(57)【要約】【課題】塩分濃度に起因した電気的な変化率を増大させることで、電極と試料との相互間の接触抵抗に影響を受けることなく、塩分濃度測定の測定精度を向上させることができる、塩分濃度測定システム、塩分濃度測定装置、及び塩分濃度測定方法を提供すること。【解決手段】測定対象物であるコンクリート体１の塩分濃度を測定するための塩分濃度測定システム１０であって、測定領域に配置された測定コイル１１と、この測定コイル１１に対して直列接続されたキャパシタ１２と、これら測定コイル１１とキャパシタ１２を直列共振させる周波数でこれら測定コイル１１とキャパシタ１２に電流を流した状態に対する、これら測定コイル１１とキャパシタ１２のインピーダンス又は電流の変化に基づいてコンクリート体１の塩分濃度を測定する電流計１５やロックインアンプ１６を備える。【選択図】図４
2011145214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定領域における測定対象物の塩分濃度を測定するためのシステムであって、
前記測定領域に配置された測定コイルと、
前記測定コイルに対して直列接続されたキャパシタと、
前記測定コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数でこれら測定コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、これら測定コイルとキャパシタのインピーダンス又は電流の変化に基づいて、前記測定対象物の塩分濃度を測定する測定手段と、
を備える塩分濃度測定システム。
【請求項２】
前記測定手段は、前記インピーダンスを測定するためのインピーダンスメータを有する、
請求項１に記載の塩分濃度測定システム。
【請求項３】
前記測定コイルを、リッツ線にて形成した、
請求項１又は２に記載の塩分濃度測定システム。
【請求項４】
前記測定手段は、前記測定コイルと前記キャパシタに流れる電流を測定するための電流計を有する、
請求項１に記載の塩分濃度測定システム。
【請求項５】
測定領域における測定対象物の塩分濃度を測定するための装置であって、
前記測定領域に配置された測定コイルと、
前記測定コイルに対して直列接続されたキャパシタと、
前記測定コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数でこれら測定コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、これら測定コイルとキャパシタのインピーダンス又は電流の変化に基づいて、前記測定対象物の塩分濃度を測定する測定手段と、
を備える塩分濃度測定装置。
【請求項６】
測定領域における測定対象物の塩分濃度を測定するための方法であって、
前記測定領域に測定コイルを配置する測定コイル配置工程と、
前記測定コイルに対してキャパシタを直列接続するキャパシタ接続工程と、
前記測定コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数でこれら測定コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、これら測定コイルとキャパシタのインピーダンス又は電流の変化に基づいて、前記測定対象物の塩分濃度を測定する測定工程と、
を含む塩分濃度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、塩分濃度を測定するためのシステム、装置、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な目的で塩分濃度測定が行われている。例えば、建築構造物の壁や床を構成するコンクリート体に関して、その塩分濃度が高い場合には、コンクリート体の内部に配設されている鉄筋等の金属の腐食が促進されて好ましくないため、既設の建築構造物のコンクリート体を対象として塩分濃度を測定することが行われている。このような塩分濃度測定を行うための一つの原理として、導電方式が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、一対の電極間に高周波交流電圧を印加した状態で、これらの電極間に試料を配置し、試料に含まれる塩分の量に応じて抵抗値が変化することを利用して、塩分濃度を測定する塩分濃度測定回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−５８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の塩分濃度測定回路においては、電極と試料との相互間の接触抵抗や、試料における塩分以外の組成によっても、測定された抵抗値が変化し得るため、塩分濃度を高精度で測定することは実際には困難であった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、塩分濃度に起因した電気的な変化率を増大させることで、電極と試料との相互間の接触抵抗に影響を受けることなく、塩分濃度測定の測定精度を向上させることができる、塩分濃度測定システム、塩分濃度測定装置、及び塩分濃度測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に記載の塩分濃度測定システムは、測定領域における測定対象物の塩分濃度を測定するためのシステムであって、前記測定領域に配置された測定コイルと、前記測定コイルに対して直列接続されたキャパシタと、前記測定コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数でこれら測定コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、これら測定コイルとキャパシタのインピーダンス又は電流の変化に基づいて、前記測定対象物の塩分濃度を測定する測定手段とを備える。
