JPH0789151B2

JPH0789151B2 - Ｍ式深鉄筋探査器

Info

Publication number: JPH0789151B2
Application number: JP20123990A
Authority: JP
Inventors: 好雄町; 清司中野
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPH0486588A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、通常土木建築業界において用いられ、既存の
鉄筋コンクリート中の鉄筋の所在を探査する装置であっ
て、此の種の従来技術では不可能であった、特にコンク
リート内深部に配設された鉄筋の所在を探査することを
可能とするＭ式深鉄筋探査器に関する。

［従来の技術］第１の従来技術として、現在まで製造使用されて来た既
存の鉄筋探査部の回路構成図を第５図に示す。その概要
は発振器31より出力された常時一定の低周波数の電圧vi
を鉄筋に近づけることによりインダクタンスが変化する
センサコイル32に供給する。コイル32のインダクタンス
に比例するセンサコイル32よりの出力電圧voをLogアン
プ33、アンプ34及び利得可能アンプ35で増幅する。これ
はインダクタンスの変化は一般に小さく適当に増幅する
必要があるためである。

また、鉄筋がコイルに近いとＬの変化は大きな値で、遠
方であるとＬの変化は小さく、Ｌの変化は距離にたいし
て非線形になっている。

距離の変化に対するＬの変化を圧縮するために、ログア
ンプ33を用いるものである。また、出力のゼロ調機能と
線形増幅の目的のためアンプ34を用いている。更に鉄筋
径による調整を行うため、増幅器の帰還回路の抵抗値を
外部切り替えスイッチで可変して、増幅部の利得を可変
するようにした回路を通過させている。この後出力をメ
ータで表示するために、バッファ回路36を通過させメー
タ37により鉄筋の所在を表示させる。

第２の従来技術としては、本願と同一の発明者、同一出
願人に係る「共振を利用した鉄筋探査器」（出願番号：
特願63−200373号）があり、第６図（ａ）にその回路構
成図を、第６図（ｂ）に共振時における周波数と電圧の
関係を示す。

この発明は、第６図（ａ）により説明すると、先ず共振
器45により一定の低周波数（1250［Hz］）の電圧が供給
され、バッファ回路41を通り、共振回路L,Cに加えられ
る。

この発明探査器の共振回路（L,C）を構成するコイルに
は初めは上記した様にこの共振回路の共振点とは僅かに
ずらした周波数で給電しておき、この状態に於いて、共
振回路からの第１出力と、上記共振回路用給電源である
発振器45の出力であって上記共振回路を通らないままの
第２出力とを位相を一致させて差動増幅器48により比較
し、上記第１、第２の出力が等しくなる様、即ち差動増
幅器出力が零になる様にまず準備しておく。

次に探査操作に於いてはプローブコイルが金属体に接近
するときは上記第１出力の方がその共振曲線に沿ってほ
ぼ比例的に出力が減少し、差動増幅器48から差出力が得
られることになるが、この差出力には歪成分による不要
周波数が含まれるおそれがあるのでこの差出力をフィル
タ49により濾波し、更に上記発振器からもとの周波数信
号で同期したロックイン増幅器50を通して計器51に出力
する。

この計器出力は鉄筋がコイル付近になかった場合の出力
信号と鉄筋が付近に存在した時の出力信号との差であ
り、換言すれば、鉄筋のコイルに対する接近度合即ち埋
設深さに関するデータである。

実際に本装置を作動させるときは、完全な共振状態から
ごくわずかだけずらした角周波数ω_１又はω_２を用い
る。この理由は、最初から少しだけ共振から離れたω_１
又はω_２に設定しておけば、インダクタンスが変化して
も出力電圧は周波数にほぼ単調に比例して急激に下降
し、共振点極く付近における周波数の変化に比べ、ω_１
もしくはω_２ならば周波数に対する出力電圧の変化が大
きくなり、従って、市販の第１の技術の探査器よりは高
い感度が得られるからである。

而して前記の角周波数ω_１又はω_２と共振曲線との関係
は第６図（ｂ）に示す如くなり、ω_１又はω_２の点線と
共振曲線との交点の電圧がメータに表われ、探査発見さ
れた鉄筋の深さに関する数字となる。

