JP2010271121A

JP2010271121A - Sensor

Info

Publication number: JP2010271121A
Application number: JP2009122003A
Authority: JP
Inventors: Itaru Nishizaki; 到西崎; Sadahito Tomiyama; 禎仁冨山; Masatoshi Kubonai; 昌敏久保内; Takeshi Tsuda; 健津田; Tetsuya Sakai; 哲也酒井; Masahiro Goto; 誠裕後藤; Yuki Takizawa; 悠紀瀧澤
Original assignee: Public Works Research Institute
Current assignee: National Research and Development Agency Public Works Research Institute
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: JP5371100B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique of simply determining the internal environment state of a concrete structure or the like. <P>SOLUTION: In determining the internal environment of concrete or the like having an external injection type sensor 10a embedded therein, the aqueous solution in the pores of mortar is incorporated in a gel 50 through a cellophane membrane 60. If the aqueous solution in the pores of mortar is alkaline, the gel 50 shows a reddish purple color. When the coloration state of the gel 50 is detected, light is incorporated in an irradiating optical fiber 11 from a light source and emitted toward the gel 50 from the emitting surface 11a thereof. Then, the light transmitted through the gel 50 from the incident surface 12a of a detecting optical fiber 12 is incorporated in the detecting optical fiber 12 to be analyzed by a detector. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、センサに係り、例えば、指示薬を用いてセンサ周囲の化学的環境評価が可能なセンサに関する。 The present invention relates to a sensor, for example, a sensor capable of evaluating a chemical environment around a sensor using an indicator.

コンクリートの中性化は大気中の二酸化炭素等によりコンクリートのアルカリ性が失われる現象である。その結果、鉄筋に対する機能が低下することで、さびの発生による膨張が起こり、コンクリートにひび割れを生じるため、建物の強度が低下してしまう。現在、この中性化の進行を測定するためには、構造物の一部を採取して、フェノールフタレインによる簡易測定法、熱分析法、Ｘ線回折法等の化学的方法が一般に用いられている。しかし、これらの方法は構造物を傷つけてしまうため望ましくない。そのため、非破壊でコンクリートの中性化を予測及び検知する手法の確立が求められている。コンクリートの中性化の進行を予測する研究は古くからなされており、中性化の進行を予測するための数学的手法が数多く提案されているが、その予測を実構造物へ適用するにはまだ課題がある。したがって、現実には、コンクリートの中性化を実際に測定する必要がある。 The neutralization of concrete is a phenomenon in which the alkalinity of concrete is lost due to carbon dioxide in the atmosphere. As a result, since the function with respect to the reinforcing bars is reduced, the expansion due to the occurrence of rust occurs and the concrete is cracked, so that the strength of the building is reduced. Currently, in order to measure the progress of neutralization, a chemical method such as a simple measurement method using phenolphthalein, a thermal analysis method, an X-ray diffraction method is generally used by collecting a part of the structure. ing. However, these methods are undesirable because they damage the structure. Therefore, establishment of a method for predicting and detecting the neutralization of concrete in a non-destructive manner is required. Research to predict the progress of neutralization of concrete has been made for a long time, and many mathematical methods for predicting the progress of neutralization have been proposed, but in order to apply the prediction to actual structures There are still challenges. Therefore, in reality, it is necessary to actually measure the neutralization of concrete.

例えば、コンクリートの中性化を非破壊でモニタリングできるシステムの確立を目的として、ｐＨ指示薬を添加した親水ゲルと光ファイバを組み合わせたセンサの原理を考案し、コンクリート内部の中性化を非破壊でモニタリングする技術が提案されている（非特許文献１参照）。この技術では、ｐＨ指示薬を含ませた状態のゲルをセンサに設置し、コンクリート構造物に埋設する構成となっている。このような構成とすることで、ゲルが呈した色を光ファイバで検知することができ、コンクリート構造物内部のような環境であっても、センサの周囲のｐＨ変化を把握することができる。 For example, for the purpose of establishing a system that can monitor the neutralization of concrete in a non-destructive manner, the principle of a sensor that combines a hydrophilic gel with an added pH indicator and an optical fiber has been devised. A technique for monitoring has been proposed (see Non-Patent Document 1). In this technique, a gel containing a pH indicator is installed in a sensor and embedded in a concrete structure. By setting it as such a structure, the color which the gel exhibited can be detected with an optical fiber, and even if it is an environment like the inside of a concrete structure, the pH change around a sensor can be grasped | ascertained.

また、ゾル・ゲル物質と光ファイバを組み合わせた環境センサが提案されている（特許文献１参照）。この技術では、所定の基板に溝を形成し、これらの溝に化学指示薬を含むゾル・ゲル物質を充填し、硬化させて基板に接着させる。そして、その溝は、光ファイバ・ケーブルのゾル・ゲル・センサ素子への光学的結合を容易とするように形成される。このとき、光は光ファイバ・ケーブルからゾル・ゲル・センサ素子に結合されるようになっている。 In addition, an environmental sensor in which a sol / gel substance and an optical fiber are combined has been proposed (see Patent Document 1). In this technique, grooves are formed in a predetermined substrate, and a sol-gel substance containing a chemical indicator is filled in these grooves, and then cured and adhered to the substrate. The groove is formed to facilitate optical coupling of the optical fiber cable to the sol-gel sensor element. At this time, light is coupled from the optical fiber cable to the sol-gel sensor element.