【０００８】
請求項２に記載の塩分濃度測定システムは、請求項１に記載の塩分濃度測定システムにおいて、前記測定手段は、前記インピーダンスを測定するためのインピーダンスメータを有するものである。
【０００９】
請求項３に記載の塩分濃度測定システムは、請求項１又は２に記載の塩分濃度測定システムにおいて、前記測定コイルを、リッツ線にて形成したものである。
【００１０】
請求項４に記載の塩分濃度測定システムは、請求項１に記載の塩分濃度測定システムにおいて、前記測定手段は、前記測定コイルと前記キャパシタに流れる電流を測定するための電流計を有するものである。
【００１１】
請求項５に記載の塩分濃度測定装置は、測定領域における測定対象物の塩分濃度を測定するための装置であって、前記測定領域に配置された測定コイルと、前記測定コイルに対して直列接続されたキャパシタと、前記測定コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数でこれら測定コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、これら測定コイルとキャパシタのインピーダンス又は電流の変化に基づいて、前記測定対象物の塩分濃度を測定する測定手段とを備えるものである。
【００１２】
請求項６に記載の塩分濃度測定方法は、測定領域における測定対象物の塩分濃度を測定するための方法であって、測定領域に測定コイルを配置する測定コイル配置工程と、前記測定コイルに対してキャパシタを直列接続するキャパシタ接続工程と、前記測定コイルと前記キャパシタを直列共振させる周波数でこれら測定コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、これら測定コイルとキャパシタのインピーダンス又は電流の変化に基づいて、前記測定対象物の塩分濃度を測定する測定工程とを含むものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の塩分濃度測定システム、請求項５に記載の塩分濃度測定装置、又は請求項６に記載の塩分濃度測定方法によれば、測定コイルとキャパシタを直列共振させることで、これら測定コイルとキャパシタのインピーダンスをほぼ抵抗に等しい値に低減できて、この値に対するインピーダンスの変化分や電流の変化分を捕捉することが容易となる。また、測定コイルとキャパシタを直列共振させることで、インピーダンスの変化率を、測定コイルのインダクタンスの変化分のほぼ２乗で変化させることが可能となる。これらのことから、塩分濃度に起因するインピーダンスの変化や電流の変化を高いＳＮ比で測定することが可能になり、塩分濃度測定精度を向上させることが可能になる。さらに、この塩分濃度測定におけるゼロ点を調整するためには、測定コイルとキャパシタを直列共振させるという電気的な調整を行えばよく、測定コイルの配置等による機械的な調整を行う必要がないため、初期調整を一層容易かつ高精度で行うことが可能である。特に、電気的に抵抗を測定する方法ではないため、測定結果が電極と試料との相互間の接触抵抗に依存することがなく測定対象物の粗度にも影響されないので、測定対象物を非破壊かつ非侵襲としつつ正確な測定を行うことが可能になる。
【００１４】
請求項２に記載の塩分濃度測定システムによれば、インピーダンスメータでインピーダンスを測定することにより、発振器、アンプ、電流計、及びロックインアンプを使用してインピーダンスを測定する場合に比べて、塩分濃度測定システムを一層簡易かつ一層安価に構成することが可能になる。
【００１５】
請求項３に記載の塩分濃度測定システムによれば、測定コイルを、リッツ線にて形成することで、測定コイルの抵抗を増やすことなくインダクタンスを増加させることができ、具体的には表皮効果と近接効果を抑制して抵抗を低下させ、Ｑ値を増大させることができるので、塩分濃度測定精度を一層高めることができる。
【００１６】
請求項４に記載の塩分濃度測定システムによれば、測定コイルとキャパシタに流れる電流を電流計にて測定することで、この電流の変化を測定し、塩分濃度を測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】Ｑ値をパラメータとした時における、ＬＣＲ直列共振回路の電圧変化を示す図である。
【図２】共振を利用した場合のインピーダンスの絶対値と、共振を利用しない場合のインピーダンスの絶対値との関係を示す図である。
【図３】共振を利用した場合のインピーダンスの変化率と、共振を利用しない場合のインピーダンスの変化率との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る塩分濃度測定システムを測定対象物と共に示す模式図である。
