる。その結果、外部環境の湿度や温度の変化によって第1の電極3および第2の電極4の自然電位が変動するのを防止し、コンクリート101の測定対象部位の状態を高精度に測定することができる。
For this reason, even if the relative humidity in the concrete 101 changes with changes in the humidity and temperature of the external environment, fluctuations in the amount of water on the
また、複数の空孔82の平均径は、前述したように毛管凝縮効果を生じ得る範囲であれば、特に限定されないが、例えば、2nm以上50nm以下であるのが好ましい。すなわち、空孔82は、メソ孔であるのが好ましい。
さらに、絶縁膜8の空孔率は、それぞれ、前述したように毛管凝縮効果を生じ得る範囲であれば、特に限定されないが、例えば、10%以上90%以下であるのが好ましい。
In addition, the average diameter of the plurality of
Further, the porosity of the insulating
また、絶縁膜8の構成材料としては、絶縁性を有するものであれば、特に限定されないが、絶縁性および耐久性に優れるという観点から、例えば、金属やシリコンの酸化物、窒化物、フッ化物等(セラミックス材料)を用いるのが好ましい。なお、絶縁膜8の構成材料として、樹脂材料を用いることもできる。
また、絶縁膜8は、耐アルカリ性を有するのが好ましい。例えば、絶縁膜8の構成材料として、SiO2、Si3N4等の耐アルカリ性に優れた材料を用いるのが好ましい。これにより、測定対象部位がコンクリート101である場合であっても、絶縁膜8の耐久性を優れたものとすることができる。そのため、コンクリート101の状態を長期に亘り安定して測定することができる。
In addition, the constituent material of the insulating
The insulating
また、本実施形態では、絶縁膜8の第1の電極3および第2の電極4とは反対側の面、すなわち表面、には、複数の凹部81が形成されている。これにより、コンクリート101中の骨材が第1の電極3上または第2の電極4上の絶縁膜8に接触しても、絶縁膜8と骨材との間に隙間を生じさせることができる。そのため、その隙間を通じてコンクリート101中の成分(水分やCaイオン等)を第1の電極3または第2の電極4に供給して、第1の電極3上および第2の電極4上の水分量の安定化を図ることができる。
この凹部81は、前述した第1の電極3の凹部31および第2の電極4の凹部41に追従して形成されている。
この凹部81の平均径(平均幅)は、骨材サイズよりも小さく前述した空孔82の平均径よりも大きければ特に限定されない。
In the present embodiment, a plurality of
The
The average diameter (average width) of the
また、絶縁膜8の平均厚さは、特に限定されないが、例えば、5nm以上1000nm以下であるのが好ましい。これにより、前述したような毛管凝集効果を生じ得る貫通連続空孔を有する絶縁膜8を比較的簡単に形成することができる。これに対し、かかる平均厚さが薄すぎると、前述したような毛管凝集効果を生じ得る連続空孔(貫通孔)を形成するのが難しく、一方、かかる平均厚さが厚すぎると、連続空孔を通じて水分等を第1の電極3および第2の電極4に供給するのが難しくなる。
The average thickness of the insulating
このような絶縁膜8は、特に限定されず、公知の多孔質体膜の形成方法を用いて形成することができる。例えば、絶縁膜8が金属酸化物で構成されている場合、金属酸化物の前駆体である金属オキソ種と、ポリスチレン系界面活性剤とを極性溶媒に溶解した前駆溶液をスピンコート、インクジェット法等の塗布法により成膜し、乾燥、焼成することにより絶縁膜8を形成することができる。
Such an insulating
なお、図6に示す複数の空孔82の形状は、一例であり、前述したように絶縁膜8の連続空孔が毛管凝縮効果を発揮し得るものであれば、図示のものに限定されず、絶縁膜8は、連続空孔を有する公知の各種多孔質体で構成することができる。
なお、本実施形態では、1つの絶縁膜8が第1の電極3および第2の電極4を覆うように設けられているが、第1の電極3を覆う絶縁膜と、第2の電極4を覆う絶縁膜とを別々に設けてもよい。この場合、2つの絶縁膜の構成(厚さ、材料、空孔率等)は、互いに同じであっても異なっていてもよい。
The shape of the plurality of
In the present embodiment, one insulating
(機能素子)
機能素子51は、前述した本体2の内部に埋設されている。なお、機能素子51は、前述した本体2の基板21に対して第1の電極3および第2の電極4とは、同一面に設けても、反対側に設けても良い。
この機能素子51は、第1の電極3と第2の電極4との電位差を測定する機能を有する。これにより、第1の電極3と第2の電極4との電位差に基づいて、第1の電極3および第2の電極4の設置環境のpHが設定値以下か否かを検知することができる。