特開２００８−５０１７６号公報JP 2008-50176 A

瀧澤、外３名、「コンクリート中性化検出用ｐＨセンサの検討」、「コンクリート構造物の補修、補強、アップグレード論文報告集第7巻」、社団法人日本材料学会、p.391-396Serizawa, 3 others, “Examination of pH sensor for detecting neutralization of concrete”, “Reports on papers for repair, reinforcement and upgrade of concrete structures, Volume 7”, Japan Society for Materials Science, p.391-396

ところで、非特許文献１に開示の技術にあっては、モルタル中へ埋設した後にゲルの乾燥や指示薬の溶出等をある程度は低減することができるが、コンクリート中のセンシングを長期にわたり所望の性能を維持して行うことについて改良の余地があり、別の技術を導入することが求められていた。また、特許文献１に開示の技術にあっても、長期にわたりセンシングを行うこと、さらに、コンクリートのような構造物に埋設されることは考慮されておらず、そのまま適用することが難しいという課題があった。 By the way, in the technique disclosed in Non-Patent Document 1, it is possible to reduce the drying of the gel and the elution of the indicator to some extent after being embedded in the mortar. There was room for improvement in maintaining it, and it was required to introduce another technology. Moreover, even in the technique disclosed in Patent Document 1, sensing over a long period of time and further embedding in a structure such as concrete are not considered, and there is a problem that it is difficult to apply as it is. there were.

本発明は、このような状況に鑑みなされたものであって、上記の課題を解決することを目的とする。 This invention is made | formed in view of such a condition, Comprising: It aims at solving said subject.

本発明のある態様は、所定の物体内部の環境状態を測定するセンサに関する。このセンサは、試薬と液体とを収容可能な収容手段と、前記試薬からの光を受光する受光手段と、前記収容手段に液体を供給する供給手段と、を備え、前記収容手段と前記受光手段と前記供給手段は、一体に備わって構成されている。
また、当該センサは、所定の物体としてコンクリート構造物に埋設され、前記コンクリート構造物の内部環境の状態を測定してもよい。
また、前記収容手段と前記受光手段と前記供給手段とを一体に備えるプラスチック製の駆体を備え、前記収容手段は、前記駆体の一部に形成されたスリット及び前記スリットに配置され前記試薬を含有可能なゲル状体であってもよい。
また、前記収容手段の外部を覆い、かつ所定の物質を透過する特性を有する外覆手段を備えてもよい。
また、前記受光手段は、光ファイバであり、一方の端部で前記試薬からの光を受光し他方の端部へ出力してもよい。
また、前記収容手段に配置された前記試薬に対して光を照射する照射手段を備え、当該照射手段は、前記収容手段、前記受光手段、及び前記供給手段と一体に構成されてもよい。
また、前記照射手段は、光ファイバであり、一方の端部から光を取得し、他方の端部からその取得した光を前記収容手段に配置された前記試薬に対して照射してもよい。
また、前記受光手段は、光ファイバであり、一方の端部で前記試薬からの光を受光し他方の端部へ出力し、前記照射手段は、光ファイバであり、一方の端部から光を取得し、他方の端部からその取得した光を前記収容手段に配置された前記試薬に対して照射し、前記照射手段を構成する光ファイバの光の照射面と、前記受光手段を構成する前記光ファイバの光の受光面とは、略対向に配置されてもよい。
また、前記受光手段は、光ファイバであり、一方の端部で前記試薬からの光を受光し他方の端部へ出力し、前記照射手段は、光ファイバであり、一方の端部から光を取得し、他方の端部からその取得した光を前記収容手段に配置された前記試薬に対して照射し、前記照射手段を構成する光ファイバの光の照射面と、前記受光手段を構成する前記光ファイバの光の受光面とは、略隣接して同方向を向いて配置されてもよい。
また、前記収容手段の物質を外部に排出可能な排出手段を有してもよい。
また、前記排出手段は、前記収容手段に収容される物資を外部から供給可能であってもよい。
また、前記試薬は、酸性、アルカリ性、塩化物イオンまたは硫酸イオンの化学物質に反応して呈色してもよい。
また、前記試薬は、ｐＨ指示薬であり、前記供給手段によって供給される液体は、ｐＨ指示薬を含有する溶液であってもよい。 An embodiment of the present invention relates to a sensor that measures an environmental state inside a predetermined object. The sensor includes a storage unit that can store a reagent and a liquid, a light receiving unit that receives light from the reagent, and a supply unit that supplies a liquid to the storage unit. The storage unit and the light receiving unit And the supply means are provided integrally.
Further, the sensor may be embedded in a concrete structure as a predetermined object and measure the state of the internal environment of the concrete structure.
Also, a plastic body including the housing unit, the light receiving unit, and the supply unit is provided, and the housing unit is disposed in the slit formed in a part of the body and the reagent. It may be a gel-like body that can contain.
Moreover, you may provide the outer covering means which has the characteristic which covers the exterior of the said accommodating means, and permeate | transmits a predetermined substance.
The light receiving means may be an optical fiber, and may receive light from the reagent at one end and output it to the other end.
Moreover, the irradiation means which irradiates light with respect to the said reagent arrange | positioned at the said accommodating means may be provided, and the said irradiation means may be comprised integrally with the said accommodating means, the said light-receiving means, and the said supply means.
The irradiating means may be an optical fiber, and may acquire light from one end and irradiate the acquired light from the other end to the reagent arranged in the accommodating means.
Further, the light receiving means is an optical fiber, and receives light from the reagent at one end and outputs it to the other end, and the irradiation means is an optical fiber and receives light from the one end. The obtained light is irradiated from the other end to the reagent arranged in the housing means, the light irradiation surface of the optical fiber constituting the irradiation means, and the light receiving means The light receiving surface of the optical fiber may be disposed substantially opposite.
Further, the light receiving means is an optical fiber, and receives light from the reagent at one end and outputs it to the other end, and the irradiation means is an optical fiber and receives light from the one end. The obtained light is irradiated from the other end to the reagent arranged in the housing means, the light irradiation surface of the optical fiber constituting the irradiation means, and the light receiving means The light receiving surface of the optical fiber may be disposed substantially adjacent and facing the same direction.
Moreover, you may have the discharge | emission means which can discharge | emit the substance of the said storage means outside.
Further, the discharging means may be able to supply the material accommodated in the accommodating means from the outside.
The reagent may be colored by reacting with a chemical substance of acidic, alkaline, chloride ion or sulfate ion.
The reagent may be a pH indicator, and the liquid supplied by the supply unit may be a solution containing a pH indicator.