【図５】図４の測定コイルの断面図である。
【図６】実施の形態２に係る塩分濃度測定システムを測定対象物と共に示す模式図である。
【図７】実験状況を示す図であり、（ａ）は測定コイルの内部に試験体を配置した状態を示す図、（ｂ）は測定コイルから試験体を離した状態を示す図である。
【図８】インピーダンスの測定結果を示す図である。
【図９】実験状況を示す図であり、試験体の上方の塩ビ板に測定コイルを配置した状態を示す図である。
【図１０】インピーダンスの測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照して、この発明の各実施の形態を詳細に説明する。まず、〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕各実施の形態の具体的内容について説明し、〔III〕最後に、各実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、各実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
〔I〕各実施の形態に共通の基本的概念
まず、各実施の形態に共通の基本的概念について説明する。各実施の形態に係る塩分濃度測定システム、塩分濃度測定装置、及び塩分濃度測定方法は、塩分濃度を測定するためのものである。
【００２０】
（塩分濃度の測定対象物）
測定対象物の種類や構造は任意であり、後述する測定コイルからの磁界を受けた際に、測定コイルと後述するキャパシタによって構成される直列共振回路のインピーダンスに変化を与え得る塩分を含有する全ての材質及び形状の物を含み、例えば、建築構造物や土木構造物の壁、床、柱、又は天井を構成するコンクリート体の如き固体、あるいは、塩分を含んだ各種の液体を挙げることができる。また、電気的に抵抗を測定する方法ではなく、測定結果が電極と試料との相互間の接触抵抗に依存することがなく測定対象物の粗度にも影響されないので、コンクリート体の如き固体の表面は粗度の高いものであってもよい。また、測定対象物が配置される測定領域の具体的内容も任意であり、建築構造物の施工現場や実験室等が該当する。
【００２１】
（特徴の概要）
各実施の形態に係る塩分濃度測定システム、塩分濃度測定装置、及び塩分濃度測定方法の特徴の一つは、概略的に、測定コイルとキャパシタを直列接続して直列共振回路を構成し、測定コイルとキャパシタを直列共振させる周波数でこれら測定コイルとキャパシタに電流を流した状態に対する、これら測定コイルとキャパシタのインピーダンスの変化に基づいて、塩分濃度を測定する点にある。このように、直列共振状態を初期状態として測定を行うことで、測定コイルとキャパシタのインピーダンスをほぼ抵抗に等しい値に低減できて、この値に対するインピーダンスの変化分や電流の変化分を捕捉することが容易となる。また、電気的に抵抗を測定する方法とは異なり、測定結果が電極と試料との相互間の接触抵抗に依存することがなく測定対象物の粗度にも影響されないので、測定対象物の表面の粗度に関係なく、測定対象物を非破壊かつ非侵襲としつつ塩分濃度を高精度で測定することが可能になる。
【００２２】
（測定原理）
以下、本願発明者が見出した、各実施の形態に係る塩分濃度の測定原理について説明する（なお、以下の測定原理は、金属検知にも同様に利用できるものであり、「塩分濃度の測定」を「金属の検知」に置換することもできる）。一般に、インダクタンスＬ、キャパシタンスＣ、及び抵抗Ｒを相互に直列接続して構成されたＬＣＲ直列共振回路のインピーダンスＺは、次式（１）で示される。なお、ωは、角周波数である。
【数１】
2011145214.tif 000003
【００２３】
ここで、インダクタンスＬが変化分δだけ変化した時、すなわち、変化後のインダクタンスＬ’＝Ｌ（１＋δ）の時、この変化後のインピーダンスＺ’は、次式（２）で示される。ここで、Ｑは、直列共振回路の共振のピークの鋭さを示す値として一般的に用いられる値であり、Ｑ＝ωＬ／Ｒである。
【数２】
2011145214.tif 000004
【００２４】
ＬＣＲ直列共振回路の共振時におけるインピーダンスＺ０は抵抗Ｒに等しいことから、変化後のインピーダンスＺ’と共振時のインピーダンスＺ０の比は、次式（３）となり、その絶対値は次式（４）となる。また、ＬＣＲ直列共振回路を流れる電流の位相角は、次式（５）となる。
【数３】
2011145214.tif 000005
【数４】
2011145214.tif 000006
【数５】
2011145214.tif 000007
【００２５】
式（４）から、インピーダンスの絶対値において、インダクタンスＬの変化分δは、Ｑ倍に増幅されることが判る。また同様に、式（５）から、ＬＣＲ直列共振回路を流れる電流の位相角においても、インダクタンスＬの変化分δは、Ｑ倍に増幅されることが判る。
【００２６】
このＱ値の影響を検討するため、このＱ値をパラメータとした時における、ＬＣＲ直列共振回路の電圧変化を図１に示す。この図１において、横軸は、インダクタンスＬの変化分δ、縦軸は、共振時におけるインピーダンスＺ０の場合の電圧Ｚ０（絶対値）に対するインピーダンスＺの場合の電圧量Ｚ／Ｚ０（絶対値）であり、Ｑ値＝１０、５０、８６の３つの場合のデータをプロットしている。この図１から明らかなように、インダクタンスＬの変化分δの変化量に対する電圧の変化量Ｚ／Ｚ０（絶対値）は、Ｑ値が大きくなるに伴って大きくなる。従って、Ｑ値が大きくなるように塩分濃度測定システムを構成することで、インダクタンスＬの変化分δを増幅して測定することが可能になることが判る。
