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KR20190089027A - 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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KR20190089027A
KR20190089027A KR1020197018469A KR20197018469A KR20190089027A KR 20190089027 A KR20190089027 A KR 20190089027A KR 1020197018469 A KR1020197018469 A KR 1020197018469A KR 20197018469 A KR20197018469 A KR 20197018469A KR 20190089027 A KR20190089027 A KR 20190089027A
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히로아키 이토이
사다노리 시이키
마사미치 스가하라
도시유키 모리야
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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, 61)를 포함한다. 자화기가, 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)와, 한 쌍의 주상 요크의 선단의 각각에 접속되어, 콘크리트면을 따르는 확장부를 갖는 자극을 형성하는 한 쌍의 판상 요크(32F, 32R)를 포함한다. 여자 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 요크축, 한 쌍의 주상 요크, 한 쌍의 판상 요크, 및 한 쌍의 판상 요크 사이에 위치하는 범위의 텐돈에 의해 자기 회로가 형성된다.

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 그대로 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, 콘크리트에 매립되어 있는 자성 선상체를 자화하기 위한 자화기로부터 생기는 기자력의 손실을 작게 할 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 요크를 구비하는 손상 평가 장치의 경량화를 도모할 것을 목적으로 한다.
제1 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 요크와, 상기 한 쌍의 주상 요크의 선단의 각각에 접속되어, 콘크리트면을 따르는 확장부를 갖는 자극을 형성하는 한 쌍의 판상 요쿠를 포함하고, 상기 여자 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 상기 요크축, 한 쌍의 주상 요크, 한 쌍의 판상 요크, 및 한 쌍의 판상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체를 포함하는 자기 회로를 형성하고, 상기 검출기에 의해 상기 자기 회로를 흐르는 자속을 검출하는 것이다. 손상에는 마모, 부식, 단선 등이 포함된다.
제1 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 자기 변화량을 검출하는 검출기를 포함하는 것이며, 이동량 센서를 포함하고, 상기 손상 평가 장치를 상기 자성 선상체를 따라 이동시키는 이동 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 요크와, 상기 한 쌍의 주상 요크의 선단의 각각에 접속되어, 콘크리트면을 따르는 확장부를 갖는 자극을 형성하는 한 쌍의 판상 요크를 포함하고, 상기 여자 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 상기 요크축, 한 쌍의 주상 요크, 한 쌍의 판상 요크, 및 한 쌍의 판상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체에 의해 자기 회로를 형성하는 것이고, 상기 검출기가, 상기 자기 회로를 흐르는 자속을 검출하는 자속 검출기이다.
제1 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 판상 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 판상 요크와 자성 선상체 사이에 있어서, 자기 회로를 흐르는 자속의 저하는 피할 수는 없다. 한 쌍의 판상 요크의 각각과 자성 선상체 사이의 갭은 자기 회로에 있어서의 저항이라고 생각할 수 있다.
제1 발명에 의하면, 자극을 형성하는 한 쌍의 판상 요크는 콘크리트면을 따르는 확장부를 갖고 있고, 갭의 단면적이 확장되어 있다. 갭에 의해 발생하는 자기 저항은 갭의 단면적에 반비례하므로, 면적이 넓은 판상 요크를 자극으로서 사용함으로써, 갭의 단면적을 확장하고, 이에 의해 갭에 의해 자기 회로에 발생하는 자기 저항을 작게 할 수 있다. 콘크리트 중에 자성 선상체가 매립되어 있음으로써 발생하는 기자력의 손실을 작게 할 수 있고, 기자력의 이용 효율을 높일 수 있다. 또한, 판상 요크에 의해 갭의 단면적이 확장되므로, 예를 들어 굵은 주상 요크를 사용하여 갭의 단면적을 크게 하는 데 비해, 손상 평가 장치의 중량을 가볍게 할 수 있다.
상기 자기 회로를 흐르는 자속을 검출하는 검출기에는, 상기 한 쌍의 주상 요크의 적어도 한쪽에 감긴 서치 코일을 사용할 수도 있고, 판상 요크의 저면에 고정된 홀 소자를 사용할 수도 있다.
