(57)【要約】  コンクリートの中の導電性かつ／強磁性の物体、特に鉄筋を特徴付けるために、装置は、サンプルの表面に沿って転がされる。装置は、例えば２列１０.１、１０.２の複数の重なり合う送信コイル６及び受信コイル７を備える。各対の帰属する送信コイル及び受信コイル６、７は、導電性かつ／又は強磁性の物体が不在のとき小さい相互インピーダンスを有するように設計される。物体のいくつかのパラメータ（サイズ、コンクリートに対する物体の位置及び被覆）を測定するために、相互インピーダンスの複素数値、例えば位相及び絶対値が測定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘導測定によって、コンクリートの中に埋め込まれた導電性かつ／又は強磁性の物体、特に鉄筋を特徴付けるための装置であって、
ハウジング（１）と、
前記ハウジング（１）の中又は表面上に少なくとも１つの列（１０.１，１０.２）に配列された、複数の送信コイル（６）及び複数の受信コイル（７）と、
を備える、装置。
【請求項２】
前記ハウジング（１）に配列された複数のホイール（２）を更に備え、前記ホイール（２）は、前記列（１０.１，１０.２）を横切る移動方向（Ｘ）に沿って、サンプルの表面上で前記ハウジングを転がすように方向付けされている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ホイール（３）の少なくとも１つの回転を検出するエンコーダ（３５）を更に備える、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記移動方向（Ｘ）が前記列（１０.１、１０．２）に対して直角を成す、請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記送信コイル（６）において交流及び／又はパルス電流を発生するように適合され構成されたドライバ（２３）と、
前記受信コイル（７）において前記電流によって誘導された電圧を測定するように適合され構成されたレシーバ（２７）と、
を更に備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
各受信コイル（７）が、重なり領域（４１）において、少なくとも１つの帰属する送信コイル（６）と重なり、前記受信コイル（７）と前記帰属する送信コイル（６）との間の相互インピーダンスが、前記装置の測定範囲に前記物体が不在のときゼロである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記受信コイル（７）の少なくともいくつかの各々が、少なくとも２つの送信コイル（６）に帰属し重なる、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記送信コイル（６）の少なくともいくつかの各々が、少なくとも２つの受信コイル（７）に帰属し重なる、請求項６又は７に記載の装置。
【請求項９】
前記受信コイルとそれに帰属する送信コイルが、
前記受信コイル（６）のみによってカバーされる第１領域（４０）と、
前記送信コイル及び前記受信コイル（６、７）の両方によってカバーされる前記重なり領域（４１）と、
前記受信コイル（７）のみによってカバーされる第２領域（４２）と、
をカバーする、請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
前記帰属する受信コイル（７）及び送信コイル（６）のうちの第１のものが、第１電流ループ（６ａ）及び第２電流ループ（６ｂ）を形成し、前記第１電流ループ（６ａ）が前記第２電流ループ（６ｂ）内に、特に同心的に配列され、かつ、前記第１及び前記第２電流ループが対向する電流を伝導するように接続され、
前記帰属する受信コイル（７）及び送信コイル（６）のうちの第２のものが、前記第１及び前記第２電流ループ（６ａ、６ｂ）の間に配列された第３電流ループ（７ａ）を形成する、
請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１１】
各受信コイル（７）が、重なり領域において、少なくとも１つの帰属する送信コイル（６）と重なり、各重なり領域（４１）が、当該重なり領域（４１）の幾何学的中心において感知ノード（Ｓ）を規定し、
複数の感知ノード（Ｓ）が、前記列（１０.１、１０.２）に対して直角を成す方向（Ｘ）に沿った投影において、前記複数の感知ノード（Ｓ）が規則的間隔（Ｖ）で配列されるように、いくつかの平行な列（１０.１、１０.２）に配列されかつ同じ列の隣り合うノード間の距離より小さい距離だけ相互にオフセットされている、