【００２７】
（測定原理−共振を利用することによるインピーダンスの絶対値の低減）
次いで、共振を利用した場合と、共振を利用しない場合（インダクタンスＬと抵抗Ｒのみを直列接続した場合）とを比較することで、共振を利用した場合の効果を検証する。まず、共振を利用した場合と、共振を利用しない場合とで、インピーダンスの絶対値がどのように影響を受けるのかを検討する。
【００２８】
共振を利用しない場合、インピーダンスＺは、次式（６）で示される。
【数６】
2011145214.tif 000008
【００２９】
ここで、インダクタンスＬが変化分δだけ変化した時、すなわち、変化後のインダクタンスＬ’＝Ｌ（１＋δ）の時、変化後のインピーダンスＺ’は、次式（７）で示される。
【数７】
2011145214.tif 000009
【００３０】
さらに、変化後のインピーダンスＺ’と抵抗Ｒとの比は、次式（８）となり、その絶対値は次式（９）となる。また、電流の位相角は、次式（１０）となる。
【数８】
2011145214.tif 000010
【数９】
2011145214.tif 000011
【数１０】
2011145214.tif 000012
【００３１】
ここで、式（４）で示される共振を利用した場合のインピーダンスの絶対値と、式（９）で示される共振を利用しない場合のインピーダンスの絶対値との関係を、図２に示す。この図２において、横軸は、インダクタンスＬの変化分δ、縦軸は、インピーダンスの絶対値を示している。なお、ここでは、Ｑ値＝８６とした。この図２から明らかなように、共振を利用していない場合のインピーダンスの絶対値に関しては、インピーダンス成分ωＬが支配的になり、抵抗Ｒの値はほぼ無視できるので、Ｑ値（＝ωＬ／Ｒ＝ここでは８６）にほぼ等しくなる。一方、共振を利用した場合のインピーダンスの絶対値は、抵抗Ｒになる。従って、共振を利用した場合のインピーダンスの絶対値は、共振を利用していない場合のインピーダンスの絶対値に対して、約１／Ｑの大きさになることが判る。
【００３２】
（測定原理−共振を利用することによるインピーダンスの変化率の増大）
さらに、共振を利用した場合と、共振を利用しない場合とで、インピーダンスの変化率がどのように影響を受けるのかを検討する。まず、式（４）より、インピーダンスのＺ’の変化率ΔＺ’は、以下の式（１１）となる。
【数１１】
2011145214.tif 000013
【００３３】
一方、共振を利用しない場合、変化後のインピーダンスＺ’と抵抗Ｒの比の絶対値は次式（１２）となり、インピーダンスのＺ’の変化率ΔＺ’は、以下の式（１３）となる。
【数１２】
2011145214.tif 000014
【数１３】
2011145214.tif 000015
【００３４】
式（１１）と式（１３）を比較すると、共振を利用した場合のインピーダンスのＺ’の変化率ΔＺ’は、共振を利用しない場合のインピーダンスのＺ’の変化率ΔＺ’に対して、（１／２）δ２Ｑ２となり、共振を利用することによって変化率ΔＺ’を増大させることができること、及び、Ｑ値を大きくする程、変化率ΔＺ’を増大させることができることが判る。
【００３５】
この点をさらに検討するため、共振を利用した場合のインピーダンスの変化率ΔＺ’と、共振を利用しない場合のインピーダンスの変化率ΔＺ’との関係を図３に示す。この図３において、横軸は、インダクタンスＬの変化分δ、縦軸は、インピーダンスの変化率ΔＺ’を示している。なお、ここではＱ値＝８６とした。この図３から明らかなように、共振を利用していない場合のインピーダンスの変化率ΔＺ’はほぼ線形であるが、共振を利用した場合にはインピーダンスの変化率ΔＺ’が概略的にはδの２乗で２次曲線的に増大することが判る。
【００３６】
（測定原理−インピーダンスの変化率に関する結論）
ここで、図２に関して上記説明したことから、共振を利用することで、インピーダンスの絶対値をほぼ１／Ｑに減少することができるので、インダクタンスＬの変化分δを捕捉することが容易となると言える。また、図３に関して上記説明したことから、共振を利用することで、インピーダンスの変化率をδの２乗で変化させることが可能となる。特に、Ｑ値を大きくする程、これらの効果が大きくなることが明らかである。そこで、各実施の形態に係る塩分濃度測定システム及び塩分濃度測定方法では、この測定原理に基づき、共振を利用することができ、かつ、Ｑ値を極力大きくすることができる構成及び手順を採用することで、測定精度の向上を図っている。さらに、コイルの設計を変えることによって磁場強度のピーク深さが変更できるので、測定対象物の表面だけでなく、深さ毎の塩分濃度の評価が可能になる。
【００３７】
（測定原理−位相角に関する結論）
また、上記式（５）からも明らかなように、インダクタンスＬの変化分δに応じて位相角が変化するため、インダクタンスＬの変化分δを捕捉することが容易になることで、位相角の変化を捕捉することも容易になる。位相角は、理論的にはインピーダンスより変化する可能性があるため、共振時の位相角を基準とした位相角の変化に基づき、塩分濃度を測定することが可能になる。特に、共振周波数が高い程、Ｑ値が大きくなるため、位相角の変化を測定する際のＳＮ比を向上させることができる。