［本発明の目的：解決すべき課題］しかしながら上記第１の従来技術は発振器にトランジス
タを使用していたので、温度や、鉄筋に接近の具合で周
波数が変動しやすく、また、センサは空芯のコイルのみ
であるから、鉄筋に近づけても磁界の変化が小さく適確
に検出することができない。更にまた、高周波は用いら
れず、1250［Hz］程度の低周波を用いているから、コイ
ルに流せる電流も小さいので使用電力も小さく、深さの
限界が浅く、共振回路を使用していないから、低感度で
あり従って探査される鉄筋の深度もコンクリート内僅か
に５〜６［cm］に過ぎず、深く埋設された鉄筋は全く探
査できないほどの欠点があった。次に、上記第２の従来
技術は、L,C共振回路を用いているので、前記第１の従
来技術よりは、相当に精度も高く、深査可能の深さも10
〜15［cm］と、第１の従来技術に比べれば、可成り進歩
したものといえるが、まだ次の諸点において若干の問題
があった。即ち、先ず発振器にトランジスタやICなど通
常の機能のものを用いており、発振周波数も10〜15［KH
z］程度のいわば中周波であり而も、周波数に温度変化
などにより若干の変動があるので、精度もあまり高くは
ない。またバッファにICを用いているので、使用可能電
流も数［mA］と小さく、従って共振回路に入力する電力
も小さく、発生される磁場も弱いから、探査精度も10〜
15［cm］程度と、第１の従来技術よりは可成り進歩して
いるけれども、まだ充分ではないという問題点がある。
かつまた、第６図（ｂ）に示したように、真の共振周波
数から少しずれた周波数を用いるので、共振曲線の最も
高い頂点を用いるのではなく、それよりもやや低い電圧
のところを用いるから、その精度は、これでも充分とは
いい難いという問題点がある。更にまた、共振回路と位
相器が並列になっている回路構成であるから、温度変化
に対する影響が異なるので、温度が変化すると精度がや
や落ちるという問題点もある。

本発明は上記従来技術の諸欠点、問題点を極力除去改善
して、コンクリート中従来よりも格段に深くまで探査を
可能にし、より高精度であり、更に温度変化の影響も殆
んど受けず高精度を維持する深鉄筋探査器を開発創始提
供することを目的とするものである。

［本発明の構成：課題解決の手段］従来技術と明瞭に異なる、本発明の課題解決の手段、換
言すれば本発明の構成の特徴は次の通りである。即ち、
既設コンクリートの深部の鉄筋の状態を検出することを
目的として、電源より給電される高周波発振器より、並
列に設けられた同形、同定格の２つの共振回路に、夫々
並列に所定の高周波電圧が入力される。夫々の共振回路
の入力側には、従来技術には用いられなかった電力用パ
ワーアンプを設け、また、前記共振回路の出力側は夫々
アンプを具備せしめる。

而して、上記２つの共振回路の一方はコンクリート内鉄
筋を探査するためのプローブとして、手で持ちやすく、
或は可動式に構成し、他方は、上記センサと同一の周波
数を有するようにコイル及び可変又は固定のコンデンサ
とから構成された基準共振回路として、用い、コイル同
志が磁力線で結合されることのないように構成する。こ
れら２つの共振回路の出力は夫々別のアンプを並列に通
して増幅し、この両者の出力を１ケの差動増幅器に入力
し、その差の出力をもとの発振器の所定高周波のみに限
定し、他の周波数のものを除去するため、前記発振器よ
り直接に接続されたロックインアンプによる位相同期検
出機能及び、その出力をメーターで表示するという手段
をとるものである。前記の発振器から発生させる高周波
の周波数は従来技術に使用されたものより遥かに高く10
［KHz］以上10［MHz］を使用して高周波磁場を強く発生
させるようになっている。また発振器には水晶振動子を
用いて発振周波数が温度などにより変化しないようにす
る。次にまた、パワーアンプには電力用半導体素子を用
い、それにはパワーモス，電力用トランジスタ,SITなど
がある。かつ上記の並列して設けた２つの共振回路の両
方又は一方のコイルにコアを挿入する構成とする。かつ
また、基準共振回路の壷形フェライト中にコイルを挿入
する場合がある点は従来と異なる構成となっている。