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの列（１０.１、１０.２）が、交互にかつ重なるように、複数の前記受信コイル（７）と複数の前記送信コイル（６）とを備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記コイルの少なくとも第１列（１０.１）及び第２列（１０.２）を備え、前記列（１０.１、１０.２）が、互いに平行に延びる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記列（１０.１、１０.２）の各々が、交互にかつ重なるように、複数の前記受信コイル（７）と複数の前記送信コイル（６）とを備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記列（１０.１、１０.２）に対して直角を成す投影において、前記第１列（１０.１）の各コイルが、前記第２列（１０.２）の２つの重なり合うコイルの間の中心に配列される、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記コイル（６、７）が、前記ハウジング（１）の第１側（１ａ）に配列され、前記ハウジング（１）が、前記第１側（１ａ）と反対側の第２側（１ｂ）を更に備え、前記装置が、
前記コイル（６、７）と前記ハウジング（１）の前記第２側（１ｂ）との間に位置付けられた導電性かつ／又は強磁性のシールド（９ａ）を備え、
特に、前記シールド（９ａ）が、前記コイル（６、７）から所定の距離に配置され、かつ／又は、
前記シールド（９ａ）が、前記コイル（６、７）と前記装置の少なくともいくつかの電子回路構成（９ｂ）との間に配置される、
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記送信コイル（６）の少なくとも１つを介して電流を送る反復的ステップと、
前記受信コイル（７）の少なくとも１つにおいて前記電流によって誘導された電圧を測定する反復的ステップと、
を含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の前記装置を操作する方法。
【請求項１８】
前記電流が、交流及び／又はパルス電流、特にＣＷ交流である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記電流が、一回に前記送信コイル（６）の１つを介してのみ送られる、請求項１７又は１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記単一の送信コイルを介して前記電流を送りながら、前記単一の送信コイルと重なる少なくとも２つの受信コイル（７）において誘導された電圧を測定するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記電圧から、前記送信コイル（６）の少なくとも１つ及び前記受信コイル（７）の１つの相互インピーダンスを示す測定パラメータを決定するステップを含む、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記測定パラメータを、前記物体が不在のときの前記送信コイル（６）の前記１つと前記受信コイル（７）の前記１つとの間の相互インピーダンスを示す較正パラメータと比較するステップを更に含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの列（１０.１、１０.２）を横切る、特にこれに対して直角を成す、移動方向（Ｘ）に前記装置を移動しながら、前記少なくとも１つの列の方向（Ｙ）及び前記移動方向（Ｘ）において、前記物体の空間分布を記録するステップを含む、請求項１７〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
誘導測定によってコンクリートの中に埋め込まれた導電性かつ／又は強磁性の物体、特に鉄筋を特徴付けるための、特に請求項１７〜２３のいずれか一項に記載の方法であって、
送信コイル（６）と受信コイル（７）との間の相互インピーダンスを示す、又は、結合された送信及び受信コイルの自己インピーダンスを示す、複素数値を測定するステップと、
前記物体の特徴付けのために前記複素数値を使用するステップと、
を含む、方法。
【請求項２５】
前記振幅パラメータＡ及び前記位相パラメータＰをパラメータｃ、ｐ、ｄ、μ、σに関連付ける数学モデルを使用して、パラメータ
ｃ：前記コンクリートによる前記物体の被覆
ｐ：前記コンクリートの表面に対して平行な平面内における前記物体の位置
ｄ：前記物体の直径
μ：前記物体の透磁率
σ：前記物体の導電率、
の少なくとも１つを算出するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記数学モデルから前記透磁率μ及び／又は前記導電率σを算出するステップを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