【００３８】
〔II〕各実施の形態の具体的内容
次に、上記説明した測定原理に基づいて塩分濃度を測定するための、塩分濃度測定システム及び塩分濃度測定方法の各実施の形態の具体的内容について説明する。
【００３９】
〔実施の形態１〕
まず、実施の形態１について説明する。この実施の形態１は、インピーダンスの変化を電流計を用いて測定する形態である。最初に、実施の形態１に係る塩分濃度測定システムの構成について説明した後、塩分濃度測定方法について説明する。
【００４０】
（構成）
図４は、実施の形態１に係る塩分濃度測定システム１０を測定対象物と共に示す模式図である。測定対象物となるコンクリート体１には塩分が含有されており、このコンクリート体１の近傍に塩分濃度測定システム１０が配置されている。この塩分濃度測定システム１０は、測定コイル１１、キャパシタ１２、発振器１３、アンプ１４、電流計１５、及びロックインアンプ１６を、線路１７〜１９を介して図示のように接続して構成されている。
【００４１】
測定コイル１１は、電線を一定の直径の円筒状に巻き付けることで形成されたソレノイドコイルであり、この測定コイル１１にアンプ１４から出力された電流を流すことで、測定コイル１１の内部には、当該測定コイル１１の軸方向に沿った磁場が形成される。ここでは、測定コイル１１の軸方向が、コンクリート体１に向かう方向（図４に示すＺ方向。以下、測定方向）に沿うように、当該測定コイル１１を配置する。
【００４２】
ここで、上記測定原理で説明したように、Ｑ値を極力大きくすることが好ましい。すなわち、上述のようにＱ値（＝ωＬ／Ｒ）であるため、測定コイル１１の巻き数を増やすことでインダクタンスＬを増加させることも考えられるが、測定コイル１１の巻き数を増やした場合には抵抗Ｒも増えてしまうために、Ｑ値を大きくすることには寄与しない。そこで、本願発明者は、測定コイル１１を構成する電線の材料に着目した。すなわち、抵抗Ｒが小さい電線（例えば、リッツ線（エナメル撚線））を使用して測定コイル１１を構成することで、表皮効果と近接効果を抑制して抵抗Ｒを低下させ、Ｑ値を大きくすることとした。さらに、測定コイル１１を多層巻きで構成することにより、相互誘導を抑制し、インダクタンスＬを増加させている。
【００４３】
このように構成した測定コイル１１の断面図を図５に示す。この図５は、測定コイル１１を、その軸線に沿った切断面で切断した状態の断面図であり、例えば、内層を構成するリッツ線１１ａと、外層を構成するリッツ線１１ｂから、２層巻きコイルとして構成されている。リッツ線１１ａとリッツ線１１ｂの相互間にはスペーサ１１ｃが挟まれており、これらリッツ線１１ａとリッツ線１１ｂが所定間隔（図５では約３ｍｍ）を隔てて配置されている。また、各層においても、相互に隣接するリッツ線１１ａ同士や、相互に隣接するリッツ線１１ｂ同士は、所定間隔（図５では約３ｍｍ）を隔てて配置されている。
【００４４】
キャパシタ１２は、測定コイル１１に直列に接続されることで、この測定コイル１１と共に直列共振回路を構成する補償コンデンサである。
【００４５】
発振器１３は、直列共振回路を共振させるための所定の共振周波数の電流を出力する基準電流源である。アンプ１４は、発振器１３から出力された電流を増幅して直列共振回路に出力する。電流計１５は、直列共振回路からアンプ１４に至る線路１７に接続され、この線路１７に流れる電流値を測定し出力する。ロックインアンプ１６には、電流計１５から出力された電流が測定信号として入力されると共に、発振器１３から出力された電流が参照信号として入力され、電流計１５から出力される電流のうち、発振器１３から出力された電流と等しい周波数成分の電圧値が出力される。なお、測定コイル１１とアンプ１４を相互に接続する線路１７としては、当該線路自身によって発生する磁場の影響を極力低減するため、ツイスト導線を用いることが好ましい。これら発振器１３、アンプ１４、電流計１５、及びロックインアンプ１６は、特許請求の範囲における測定手段を構成する。
【００４６】
ここで、測定コイル１１のインダクタンスＬｃ又はキャパシタ１２のキャパシタンスＣｐと、共振周波数の関係について説明する。共振周波数ｆは、測定コイル１１のインダクタンスをＬｃ、キャパシタ１２のキャパシタンスをＣｐとすると、以下の式（１４）によって示される。
【数１４】
2011145214.tif 000016
【００４７】
このため、所望の共振周波数による共振を利用するためには、当該所望の共振周波数に合致するように、測定コイル１１のインダクタンスＬｃ又はキャパシタ１２のキャパシタンスＣｐを設定することが必要になる。そこで、本実施の形態１では、インダクタンスＬｃが異なる複数の測定コイル１１や、キャパシタンスＣｐが異なる複数の複数のキャパシタ１２を予め準備しておき、所望の共振周波数やその他の条件に合致した測定コイル１１やキャパシタ１２を選択的に使用するものとする。
【００４８】
（塩分濃度測定方法）