また、機能素子51は、第1の電極3と第2の電極4との電位差に基づいて、測定対象物であるコンクリート構造物100の測定対象部位のpHあるいは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かを検知する機能をも有する。これにより、コンクリート構造物100のpH変化あるいは塩化物イオン濃度変化に伴う状態変化を検知することができる。
(Functional element)
The
The
Further, based on the potential difference between the
このような機能素子51は、例えば、集積回路である。より具体的には、機能素子51は、例えば、MCU(マイクロコントロールユニット)であり、図2に示すように、CPU511と、A/D変換回路512と、差動増幅回路514とを有する。
より具体的に説明すると、機能素子51は、図5に示すように、基板513と、基板513上に設けられた複数のトランジスタ514a、514b、514cと、トランジスタ514a、514b、514cを覆う層間絶縁膜515a、515bと、配線および導体ポストを構成する導体部516a、516b、516c、516d、516e、516fと、保護膜25と、電極パッドを構成する導体部61、62とを有する。
Such a
More specifically, as shown in FIG. 5, the
基板513は、例えばSOI基板であり、CPU511およびA/D変換回路512が形成されている。基板513としてSOI基板を用いることにより、トランジスタ514a〜514cをSOI型MOSFETとすることができる。
複数のトランジスタ514a、514b、514cは、それぞれ例えば電界効果トランジスタ(FET)であり、差動増幅回路514の一部を構成するものである。
The
Each of the plurality of
差動増幅回路514は、図7に示すように、3つのトランジスタ514a〜514cと、カレントミラー回路514dとで構成されている。
また、差動増幅回路514は、図8に示すように、演算増幅器201、202と、演算増幅器203とを有する。
演算増幅器201は、比較用電極7を基準として第1の電極3の電位を検出する。また、演算増幅器202は、比較用電極7を基準として第2の電極4の電位を検出する。また、演算増幅器203は、演算増幅器201の出力電位と演算増幅器202の出力電位との差を検出する。
As shown in FIG. 7, the
Further, the
The
導体部516aは、その一端がトランジスタ514aのゲート電極に接続され、他端が前述した導体部516dに接続されている。導体部516dは、導体部61を介して第1の電極3に電気的に接続されている。これにより、トランジスタ514aのゲート電極と第1の電極3とが電気的に接続されている。そのため、第1の電極3の電位の変化に応じて、トランジスタ514aのドレイン電流が変化する。
One end of the
同様に、導体部516bは、その一端がトランジスタ514bのゲート電極に接続され、他端が前述した導体部516eに接続されている。導体部516eは、導体部62を介して第2の電極4に電気的に接続されている。これにより、トランジスタ514bのゲート電極と第2の電極4とが電気的に接続されている。そのため、第2の電極4の電位の変化に応じて、トランジスタ514bのドレイン電流が変化する。
また、導体部516cは、その一端がトランジスタ514cのゲート電極に接続され、他端が前述した導体部516fに接続されている。
Similarly, the
The
また、機能素子51は、電源52からの通電により作動する。電源52は、機能素子51を動作可能な電力を供給できるものであれば、特に限定されず、例えば、ボタン型電池のような電池であってもよいし、圧電素子のような発電機能を有する素子を用いた電源ものであってもよい。
また、機能素子51は、温度センサー53の検知温度情報を取得し得るように構成されている。これにより、測定対象部位の温度に関する情報も得ることができる。このような温度に関する情報を用いることにより、測定対象部位の状態をより正確に測定したり、測定対象部位の変化を高精度に予想したりすることができる。
温度センサー53は、測定対象物であるコンクリート構造物100の測定対象部位の温度を検知する機能を有する。このような温度センサー53としては、特に限定されず、例えば、サーミスター、熱電対等の公知の様々な種類の温度センサーを用いることができる。
The
The
The
また、機能素子51は、通信用回路54を駆動制御する機能をも有する。例えば、機能素子51は、第1の電極3と第2の電極4との電位差に関する情報(以下、単に「電位差情報」ともいう)と、測定対象部位のpHあるいは塩化物イオン濃度が設定値以下か否かに関する情報(以下、単に「pH情報」ともいう)とをそれぞれ通信用回路54に入力する。また、機能素子51は、温度センサー53によって検知された温度に関する情報(以下、単に「温度情報」ともいう)も併せて通信用回路54に入力する。
The
通信用回路54は、アンテナ55に給電する機能(送信機能)を有する。これにより、通信用回路54は、入力された情報をアンテナ55を介して無線送信することができる。送信された情報は、コンクリート構造物100の外部に設けられた受信機(リーダー)で受信される。