特徴付けの対象である所与の物体について前記透磁率μ及び／又は導電率σを提示するよう使用者に問合せるステップを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記複素インピーダンスを測定するために請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置を使用することを含む、請求項２４〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
複数の周波数（ｆ）における前記複素数値を測定するステップを含む、請求項２４〜２８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートの中に埋め込まれた導電性かつ／又は強磁性の物体、特に金属物体、特に鉄筋を特徴付けるための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２０１４/１０７８１６号は、コンクリートの中に埋め込まれた金属物体、特に鉄筋を特徴付けるための技法を説明する。これは、マトリクスに配列されたコイル配列を含む。この配列は、調査対象である物体に当てて配置される。装置は、コンクリートの内部構造に関する情報を得るために、各コイルのインダクタンスを測定するように操作される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明によって解決しようとする問題は、高い信頼性を有する上記のタイプの装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この問題は、独立形式の請求項に記載の装置及び方法によって解決される。
【０００５】
第１形態において、本発明は、誘導測定によって、コンクリートの中に埋め込まれた導電性かつ／又は強磁性の物体、特に鉄筋を特徴付けるための装置に関する。装置は、
−装置のフレーム又は外殻であるハウジングと、
−前記ハウジングの中又は表面上に少なくとも１列に配列される複数の送信コイル及び複数の受信コイルと、
を備える。
【０００６】
好ましくは、装置は、更に、ハウジングに配列されたホイールを備える。ホイールは、移動方向に沿ってサンプルの表面上でハウジングを転がすように方向付けられる。この移動方向は、列を横切って、特に列に対して直角を成して延びて、１列または数列のコイルのみで大きい表面積を走査できるようにする。
【０００７】
また、各受信コイルは、少なくとも１つの帰属送信コイルと重なるように設計できる。重なりは、装置の測定範囲に物体が不在のときに、受信コイルとその帰属する送信コイルとの間の相互インピーダンスがゼロであるようにする。このような設計は、装置を、検出すべき物体の存在に対してより敏感にする。
【０００８】
好ましくは、受信コイルの少なくともいくつかの各々は、少なくとも２つの送信コイルに帰属し重なるので、所与の空間分解能のために要求される受信コイルの数を減少する。
【０００９】
同様に、送信コイルの少なくともいくつかの各々は、少なくとも２つの受信コイルに帰属し重なるので、所与の空間分解能のために要求される送信コイルの数を減少する。
【００１０】
特にコンパクトな設計において、各列は、交互にかつ重なるように、複数の受信コイル及び複数の送信コイルを備える。
【００１１】
複数の列のコイルも可能であり、特に、少なくとも第１列及び第２列は、互いに平行に延びる。この場合、好ましくは、列の各々は、交互にかつ重なるように、複数の受信コイル及び複数の送信コイルを備える。
【００１２】
特に好ましい設計において、列に対して直角を成す投影において、第１列の各コイルが、第２列の２つの重なり合うコイルの間の中心に配列されると言う意味で、列の中のコイルは、相互に互い違いである。したがって、第２列は、第１列の間隔において測定を実施でき、それによって、測定の空間分解能を増大しながら、サンプルの中へ深くまで達する電磁場を有するかなり大きいコイルを使用できる。
【００１３】
第２形態において、本発明は、本明細書において説明する装置を操作する方法に関する。この方法は、
−送信コイルの少なくとも１つを介して電流を送る反復的ステップと、
−受信コイルの少なくとも１つにおいて電流によって誘導された電圧を測定する反復的ステップと、
を含む。
【００１４】
これらのステップ及び任意に以下において説明する他の全てのステップは、装置の制御ユニットによって実行できる。したがって、本発明はまた、これらの及び任意の他のステップを実行するように適合された制御ユニットを有する装置に関する。
【００１５】
電流は、交流、即ち流れの方向を反復的に変化させる電流であることが好ましい。即ち、電流はパルスではない。特に、電流は、ＣＷ交流である。この文脈において、ＣＷは「持続波」の略であり、「ＣＷ交流」は、少なくとも５電流サイクル、特に少なくとも１０電流サイクルの持続時間を有する交流電流である。
【００１６】
代替的に、電流はパルス電流である。
【００１７】
更に別の形態において、本発明は、誘導測定によって、コンクリートの中に埋め込まれた導電性かつ／又は強磁性の物体、特に鉄筋を特徴付ける方法に関する。方法は、