次に、このように構成された塩分濃度測定システム１０を用いて行われる塩分濃度測定方法について説明する。この方法では、最初に初期調整を行う。具体的には、共振周波数に合致したインダクタンスＬｃを有する測定コイル１１及びキャパシタンスＣｐを有するキャパシタ１２を用いて塩分濃度測定システム１０を構成し、この測定コイル１１の周囲に塩分を含有した物体がない状態（あるいは、塩分濃度が予め判っている物体に測定コイル１１を近接又は接触させた状態）で発振器１３を起動して共振周波数で電流を流し、ロックインアンプ１６の出力（電圧値）が初期値（理論的には、抵抗成分に対応する値）であることを確認する。なお、上述のように、本発明に係る測定原理は、金属検知にも利用できるものであり、金属がある場合にはインピーダンスが変化し得るため、測定コイル１１の周囲に金属がない状態で初期調整を行うことが好ましい。例えば、塩分濃度が予め判っている試験片であって、内部に金属が入っていない試験片に測定コイル１１を近接又は接触させた状態で、初期調整を行う。ここでは、従来のようにピックアップコイル等の機械的な調整を行う必要がなく、発振器１３の周波数を電気的に設定するだけで初期調整を行うことができるので、初期調整が容易である。
【００４９】
次に、測定コイル１１を測定領域に移動させる。例えば、測定領域に配置したコンクリート体１の表面に近接するように、あるいは接触するように測定コイル１１を配置する。この際、測定コイル１１によって形成される磁場内に存在する塩分の濃度に応じて、直列共振回路のインピーダンスが変化する。このインピーダンスの変化は、ロックインアンプ１６における電圧変化として測定することができるため、この測定結果に基づいて、測定領域における塩分の濃度を測定することが可能となる。特に、Ｑ値を増大させているため、インピーダンスの変化率を増加させることができ、Ｓ／Ｎ比の高い測定を行うことが可能となる。以降同様に、コンクリート体１の複数位置で塩分濃度を測定したい場合には、コンクリート体１の表面に沿った当該複数位置に測定コイル１１を順次移動させつつ、測定を行う。
【００５０】
なお、このように塩分濃度の判断は、例えば、ロックインアンプ１６の出力をユーザが目視しながら判断することもできるが、自動的に判断させることもできる。例えば、測定手段の一部として、図示しない判定部（ＣＰＵとソフトウェアで構成される）を設け、ロックインアンプ１６の出力を判定部に入力し、図示しない記憶部に記憶されたロックインアンプ１６の出力と塩分濃度との関係を規定するテーブルを参照し、塩分濃度を表示等させるようにしてもよい。この際、位置情報は、ユーザが検出コイルを移動させる毎に、絶対的又は任意の位置を基準とする相対的な座標等により任意の入力手段を介して入力してもよく、あるいは、検出コイルの移動に伴って位置情報を取得するような手段（高精度のＧＰＳや、後述する変形例で説明するような車輪を用いた距離測定手段）から自動的に取得するようにしてもよい。
【００５１】
（実施の形態１の効果）
このように実施の形態１によれば、測定コイル１１とキャパシタ１２を直列共振させることで、これら測定コイル１１とキャパシタ１２のインピーダンスをほぼ抵抗に等しい値に低減できて、この値に対するインピーダンスの変化分を捕捉することが容易となる。また、測定コイル１１とキャパシタ１２を直列共振させることで、インピーダンスの変化率を、測定コイル１１のインダクタンスの変化分のほぼ２乗で変化させることが可能となる。これらのことから、塩分濃度に起因するインピーダンスの変化を高いＳＮ比で測定することが可能になり、塩分濃度測定精度を向上させることが可能になる。さらに、この塩分濃度測定におけるゼロ点を調整するためには、測定コイル１１とキャパシタ１２を直列共振させるという電気的な調整を行えばよく、測定コイル１１の配置等による機械的な調整を行う必要がないため、初期調整を一層容易かつ高精度で行うことが可能である。
【００５２】
また、測定コイル１１を、リッツ線にて形成することで、測定コイル１１の抵抗を増やすことなくインダクタンスを増加させることができ、Ｑ値を増大させることができるので、塩分濃度測定精度を一層高めることができる。さらに、コイルを多層巻きにしてインダクタンスＬを増加させることで、Ｑ値を増大させることができ、測定精度を一層高めることができる。
【００５３】
また、測定コイル１１とキャパシタ１２に流れる電流を電流計１５にて測定することで、この電流の変化を測定し、塩分濃度を測定することが可能になる。
【００５４】
〔実施の形態２〕
まず、実施の形態２について説明する。この実施の形態２は、インピーダンスの変化を直接測定する形態である。ただし、実施の形態２において特に説明なき構成及び手順については実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同じ構成及び手順については、必要に応じて、実施の形態１で使用したものと同じ符号を付することでその説明を省略する。最初に、実施の形態２に係る塩分濃度測定システムの構成について説明した後、塩分濃度測定方法について説明する。
【００５５】
（構成）
図６は、実施の形態２に係る塩分濃度測定システム２０を測定対象物と共に示す模式図である。この塩分濃度測定システム２０は、測定コイル２１、キャパシタ２２、及びインピーダンスメータ２３を、線路２４〜２８を介して図示のように接続して構成されている。なお、測定コイル２１、キャパシタ２２は、それぞれ、図４の測定コイル１１、キャパシタ１２と同様に構成できるので、その説明を省略する。
【００５６】
