(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗装膜の表面に接触させた測定用電極と、塗装膜の下地金属との間に電圧を印加して流れる電流波形を検出し、測定された電流波形と印加電圧波形とから塗装膜インピーダンスを算出して塗装膜の劣化状態を診断する塗膜劣化診断装置であって、所定のサンプリング周期でサンプル化した単一周波数の電圧及び周波数、振幅、位相の異なる複数の電圧を振幅が高くなりすぎないように各電圧の振幅と位相を調整して合成した電圧を含む複数の印加電圧波形データを記憶しておき、マンマシンインターフェースを介してその中の一つの電圧波形データの選択と、該データの前記サンプリング周期とは異なる周期の時分割出力周期を指定できるようにし、測定時には選択された印加電圧波形データを指定された時分割出力周期で時分割出力することを特徴とする塗膜劣化診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の塗膜劣化診断装置であって、印加電圧波形データの各サンプル値をＤ／Ａ変換器に送ってＤ／Ａ変換を開始させた後、所定時間遅れて塗装膜電流のＡ／Ｄ変換を開始させる塗膜劣化診断装置。
【請求項３】
請求項１記載の塗膜劣化診断装置であって、少なくとも印加アナログ電圧発生用Ｄ／Ａ変換器と電流波形検出用Ａ／Ｄ変換器とを含むセンサ部と、少なくとも印加電圧波形データ記憶部とディジタル波形データ発生手段とを含む制御部とを通信回線で接続し、センサ部では制御部から送られた波形データを受信後直ちにＤ／Ａ変換するとともに、波形データ受信タイミングから所定時間遅れて塗膜電流のＡ／Ｄ変換を開始させる塗膜劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、塗装膜のインピーダンスを測定することによって、その塗装膜の劣化度を診断する塗膜劣化診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
屋外に設置される橋梁やプラントなどの鋼構造物あるいは変圧器、配電盤などの電気機器には、防食および美観のために塗装がなされるが、その塗装膜は太陽光や風雨、腐食性ガスの作用を受けて劣化し、やがて塗装膜の剥離や下地金属の腐食などの欠陥を生じる。この劣化現象は時間と共に進行し、そのまま放置すれば機器の損傷、機能阻害に至るため一般には塗装後、ある期間の経過後ないしは一定期間間隔で塗装の塗り替えが行われている。
【０００３】
この塗装膜の劣化度及び塗り替え時期の評価方法としては種々の方法が考案されているが、その中の一つに塗装膜のインピーダンスが膜の劣化に伴って変化することに着目し、塗装膜のインピーダンスを測定して劣化度を評価する交流インピーダンス法と呼ばれる方法がある。
【０００４】
この交流インピーダンス法は、被測定塗装膜上にアルミ等の導電性板を導電性ゲルを介して接触させて一方の電極とし、他方、下地金属をもう一方の電極としてこの間に交流電圧を印加し、塗装膜に流れる電流を検出してインピーダンスを算出する。そして算出されたインピーダンスから塗装膜の劣化状況を解析診断するものである。
【０００５】
図７は、従来の交流インピーダンス法による塗膜劣化診断装置の構成を表すブロック図である。図中の波形データ発生手段１００は塗装膜１０１に印加する電圧波形データを発生させるためのもので、印加する電圧波形を短いサンプリング時間Δｔでサンプリングして各時間の波高値をディジタルデータの形で事前にメモリに記憶しておき、測定時には記憶していた波高値データを順次読み出し、Δｔ時間毎に時分割で電圧発生手段１０２内のＤ／Ａ変換器に次々と出力するものである。
【０００６】
このようにして波形データ発生手段１００から出力された波形データは、電圧発生手段１０２にてアナログ交流電圧に変換され、塗装膜１０１の表面に接触させた電極１０３と下地金属１０４との間に印加される。塗装膜１０１に電圧が印加されると、塗装膜のインピーダンスにより決まる微小アナログ電流が流れる。この電流は電流検出手段１０５で検出され、Δｔ時間毎にＡ／Ｄ変換されてインピーダンス算出手段１０６に送られる。インピーダンス算出手段１０６では、測定された電流波形と印加電圧波形とから高速フーリェ変換（ＦＦＴ）演算により印加電圧波形に含まれる周波数に対応するインピーダンスが算出される。そしてこの値が劣化度診断手段１０７に送られて塗装膜の劣化状況が解析診断されるというものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この交流インピーダンス法で使用する印加電圧波形としては、従来は単一周波数の交流電圧波形や、複数の周波数の交流電圧波形を位相を違えて合成した合成交流波形が用いられてきた。そしてこの波形を短い時間間隔Δｔで区切ってサンプリングして各サンプリング時間における波高値をディジタルデータの形で予めメモリに記憶させておき、測定に際しては記憶していた波高値を順次メモリから読み出し、サンプリングの場合と同じ時間間隔Δｔで次々と時分割で出力する方法で印加電圧を発生させていた。