尚、可変コンデンサは、必要により調整位置を１箇所に
固定すれば、固定コンデンサと同一機能となる。

［作用］本発明に係るＭ式深鉄筋探査器は、従来技術に比較し、
コンクリート中、実に、従来の倍以上深い位置まで、鉄
筋を探査しうるという特別の作用があるので、その作用
について、詳細に説明する。

即ち本発明では、多くの点で従来技術と異なる構成がと
られ、その各要素から、従来と異なる作用が出てくるの
であるが、先ず第１点はアンプに、此の種装置に用いら
れたことのない、電力用半導体素子のたぐいを使用して
いるから、従来よりも格段に高い周波数で高電力の出力
を用いることができる。また、基準共振回路の壷形フェ
ライト中にコイルを挿入しているから、特に周囲の他の
磁力線の影響を受けることなく、特に感度が良くなる作
用もある。

このような場合、共振回路の出力電圧V₀は次の如く表わ
される。

（１）式のＲは磁気抵抗、R₀はコイルの直流抵抗、ｃは
コンデンサの容量、ωは角周波数、ｊは複素数、V₁は入
力電圧である。

またコイル中のコア内の磁気抵抗をR₁、コア外の磁束の
通る所の磁気抵抗をR₂とするとＲ＝R₁＋R₂ となり、本発明では基準共振回路の壷形フェライト中に
コイルを挿入してあるので、前記大電力、高周波数を用
いていることと相まって、従来よりも格段に強力な磁場
が形成されている。

従って、センサとしての共振回路のプローブがコンクリ
ート中の鉄筋に近づくと、高感度で反応するから、コア
外の磁気抵抗R₂が、従来よりも鋭敏に反応することにな
る。

さらに、詳細に説明すると、センサとしての共振回路
と、基準共振回路の両コイルは、磁気的に結合関係がな
いので、基準共振回路のコイルを、もう一方のコイルと
磁気的に結合しないように、壷形フェライトの中にコイ
ルを入れて共振させている。センサコイルは、磁束銃の
形で磁気を深部の鉄筋に向けて出しているわけである
し、外部の別の磁束発生装置からの磁気とのセンサコイ
ルの相互作用を利用しているので、いずれの磁気も基準
コイルに影響を与えてはいけないことになる。このよう
な構成作用は、従来技術には全く存在せず、本発明にの
みある特徴の１つである。

１個の共振回路の一般式において、共振時にはωＬ＝1/
ωｃとなり、この時の出力電圧V₀は、となることは通常の場合と同じである。

本発明の場合は、上記高成度の作用の他に、各部の大き
さ、定格同一の温度特性の揃った共振回路を２ケ並列に
使用しているので、従来技術には必ず存在した温度変化
による影響を全く受けないから、実際には、プローブが
鉄筋に近づいた時の磁力の変化のみが出力され、増幅さ
れ、その差が更に増幅され、更にまた、ロックインアン
プによる位相同期検出法を用いることにより、所定の周
波数の信号のみが、高感度でメータに表わされることに
なる。

従って、本発明の作用としては、従来技術よりも倍以上
の深いところにある鉄筋を高精度で探査することが可能
となる。

［実施例］第１図は本発明に一つの実施例を示す回路図である。発
振器１により発振された高周波電圧は並列に接続構成さ
れ、対応する夫々の同一機能の部品要素が相互に同一定
格である２つの共振回路系に夫々入力されている。即
ち、その第１のパワーアンプ２を通じ、直列に、センサ
としての共振回路３と、更に直列にアンプ５が接続され
ている。その第２のパワーアンブ２′を通じ、直列に基
準回路としての共振回路４と、更に直列にアンプ５′が
接続されている。

また、これら２つの回路系を横に比較すれば、パワーア
ンプ２と２′、共振回路３と４、アンプ５と５′は、夫
々同一の定格のものを用いている次に、これら２つの共振回路系の出力は、夫々に同一の
差動増幅器６に入力され、その差が増幅された後、ロッ
クインアンプ７には、前記発振器１より直接に接続され
て、所定の高周波電圧が導ちびかれ入力されており、ロ
ックインアンプ７の出力は該所定の高周波の信号のみに
限定されて、メータ８に入力され、表示される。本発明
では、この高周波は10［KHz］ないし10［MHz］の高周波
を用いる。