この通信用回路54は、例えば、電磁波を送信するための送信回路、信号を変調する機能を有する変調回路等を有する。なお、通信用回路54は、信号の周波数を小さく変換する機能を有するダウンコンバータ回路、信号の周波数を大きく変換する機能を有するアップコンバータ回路、信号を増幅する機能を有する増幅回路、電磁波を受信するための受信回路、信号を復調する機能を有する復調回路等を有していてもよい。
The
The
また、アンテナ55は、特に限定されないが、例えば、金属材料、カーボン等で構成され、巻線、薄膜等の形態をなす。
また、機能素子51は、発振器56からのクロック信号を取得し得るように構成されている。これにより、各回路の同期をとったり、各種情報に時刻情報を付加したりすることができる。
発振器56は、特に限定されないが、例えば、水晶振動子を利用した発振回路で構成されている。
以上説明したように構成されたセンサー装置1を用いた測定方法は、第1の電極3および第2の電極4を測定対象物であるコンクリート構造物100内にそれぞれ埋設し、第1の電極3と第2の電極4との電位差に基づいて、コンクリート構造物100の状態を測定する。
The
Further, the
The
In the measuring method using the
以下、第1の電極3がPtで構成され、第2の電極4がNiで構成されている場合を一例として、センサー装置1の作用を説明する。
打設直後のコンクリート構造物100において、通常、適切に打設されていれば、コンクリート101は強アルカリ性を呈する。そのため、このとき、第2の電極4は、安定な不動態膜を形成する。これにより、コンクリートの打設直後における第1の電極3と第2の電極4との電位差は小さくなる。
Hereinafter, the operation of the
In the
その後、コンクリート構造物100は、二酸化炭素、酸性雨、排気ガス等の影響により、コンクリート101のpHが徐々に酸性側に変化していく。
そして、コンクリート101のpHが10程度にまで下がると、第2の電極4は、その不動態膜が崩壊し始め、自然電位が下がる(卑化する)。これにより、第1の電極3と第2の電極4との電位差が大きくなる。
Thereafter, in the
When the pH of the concrete 101 is lowered to about 10, the passive film of the
このような検知結果を利用することにより、コンクリート構造物100の打設後の品質の経時変化をモニタリングすることができる。そのため、鉄筋102が腐蝕する前に、コンクリート101の劣化(中性化や塩分侵入)を把握することができる。これにより、鉄筋102が腐食する前に、コンクリート構造物100に塗装や防腐剤混入モルタル等による補修工事を行うことが可能となる。
また、コンクリート構造物100の打設時に異常があった否かを判断することもできる。そのため、コンクリート構造物100の初期トラブルを防止し、コンクリート構造物100の品質を向上させることができる。
By using such a detection result, it is possible to monitor a change with time in quality after placing the
It can also be determined whether or not there was an abnormality when placing the
以上説明したように第1実施形態のセンサー装置1によれば、第1の電極3および第2の電極4がそれぞれ絶縁膜8で覆われているので、絶縁膜8の連続空孔(細孔)による毛管凝縮効果により、より低い相対湿度で、第1の電極3上および第2の電極4上にそれぞれ水分を結露させることができる。そのため、第1の電極3上および第2の電極4上に安定して液体の水を存在させることができる。
As described above, according to the
このようなことから、外部環境の湿度や温度の変化に伴ってコンクリート101内の相対湿度が変化しても、第1の電極3上および第2の電極4上の水分量の変動を防止することができる。その結果、外部環境の湿度や温度の変化によって第1の電極3および第2の電極4の自然電位が変動するのを防止し、コンクリート101の測定対象部位の状態を高精度に測定することができる。
For this reason, even if the relative humidity in the concrete 101 changes with changes in the humidity and temperature of the external environment, fluctuations in the amount of water on the
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
図9は、本発明の第2実施形態に係るセンサー装置の使用状態の一例を示す図である。
以下、第2実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a usage state of the sensor device according to the second embodiment of the present invention.
Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
第2実施形態のセンサー装置は、第1の電極および第2の電極の平面視形状および数が異なるとともに、第1の電極の構造が異なる以外は、第1実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
本実施形態のセンサー装置1Aは、本体2Aと、その本体2A上に設けられた複数の第1の電極3a、3b、3cおよび複数の第2の電極4a、4b、4cとを有する。
また、図示しないが、センサー装置1Aは、第1の電極3a、3b、3cおよび複数の第2の電極4a、4b、4cを覆うように設けられ、前述した第1実施形態の絶縁膜8と同様に構成された絶縁膜を有する。これにより、第1の電極3a、3b、3c上および複数の第2の電極4a、4b、4c上の水分量の変動を防止することができる。
The sensor device of the second embodiment is substantially the same as the sensor device of the first embodiment, except that the shape and number of the first electrode and the second electrode are different in plan view and the number of the first electrode and the structure of the first electrode. is there. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above.
The
Although not shown, the
本実施形態では、第1の電極3a、3b、3cおよび第2の電極4a、4b、4cは、互いに離間して設けられている。また、第1の電極3a、3b、3cおよび第2の電極4a、4b、4cは、それぞれ、電極面がコンクリート構造物100の外表面に対して垂直または略垂直となるように設置されている。
また、複数の第1の電極3a、3b、3cは、コンクリート構造物100の外表面からの距離が互いに異なる。具体的には、コンクリート構造物100の外表面側から内側へ、複数の第1の電極3a、3b、3cがこの順に並んで設けられている。
同様に、複数の第2の電極4a、4b、4cは、コンクリート構造物100の外表面からの距離が互いに異なる。具体的には、コンクリート構造物100の外表面側から内側へ、複数の第2の電極4a、4b、4cがこの順に並んで設けられている。
In the present embodiment, the
The plurality of
Similarly, the plurality of
さらに、第1の電極3aおよび第2の電極4aは、コンクリート構造物100の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。また、第1の電極3bおよび第2の電極4bは、コンクリート構造物100の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。第1の電極3cおよび第2の電極4cは、コンクリート構造物100の外表面からの距離が互いに等しくなるように設置されている。
このような第1の電極3a、3b、3cおよび第2の電極4a、4b、4cでは、第1の電極3aと第2の電極4aとが対をなし、第1の電極3bと第2の電極4bとが対をなし、第1の電極3cと第2の電極4cとが対をなす。
本実施形態では、センサー装置1Aは、第1の電極3aと第2の電極4aとの電位差、第1の電極3bと第2の電極4bとの電位差、および、第1の電極3cと第2の電極4cとの電位差をそれぞれ図示しない機能素子により測定することができるように構成されている。
Furthermore, the
In such
In the present embodiment, the
このような第2実施形態に係るセンサー装置1Aによれば、第1の電極3aおよび第2の電極4aの設置環境、第1の電極3bおよび第2の電極4bの設置環境、および、第1の電極3cおよび第2の電極4cの設置環境のpHがそれぞれ設定値以下か否かを正確に検知することができる。電位差をそれぞれ測定し、そのため、第1の電極3a、3b、3cおよび第2の電極4a、4b、4cの設置環境のpHが設定値以下か否かを正確に検知することができる。すなわち、コンクリート構造物100の外表面からの深さが異なる位置でのpHがそれぞれ設定値以下か否かを正確に検知することができる。これにより、コンクリート101のpHが酸性側に変化する速度を知ることができる。そのため、コンクリート構造物100の中性化(や塩害)の深さ方向への侵入予測を効果的に行うことができる。
According to such a
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態を説明する。