바람직하게는, 상기 한 쌍의 판상 요크간의 거리(자극간 거리)가, 상기 한 쌍의 판상 요크의 저면으로부터 상기 자성 선상체까지의 거리(갭 길이)보다도 길다. 자성 선상체를 통하지 않고 한 쌍의 판상 요크간(자극간)을 직접 흐르는 자속을 없애거나 또는 적게 할 수 있다. 이것도 자성 선상체를 포함하는 자기 회로에 있어서의 기자력의 손실을 작게 하는 것에 기여한다.
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 수단으로서는, 일 실시 형태에서는, 상기 여자 코일의 중심축의 방향과 직교하는 방향으로 일렬로 배치된, 상기 자성 선상체의 축방향의 자속에 감응하는 방향을 갖는 복수의 홀 소자를 사용할 수 있다. 여자 코일의 중심축의 방향과 자성 선상체의 축방향이 동일한 방향이 되도록 손상 평가 장치는 설치되므로, 여자 코일의 중심축의 방향과 자성 선상체의 축방향은 기본적으로 동일하다. 자화된 자성 선상체에는 그 주위에 축방향의 자속이 발생하고, 이 축방향의 자속이 상기 여자 코일의 중심축의 방향과 직교하는 방향(자성 선상체의 축방향에 직교하는 방향)으로 일렬로 배치된, 상기 자성 선상체의 축방향의 자속에 감응하는 방향을 갖는 복수의 홀 소자에 의해 검출된다. 전형적으로는, 일렬로 나열되는 복수의 상기 홀 소자 중, 중앙에 위치하는 홀 소자로부터의 출력 신호가 가장 커지도록, 즉, 손상 평가 장치의 폭 방향의 중앙에 자성 선상체가 위치하는 것이 되도록 손상 평가 장치의 이동 경로가 결정된다. 더 안정된 신호의 취득이 실현된다.
제2 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 요크와, 상기 한 쌍의 주상 요크의 선단의 각각에 접속되어, 콘크리트면을 따르는 확장부를 갖는 자극을 형성하는 한 쌍의 판상 요크를 포함하고, 상기 여자 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 상기 요크축, 한 쌍의 주상 요크, 한 쌍의 판상 요크, 및 한 쌍의 판상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체를 포함하는 자기 회로를 형성하고, 상기 검출기에 의해 상기 자성 선상체의 손상 개소로부터 누설되는 자속을 검출하는 것이다.
제2 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 자기 변화량을 검출하는 검출기를 포함하는 것이며, 이동량 센서를 포함하고, 상기 손상 평가 장치를 상기 자성 선상체를 따라 이동시키는 이동 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 요크와, 상기 한 쌍의 주상 요크의 선단의 각각에 접속되어, 콘크리트면을 따르는 확장부를 갖는 자극을 형성하는 한 쌍의 판상 요크를 포함하고, 상기 여자 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 상기 요크축, 한 쌍의 주상 요크, 한 쌍의 판상 요크, 및 한 쌍의 판상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체에 의해 자기 회로를 형성하는 것이고, 상기 검출기가, 상기 자성 선상체의 손상 개소로부터 누설되는 자속을 검출하는 누설 자속 검출기이다.
제2 발명에 있어서도, 콘크리트 중의 자성 선상체를 경로에 포함하는 자기 회로가 형성된다. 자극을 형성하는 한 쌍의 판상 요크가 콘크리트면을 따르는 확장부를 갖고 있고, 갭의 단면적이 확장되어 있으므로, 갭에 의해 자기 회로에 생기는 자기 저항을 작게 할 수 있다. 콘크리트 중에 자성 선상체가 매립되어 있음으로써 생기는 기자력의 손실을 작게 할 수 있고, 기자력의 이용 효율을 높일 수 있다. 또한, 판상 요크에 의해 갭의 단면적을 확장함으로써 손상 평가 장치의 중량을 가볍게 할 수 있다.