−送信コイルと受信コイルとの間の相互インピーダンスを示す、又は、結合された送受信コイルの自己インピーダンスを示す、複素数値を測定するステップと、
−物体を特徴付けるために前記複素数値を使用するステップと、
を含む。
【００１８】
この文脈において、インピーダンスを示す複素数値は、インピーダンスの完全複素数値を規定する、実数値及び虚数値、又は、振幅Ａ及び位相Ｐなど、任意の対の数値である。
【００１９】
更に、「前記複素数値を使用する」ステップは、物体の特徴付けにおいて振幅及び位相又は実数値及び虚数値など両方の数値を使用することを伴う。
【００２０】
本発明のこの形態は、複素インピーダンスの位相Ｐが、埋め込まれた物体に関する貴重な情報を提供できるパラメータであると言う認識に基づく。
【００２１】
第３形態の方法は、上述のような送信コイルと受信コイルとの間の相互インピーダンスを測定できる装置を使って実行できる。又は、例えば国際公開第２０１４／１０７８１６号において説明されるような送信コイルと受信コイルとが同じコイルである装置を使って実行できる。
【００２２】
第３形態の方法は、本発明の第２形態に従った装置を操作する方法の一部とすることができるが、異なるタイプの装置に使用される独立した方法とすることもできる。
【００２３】
好ましくは、方法は、下記のパラメータの少なくとも１つを算出するために使用できる。
ｃ：コンクリートによる物体の被覆範囲
ｐ：コンクリートの表面に対して平行な平面内における物体の位置
ｄ：物体の直径
μ：物体の透磁率
σ：物体の導電率
【００２４】
このような計算は、振幅パラメータＡ及び位相パラメータＰをパラメータｃ、ｐ、ｄ、μ、σに関連付ける数学モデルの使用に基づくことができる。
【００２５】
この場合、透磁率μ及び／又は導電率σは、インピーダンスの位相に対する影響が大きいので、特に重要である。したがって、
−１つの好ましい実施形態において、方法は、数学モデルから透磁率μ及び／又は導電率σを算出するステップを含む。透磁率及び導電率は、位相パラメータに対する影響が大きいので、これらの一方又は両方は、インピーダンスの位相を示す測定から充分に推定できる。
−別の好ましい実施形態において、透磁率μ及び／又は導電率σを提示するよう使用者に問合せできる。この場合、数学モデルの自由度は減少し、より高い精度で被覆ｃ及び／又は直径ｄなど他のパラメータの少なくとも１つを導出できるようにする。
【００２６】
第３形態の方法は、例えば、複素インピーダンスを測定するために第１形態の装置を使用することによって実行できる。
【００２７】
本発明は、以下の詳細な説明を検証すればより良く理解でき、上述の物体以外も明らかになる。本明細書の説明は、添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】コンクリートの中の導電性かつ／又は強磁性の物体を特徴付けるための装置
【図２】装置の概略断面図
【図３】装置のコイル組立体の図
【図４】装置のいくつかの構成要素のブロック図
【図５】相互インピーダンスがゼロのときの送信コイルと受信コイルの第１実施形態
【図６】相互インピーダンスがゼロのときの送信コイルと２つの受信コイルの第２実施形態
【図７】相互インピーダンスがゼロで同心形体のときの送信コイルと受信コイルの第３実施形態
【図８】鉄筋の直径対位相のグラフ
【図９】異なる鉄筋の透磁率についての鉄筋の直径対位相のグラフ
【図１０】被覆の厚み対位相のグラフ
【図１１】鉄筋の位置対インピーダンス（絶対値）のグラフ
【図１２】鉄筋の位置対位相のグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２９】
装置の設計
図１及び図２の装置は、以下で説明するように電子部品及びセンサを運ぶハウジング１を備える。装置は、１つ又は複数のホイール２を備え、ホイールによって、装置は、テスト対象であるコンクリートのサンプル３上を方向Ｘに沿って移動できる。
【００３０】
図２から最も良く分かるように、装置は、コイル組立体４を備える。ホイール２がサンプル３に接しているとき、コイル組立体４は、サンプルに面する装置の側に配置される。
【００３１】
コイル組立体４は、所定数の送信コイル６と所定数の受信コイル７とを備える。図２に示す実施形態において、これらのコイルは、例えば、送信コイル６と受信コイル７を容易に重ねて配列できるように、印刷回路板などのキャリアボード８の両面に配列される。
【００３２】
代替的に、送信コイル６と受信コイル７は、例えば、多層印刷回路板の同じ面の異なる層に配列できる。
【００３３】
図３は、コイル組立体４の実施形態の一例を示す。この例において、送信コイル６（個々に、参照番号６.１〜６.６で示す）は実線で示し、受信コイル７（７.１〜７.８で示す）は断続線で示す。各コイルは、円として示すが、実際には、１本または複数本の巻き線のコイルであり、円形又は非円形例えば長方形の設計を有することができる。
【００３４】