本発明によれば、構造物等の物体内部の環境状態を簡易的に把握することができる。 According to the present invention, it is possible to easily grasp the environmental state inside an object such as a structure.

前提技術における、センサの適用例を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the example of application of the sensor in a base technology. 前提技術における、センサの概略構成を示した図である。It is the figure which showed schematic structure of the sensor in a base technology. 前提技術における、センサをモルタル片に埋設し塩酸に浸せきしたときの、透過光の可視スペクトル変化を示した図である。It is the figure which showed the visible spectrum change of the transmitted light when a sensor was embedded in the mortar piece and immersed in hydrochloric acid in a base technology. 前提技術における、センサをモルタル片に埋設し塩酸に浸せきしたときの、モルタル片内部の状態を示した図である。It is the figure which showed the state inside a mortar piece when a sensor was embed | buried in a mortar piece and immersed in hydrochloric acid in a premise technique. 本発明の第１の実施形態に係る、センサに利用されるセロハン膜の特性に関して検証した結果を示した図である。It is the figure which showed the result verified about the characteristic of the cellophane film | membrane utilized for the sensor based on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る、外部注入型センサを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the external injection type sensor based on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る、外部注入型センサにおけるモルタルへ埋設した後のスペクトル変化を示した図である。It is the figure which showed the spectrum change after embedding in the mortar in the external injection type sensor based on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る、外部注入型センサにおける埋設期間中の５５０ｎｍの透過率の経時変化を示した図である。It is the figure which showed the time-dependent change of the transmittance | permeability of 550 nm in the embedding period in the external injection type sensor based on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施形態に係る、注入用チューブ１３からフェノールフタレイン溶液を注入した後のスペクトル変化を示した図である。It is the figure which showed the spectrum change after inject | pouring a phenolphthalein solution from the injection tube 13 based on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係る、自己補給型センサを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the self-replenishment type sensor based on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係る、自己補給型センサをモルタルへ埋設した後のスペクトル変化を示した図である。It is the figure which showed the spectrum change after embedding the self-replenishment type sensor based on the 2nd Embodiment of this invention in mortar. 本発明の第２の実施形態に係る、自己補給型センサにおける埋設期間中の５５０ｎｍの透過率の経時変化を示した図である。It is the figure which showed the time-dependent change of the transmittance | permeability of 550 nm during the embedding period in the self-replenishment type sensor based on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の変形例に係る、自己補給型センサを模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the self-replenishment type sensor based on the modification of this invention.

つぎに、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。以下では、まず、前提技術として、コンクリート内部のｐＨ状態の検知手法について説明し、つづいて、具体的な技術について説明する。 Next, modes for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “embodiments”) will be specifically described with reference to the drawings. Below, the detection method of the pH state inside concrete is first demonstrated as a premise technique, and a specific technique is demonstrated continuously.