자성 선상체에 손상이 있으면, 그 손상 개소로부터 자속이 누설된다. 제2 발명에서는, 누설 자속 검출기에 의해 검출되는 누설 자속에 기초하여, 콘크리트에 매립된 자성 선상체에 발생하고 있는 손상(열화)을 평가할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 누설 자속을 검출하는 검출기가, 상기 한 쌍의 판상 요크의 중간 위치(자극의 중간 위치)에 마련되어 있다. 한 쌍의 판상 요크의 어느 것에 가까운 장소에 비해 자계가 안정되어 있으므로, 누설 자속의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.
누설 자속을 검출하는 검출기에 대해서도, 홀 소자를 사용할 수도 있고, 서치 코일을 사용할 수도 있다.
일 실시 형태에서는, 상기 자성 선상체의 반경 방향의 자속에 감응하는 방향을 갖는 복수의 상기 홀 소자가, 상기 여자 코일의 중심축의 방향과 직교하는 방향으로 일렬로 배치되어 있다. 손상 개소로부터 발생하는 자속은 자성 선상체의 반경 방향의 성분을 많이 포함하므로, 상기 자성 선상체의 반경 방향의 자속에 감응하는 방향을 갖는 자세로 복수의 상기 홀 소자를 배치함으로써, 누설 자속을 고정밀도로 검출할 수 있다.
도 1은 콘크리트 상자 거더교를 구성하는 상자 거더를 하측에서 본 사시도이다.
도 2는 손상 평가 장치의 일부 파단 측면도이다.
도 3은 손상 평가 장치의 하부를 부분적으로 도시하는 확대 사시도이다.
도 4는 센서군으로부터 출력되는 신호를 처리하는 처리 장치의 전기적 구성을 도시하는 블록도이다.
도 5는 부식을 갖는 텐돈의 검사 결과를 도시하고 있고, 텐돈의 반경 방향의 자속에 감응하는 홀 소자로부터 출력되는 출력 전압에 기초하여 산출되는 자속 밀도의 그래프이다.
도 6은 부식을 갖는 텐돈의 검사 결과를 도시하고 있고, 서치 코일로부터의 출력 전압에 기초하여 산출되는 자속의 그래프이다.
도 7은 부식을 갖는 텐돈의 검사 결과를 도시하고 있고, 텐돈의 축방향의 자속에 감응하는 홀 소자로부터 출력되는 출력 전압에 기초하여 산출되는 자속 밀도의 그래프이다.
실시예
도 1은 콘크리트 상자 거더교를 구성하는 상자 거더를 하측에서 본 사시도이다.
콘크리트 상자 거더교는, 콘크리트제의 상자 거더(70)를 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 매설되고, 교축 방향으로 신장되어 있다. 텐돈(10)은 콘크리트에 압축 응력을 부여하기 위해 사용되는 것이고, 철을 주성분으로 하는 강자성체의 강선, 강봉 또는 강 꼬임선으로 만들어져 있다.
하측 플랜지(72) 및 웹(73)에 매설된 텐돈(10)이, 이어서 설명하는 손상 평가 장치에 의해 1개씩 검사된다.
도 2는 텐돈(10)이 매설된 콘크리트[예를 들어, 상술한 상자 거더(70)를 구성하는 콘크리트제의 하측 플랜지(72)]의 표면 상에 배치된 손상 평가 장치를, 일부를 파단하여 측방으로부터 도시하는 것이다. 도 3은 손상 평가 장치의 하부를 부분적으로 도시하는 확대 사시도이다. 이해하기 쉽게 하기 위해, 후술하는 손상 평가 장치의 이동 기구의 도시가 도 3에 있어서는 생략되어 있다.
도 2를 참조하여, 손상 평가 장치(1)는, 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 중심에는 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 3을 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 2를 참조하여, 판상 요크(32F, 32R)의 각각의 양측 단부면에 프레임(51)이 고정되어 있고, 각 프레임(51)의 양단에 롤러(52)가 회전 가능하게 설치되어 있다. 롤러(52)에 의해 손상 평가 장치(1)를 콘크리트면을 따라 직선 이동시킬 수 있다.