上述のように、コイル６、７は、離散コイルも使用できるが、例えば印刷回路板上の金属性リード線として実現できる。
【００３５】
図３は、送信コイル６と受信コイル７の重なり設計を示す。図から分かるように、図示する実施形態において、各送信コイル６は、２つの受信コイル７と重なり、周縁の受信コイルを除く受信コイル７の各々は、２つの送信コイル６と重なる。
【００３６】
図から分かるように、周縁の受信コイル（即ち、７.１、７.４、７.５及び７.８）のみは、１つの送信コイルのみと重なる。
【００３７】
送信コイルと受信コイルとの間の重なり領域は、それぞれのコイル対が、サンプル３の中に埋め込まれた導電性かつ／又は強磁性の物体に対して最高の感度を有する場所に対応する。
【００３８】
図３から更に分かるように、コイルは、２つの平行列１０.１、１０.２に配列される。
【００３９】
各列１０.１、１０.２は、交互のかつ重なり合う複数の受信コイル７と複数の送信コイル６から成る。
【００４０】
２列１０のコイルは、相互にオフセットする。即ち、（方向Ｘに沿った投影において）第１列１０.１の各コイルは、第２列１０．２の２つの重なり合うコイルの間の中心に配列され、第２列はその逆である。これによって、２つの列１０.１及び１０.２の重なり領域は互い違いになるので、装置がサンプル３上を方向Ｘに沿って移動するとき方向Ｙ（方向Ｘに対して直角を成す）に沿った空間分解能を増す。
【００４１】
送信コイル６が受信コイル７と重なる各エリアは、検出対象である物体に対して高い感度を有するエリアを形成する。最高感度の点は、この重なり領域の幾何学的中心（図心）に位置する。この点は、感知ノード（sensing node）Ｓと呼ばれる。図３の実施形態の全ての感知ノードは、小さい十字で示され、その内１つにＳのタグが付けられている。
【００４２】
図３に示すように、感知ノードＳは、２つの列１０.１及び１０.２に沿って配列されるが、１列又は３列以上の実施形態も想定できる。列は、互いに平行である。
【００４３】
個々の列１０.１、１０.２の感知ノードＳは、同じ列の隣り合うノードＳ間の距離より小さく相互にオフセットする。即ち、（方向Ｘに沿った投影において）、方向Ｙに沿って規則的間隔Ｖで配列される。したがって、装置がサンプル３上を方向Ｘに沿って移動するとき方向Ｙ（方向Ｘに対して直角を成す）に沿った空間分解能が増大する。
【００４４】
図２から分かるように、コイル６、７は、装置のハウジング１の第１側１ａに配列される。これは、作動時にサンプル３に面する側である。これは、ホイール２の側でもある。ハウジング１は、第１側１ａの反対側にある第２側１ｂを更に備える。
【００４５】
図２の装置は、コイル６、７の少なくとも一方の側に配列された導電性かつ／又は強磁性のシールド９ａを更に示す。シールド９ａは、コイル６、７の反対側を向くシールド９ａの側に配置された装置の構成要素又は外部物体からコイル６、７を遮蔽するように、コイル６、７とハウジング１の第２側１ｂとの間に位置付けられる。
【００４６】
特に、シールド９ａは、コイル６、７と装置の電子回路９ｂの少なくともいくつかとの間に配置される。
【００４７】
好ましくは、シールド９ａは、コイル６、７から所定の距離で、特に少なくとも１ｃｍの距離で、特に少なくとも２ｃｍの距離で配置される。
【００４８】
シールド９ａは、例えばフェライト（フェリ磁性）シート又はその他の導電性かつ／又は強磁性の材料とすることができる。
【００４９】
図４は、装置の構成要素のいくつかを示す。
【００５０】
図から分かるように、装置は、例えば、マイクロプロセッサ２１並びにプログラム及びデータメモリ２２を備える、制御ユニット２０を含む。
【００５１】
制御ユニット２０は、更に、送信コイル６.１〜６.６の各々に交番信号電流及び／又はパルス電流を選択的に送るためのドライバ２３を備える。
【００５２】
具体的には、ドライバ２３は、１回に送信コイル６.１〜６.６の１つにおいて交番信号電流またはパルス電流を発生し、制御ユニット２０は、その後送信コイル６.１〜６.６の各々を介して信号電流を送る。
【００５３】
例えば、図４に示すように、ドライバ２３は、発振器２４を備えることができ、その出力信号は、マルチプレクサ２５の入力側へ送られる。送信コイルは、マルチプレクサの出力側に接続される。制御ユニット２０例えばマイクロプロセッサ２１は、発振器２４を送信コイル６.１〜６.６のいずれかに接続するためにマルチプレクサ２５を制御する。
【００５４】
しかし、ドライバ２３は別の構成を有することも可能であることが分かるはずである。例えば、マイクロプロセッサ２１は、送信コイル６.１〜６.６の各々に（任意に増幅器回路構成及び／又はフィルタ回路構成を介して）直接接続された充分な数の出力を備えることができ、それぞれの送信コイルにおいて信号を発するために所望の出力を起動するようにプログラムできる。代替的に、ドライバ２３の一部又は全部をＦＰＧＡ回路において実現できる。
【００５５】
制御ユニット２０は、受信コイル７.１〜７.８において誘導された電圧を測定するためにレシーバ２７を更に備える。