インピーダンスメータ（ＬＣＲメータ）２３は、直列共振回路を共振させるための所定の共振周波数の電流を、直列共振回路に出力する。また、インピーダンスメータ２３には、直列共振回路から出力された電流が入力され、この電流のインピーダンスが測定される。このように、インピーダンスの変化をインピーダンスメータ２３で直接測定することで、実施の形態１における発振器１３、アンプ１４、電流計１５、及びロックインアンプ１６を、１台のインピーダンスメータ２３で置換することができ、実施の形態１における塩分濃度測定システム１０に比べて、塩分濃度測定システム２０を一層簡易かつ一層安価に構成することが可能になる。このインピーダンスメータ２３は、特許請求の範囲における測定手段を構成する。なお、インピーダンスメータ２３と直列共振回路は、同軸ケーブルで接続しているが、Ｑ値を増大させるためには、同軸ケーブルではなく通常のケーブル線を使用してもよい。
【００５７】
（塩分濃度測定方法）
次に、このように構成された塩分濃度測定システム２０を用いて行われる塩分濃度測定方法について説明する。この方法では、最初に初期調整を行う。具体的には、共振周波数に合致したインダクタンスＬｃを有する測定コイル２１及びキャパシタンスＣｐを有するキャパシタ２２を用いて塩分濃度測定システム２０を構成し、この測定コイル２１の周囲に塩分を含有した物体がない状態（あるいは、塩分濃度が予め判っている物体に測定コイル２１を近接又は接触させた状態）で発振器１３を起動して共振周波数で電流を流し、ロックインアンプ１６の出力（電圧値）が初期値（理論的には、抵抗成分に対応する値）であることを確認する。
【００５８】
次に、測定コイル２１を測定領域に移動させる。この際、測定コイル２１によって形成される磁場内に存在する塩分の濃度に応じて、直列共振回路のインピーダンスが初期値から変化し、このインピーダンスの変化がインピーダンスメータ２３にて測定できるため、この測定結果に基づいて、測定領域における塩分濃度を測定することが可能となる。特に、Ｑ値を増大させているため、インピーダンスの変化率を増加させることができ、Ｓ／Ｎ比の高い測定を行うことが可能となる。
【００５９】
（実験結果）
次に、本実施の形態２に係る塩分濃度測定システム２０を用いて行われた本願発明者による実験の結果について説明する。ここでは、試験体３０として、直径約１００ｍｍで高さ約１８０ｍｍのコンクリート製の円柱を使用した。この試験体３０は、セメントの種類＝普通、水セメント比＝約６０％、水＝２７３ｋｇ／ｍ３、セメント＝４５５ｋｇ／ｍ３、砂＝１４０５ｋｇ／ｍ３で構成した。このような試験体３０として、塩化物濃度が異なる７種類の試験体３０ａ〜３０ｇを作成した。この７種類の試験体３０ａ〜３０ｇの塩化物濃度は、それぞれ、０．００、０．１０、０．２０、０．３０、０．９０、１．２０、２．４０ｋｇ／ｍ３とした。また、測定コイル２１を、リッツ線による直径１１５ｍｍの１０ターンコイルとして構成し、キャパシタ２２を、１７００ｐＦとした。この場合、ω＝２πｆ＝２×３．１４１５×７９５０００Ｈｚ、Ｌ＝３０μＨ、Ｒ＝２Ωより、Ｑ値＝ωＬ／Ｒ＝約８６となる。
【００６０】
第１の実験では、図７（ａ）に示すように、測定コイル２１の内部に試験体３０を配置した状態でインピーダンスを測定し、次いで、図７（ｂ）に示すように、測定コイル２１から試験体３０を約５００ｍｍ離した状態でインピーダンスを測定した（コンクリートから影響のない距離でバックグラウンド値を測定した）。ここでは、各状態においてそれぞれ３回の測定を行い、この３回の測定結果の平均値の差を求めた。なお、共振周波数＝８０１．５ｋＨｚとした。
【００６１】
図８は、インピーダンスの測定結果を示す図であり、縦軸は、インピーダンスを示す。この図８から判るように、試験体３０の塩分濃度が高くなる程（試験体３０が３０ａから３０ｇになる程）、インピーダンスが増加する傾向にあることが確認された。従って、このように実験で求めたインピーダンスを予めデータとして保持しておき、実際の測定対象物を測定して取得されたインピーダンスと比較することで、当該測定対象物の塩分濃度を特定することが可能になる。
【００６２】
第２の実験では、図９に示すように、試験体３０の上方に塩ビ板３１を配置し、この塩ビ板３１に測定コイル２１を配置した状態でインピーダンスを測定した。この際、試験体３０の中心軸と測定コイル２１の中心軸とを相互に一致させる配置とした。この状態でインピーダンスを測定した。次いで、測定コイル２１から試験体３０を約５００ｍｍ離した状態（コンクリートから影響のない距離に離した状態）でインピーダンスを測定した。ここでは、各状態においてそれぞれ５回の測定を行い、この５回の測定結果の平均値の差を求めた。試験体３０としては、図７の実験と同じ塩化物濃度の７種類の試験体３０ａ〜３０ｇを使用した。なお、共振周波数＝８０１．４ｋＨｚとした。なお、今回は塩ビ板３１を使用したが、非磁性材で非導電材であればよく、例えば、ガラス板を用いてもよい。
【００６３】
図１０は、インピーダンスの測定結果を示す図であり、縦軸は、インピーダンスを示す。この図１０から判るように、試験体３０の塩分濃度が高くなる程（試験体３０が３０ａから３０ｇになる程）、インピーダンスが増加する傾向にあることが確認された。従って、このように実験で求めたインピーダンスを予めデータとして保持しておき、実際の測定対象物を測定して取得されたインピーダンスと比較することで、当該測定対象物の塩分濃度を特定することが可能になる。
【００６４】
（実施の形態２の効果）