복수의 롤러(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. 여자 코일(24)[철심(26)], 주상 요크(31F), 판상 요크(32F), 강자성체인 텐돈(10), 판상 요크(32R), 주상 요크(31R)에 의해 자기 회로가 구성된다.
텐돈(10)은 콘크리트 중에 매립되어 있으므로, 판상 요크(32F, 32R)와 텐돈(10)은 연속되어 있지 않고, 이것들 사이에는 갭 G1, G2가 존재한다. 이 갭 G1, G2는 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, 갭 G1, G2의 길이를 L, 갭의 단면적을 A라고 하면, 이하의 식 2로 부여된다.
R＝L/㎂ … 식 2
여기서 μ는 갭 G1, G2의 자로, 여기서는 콘크리트 및 판상 요크(32F, 32R)와 콘크리트 표면 사이의 약간의 간극(공기)의 투자율이다.
식 2로부터, 갭 G1, G2에 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, 갭 G1, G2의 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 갭 G1, G2의 단면적을 크게 함으로써, 예를 들어 굵은 주상 요크(31F, 31R)를 사용함으로써 갭 G1, G2의 단면적을 크게 하는 경우에 비해 손상 평가 장치(1)의 중량을 가볍게 할 수 있다.
또한, 손상 평가 장치(1)에서는, 판상 요크(32F, 32R)의 어느 한쪽이 N극, 어느 다른 한쪽이 S극으로 된다. 판상 요크(32F, 32R)의 대향면간의 거리[이 실시예에서는 주상 요크(31F, 31R)의 대향면간의 거리이기도 함], 즉 자극간 거리 D가, 갭 G1, G2의 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 갭의 G1, G2에 있어서의 자기 저항보다도 크게 할 수 있으므로, 자극간에 직접 흐르는 자속을 없애거나 또는 적게 할 수 있다. 이것도 텐돈(10)을 포함하는 자기 회로에 있어서의 기자력의 손실을 작게 하는 것에 기여한다. 갭 G1, G2의 길이의 수배, 예를 들어 3배 내지 10배 정도의 자극간 거리 D를 확보하는 것이 바람직하다.
손상 평가 장치는 2종류의 자기 센서 장치를 구비하고 있다.
도 2, 도 3을 참조하여, 제1 자기 센서 장치는, 주상 요크(31F, 31R)의 근본 부근에 있어서 주상 요크(31L, 31R)에 감긴 서치 코일(41F, 41R)이다. 텐돈(10)에 마모나 부식에 의한 단면적 감소, 단선에 의한 공극이 있으면, 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.
제2 자기 센서 장치는, 자극간[판상 요크(32F, 32R) 사이]에 마련되는 홀 소자군(61)이다. 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, 61r)를 포함한다. 홀 소자(61a, 61r)는 자속 밀도에 비례한 전압을 출력한다.
홀 소자(61a, 61r)는 동일한 소자이지만 감응 방향을 상이하게 하여 배치되어 있다. 즉, 홀 소자(61r)는 텐돈(10)의 반경 방향(콘크리트면의 수직 방향)의 자속에 감응하는 방향을 향해 설치되고, 홀 소자(61a)는 텐돈(10)의 축방향을 따르는 자속에 감응하는 방향을 향해 설치되어 있다. 도 3에는 감응 방향이 양단 화살표에 의해 도시되어 있다. 감응 방향이 상이한 홀 소자(61a, 61r)가 교대로 직선상으로 나열됨으로써, 홀 소자군(61)은 구성되어 있다.