また前記第１の共振回路系の共振回路３はコイル3Lとコ
ンデンサ3cによって構成され、このうち、コイル3Lは探
査プローブ内に設けられ、この探査プローブは、ハンデ
ィタイプに形成され、コンクリート表面を人間の手で、
或は簡単なレールに沿って移動しやすいように作られて
いる。

更にまた、前記第２の共振回路系の共振回路４はコイル
4Lとコンデンサ4cにより構成され、上記コイル3L以外の
要素部品と共に、探査器として、一つ又は少数の箱内に
まとめられている。

本発明実施例の特徴は、上記の各部同一定格並列共振回
路と全く異なる構成の他、更に特に異なるところは、ア
ンプにFETを用いてパワーアンプにしていることであ
る。これはパワーモスFETの代りにパワートランジスタ
を用いてもよく、高電力用増幅器を、この種の機器には
斯界最初に用いていることも相当に大きな特徴となって
いる。

かつまた、基準共振回路において、特に磁力を高める効
果の大きい壷形フェライト中にコイルを挿入しているこ
とも従来例にない相当の特徴である。

次に、上記本実施例の深鉄筋探査器の作用について、詳
細に説明る。先ず本実施例では、発振器１より発する高
周波電圧の周波数を100［KHz］としたが、これは、従来
の約５倍ないし２倍の周波数に当る。このような高周波
の大電力の使用を可能にしたのは増幅器に大電力用モス
FETを用いたことによる。

共振回路１つ分の作用、理論については、通常の場合と
同じであるが、従来と異なるところは、先ず、上記パワ
ーアンプを用いたことによる、従来にない高周波の使用
によって、従来程度を超える強い磁力線がプローブコイ
ル3Lより発生し、コンクリートの非常に深いところま
で、鉄筋の存在による磁力線の変化を検知する作用が得
られるようになったことである。これにより、感度も従
来より格段に上った。

第２図はその裏付けとまる本発明における本実施例の、
コンクリート中に埋設された鉄筋の探査可能深さについ
ての実験結果を示すものである。即ち第２図は、縦軸が
相対的出力（電圧）を示し、横軸はセンサからの距離、
換言すれば、検知可能となった鉄筋コンクリート中の深
さを示している。これによると約60［cm］の深さまでは
充分に検知し得るようになったので、従来可能であった
10ないし15［cm］に比較し実に、２倍以上の深さまで、
鉄筋の所在を確認しうることとなったのである。尚本実
施例の実験に用いられたコンクリート中の鉄筋径は20
［mm］であった。

第３図は、コンクリート中の鉄筋の所在を検知し得た後
における、コンクリート表面からの垂直最短の左右の位
置を発見するための実験結果である。プローブを左右に
動かした結果、最高出力の得られた点を０として、その
出力の変化を表わす。この０の位置に削岩機を当てて掘
れば、最小時間で鉄筋を探り当てることが可能となる。

次にまた、本発明実施例では、第１の共振系回路と第２
の共振系回路で、夫々が全く同一定格のものを用いてい
るので、温度の変化による測定誤差が全くないから、純
粋にコンクリート中の鉄筋の存在による磁束の変化が測
定される。従って、差動増幅器６で、その磁束変化の出
力が高精度で得られるので、メータ８にも高精度の結果
が表示され、従来に比し倍以上も、コンクリート中鉄筋
の探査可能深さが大となったのである。尚メータ８は表
示手段の一つであるが、アナログとデジタル方式をすべ
て含むものである。更に、第４図は本実施例の実験結果
に関し、出力（差動増幅器出口）と角周波数についての
本発明と第２の従来技術｛第６図（ｂ）で表示｝との比
較図である。

即ち従来状態では低周波、低電力使用のため図中ω_１、
ω_２という程度の低い位置で鉄筋を探査していたので、
低感度であり、その結果コンクリート中の鉄筋の探査可
能深さは比較的浅かったが、本発明では共振点そのもの
の角周波数の測定が可能となるので、より高精度に、深
い位置の鉄筋の探査が可能となった。