図10は、本発明の第3実施形態に係るセンサー装置の第1の電極、第2の電極および機能素子を説明するための平面図、図11は、図10に示す第1の電極、第2の電極を説明するための断面図(図3中のA−A線断面図)である。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 10 is a plan view for explaining the first electrode, the second electrode, and the functional element of the sensor device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 11 is a plan view of the first electrode, the second electrode, and the functional element shown in FIG. It is sectional drawing for demonstrating the electrode of 2 (AA sectional view taken on the line in FIG. 3).
以下、第3実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第3実施形態のセンサー装置は、絶縁膜、第1の電極および第2の電極の構成が異なる以外は、第1実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
Hereinafter, the third embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The sensor device of the third embodiment is substantially the same as the sensor device of the first embodiment, except that the configuration of the insulating film, the first electrode, and the second electrode is different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above.
本実施形態のセンサー装置1Bは、本体2Bと、その本体2B上に設けられた第1の電極3Bおよび第2の電極4Bと、第1の電極3Bおよび第2の電極4Bを覆うように設けられた絶縁膜8Bとを有する。
第1の電極3Bは、凹部31を省略した以外は前述した第1実施形態の第1の電極3と同様に構成されている。同様に、第2の電極4Bは、凹部41を省略した以外は前述した第1実施形態の第2の電極4と同様に構成されている。
このような第1の電極3Bおよび第2の電極4Bは、絶縁膜8Bにより覆われている。
The
The
The
絶縁膜8Bは、その厚さ方向に貫通する貫通孔81Bが形成されている以外は前述した第1実施形態の絶縁膜8と同様に構成されている。
この絶縁膜8Bに形成された貫通孔81Bは、エッチングによりパターンニングされたものである。
本実施形態では、絶縁膜8Bが連続空孔を有する多孔質体で構成されているので、貫通孔81B自体は、毛管凝縮効果を生じさせるものであってもよいし、毛管凝縮効果を生じさせないものであってもよい。
The insulating
The through
In the present embodiment, since the insulating
貫通孔81B自体が毛管凝縮効果を生じさせる場合、絶縁膜8Bを構成する多孔質体の連続空孔および貫通孔81Bが毛管凝集効果を効果的に生じさせることができる。また、貫通孔81B自体が毛管凝集効果を生じさせない場合であっても、貫通孔81Bの存在により、絶縁膜8Bを構成する多孔質体の連続空孔を通じて第1の電極3Bおよび第2の電極4Bへ水分を供給するのを促進させることができる。
When the through-
また、このような貫通孔81Bは、前述した第1実施形態の凹部81と同様、コンクリート101中の骨材が第1の電極3B上または第2の電極4B上の絶縁膜8Bに接触しても、絶縁膜8Bと骨材との間に隙間を生じさせることができる。そのため、その隙間を通じてコンクリート101中の成分(水分やCaイオン等)を第1の電極3Bまたは第2の電極4Bに供給して、第1の電極3B上および第2の電極4B上の水分量の安定化を図ることができる。
Further, such a through-
本実施形態では、貫通孔81Bは、平面視にて互いに平行に延びる複数の第1の部分(スリット)811と、平面視にて第1の部分811に直交し互いに平行に延びる複数の第2の部分(スリット)812とで構成されている。すなわち、貫通孔81Bは、平面視にて、格子状をなしている。