텐돈(10)에 손상이 존재하면, 텐돈(10)을 지나는 자속에 혼란이 발생하고, 일부의 자속이 외부로 누설된다. 누설 자속은 텐돈(10)의 반경 방향을 향하는 성분을 많이 포함하므로, 텐돈(10)의 반경 방향으로 감응 방향을 향하게 된 홀 소자(61r)로부터 출력 신호가 발생한다. 홀 소자(61r)로부터의 출력 신호에 기초하여, 텐돈(10)에 있어서의 손상의 유무 및 그 정도를 검출할 수 있다.
텐돈(10)의 축방향으로 감응 방향을 향하게 된 홀 소자(61a)는, 텐돈(10)의 주위에 있어서의 축방향의 자속을 고정밀도로 검출할 수 있다. 복수의 홀 소자(61a)는 텐돈(10)의 축방향과 직교하는 방향으로 일렬로 나열되어 있으므로[그와 같은 방향이 되도록 손상 평가 장치(1)의 이동 방향이 정해지므로], 텐돈(10)과 복수의 홀 소자(61a) 사이의 거리는, 홀 소자(61a)의 각각에서 상이한 것으로 되고, 텐돈(10)에 가까운 홀 소자(61a)로부터 큰 출력 신호가, 텐돈(10)에 먼 홀 소자(61a)로부터 작은 출력 신호가 출력된다. 복수의 홀 소자(61a)로부터의 출력 신호를 비교함으로써, 손상 평가 장치(1)의 이동 경로를 정할 수 있다. 전형적으로는, 일렬로 나열하는 복수의 홀 소자(61a) 중, 중앙에 위치하는 홀 소자(61a)로부터의 출력 신호가 가장 커지도록, 즉, 손상 평가 장치(1)의 폭 방향의 중앙에 텐돈(10)이 위치하게 되도록, 손상 평가 장치(1)의 이동 경로가 정해지고, 이에 의해, 더 안정된 신호의 취득이 실현된다.
복수의 홀 소자(61a, 61r)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, 누설 자속의 검출 정밀도가 향상된다.
도 4는 손상 평가 장치(1)가 구비하는 센서군[로터리 인코더(63), 텐돈(10)의 반경 방향의 자속에 감응하는 홀 소자(61r), 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 롤러(52)에 마련된 로터리 인코더(63)로부터 롤러(52)의 회전에 따라 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, 61r)는 신호 처리 장치(81)가 구비하는 가우스 미터(테슬라 미터)에 접속되어 있다. 상술한 바와 같이, 홀 소자(61a, 61r)로부터는 자속 밀도에 비례하는 전압이 출력된다. 신호 처리 장치(81)에서는 홀 소자(61a, 61r)로부터의 출력 전압에 기초하여 자속 밀도가 산출되고, 기록 장치(82)에 부여된다.
누설 자속의 자속 밀도는 텐돈(10)의 손상 정도가 클수록 큰 값이 되므로, 텐돈(10)의 반경 방향의 자속에 감응하는 홀 소자(61r)로부터의 출력 전압에 기초하여 산출되는 자속 밀도의 변화를, 텐돈(10)에 있어서의 손상의 유무와 그 정도의 판단에 사용할 수 있다. 또한, 기록 장치(82)에는 로터리 인코더(63)에 의해 검출되는 이동량 데이터도 기록되므로, 텐돈(10)에 있어서 손상이 발생하고 있는 위치도 찾을 수 있다. 기록 장치(82)에는, 예를 들어 복수의 홀 소자(61r)의 각각으로부터의 출력 전압에 기초하여 산출되는 자속 밀도의 평균값이 소정 시간마다 기록된다.
홀 소자(61a)로부터의 출력 전압에 기초하여 산출되는 자속 밀도에 대해서는, 상술한 바와 같이, 손상 평가 장치(1)의 주행로 결정에 사용할 수 있다. 복수의 홀 소자(61a)로부터의 출력 전압에 기초하여 산출되는 자속 밀도는, 그 각각이 기록 장치(82)에 기록된다.
기록 장치(82)에는 홀 소자(61r, 61a)로부터 출력되는 전압값을 기록해도 되는 것은 물론이다. 기록 장치(82)에 기록되어 있는 전압값으로부터, 필요에 따라 신호 처리 장치(81)에 있어서 자속 밀도가 산출된다.