＜前提技術＞
図１は、前提技術におけるセンサ１００の適用例を模式的に示した図であり、後述する第１及び第２の実施形態でも同様である。コンクリート内ではセメントの水和に伴い、水酸化カルシウムが生成し、遊離した水酸化カルシウムがコンクリート中の空隙の水溶液に溶解する。このために、空隙中の水溶液は水酸化カルシウムの飽和水溶液となっている。そこで、ｐＨ指示薬を含有した高分子ゲル（以下、単に「ゲル」という）を備えるセンサ１００を、コンクリート内に埋設する。そして、空隙中の水溶液が溶解しているイオンとともにセンサのゲル内へ浸入し、ゲル内に保持されているｐＨ指示薬が反応して呈色する。つまり周囲のｐＨに応じてゲルの色が変化する。このｐＨによる色変化を、光ファイバ１１０を介して分光光度計（検出器）を用いて測定する。 <Prerequisite technology>
FIG. 1 is a diagram schematically showing an application example of the sensor 100 in the base technology, and the same applies to first and second embodiments described later. In the concrete, as the cement hydrates, calcium hydroxide is generated, and the liberated calcium hydroxide is dissolved in the aqueous solution of voids in the concrete. For this reason, the aqueous solution in the space is a saturated aqueous solution of calcium hydroxide. Therefore, a sensor 100 including a polymer gel containing a pH indicator (hereinafter simply referred to as “gel”) is embedded in the concrete. Then, the aqueous solution in the void enters the sensor gel together with the dissolved ions, and the pH indicator retained in the gel reacts and colors. That is, the color of the gel changes according to the surrounding pH. The color change due to pH is measured using a spectrophotometer (detector) through the optical fiber 110.

ここで、ゲルには、ポリビニルアセトアミドを用いた。ｐＨ指示薬には、フェノールフタレインを用いた。また、フェノールフタレインは呈色域がｐＨ７．８（無色）−１０．０、（赤紫色）であり、発色も鮮やかで差が分かりやすいことから中性化の判定に適している。なお、ｐＨ指示薬としてフェノールフタレインに限る趣旨ではなく、例えば、ＢＴＢ（ブロモチモールブルー）、ＢＰＢ（ブロモフェノールブルー）、チモールフタレイン等を用いることができる。さらに、コンクリート内の状態を検出するために、ｐＨ指示薬以外に、例えばフルオレセイン、硝酸銀、塩化コバルト等の試薬を用いることもできる。それらの試薬は、複数を組み合わせて使用されてもよい。さらにまた、塩化物イオンまたは硫酸イオン等の化学物質に呈色する試薬が用いられてもよい。塩化物イオンや硫酸イオン等の化学物質は、コンクリートの劣化や鉄筋腐食に大きく影響するので、それら物質を検知することで、コンクリートの劣化等の検知することが可能である。 Here, polyvinyl acetamide was used for the gel. Phenolphthalein was used as the pH indicator. Phenolphthalein has a color gamut of pH 7.8 (colorless) -10.0, (reddish purple), and the color development is vivid and easy to understand the difference, so it is suitable for determining neutralization. The pH indicator is not limited to phenolphthalein, and for example, BTB (bromothymol blue), BPB (bromophenol blue), thymolphthalein and the like can be used. Furthermore, in order to detect the state in concrete, reagents, such as a fluorescein, silver nitrate, cobalt chloride, can also be used besides pH indicator. These reagents may be used in combination. Furthermore, a reagent that colors a chemical substance such as chloride ion or sulfate ion may be used. Since chemical substances such as chloride ions and sulfate ions have a great influence on concrete deterioration and rebar corrosion, it is possible to detect concrete deterioration and the like by detecting these substances.

１％フェノールフタレインのエタノール溶液３０ｍｌに、乾燥している顆粒状ゲルを０．３ｇ加え、スターラーで撹拌しながら１０時間膨潤させる。膨潤したゲルを未中性化コンクリートの環境に相当するｐＨ１２．６の水酸化ナトリウム水溶液に浸せきすると、約５分でゲルの中心まで赤く呈色した。その後、これを水に浸せきすると約２時間で退色した。この結果から、上記ゲルは周囲のｐＨ変化に応じて可逆的に呈色し、コンクリート内部の中性化の検知が可能である。したがって、光ファイバの末端を、それぞれ可視光源および可視分光器に接続し、ゲルを透過した透過光の可視スペクトルをモニタリングすることで、センサの周囲のｐＨ変化を簡易的に把握することができる。 0.3 g of dried granular gel is added to 30 ml of ethanol solution of 1% phenolphthalein and swollen for 10 hours while stirring with a stirrer. When the swollen gel was immersed in an aqueous solution of sodium hydroxide having a pH of 12.6 corresponding to the environment of the non-neutralized concrete, it turned red to the center of the gel in about 5 minutes. Then, when it was immersed in water, it faded in about 2 hours. From this result, the gel is reversibly colored according to the surrounding pH change, and neutralization inside the concrete can be detected. Therefore, by connecting the end of the optical fiber to a visible light source and a visible spectrometer, respectively, and monitoring the visible spectrum of the transmitted light that has passed through the gel, it is possible to easily grasp the pH change around the sensor.