［本発明の効果］（１）本発明では、従来技術の回路は全く異なり、同
一定格の部品要素により構成された、２つの共振回路系
を配設し、一方をプローブに、他方を基準回路として、
鉄筋の存在による磁束の変化を測定するので、回路の特
性の差や温度の変化による誤差が全くないから、従来よ
りも高精度で、約３倍以上の深さまで、即ち、約60［c
m］位の深さまで、正確に探査することができる。

（２）本発明では、増幅器にこの種の探査器に従来用
いられたことのない電力用半導体素子を用いたパワーア
ンプを使用するので、高周波、大電力を用いることがで
きるようになり従って、高精度で共振角周波数を求める
ことが可能となり、その結果として、従来の約３倍以
上、コンクリートの深部まで、即ち、約60［cm］位の深
さまで、鉄筋を探査することができるようになった。

（３）本発明では、基準共振回路において、特に磁力
を高める効果の大きい壷形フェライト中にコイルを挿入
しているので、その場合は特に周囲からの磁気変化を受
けず、従って高精度に大なる深度まで、即ち、約60［c
m］位の深さまで、鉄筋を探査することが可能となっ
た。換言すれば、これは、従来技術の約３倍以上の高精
度を有する深鉄筋探査器が創出されたということであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る「Ｍ式深鉄筋探査器の回路を示す
ブロック図」，第２図は本発明のＭ式深鉄筋探査器の
「センサ先端とコンクリート内鉄筋との距離と出力の関
係を表わす表」，第３図は本発明のＭ式深鉄筋探査器の
「プローブの左右移動の位置と出力の関係を示す図」，
第４図は本発明のＭ式深鉄筋探査器に関して「出力（差
動増幅器出口）と角周波数についての本発明と第２の従
来技術の比較図」，第５図は「第１の従来技術の回路を
示すブロック図」，第６図（ａ）は「第２の従来技術の
回路を示すブロック図」，第６図（ｂ）は「第２の従来
技術における角周波数と出力の関係を示す図」である。１……発振器、2,2′……パワーアンプ、３……センサ
としての共振回路、４……基準回路としての共振回路、
3L,4L……コイル、3C,4C……コンデンサ、5,5′……ア
ンプ、６……差動増幅器、７……ロックインアンプ、８
……メータ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】既設コンクリートの深部の鉄筋の状態を検
出することを目的として、所定の高周波電圧を発生する
発振器と、前記発振器にパワーアンプを介し接続され探
査プローブとなるコイルと可変又は固定のコンデンサと
から構成されてその共振点に近い周波数の電圧を前記発
振器より入力しコンクリート内の鉄筋に近づけることに
より発生するインダクタンスの変化を電圧変化として出
力するセンサ用共振回路と、上記パワーアンプと同格で
かつ並列に接続された別のパワーアンプに直列で上記セ
ンサ用共振回路と並列に接続された別の共振回路を接続
し、上記センサと同一の周波数を有するようにコイル及
び可変又は固定のコンデンサとから構成された基準共振
回路と、上記両共振回路の各出力端に夫々アンプを介し
接続され、かつ、両共振回路の出力差を算出し増幅する
差動増幅器と、該差動増幅器の出力を受けると共に、一
方より、上記発振器からの所定の高周波出力を基準信号
として直接に入力し限定作動するロックインアンプによ
る位相同期検出手段及びその出力を表示する手段とを具
備することを特徴とするＭ式深鉄筋探査器。
【請求項２】前記所定の高周波の周波数が10［KHz］以
上10［MHz］以下である、請求項１に記載のＭ式深鉄筋
探査器。
【請求項３】前記発振器が水晶振動子を用いる発振器で
ある、請求項１又は２に記載のＭ式深鉄筋探査器。
【請求項４】前記パワーアンプが電力用の半導体素子で
ある、請求項１ないし３のいずれかに記載のＭ式深鉄筋
探査器。
【請求項５】前記センサ用共振回路ないしは基準共振回
路の一方又は両方が、コイルにコアを挿入した共振回路
である、請求項１ないし４のいずれかに記載のＭ式深鉄
筋探査器。
【請求項６】前記基準共振回路の壷形フェライト中にコ
イルを挿入した共振回路である、請求項１ないし５のい
ずれかに記載のＭ式深鉄筋探査器。