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 5 내지 도 7은 일부에 부식이 발생하고 있는 텐돈(10)이 매립되어 있는 콘크리트의 표면 상에 있어서, 텐돈(10)을 따라 손상 평가 장치(1)를 이동시킨 때에 기록 장치(82)에 기록되는 신호의 파형을 도시하고 있다. 도 5 내지 도 7에 있어서, 횡축은 로터리 인코더(63)에 의해 검출되는 손상 평가 장치(1)의 위치(이동량)이다.
도 5는 텐돈(10)의 반경 방향의 자속에 감응하는 홀 소자(61r)로부터의 출력 전압에 기초하여 산출되는 자속 밀도의 신호 파형(91)을 도시하고 있다. 텐돈(10)에 부식이 있으면, 부식 개소를 홀 소자(61r)가 통과한 때의 신호 파형(91)에는, 자속 밀도의 증감(부호 91a로 나타내는 신호 파형 부분)이 관찰된다.
도 6은 서치 코일(41F, 41R)로부터의 출력 전압에 기초하여 산출되는 자속(쇄교 자속수)의 신호 파형(92)을 도시하고 있다. 텐돈(10)에 부식이 있으면, 부식 개소가 양 자극에 의해 끼워져 있는 동안의 신호 파형(92)에는, 자속의 감소(부호 92a로 나타내는 신호 파형 부분)가 관찰된다.
참고로, 텐돈(10)의 축방향의 자속에 감응하는 홀 소자(61a)로부터의 출력 전압에 기초하여 산출되는 자속 밀도의 신호 파형(93)을, 도 7에 도시해 둔다.
텐돈(10)의 반경 방향의 자속에 감응하는 홀 소자(61r)는 텐돈(10)에 국소적으로 발생하고 있는 손상의 검지 감도가 높고, 다른 쪽 자기 회로를 흐르는 자속의 변화를 검지하는 서치 코일(41F, 41R)은 텐돈(10)에 비교적 광범위에 걸쳐서 발생하고 있는 손상의 검지 감도가 높다. 콘크리트 내의 텐돈(10)의 열화를 고정밀도로 평가하기 위해서는, 홀 소자(61r) 및 서치 코일(41F, 41R)의 양쪽을 마련하는 것이 바람직하다. 다만, 어느 한쪽만, 즉 홀 소자(61r) 또는 서치 코일(41F, 41R)만을 마련해도, 콘크리트 내의 텐돈(10)의 열화의 평가를 행할 수는 있다.
상술한 실시예에서는, 홀 소자(61r)를 사용하여 누설 자속을, 서치 코일(41F, 41R)을 사용하여 전체 자속(자기 회로에 흐르는 자속)을 검출하고 있지만, 홀 소자(61r) 대신에 서치 코일을 사용하여 누설 자속을 검출할 수도 있고[(홀 소자(61r)의 배치 위치에 서치 코일을 마련함], 서치 코일(41F, 41R) 대신에 홀 소자를 사용하여 자기 회로를 흐르는 자속(전체 자속)을 검출할 수도 있다[판상 요크(32F, 32R)의 저면에 홀 소자를 마련함].
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 : 롤러
61 : 홀 소자군
61a, 61r : 홀 소자
63 : 로터리 인코더
81 : 신호 처리 장치
82 : 기록 장치

Claims (16)

  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 요크와, 상기 한 쌍의 주상 요크의 선단의 각각에 접속되어, 콘크리트면을 따르는 확장부를 갖는 자극을 형성하는 한 쌍의 판상 요크를 포함하고, 상기 여자 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 상기 요크축, 한 쌍의 주상 요크, 한 쌍의 판상 요크, 및 한 쌍의 판상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체를 포함하는 자기 회로를 형성하고,
    상기 검출기에 의해 상기 자기 회로를 흐르는 자속을 검출하는, 자성 선상체의 손상 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 검출기가, 상기 한 쌍의 주상 요크의 적어도 한쪽에 감긴 서치 코일인, 자성 선상체의 손상 평가 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 검출기가, 상기 판상 요크의 저면에 고정된 홀 소자인, 자성 선상체의 손상 평가 방법.