【０００８】
しかしこのような印加電圧の発生方法では、発生させることができる波形と周波数が、予めメモリに記憶させた波形データで決まってしまう。このため印加電圧波形や周波数を変更しようとすると、その度にメモリ内の波形データの更新が必要となり、波形データの作成、メモリの書き換え等に大変な手間がかかるという問題があった。また予め必要な多数の波形データをメモリに記憶させておく方法も考えられたが、多数の波形データ作成の手間、多数の波形データを記憶させておくためのメモリ容量の増大に伴う製作コスト上昇、装置形状の増大という問題があった。
【０００９】
本発明はかかる問題を解決するためになされたもので、その目的は、波形データ発生手段に記憶させた少数の波形データを基に、任意の周波数成分を含む電圧波形を発生できるようにして多数の周波数成分に対応する塗膜インピーダンスの測定を可能にするとともに、その測定を精度良くできる塗膜劣化診断装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の塗膜劣化診断装置は、塗装膜の表面に接触させた測定用電極と、塗装膜の下地金属との間に電圧を印加して流れる電流波形を検出し、測定された電流波形と印加電圧波形とから塗装膜インピーダンスを算出して塗装膜の劣化状態を診断する塗膜劣化診断装置であって、所定のサンプリング周期でサンプル化した単一周波数の電圧及び周波数、振幅、位相の異なる複数の電圧を振幅が高くなりすぎないように各電圧の振幅と位相を調整して合成した電圧を含む複数の印加電圧波形データを記憶しておき、マンマシンインターフェースを介してその中の一つの電圧波形データの選択と、該データの前記サンプリング周期とは異なる周期の時分割出力周期を指定できるようにし、測定時には選択された印加電圧波形データを指定された時分割出力周期で時分割出力するようにした。
従って、サンプル値を時分割出力する時間間隔を任意に変えることにより、サンプリングされた一つの電圧波形から、この電圧波形に含まれていなかった任意の周波数成分を含む印加電圧波形を発生させることができる。
【００１１】
更に、実際の測定の状況に応じて最適な波形、最適な周波数成分を含む印加電圧を迅速に選択、指定することができる。
【００１２】
請求項３に記載の塗膜劣化診断装置は、請求項２記載の塗膜劣化診断装置であって、印加電圧波形データの各サンプル値をＤ／Ａ変換器に送ってＤ／Ａ変換を開始させた後、所定時間遅れて塗膜電流のＡ／Ｄ変換を開始させるようにした。
従って、サンプル値のＤ／Ａ変換直後に発生する高調波電圧成分であって、元の印加電圧波形には含まれていない周波数成分に起因するスパイク電流の影響の少ない塗膜電流波形のサンプリングができるため、電流波形の測定精度が向上する。
【００１３】
請求項４に記載の塗膜劣化診断装置は、請求項２記載の塗膜劣化診断装置であって、少なくとも印加アナログ電圧発生用Ｄ／Ａ変換器と電流波形検出用Ａ／Ｄ変換器とを含むセンサ部と、少なくとも印加電圧波形データ記憶部とディジタル波形データ発生手段とを含む制御部とを通信回線で接続し、センサ部では制御部から送られた波形データを受信後直ちにＤ／Ａ変換するとともに、波形データ受信タイミングから所定時間遅れて塗膜電流のＡ／Ｄ変換を開始させるようにした。
従って、制御部はセンサ部に対して電流波形をＡ／Ｄ変換するタイミング信号を送る必要はなく、サンプル化された波形データを所定間隔で送信するのみで済むことになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の塗膜劣化診断装置の実施の形態につき図１ないし図６を参照しながら説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す図である（請求項１、２、３に対応）。本形態ではマイクロコンピュータを使用して装置全体のシーケンス制御と必要な演算処理を行っている。
【００１５】