図２にｐＨセンサ（センサ１００）の概略構成を示し、具体的には、センサ１００の製造手順を簡単に示している。図２（ａ）に示すように、所定長（具体的には８０ｃｍ）の光ファイバ１１０を用意し、中央部６ｃｍをビニルエステル樹脂（プラスチック）製の駆体１２０で埋包する。光ファイバ１１０には、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）製ステップインデックス型マルチモード光ファイバであり、コア径／クラッド径は０．９８／１．０（ｍｍ）のものを用いた。そして、図２（ｂ）に示すように、高速精密切断機を用いて幅約１ｍｍのスリット１３０が形成される。その後、図２（ｃ）に示すように、スリット１３０にゲル１５０が配置され、セロハン膜（図示せず）でゲル１５０が固定される。さらに、光ファイバ１１０の両端には、コネクタが取り付けられ、そのコネクタに赤外可視分光光度計（Ocean Optics社製USB2000）がつなげられ、可視光領域の透過光によりゲル１５０の色変化が検出される。 FIG. 2 shows a schematic configuration of the pH sensor (sensor 100). Specifically, a manufacturing procedure of the sensor 100 is simply shown. As shown in FIG. 2A, an optical fiber 110 having a predetermined length (specifically, 80 cm) is prepared, and a central portion 6 cm is embedded with a vinyl ester resin (plastic) body 120. The optical fiber 110 is a PMMA (polymethyl methacrylate resin) step index type multimode optical fiber having a core diameter / cladding diameter of 0.98 / 1.0 (mm). Then, as shown in FIG. 2B, a slit 130 having a width of about 1 mm is formed using a high-speed precision cutting machine. Then, as shown in FIG.2 (c), the gel 150 is arrange | positioned to the slit 130, and the gel 150 is fixed with a cellophane film | membrane (not shown). Furthermore, a connector is attached to both ends of the optical fiber 110, and an infrared visible spectrophotometer (USB2000 manufactured by Ocean Optics) is connected to the connector, and the color change of the gel 150 is detected by the transmitted light in the visible light region. The

図３に、このセンサ１００をモルタル片（１００×１００×２０ｍｍ）に埋設し５０℃、１０％の塩酸に浸せきして加速実験を行ったときの、センサ１００のゲル１５０を透過した透過光の可視スペクトル変化を示す。浸せき開始直後では、５６０ｎｍ付近に比較的大きな吸収ピークが認められることから、センサ１００のゲル１５０は赤紫色に呈色していることが分かる。これは、モルタル（セメント）内部の細孔水がもともとｐＨ１２〜１３程度になっているためである。この吸収ピークは、浸せき後およそ３２時間から徐々に小さくなり、３８時間後でほぼ消滅した。３８時間経過後のモルタル片を割裂し断面を観察したところ、図４に示すように、モルタル表面から浸入した塩酸がセンサ１００の埋設深さまで到達していることが分かった。すなわち、浸入してきた塩酸によりセンサ１００の周辺の細孔水が中和され、センサ１００のゲルが赤紫色から無色透明へと変化したものと考えられる。この結果により、このセンサ１００は劣化因子の浸入に伴うコンクリート細孔水のｐＨ変化の検知に適用できることが確認できた。 In FIG. 3, when this sensor 100 is embedded in a mortar piece (100 × 100 × 20 mm) and immersed in hydrochloric acid at 50 ° C. and 10% for an acceleration experiment, the transmitted light transmitted through the gel 150 of the sensor 100 is shown. Shows visible spectrum change. Immediately after the start of immersion, a relatively large absorption peak is observed in the vicinity of 560 nm, which indicates that the gel 150 of the sensor 100 is colored reddish purple. This is because the pore water in the mortar (cement) is originally about pH 12-13. This absorption peak gradually decreased from about 32 hours after immersion, and almost disappeared after 38 hours. When the mortar piece after 38 hours was split and the cross section was observed, it was found that hydrochloric acid infiltrated from the surface of the mortar reached the embedded depth of the sensor 100 as shown in FIG. That is, it is considered that the pore water around the sensor 100 was neutralized by the entering hydrochloric acid, and the gel of the sensor 100 was changed from reddish purple to colorless and transparent. From this result, it was confirmed that this sensor 100 can be applied to the detection of the pH change of the concrete pore water accompanying the penetration of the deterioration factor.