  4. 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 요크와, 상기 한 쌍의 주상 요크의 선단의 각각에 접속되어, 콘크리트면을 따르는 확장부를 갖는 자극을 형성하는 한 쌍의 판상 요크를 포함하고, 상기 여자 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 상기 요크축, 한 쌍의 주상 요크, 한 쌍의 판상 요크, 및 한 쌍의 판상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체를 포함하는 자기 회로를 형성하고,
    상기 검출기에 의해 상기 자성 선상체의 손상 개소로부터 누설되는 자속을 검출하는, 자성 선상체의 손상 평가 방법.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 한 쌍의 판상 요크간의 거리가, 상기 한 쌍의 판상 요크의 저면으로부터 상기 자성 선상체까지의 거리보다도 긴, 자성 선상체의 손상 평가 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 검출기가, 상기 한 쌍의 판상 요크의 중간 위치에 마련되어 있는, 자성 선상체의 손상 평가 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 검출기가 홀 소자인, 자성 선상체의 손상 평가 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 자성 선상체의 반경 방향의 자속에 감응하는 방향을 갖는 복수의 상기 홀 소자가, 상기 여자 코일의 중심축의 방향과 직교하는 방향으로 일렬로 배치되어 있는, 자성 선상체의 손상 평가 방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 검출기가 서치 코일인, 자성 선상체의 손상 평가 방법.
  10. 제1항 또는 제4항에 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.
  11. 제10항에 있어서, 상기 위치 검출 수단이, 상기 여자 코일의 중심축의 방향과 직교하는 방향으로 일렬로 배치된, 상기 자성 선상체의 축방향의 자속에 감응하는 방향을 갖는 복수의 홀 소자인, 자성 선상체의 손상 평가 방법.
  12. 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 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 요크와, 상기 한 쌍의 주상 요크의 선단의 각각에 접속되어, 콘크리트면을 따르는 확장부를 갖는 자극을 형성하는 한 쌍의 판상 요크를 포함하고, 상기 여자 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 상기 요크축, 한 쌍의 주상 요크, 한 쌍의 판상 요크, 및 한 쌍의 판상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체에 의해 자기 회로를 형성하는 것이고,
    상기 검출기가, 상기 자기 회로를 흐르는 자속을 검출하는 자속 검출기인, 자성 선상체의 손상 평가 장치.
  13. 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 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 요크와, 상기 한 쌍의 주상 요크의 선단의 각각에 접속되어, 콘크리트면을 따르는 확장부를 갖는 자극을 형성하는 한 쌍의 판상 요크를 포함하고, 상기 여자 코일에 전류를 흐르게 함으로써, 상기 요크축, 한 쌍의 주상 요크, 한 쌍의 판상 요크, 및 한 쌍의 판상 요크 사이에 위치하는 범위의 자성 선상체에 의해 자기 회로를 형성하는 것이고,
    상기 검출기가, 상기 자성 선상체의 손상 개소로부터 누설되는 자속을 검출하는 누설 자속 검출기인, 자성 선상체의 손상 평가 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 한 쌍의 판상 요크간의 거리가, 상기 한 쌍의 판상 요크의 저면으로부터 상기 자성 선상체까지의 거리보다도 긴, 자성 선상체의 손상 평가 장치.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 자성 선상체에 대한 상기 손상 평가 장치 위치를 검출하는 위치 검출 수단이, 상기 손상 평가 장치에 마련되어 있는, 자성 선상체의 손상 평가 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 위치 검출 수단이, 상기 여자 코일의 중심축의 방향과 직교하는 방향으로 일렬로 배치된, 상기 자성 선상체의 축방향의 자속에 감응하는 방향을 갖는 복수의 홀 소자인, 자성 선상체의 손상 평가 장치.
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