メモリには波形生成プログラム１４、インピーダンス算出プログラム１５、劣化度診断プログラム１６の３種のプログラムが予め格納されている。またメモリ内には印加電圧波形と検出電流波形のデータを格納する領域１７、１８が確保されている。マンマシンインターフェース１３はキーボードと液晶表示装置で構成されており、算出された塗装膜インピーダンスや劣化診断結果等の表示、測定者による印加電圧波形の選択、サンプリングされた波形データの出力時間間隔、測定開始指示等を行うためのものである。ＣＰＵ１２は演算処理装置であってマンマシンインターフェース１３からの指示に従って、必要なプログラムとデータを読み出して演算処理する役割を果たす。
【００１６】
Ｄ／Ａ変換器１０は波形生成プログラム１４の実行によって生成されたサンプル化した波形データをＣＰＵ１２を介して受け取り、アナログ電圧に変換して塗装膜１の表面に接触させた電極３と下地金属２に接触させたアース電極４との間に印加する。Ａ／Ｄ変換器１１は、塗装膜１に流れた電流を指示されたタイミングでサンプリングしてディジタル値に変換し、ＣＰＵ１２に送るためのもので、送られた電流波形データは検出電流データ領域１８に格納される。
【００１７】
次に図１を参照しながら本実施の形態がどのように実行されるかを説明する。まず測定に先立って電圧波形生成の元となる電圧波形のサンプリングデータを作成する。電圧波形としては単一周波数の正弦波、または周波数、振幅、位相の異なる複数の正弦波を合成した合成交流波形を使用する。合成波は、例えば０．１〜１００Ｈｚの間を０．１Ｈｚ飛びに選択した１０００種類の周波数の正弦波を、振幅が高くなりすぎないように各波の振幅と位相を調整して作成する。
【００１８】
選択した単一周波数正弦波形または合成交流波形は、１周期分を短い時間間隔、例えば１／１０００周期で区切って各時間の波高値を算出し、メモリの電圧波形データ領域１７に格納する。即ち１周期分の波形を１０００個の数値にサンプル化してメモリに記憶させる。メモリには単一周波数の正弦波と、１ないし数種類の合成電圧波形を記憶させておく。
【００１９】
このような前準備の後、測定に際しては、まず測定者がマンマシンインターフェース１３を介して測定に使用する印加電圧波形を選択指示し、次いでその波形のサンプル値を出力する時間間隔、言い換えれば波形再生速度を指示した上で測定開始を指令する。
ＣＰＵ１２は上記指令を受けて該当する電圧波形データをメモリから読み出し、波形生成プログラム１４を実行して指示された時間間隔でサンプル値をＤ／Ａ変換器１０に送り出す。この場合において出力時間間隔として、波形のサンプル値作成の際のサンプリング時間間隔と異なる時間間隔を指示することにより、Ｄ／Ａ変換器１０で発生して塗装膜に印加されるアナログ電圧波形中の周波数成分を、元の電圧波形データの周波数成分と異ならしめることができる。
【００２０】
この関係を図２に示す例により更に説明する。図は説明のため元となる電圧波形として１Ｈｚの単一周波数の正弦波を取り上げたものである。この波形の１周期に当たる１秒分の波形を、図２の（ａ）に示すように時間軸を例えば１８個に分割、即ち１ ／１８秒単位でサンプリングし、各時間における波高値を計算して電圧波形データとしてメモリに記憶させる。
【００２１】
測定のためこの波形データを再生する際に、例えば２／１８秒間隔でサンプリングされた波高値データを出力すると、図２の（ｂ）に示すように１周期が２秒、つまり０．５Ｈｚの正弦波が生成される。また逆に０．５／１８秒間隔で再生すると、図２の（ｃ) に示すように１周期が０．５秒、つまり２Ｈｚの正弦波が生成される。このように波形データを再生する際の波形データ出力時間間隔を任意に指定することにより、メモリに記憶されている一つの正弦波形データから、任意の周波数の正弦波を生成することができる。この関係は元の波形データが合成された交流波形である場合も同様である。
【００２２】
このようにしてＤ／Ａ変換器１０に送られた各サンプリング値は、Ｄ／Ａ変換器１０内のレジスタにラッチされて直ちにＤ／Ａ変換され、アナログ電圧となって電極３を介して塗装膜１に印加される。電圧が印加されると塗装膜１には印加電圧と塗装膜インピーダンスで決まる微小な電流が流れる。
塗装膜に流れた微小電流は、電流経路に直列に接続された抵抗（図示しない）により電圧に変換される。そして増幅器（図示しない）により増幅された後、サンプル値の出力時間間隔と同じ時間間隔で、Ａ／Ｄ変換器１１によりディジタル値に変換されてＣＰＵ１２に送られる。
【００２３】