つぎに、セロハン膜を介してモルタル上のフェノールフタレイン溶液が呈色するかを確認するために以下の実験を行った。モルタルを６０ｍｍ×９０ｍｍの型に厚さ８ｍｍ程度打設しセロハン膜をモルタルの上に敷き０．０１ｇ／ｍｌ−ＥｔＯＨフェノールフタレイン溶液を水深２ｍｍ程度になるように注いだ。打設直後にセロハン膜を敷いたモルタルとその後１００時間養生させたモルタルにそれぞれフェノールフタレイン溶液を注いだ様子を確認した。打設直後のモルタルは非常に水分に富み、フェノールフタレイン溶液はすぐに呈色し、時間とともに赤紫色は濃くなった。一方１００時間養生させたモルタルのフェノールフタレイン溶液は、ゆっくりと色が変わり、その呈色も弱かった。また、セロハン膜のごく近傍は呈色しているが、フェノールフタレイン溶液全体は薄く色づく程度であった。打設直後、１００時間養生後ともに、フェノールフタレイン溶液を注入後１時間経過した以降は外観に目立った変化は見られなかった。 Next, in order to confirm whether the phenolphthalein solution on the mortar is colored through the cellophane film, the following experiment was performed. The mortar was cast in a 60 mm × 90 mm mold with a thickness of about 8 mm, a cellophane film was spread on the mortar, and a 0.01 g / ml-EtOH phenolphthalein solution was poured to a depth of about 2 mm. It was confirmed that the phenolphthalein solution was poured into a mortar covered with a cellophane film immediately after placement and a mortar cured for 100 hours. The mortar immediately after placement was very rich in water, the phenolphthalein solution quickly colored, and the magenta color became darker with time. On the other hand, the phenolphthalein solution of mortar cured for 100 hours slowly changed color and its coloration was weak. Moreover, although the vicinity of the cellophane film is colored, the entire phenolphthalein solution is only slightly colored. Immediately after the placement, after 100 hours of curing, no significant change in appearance was observed after 1 hour after the injection of the phenolphthalein solution.

つぎに、上述のフェノールフタレイン溶液にゲルを入れないスリット付光ファイバセンサを浸せきし、このときのスペクトル変化の測定を行った。センサをフェノールフタレイン溶液に浸せきする前の透過光を基準値とした。 Next, the optical fiber sensor with a slit which does not put gel in the above-mentioned phenolphthalein solution was immersed, and the change in spectrum at this time was measured. The transmitted light before immersing the sensor in a phenolphthalein solution was used as a reference value.

打設直後のモルタルを用いた結果を図５に示す。フェノールフタレイン溶液を加えて５分後には５５０ｎｍに吸収が見られ、１時間後には５５０ｎｍの透過率が０になっている。打設直後のモルタルを用いた場合には応答時間が早く、フェノールフタレインもはっきり呈色しているということが分かる。 The result using the mortar immediately after placing is shown in FIG. 5 minutes after adding the phenolphthalein solution, absorption was observed at 550 nm, and after 1 hour, the transmittance at 550 nm was zero. It can be seen that when the mortar immediately after placement is used, the response time is fast and the phenolphthalein is also clearly colored.

打設１００時間後のモルタルを用いた結果を検証したところ、前述のように呈色はセロハン膜のごく近傍のフェノールフタレインからゆっくりと発生しており、時間の経過とともに呈色がセロハン近傍からフェノールフタレイン全体に広がっていた。このため透過光スペクトルの５５０ｎｍにはっきりとした吸収が見られるまで２時間ほどかかった。さらに、３時間後にはさらに吸収が大きくなっている。フェノールフタレイン溶液を注いだモルタルには乾燥防止のためラップで蓋をしていたが２時間、３時間経過する間にフェノールフタレイン溶液の溶媒であるエタノールの蒸発及びモルタルへの吸収が起こり、フェノールフタレイン濃度が増したことも発色が強くなった要因であると考えられる。 As a result of verifying the results using mortar after 100 hours of placement, as described above, coloration was slowly generated from phenolphthalein in the vicinity of the cellophane film, and as time passed, coloration began from the vicinity of cellophane. It spread throughout the phenolphthalein. Therefore, it took about 2 hours until clear absorption was observed at 550 nm in the transmitted light spectrum. Furthermore, the absorption is further increased after 3 hours. The mortar poured with the phenolphthalein solution was covered with a wrap to prevent drying, but the ethanol of the phenolphthalein solution evaporated and absorbed into the mortar over the course of 2 hours and 3 hours. The increase in the concentration of phenolphthalein is also considered to be a cause of the strong color development.

以上の結果よりセロハン膜を介してモルタル上のフェノールフタレイン溶液が呈色することが確認された。したがってスリット付光ファイバセンサのスリット部にフェノールフタレイン溶液を供給すれば、セロハン膜を介しモルタルのアルカリ性により呈色し、それを透過光として測定が可能であると考えられる。 From the above results, it was confirmed that the phenolphthalein solution on the mortar was colored through the cellophane film. Therefore, if a phenolphthalein solution is supplied to the slit portion of the optical fiber sensor with slit, it is considered that the mortar is colored through the cellophane film and can be measured as transmitted light.