このような第1の部分811および第2の部分812の幅(スリットの幅)は、それぞれ、特に限定されないが、例えば、貫通孔81B自体が前述したような毛管凝縮効果を生じさせないものである場合、50nm以上100nm以下(サブミクロン)であるのが好ましく、また、貫通孔81B自体が前述したように毛管凝縮効果を生じさせるものである場合、2nm以上50nm以下であるのが好ましい。
また、第1の部分811同士および第2の部分812同士の間隔は、それぞれ、特に限定されないが、5nm以上200nm以下程度である。
以上説明したような第3実施形態のセンサー装置1Bによっても、外部環境の湿度や温度の変化によって第1の電極3Bおよび第2の電極4Bの自然電位が変動するのを防止し、測定対象部位の状態を高精度に測定することができる。
In the present embodiment, the through-
The widths (slit widths) of the
Moreover, although the space | interval of the
The
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態を説明する。
図12は、本発明の第4実施形態に係るセンサー装置の第1の電極、第2の電極を説明するための断面図である。
以下、第4実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第4実施形態のセンサー装置は、絶縁膜、比較用電極および第2の電極の構成が異なる以外は、第1実施形態のセンサー装置とほぼ同様である。なお、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining the first electrode and the second electrode of the sensor device according to the fourth embodiment of the present invention.
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The sensor device of the fourth embodiment is substantially the same as the sensor device of the first embodiment except that the configuration of the insulating film, the comparison electrode, and the second electrode is different. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to embodiment mentioned above.
本実施形態のセンサー装置1Cは、本体2Cと、その本体2C上に設けられた第1の電極3C、第2の電極4Cおよび比較用電極7Cと、第1の電極3C、第2の電極4Cおよび比較用電極7Cを覆うように設けられた絶縁膜8Cとを有する。
第1の電極3Cは、前述した第1実施形態の第1の電極3と同様に構成されている。
一方、第2の電極4Cは、基部42と、その基部42上を覆うように設けられた導体膜43とで構成されている以外は、前述した第1実施形態の第2の電極4と同様に構成されている。
The sensor device 1C according to the present embodiment includes a main body 2C, a
The
On the other hand, the
基部42および導体膜43は、互いに異なる材料で構成されている。また、導体膜43は、第1の電極3Cの構成材料と異なり、かつ、不動態膜を形成し得る金属材料で構成されているので好ましい。これにより、測定対象部位のpH変化を2段階で測定することができる。この場合、例えば、基部42をPtで構成し、導体膜43をFeで構成し、第1の電極3CをNiで構成する。
The
比較用電極7Cは、前述した第1実施形態の比較用電極7と同様、図示しない機能素子に接続されている。
この比較用電極7Cは、例えば、Pt、Au等の貴金属で構成されている。
また、比較用電極7Cの表面には、第1の電極3Cおよび第2の電極4Cと同様、凹部が形成されている。
The comparison electrode 7C is connected to a functional element (not shown) in the same manner as the comparison electrode 7 of the first embodiment described above.
The comparison electrode 7C is made of a noble metal such as Pt or Au.