ここで重要なのは電流波形をＡ／Ｄ変換するタイミングである。塗装膜１の電気的等価回路は図３に示すように抵抗ＲとコンデンサＣの並列接続回路で表すことができる。この回路に図２に示す階段状の印加電圧を加えた場合、塗装膜１には図４に示すように、サンプル値データのＤ／Ａ変換直後にコンデンサＣを充電または放電するスパイク状の突入電流が流れる。電流波形の測定精度を上げるには、このスパイク状の電流が流れる期間を避けてサンプリングを行う必要がある。
【００２４】
本装置では、上記目的のため印加電圧波形データのサンプル値をＤ／Ａ変換器１０に送ってＤ／Ａ変換を開始させた後、所定時間遅れて電流波形のＡ／Ｄ変換を開始させるトリガー信号をＣＰＵ１２から送信するようにしている。最適な遅れ時間は、塗装膜１のインピーダンス、Ａ／Ｄ変換器１１の変換時間、印加電圧のサンプル値出力周期によって異なるが、Ａ／Ｄ変換器１１の変換時間が十分に短い場合には、サンプル値出力周期の１／2程度が適当である。この遅れ時間は測定開始前に測定者がマンマシンインターフェース１３を介して入力しておく。
【００２５】
図５は本発明の第２の実施の形態を示すものである。この実施形態は図１の実施形態におけるＤ／Ａ変換器１０とＡ／Ｄ変換器１１とを含む構成部分をセンサ部１９とし、印加電圧波形データ記憶部とディジタル波形データ発生手段を少なくとも含む構成部分を制御部２０とし、これらセンサ部１９と制御部２０とを通信回路２１ａ、２１ｂで接続したものである。この構成においてはＣＰＵ１２からＤ／Ａ変換器１０への波形データの送信、Ａ／Ｄ変換器１１からＣＰＵ１２への電流波形データの送信、ＣＰＵ１２からＡ／Ｄ変換器１１への変換開始トリガー信号は通信回路２１ａ、２１ｂを通じて送られる。なお図５では図１と同一の構成要素には同一符号を付してある。
この構成によればセンサ部１９を小型、軽量に製作することが可能となる。更に通信回路２１ａ、２１ｂを無線にした場合には、センサ部１９のみを測定場所へ持ち込めばよいことから、鉄塔、橋梁等の高所での測定が容易になる利点がある。
【００２６】
図６は本発明の第３の実施の形態を示すものである（請求項４に対応）。この形態では制御部２０よりＤ／Ａ変換器１０に向けて送られた波形データは、通信回路２１ｂで受信後、直ちにＤ／Ａ変換器１０に送られてＤ／Ａ変換されるとともに、波形データの受信タイミングを基準にして、これより所定時間遅れたトリガー信号がタイミング回路２２で作り出されて電流波形のＡ／Ｄ変換を開始させる。なお図６では図５と同一の構成要素には同一符号を付してある。
【００２７】
このような構成とすることで、制御部からはＡ／Ｄ変換開始のトリガー信号を送信する必要がなくなり、制御部２０の演算負荷、通信回路２１ａ、２１ｂの負荷が減少して、一層短い周期での波形データの送信、受信が可能となり、インピーダンスの測定精度を上げることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、印加電圧波形として装置に予め記憶させた元の波形の周波数成分とは異なる任意の周波数成分の印加電圧波形を自由に生成することができる。
【００２９】
また、請求項２に記載した発明によれば、測定現場にて印加電圧波形の選択、波形中の周波数成分の変更ができるため、塗装膜の状態に応じた最適な設定をすることにより、塗装膜のインピーダンス測定精度、ひいては劣化診断の精度を上げることができる。
【００３０】
請求項３に記載した発明によれば、電流波形のＡ／Ｄ変換のタイミングを、スパイク電流が流れる期間を避けて設定することができるため、電流波形の測定精度、ひいては塗装膜インピーダンス測定精度が向上して劣化診断の精度が向上する。
【００３１】
請求項４に記載した発明によれば、各種周波数を用いた塗装膜インピーダンス測定と劣化診断を、高所等にある塗装膜に対して容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の診断装置の第１の実施形態を示す図
【図２】元の周波数成分とは異なる周波数成分の波形生成の説明図
【図３】塗装膜インピーダンスの電気的等価回路を示す図
【図４】塗装膜に流れる電流波形図
【図５】本発明の第２の実施形態を示す図
【図６】Ａ／Ｄ変換開始信号を受信タイミングからとる本発明の第３の実施形態を示す図
【図７】従来の塗膜劣化診断装置の構成図
【符号の説明】
１は塗装膜、２は下地金属、３は電極、４はアース端子、１０はＤ／Ａ変換器、１１はＡ／Ｄ変換器、１２はＣＰＵ、１３はマンマシンインターフェース、２１は通信回路を示す。
【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】
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