そこで上記の前提技術をもとに長期間の使用を実現する技術を導入して、センサの改良を行った。以下に、第１の実施形態として外部からフェノールフタレインを注入する外部注入型センサ、第２の実施形態として自らスリット部に水分を補給する自己補給型センサについて説明する。
＜第１の実施形態＞ Therefore, based on the above prerequisite technology, we introduced a technology that realizes long-term use and improved the sensor. Hereinafter, an external injection type sensor that injects phenolphthalein from the outside as a first embodiment, and a self-supply type sensor that replenishes moisture to the slit part as a second embodiment will be described.
<First Embodiment>

図６は、本実施形態に係る外部注入型センサ１０ａを模式的に示した図であり、図６（ａ）は、ゲル５０がスリット３０に配置された状態の外部注入型センサ１０ａで、図６（ｂ）は、ゲル５０及びセロハン膜６０を除いた状態の外部注入型センサ１０ａを示している。図示のように、外部注入型センサ１０ａは、スリット３０が形成されたビニルエステル樹脂製の駆体２０と、スリット３０に配置されるゲル５０に光を照射する照射用光ファイバ１１と、ゲル５０の色を取得するための検出用光ファイバ１２と、ゲル５０に必要に応じてフェノールフタレイン溶液を注入する注入用チューブ１３と、余剰のフェノールフタレイン溶液あるいは内部のエアを排出するための排出用チューブ１４とを備えている。 FIG. 6 is a view schematically showing the external injection type sensor 10a according to the present embodiment. FIG. 6 (a) is an external injection type sensor 10a in which the gel 50 is disposed in the slit 30, and FIG. 6 (b) shows the external injection type sensor 10a in a state where the gel 50 and the cellophane film 60 are removed. As shown in the figure, the external injection type sensor 10a includes a vinyl ester resin precursor 20 in which slits 30 are formed, an irradiation optical fiber 11 that irradiates light onto a gel 50 disposed in the slits 30, and a gel 50. Detection optical fiber 12 for obtaining the color of the liquid, an injection tube 13 for injecting the phenolphthalein solution into the gel 50 as needed, and a discharge for discharging excess phenolphthalein solution or internal air. Tube 14.

そして、外部注入型センサ１０ａが埋設されているコンクリート（モルタル）等の内部環境が、つまりモルタル細孔内の水溶液がセロハン膜６０を介してゲル５０に取り込まれる。モルタル細孔内の水溶液がアルカリ性であれば、ゲル５０は赤紫色に呈色する。ゲル５０の呈色状態を検出する際には、光源から照射用光ファイバ１１に光を取り込み、出射面１１ａからゲル５０へ向けて光が出力される。そして、検出用光ファイバ１２の入射面１２ａからゲル５０を透過した光が検出用光ファイバ１２に取り込まれ、検出器により分析される。 Then, the internal environment such as concrete (mortar) in which the external injection type sensor 10 a is embedded, that is, the aqueous solution in the mortar pores is taken into the gel 50 through the cellophane film 60. If the aqueous solution in the mortar pores is alkaline, the gel 50 is colored purple. When the color state of the gel 50 is detected, light is taken into the irradiation optical fiber 11 from the light source, and light is output from the emission surface 11 a toward the gel 50. And the light which permeate | transmitted the gel 50 from the entrance plane 12a of the optical fiber 12 for a detection is taken in into the optical fiber 12 for a detection, and is analyzed with a detector.

そして、フェノールフタレイン溶液のコンクリートへの流出によって、ゲル５０が乾燥していると想定される場合には、注入用チューブ１３を介して、ゲル５０へフェノールフタレイン溶液が補充される。また、補充の際に余剰となったフェノールフタレイン溶液は、排出用チューブ１４から外部へ排出される。このように、注入用チューブ１３と排出用チューブ１４との両方を備えることで、余剰溶液の排出のみでなく、スリット３０内（ゲル５０）を適正な状態に保つための物質の入れ替えやメンテナンスを効果的に行うことができる。具体的には、ゲル５０、つまり、照射用光ファイバ１１によって供給された光が波長吸収を行う部分に気泡が入ることでセンシング能力が低下することが想定される。そのような場合、排出用チューブ１４をいわゆるエアヌキ手段として機能させることができる。また、例えば、スリット３０内の洗浄や、場合によってはゲル５０の再充てんを行うこともできる。 When the gel 50 is assumed to be dry due to the outflow of the phenolphthalein solution to the concrete, the gel 50 is replenished with the phenolphthalein solution via the injection tube 13. Further, the excess phenolphthalein solution at the time of replenishment is discharged from the discharge tube 14 to the outside. Thus, by providing both the injection tube 13 and the discharge tube 14, not only the discharge of the surplus solution, but also the replacement and maintenance of substances for keeping the inside of the slit 30 (gel 50) in an appropriate state. Can be done effectively. Specifically, it is assumed that the sensing ability is deteriorated by bubbles entering the gel 50, that is, the portion where the light supplied by the irradiation optical fiber 11 absorbs the wavelength. In such a case, the discharge tube 14 can function as a so-called air nuisance means. In addition, for example, the inside of the slit 30 can be cleaned or the gel 50 can be refilled in some cases.