【００５６】
具体的には、レシーバ２７は、各受信コイルが重なる送信コイルを介して信号電流が送られたときに、各受信コイル７.１〜７.８に結合された電圧を測定するように適合される。
【００５７】
例えば、図４に示すように、レシーバ２７は、信号デマルチプレクサ２８を備えることができ、デマルチプレクサの入力は、受信コイル７.１〜７.８に接続される。制御ユニット２０、好ましくは、マイクロプロセッサ２１は、その後の処理のために、その出力にどの入力を接続するかを選択するためにデマルチプレクサ２８に接続される。デマルチプレクサ２８の出力は、例えば、フィルタ及び／又は増幅器２９、及び／又は、アナログーデジタル変換器３０へ提供できる。
【００５８】
この場合にも、レシーバ２７は、別の構成でも良い。例えば、その機能のほとんどは、マイクロプロセッサ２１のハード及びソフトウェアによって実現されるか、又は、ＦＰＧＡとして実現されるか、又は、受信コイル７とデマルチプレクサ２８との間に付加的なフィルタ及び／又は増幅器ステージを配列できる。
【００５９】
図４は、（有線又は無線の）インターフェイス３３によって制御ユニット２０に接続された入力／出力装置３２を更に示す。入力／出力装置３２は、装置が、その結果を表示しかつ／又は入力を使用者に促すことができるようにする。
【００６０】
入力出力装置３２は、本発明の装置の一部を形成するか、又は、別個の独立の設備として実現できる。
【００６１】
また、図４及び図２は、ホイール２の少なくとも１つの回転を検出できるエンコーダ３５を示す。これは、装置が移動方向Ｘに沿ってサンプル上を転がるときに得られた測定値を空間的に相関付けできるようにする。
【００６２】
作動
所与のサンプル３を探査するために、使用者は、コイル組立体４をサンプルの表面の１つに対面させて、装置のホイール２を表面の上に配置する。
【００６３】
装置は、例えば手動又は自動の起動後、走査を開始する。
【００６４】
走査時に、制御ユニット２０は、順次、例えば６.１．．．６.６の順番で送信コイル６.１〜６.６の各々を介して信号電流を送る。有利には、好ましくない混信を避けるために、信号電流は、１回に送信コイル６の１つのみを介して送られる。
【００６５】
信号電流は、信号が調和的空間成分を有する場合でも、好ましくは単一周波数の交流電流、即ち、正弦電流であるか、又は、複数の正弦電流の重なりを使用することもできる。
【００６６】
代替的に、信号電流はパルス電流である。
【００６７】
所与の送信コイル、例えば、送信コイル６.１を介して信号電流を送るとき、それに帰属し重なる受信コイル（例えば、受信コイル７.１及び７.２）において、誘導される電圧が測定される。言い換えると、１つの送信コイルを介して電流を送るとき、誘導された電圧は、その１つの送信コイルと重なる少なくとも２つの受信コイルにおいて測定される。
【００６８】
この測定は、下記の式から、送信コイルと受信コイルとの間の相互インピーダンスＭを決定できるようにする。
Ｕ＝Ｍ・Ｉ
Ｕは受信コイルにおける複素電圧であり、Ｉは送信コイルにおける複素電流である。相互インピーダンスＭが純粋に誘導性である場合、値Ｍは純粋の虚数であり、その値は、下記の式から決定できる。
【００６９】
【数１】
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【００７０】
Ｕは受信コイルにおける電圧であり、ｄＩ/ｄｔは送信コイルにおける電流の時間微分である。
【００７１】
インピーダンスＭを明白に測定する代わりに、インピーダンスを示す他のパラメータ（即ち、それからインピーダンスを算出できる他の任意のパラメータ）を使用できる。
【００７２】
言い換えると、本発明は、好ましくは、受信コイルにおいて測定された電圧から、送信コイルの少なくとも１つと、受信コイルの１つと、の相互インピーダンスを示す測定パラメータを決定するステップを含む。
【００７３】
電流Ｉが正弦信号である場合、電流Ｉ及び電圧Ｕは複素数値として表現できる。
【００７４】
【数２】
2020524284.tif 000004
【００７５】
ωは、電流の角周波数を示し、Ｉ0及びＵ0は、それぞれ電流及び電圧の振幅及び位相を示す。この場合、相互インピーダンスＭも複素数値であり、（ωの定数値及び因数ｉを無視して）下記のように定義できる。
【００７６】
【数３】
2020524284.tif 000005
【００７７】
この場合、相互インピーダンスＭは、複素数値量であり、その絶対値Ａは、２つのコイルの誘導結合の強さを示し、位相Ｐは、結合の位相推移を示す。
【００７８】
【数４】
2020524284.tif 000006
【００７９】
同様に、複素相互インピーダンスＭは、例えば、その実数値Ｒｅ（Ｍ）とその虚数値Ｉｍ（Ｍ）によって表すことができる。
【００８０】
相互インピーダンス又はトランスインピーダンスＭの複素数値は、送信コイルと受信コイルとの間に広がる磁場領域におけるサンプル３の構造に依存する。特に、この領域における導電性かつ／又は強磁性の物体の影響を強く受ける。