In addition, a recess is formed on the surface of the comparative electrode 7C, as in the case of the
このような比較用電極7C、第1の電極3Cおよび第2の電極4Cは、絶縁膜8Cにより覆われている。
絶縁膜8Cは、その厚さ方向に貫通する貫通孔82Cが形成されているとともに緻密体で構成されている以外は前述した第1実施形態の絶縁膜8と同様に構成されている。
この絶縁膜8Cに形成された貫通孔82Cは、エッチングによりパターンニングされたものである。これにより、毛管凝集効果を生じ得る貫通孔82Cを有する絶縁膜8Cを比較的簡単に形成することができる。本実施形態では、貫通孔82B自体が毛管凝集効果を生じさせるものである。これにより、絶縁膜8Cが緻密体で構成されていても、毛管凝縮効果を生じさせることができる。
The comparison electrode 7C, the
The insulating
The through
また、貫通孔82Cは、前述した第3実施形態の貫通孔81Bと同様、平面視にて、格子状をなしている。
このような貫通孔82Cを構成するスリットの幅は、それぞれ、特に限定されないが、2nm以上50nm以下であるのが好ましい。
以上説明したような第4実施形態のセンサー装置1Cによっても、外部環境の湿度や温度の変化によって第1の電極3Cおよび第2の電極4Cの自然電位が変動するのを防止し、測定対象部位の状態を高精度に測定することができる。
The through
The widths of the slits constituting such a through
The sensor device 1C of the fourth embodiment as described above also prevents the natural potentials of the
以上、本発明のセンサー装置を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明のセンサー装置では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。
また、前述した実施形態では第1の電極および第2の電極がそれぞれ基板上に設けられた場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、第1の電極および第2の電極は、例えば、センサー装置の本体の封止樹脂で構成された部分の外表面上に設けてもよい。
As mentioned above, although the sensor apparatus of this invention was demonstrated based on embodiment of illustration, this invention is not limited to this.
For example, in the sensor device of the present invention, the configuration of each part can be replaced with any configuration that exhibits the same function, and any configuration can be added.
In the above-described embodiment, the case where the first electrode and the second electrode are provided on the substrate has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the first electrode and the second electrode are For example, you may provide on the outer surface of the part comprised with the sealing resin of the main body of a sensor apparatus.
また、前述した実施形態では第1の電極および第2の電極がそれぞれ薄膜状をなす場合を例に説明したが、これに限定されず、第1の電極および第2の電極の形状は、それぞれ、例えば、ブロック状、線状等をなしていてもよい。また、前述した実施形態では第1の電極および第2の電極をそれぞれセンサー装置の本体の外表面に沿って設けているが、第1の電極および第2の電極をそれぞれセンサー装置の本体の外表面から突出させてもよい。また、第1の電極および第2の電極の設置位置、大きさ(大小関係)等についても、前述したような測定が可能であれば、前述した実施形態に限定されず、任意である。 In the above-described embodiment, the case where the first electrode and the second electrode are each in the form of a thin film has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the shapes of the first electrode and the second electrode are respectively For example, it may have a block shape, a line shape, or the like. In the above-described embodiment, the first electrode and the second electrode are provided along the outer surface of the main body of the sensor device, respectively. However, the first electrode and the second electrode are respectively provided on the outer side of the main body of the sensor device. You may make it protrude from the surface. Further, the installation positions and sizes (magnitude relations) of the first electrode and the second electrode are not limited to the above-described embodiment and may be arbitrary as long as the above-described measurement is possible.
また、前述した実施形態では機能素子がCPU、A/D変換回路および差動増幅回路を有する場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、機能素子には、ROM、RAM、各種駆動回路等の他の回路が組み込まれていてもよい。
また、前述した実施形態では第1の電極と第2の電極との電位差に関する情報をアクティブタグ通信により無線送信によりセンサー装置外部へ送信する場合を例に説明したが、これに限定されず、例えば、パッシブタグ通信を用いて情報をセンサー装置の外部へ送信してもよいし、有線により情報をセンサー装置の外部へ送信してもよい。
In the above-described embodiment, the case where the functional element includes a CPU, an A / D conversion circuit, and a differential amplifier circuit has been described as an example. However, the functional element is not limited thereto. Other circuits such as a drive circuit may be incorporated.
In the above-described embodiment, the case where the information about the potential difference between the first electrode and the second electrode is transmitted to the outside of the sensor device by wireless transmission using active tag communication has been described as an example. Information may be transmitted to the outside of the sensor device using passive tag communication, or information may be transmitted to the outside of the sensor device by wire.