このように実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果に加えて、インピーダンスメータ２３でインピーダンスを測定することにより、発振器１３、アンプ１４、電流計１５、及びロックインアンプ１６を使用して電流を測定する場合に比べて、塩分濃度測定システム２０を一層簡易かつ一層安価に構成することが可能になる。
【００６５】
〔III〕各実施の形態に対する変形例
以上、本発明に係る各実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
【００６６】
（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、発明の実施環境や構成の細部に応じて異なる可能性があり、上述した課題の一部のみを解決したり、上述した効果の一部のみを奏することがある。さらに、本発明によって、上述していない課題を解決したり、上述していない効果を奏することもある。
【００６７】
（共振周波数について）
共振周波数としては、上述した共振周波数以外にも、異なる共振周波数を設定してもよい。
【００６８】
（塩分濃度測定システム１０、２０の構成について）
上述のように、共振周波数を利用する場合、インダクタンスの異なる複数の測定コイル１１、２１と、キャパシタンスの異なる複数のキャパシタ１２、２２を準備し、これらを相互に組み合わせる。この場合、複数の測定コイル１１、２１や複数のキャパシタ１２、２２を予め塩分濃度測定システム１０、２０に組み込み、スイッチ等の切り替え手段を用いて、所望の共振周波数に合致した測定コイル１１、２１やキャパシタ１２、２２を選択するようにしてもよい。
【００６９】
また、塩分濃度測定システム１０、２０の実際の構成には、さらなる工夫を施すことができる。例えば、複数の測定位置で測定を行う場合には、これら複数の測定位置の各々に測定コイル１１、２１を容易に移動させるため、車輪付きの台車に、測定コイル１１、２１を含む塩分濃度測定システム１０、２０や電源を積載し、台車を移動させることで、測定コイル１１、２１を各測定位置に移動させるようにしてもよい。この際、例えば、台車の車輪の回転数に基づいて台車の移動距離を測定する距離測定手段を持たせ、この距離測定手段によって測定された移動距離に基づいて、測定コイル１１、２１の位置を決定してもよい。また、台車には、インピーダンスメータ２３等の測定手段の測定結果を表示する表示部を設け、この表示部に表示された測定結果を見ながら台車を移動させることで、塩分濃度をモニタリングしてもよい。また、台車には、インピーダンスメータ２３等の測定手段の測定結果を記憶する記憶手段を設け、記憶手段にて磁気カード等の任意の記憶媒体に測定結果を記憶させ、この記憶媒体を取り出して外部機器への測定結果入力に使用できるようにしてもよい。
【００７０】
また、共振周波数で設定した初期値に対するインピーダンスの変化に基づく測定を行う限りにおいて、その測定結果の判定方法や出力形態としては、種々の態様を取り得る。例えば、初期値に対するインピーダンスの変化に閾値を設定しておき、この閾値を超えるインピーダンスの変化が測定された場合には、アラーム音や表示灯による出力を行うことで、塩分濃度が一定のレベルを超えた事実をユーザに報知してもよい。また、上述のように、実験で求めたインピーダンスを予めデータとして保持しておき、実際の測定対象物を測定して取得されたインピーダンスと比較することで、当該測定対象物の塩分濃度を特定し、当該特定した塩分濃度をモニタ等の表示手段にて表示するようにしてもよい。
【００７１】
（塩分濃度測定装置の構成について）
また、これまでに説明した塩分濃度測定システム１０は、塩分濃度測定装置として構成してもよい。例えば、筐体の内部に、発振器１３、アンプ１４、電流計１５、ロックインアンプ１６、及び線路１８、１９の機能を奏する回路等を一体に収容し、この筐体の外部に、測定コイル１１やキャパシタ１２を交換可能に配置すると共に発振器１３等に線路１７で接続してもよい。このような一体的な構成にすることで、建築現場等での測定作業を一層容易に行うことが可能となる。また、これまでに説明した塩分濃度測定システム２０は、塩分濃度測定システムとして説明しているが、測定手段としてはインピーダンスメータ２３のみを備えて簡易に構成されているため、塩分濃度測定装置を構成すると考えてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１  コンクリート体
１０、２０  塩分濃度測定システム
１１、２１  測定コイル
１１ａ、１１ｂ  リッツ線
１１ｃ  スペーサ
１２、２２  キャパシタ
１３  発振器
１４  アンプ
１５  電流計
１６  ロックインアンプ
１７〜１９、２４〜２８  線路
２３  インピーダンスメータ
３０、３０ａ〜３０ｇ  試験体
３１  塩ビ板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011145214.tif 000023
【図８】
2011145214.tif 000024
【図９】
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【図１０】
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