【００８１】
コイルの設計
好ましくは、帰属する送信コイル６及び受信コイル７の各対の幾何学形状及び相互位置は、導電性かつ／又は強磁性の物体が上記の領域に不在のときに、相互インピーダンスＭがゼロであるように、具体的には、送信コイル及び受信コイルの自己インピーダンスより多くても５分の１（少なくとも５倍小さい）、特に、多くても１０分の１、特に、多くても３０分の１と言う意味でゼロであるように、選ばれる。
【００８２】
図３に示すように及び図５に更に詳しく示すように、等しい半径ｒを有する円形単一ループコイルである場合、ゼロの相互インピーダンスＭは、コイルの中心間の距離Ｄが、コイル巻き線の数及び分布に応じて、例えば１.６・ｒ程度である場合に得られる。
【００８３】
より全体的には、この設計において、送信コイル及び受信コイルは、いくつかの領域をカバーするように配列される。
−送信コイルのみによってカバーされる第１領域４０
−受信コイル及び送信コイルの両方によってカバーされる重なり領域４１
−受信コイルのみによってカバーされる第２領域４２
【００８４】
上述のように、図５のコイル設計の最大感度のエリアは、送信コイルと受信コイルとが重なる重なり領域４１の幾何学的中心、即ち図心に在る。この点は感知ノードＳを形成し、図５において小さい十字で示される。
【００８５】
図３及び図６に示すように、図５の設計を使用して、重なり合う送信コイル６及び受信コイル７の列を構成できる。
【００８６】
図７は、測定領域に導電性かつ／又は強磁性物体が不在のときに、相互インピーダンスＭがゼロである、送信コイル６及び受信コイル７の設計の別の例を示す。
【００８７】
図示する実施形態において、２つのコイルの内の１つ目（例えば、送信コイル６）は、第１電流ループ６ａ及び第２電流ループ６ｂを形成し、第１電流ループ６ａは、第２電流ループ６ｂ内に、特に同心的に配列される。２つの電流ループ６ａ、６ｂは、対向する電流を伝導するように接続される。２つ目のコイル（例えば、受信コイル７）は、第１電流ループ６ａと第２電流ループ６ｂとの間に配列される第３電流ループ７ａを形成する。
【００８８】
図７の実施形態において、感知ノードＳは、３つの電流ループ６ａ、７ｂ、７ａの中心に配列される。
【００８９】
ループ６ａ、６ｂ、７ａは、単一の巻き線又は複数の巻き線で構成できる。
【００９０】
較正
信号の精度を上げるために、装置を較正でき、較正データはメモリ２２に記憶できる。
【００９１】
例えば、測定範囲の中に導電性かつ／又は強磁性物体が不在のときに、較正測定を実行できる。送信コイル６及びこれに帰属する受信コイル７の各対について、相互インピーダンスＭ０が測定される。この相互インピーダンスＭ０はゼロであるべきであるが、現実には、常に、この値から多少の逸脱がある。すべてのコイル対についての逸脱は、メモリ２２において較正パラメータとして記憶される。
【００９２】
測定を実行するとき、測定されたパラメータＭ（即ち、２つの帰属する送信コイルと受信コイルとの間の相互インピーダンスを示すパラメータ）は、例えば、差Ｍ−Ｍ０を計算し、サンプル３の中の導電性かつ／又は強磁性の物体を特徴付けるためにその結果を使用することによって、同じ対のコイルのそれぞれの較正パラメータＭ０と比較される。
【００９３】
信号処理
数式４に示すように、複素相互インピーダンスＭは、例えば、振幅パラメータＡ及び位相パラメータＰによって表すことができる。
【００９４】
好ましくは、本発明は、振幅パラメータＡだけでなく、位相パラメータＰ（又は、例えば、複素インピーダンスの実数値及び虚数値）も測定する、何故ならば、位相情報は、サンプル３の中に埋め込まれた導電性かつ／又は強磁性の物体を特徴づけるための付加的な重要な洞察を与えるからである。これを、図８〜図１１に示す。
【００９５】
図８は、比透磁率μ＝６５を有しコンクリートの中にｃ＝５０ｍｍの被覆で埋め込まれた鉄筋の直径の関数として、位相Ｐについてのシミュレーションデータ及び測定データを示す。
【００９６】
図から分かるように、位相Ｐは、直径ｄにも大きく依存する。
【００９７】
図９は、位相Ｐが鉄筋の透磁率にも大きく依存することを示す。
【００９８】
一方、図１０は、位相Ｐが被覆の深さｃと共にわずかしか変化しないことを示す。
【００９９】
図１１は、鉄筋の位置（即ち、図５の送信コイルの中心及び鉄筋の方向Ｘに沿った相対位置）の関数として、振幅パラメータＡ（インピーダンスの絶対値）を示す。図から分かるように、値は位置と共に大きく変化し、ピーク幅は被覆ｃ及び直径ｄの関数である。
【０１００】
図１２は図１１と同じ依存度を示すが、位相についてである。図から分かるように、位相Ｐの変化はより小さい。
【０１０１】
図９〜図１２は、位相Ｐ及び振幅Ａの挙動が、以下のパラメータの関数であることを示す。
ｃ：物体の被覆、即ちコンクリートサンプルにおける物体の深さ
ｐ：コンクリートの表面に対して平行な平面における物体の位置
ｄ：物体の直径