また、前述した実施形態では機能素子51、電源52、温度センサー53、通信用回路54、アンテナ55および発振器56を本体2内に収納し、これらを第1の電極3および第2の電極4とともに測定対処物であるコンクリート構造物100内に埋設する場合を例に説明したが、機能素子51、電源52、温度センサー53、通信用回路54、アンテナ55および発振器56を測定対象物の外部に設けてもよい。
また、前述した実施形態では、貫通孔を有する絶縁膜が第1の電極および第2の電極の双方を覆う場合を例に説明したが、貫通孔を有する絶縁膜が第1の電極および第2の電極のうちの少なくとも一方の電極を覆っていれば、本発明の効果を奏し得る。
In the above-described embodiment, the
In the above-described embodiment, the case where the insulating film having the through hole covers both the first electrode and the second electrode has been described as an example. However, the insulating film having the through hole has the first electrode and the second electrode. The effect of the present invention can be obtained if at least one of the electrodes is covered.
1、1A、1B、1C‥‥センサー装置 2、2A、2B、2C‥‥本体 3、3B、3C‥‥第1の電極 3a、3b、3c‥‥第1の電極 4、4B、4C‥‥第2の電極 4a、4b、4c‥‥第2の電極 7、7C‥‥比較用電極 8、8B、8C‥‥絶縁膜 21‥‥基板 23‥‥絶縁層 24‥‥封止部 25‥‥保護膜 31‥‥凹部 41‥‥凹部 42‥‥基部 43‥‥導体膜 51‥‥機能素子 52‥‥電源 53‥‥温度センサー 54‥‥通信用回路 55‥‥アンテナ 56‥‥発振器 61‥‥導体部 62‥‥導体部 81‥‥凹部 81B、82C‥‥貫通孔 82‥‥空孔 83‥‥多孔質体 100‥‥コンクリート構造物 101‥‥コンクリート 102‥‥鉄筋 201、202、203‥‥演算増幅器 241‥‥開口部 511‥‥CPU 512‥‥変換回路 513‥‥基板 514‥‥差動増幅回路 514a‥‥トランジスタ 514b‥‥トランジスタ 514c‥‥トランジスタ 514d‥‥カレントミラー回路 515a、515b‥‥層間絶縁膜 516a‥‥導体部 516b‥‥導体部 516c‥‥導体部 516d‥‥導体部 516e‥‥導体部 516f‥‥導体部 811‥‥第1の部分 812‥‥第2の部分
1, 1A, 1B, 1C ...
Claims (11)
前記第1の電極に対して離間して設けられた第2の電極と、
前記第1の電極および前記第2の電極のうちの少なくとも一方の電極を覆うように設けられ、厚さ方向に貫通する貫通孔または貫通溝を有する絶縁膜と、
前記第1の電極と前記第2の電極との電位差を測定する機能を有する機能素子とを有し、
前記機能素子で測定された電位差に基づいて、測定対象部位の状態を測定し得るように構成されたことを特徴とするセンサー装置。 A first electrode;
A second electrode spaced apart from the first electrode;
An insulating film provided so as to cover at least one of the first electrode and the second electrode, and having a through hole or a through groove penetrating in the thickness direction;
A functional element having a function of measuring a potential difference between the first electrode and the second electrode;
A sensor device configured to be able to measure a state of a measurement target part based on a potential difference measured by the functional element.
前記絶縁膜は、前記凹部に追従して凹部が形成されている請求項3に記載のセンサー装置。 Recesses are formed on the surfaces of the first electrode and the second electrode,
The sensor device according to claim 3, wherein the insulating film has a recess formed following the recess.
前記機能素子は、前記通信用回路を駆動制御する機能をも有する請求項1ないし10のいずれかに記載のセンサー装置。 An antenna and a communication circuit having a function of supplying power to the antenna;
The sensor device according to claim 1, wherein the functional element also has a function of driving and controlling the communication circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011109080A JP2012242095A (en) | 2011-05-16 | 2011-05-16 | Sensor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011109080A JP2012242095A (en) | 2011-05-16 | 2011-05-16 | Sensor device |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2012242095A true JP2012242095A (en) | 2012-12-10 |
Family
ID=47463985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011109080A Withdrawn JP2012242095A (en) | 2011-05-16 | 2011-05-16 | Sensor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP2012242095A (en) |
-
2011
- 2011-05-16 JP JP2011109080A patent/JP2012242095A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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