μ：物体の透磁率
σ：物体の導電率
【０１０２】
この依存性は、数学モデルで表すことができる。
【０１０３】
【数５】
2020524284.tif 000007
【０１０４】
励起電流の様々な周波数ｆを考慮して、この依存性はより洗練された数学モデルで表すことができる。
【０１０５】
【数６】
2020524284.tif 000008
【０１０６】
数式６で表されるような周波数依存モデルを使用することによって、具体的には透磁率μ及び（透磁率ほどではないが）導電率σが周波数依存パラメータなので、付加的情報が得られる。
【０１０７】
したがって、好ましくは、本発明は、例えば、これらの周波数を順次当てはめて又はこれらの周波数の重ね合わせを当てはめて返される信号をフィルタリングすることによって、複数の周波数における相互インピーダンス及び／又は自己インピーダンスを表す複素数値を測定するステップを含む。
【０１０８】
関数Ａ及びＰは、例えばComsol Inc.社（米国バーリントン）のComsol Multiphysics（登録商標）モデル化ソフトウェアによって提供されるような有限要素シミュレーションなどのシミュレーション法を使用して算出できる。
【０１０９】
したがって、特定の周波数ｆにおけるＡ及びＰの測定値を知ることによって、標準的なカーブフィッティングテクニック又は均等化計算を使用して、パラメータｃ、ｐ、ｄ、σ及びμの少なくとも１つを決定できる。
【０１１０】
特に、図９の強い依存度から分かるように、位相Ｐを知ることによって、高い精度で透磁率μ及び／又は導電率σを決定できる。
【０１１１】
一方、この透磁率μ及び／又は導電率σが分かっている場合、測定方法は、例えば、入力／出力装置３２に入力することによって、特徴付け対象である所与の物体について前記値の一方又は両方を提供するように、使用者に問合せするステップを含むことができる。これによって、より高い精度でパラメータｃ及び／又はｄを決定できる。
【０１１２】
サンプル３上で方向Ｘに沿って装置を並進させて、ホイールの位置の関数として振幅Ａ及び位相Ｐの値を持続的に測定することによって、空間的に解像された画像を記録できる。
【０１１３】
したがって、本発明は、装置を操作する方法にも関するものであり、この方法は、コイルの少なくとも１つの列１０.１、１０.２を横切る、特にこれに対して直角を成す移動方向Ｘに装置を移動しながら、物体の空間的分布を記録するステップを含む。記録は、（異なる相互インピーダンスの結果を使用することによって）列１０.１、１０.２の方向Ｙに、及び、（Ｘに沿って装置を移動しながら測定を繰り返すことによって）移動方向Ｘに実施される。
【０１１４】
この手順によって、例えば、移動方向Ｘに対して平行に延びる鉄棒を検出できるようにする（このタイプの鉄筋を検出することは、単一のコイル又は単一対のコイルのみ使用する従来の設計では困難である又は不可能でさえある）。
【０１１５】
２つの列１０.１と１０.２（図３）との間のオフセットは、これらの列のコイルの測定値を相関付けるために考慮される。
【０１１６】
このように記録されたデータは、NDT&E International 36 (2003),7-18においてS. Quek他が説明する技法を使用して、導電性かつ／又は強磁性の物体の三次元モデルを生成するために使用できる。
【０１１７】
注記
送信コイル６及び受信コイル７の役割は交換可能である、何故ならば、所与のコイルから他のコイルへの相互インピーダンスは、他のコイルから所与のコイルへの相互インピーダンスと同じだからである。したがって、例えば、図３において、コイル６ｘは、受信コイルとして作用でき、コイル７ｘは、送信コイルとして作用できる。同様に、図５−図７において、コイル７は送信コイルとして作用でき、コイル６は受信コイルとして作用できる。
【０１１８】
本発明の現在のところ好ましい実施形態が図示され説明されているが、本発明はこれらに限定されず、以下の特許請求の範囲の範囲内で多様に実現し実施できることが明白に理解されるべきである。
【図１】
2020524284.tif 000009
【図２】
2020524284.tif 000010
【図３】
2020524284.tif 000011
【図４】
2020524284.tif 000012
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020524284.tif 000016
【図９】
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【図１０】
2020524284.tif 000018
【図１１】
2020524284.tif 000019
【図１２】
2020524284.tif 000020
【国際調査報告】
2020524284.tif 000021
2020524284.tif 000022
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