外部注入型センサ１０ａの作製方法及び使用材料は図２で示したものと同様である。具体的には、内径／外径が１．０／２．０（ｍｍ）のプラスチックの光ファイバを所望の長さ用意し、また、ポリエチレンチューブを所望の長さだけ用意する。この二つの中心６ｃｍをビニルエステル樹脂製の駆体２０で埋包し、その後高速切断機を用いて幅約２ｍｍのスリット３０を形成する。スリット３０の形成に伴い、光ファイバ及びポリエチレンチューブも切断される。これによって、光ファイバは、照射用光ファイバ１１と検出用光ファイバ１２とに分割される。同様に、ポリエチレンチューブは、注入用チューブ１３と排出用チューブ１４に分割される。なお、スリット３０の幅は、スリット３０に配置されるゲル５０の大きさ及び透過光の検出特性等を考慮して設定される。 The manufacturing method and materials used for the external injection type sensor 10a are the same as those shown in FIG. Specifically, a plastic optical fiber having an inner diameter / outer diameter of 1.0 / 2.0 (mm) is prepared in a desired length, and a polyethylene tube is prepared in a desired length. These two centers 6 cm are embedded in a vinyl ester resin precursor 20 and then a slit 30 having a width of about 2 mm is formed using a high-speed cutter. As the slit 30 is formed, the optical fiber and the polyethylene tube are also cut. Thus, the optical fiber is divided into the irradiation optical fiber 11 and the detection optical fiber 12. Similarly, the polyethylene tube is divided into an injection tube 13 and a discharge tube 14. The width of the slit 30 is set in consideration of the size of the gel 50 arranged in the slit 30, the detection characteristics of transmitted light, and the like.

その後、照射用光ファイバ１１及び検出用光ファイバ１２の駆体２０から延出している各端部において、ポリエチレンジャケットを１．５ｃｍ程度剥がし、分光器用のコネクタ（図示せず）を取り付け、端面はホットプレート処理が施される。作製した外部注入型センサ１０ａのスリット３０には、スリット３０を覆うようにセロハン膜６０が取り付けられる。 Thereafter, at each end of the irradiation optical fiber 11 and the detection optical fiber 12 extending from the body 20, the polyethylene jacket is peeled off by about 1.5 cm, a spectroscope connector (not shown) is attached, and the end faces are Hot plate processing is performed. A cellophane film 60 is attached to the slit 30 of the manufactured external injection type sensor 10 a so as to cover the slit 30.

この外部注入型センサ１０ａを１００ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍのモルタルに埋設し、打設１００時間後に０．０１ｇ／ｍｌ−ＥｔＯＨフェノールフタレイン溶液を注入しスペクトル変化を測定した結果を以下に説明する。 The external injection type sensor 10a is embedded in a mortar of 100 mm × 100 mm × 20 mm, a 0.01 g / ml-EtOH phenolphthalein solution is injected 100 hours after the implantation, and the result of measuring the spectral change will be described below.

モルタルへ埋設した後３６２時間後までのスペクトル変化を図７に示す。また、埋設期間中の５５０ｎｍにおける透過率の経時変化を図８に示す。埋設１時間後からゲル５０の呈色により５５０ｎｍの透過率が低下し始め、やがて０となった。その後ゲル５０が十分乾燥するまで時間をおいた。３６２時間後のスペクトルをみると５５０ｎｍの吸収が見られなくなったことから、この時点でゲル５０は乾燥して光路から外れたものと考えられる。 FIG. 7 shows the change in spectrum from embedment in mortar to 362 hours later. In addition, FIG. 8 shows a change with time in transmittance at 550 nm during the burying period. 1 hour after embedding, the transmittance of 550 nm began to decrease due to the coloration of the gel 50, and eventually became zero. Thereafter, time was allowed until the gel 50 was sufficiently dried. When the spectrum after 362 hours is observed, the absorption at 550 nm is not observed, so it is considered that the gel 50 dries out of the optical path at this point.

そこで、注入用チューブ１３の片側から０．０１ｇ／ｍｌ−ＥｔＯＨフェノールフタレイン溶液を排出用チューブ１４からフェノールフタレイン溶液が出てくるまでシリンダで注入した。注入後のスペクトル変化を図９に示し、図８における４００時間付近の変化を示している。ここでは、フェノールフタレイン溶液を注入した時間を０分とした。フェノールフタレイン溶液を注入するとすぐに５５０ｎｍ近傍の透過率が低下し３０分後には０になった。 Therefore, 0.01 g / ml-EtOH phenolphthalein solution was injected from one side of the injection tube 13 with a cylinder until the phenolphthalein solution came out from the discharge tube 14. The spectrum change after the injection is shown in FIG. 9, and the change around 400 hours in FIG. 8 is shown. Here, the time when the phenolphthalein solution was injected was set to 0 minutes. As soon as the phenolphthalein solution was injected, the transmittance near 550 nm decreased and became zero after 30 minutes.

これはスリット３０内のゲル５０が膨潤し、再び光路上に乗ったためと思われる。その後も外部注入型センサ１０ａの埋設を継続し、スペクトル変化の検出を続けると、図８に示すように透過率が低下してから１１８時間後（埋設５２７時間後）に再び透過率が上昇した。そして、フェノールフタレイン溶液を注入してから２時間程度で０まで低下した。その後５７４時間までスペクトルに変化が見られなかった。そこで、このときのゲル５０の様子観察するためモルタルを割裂し、ゲル５０を取り出してその状態を確認した。このとき、モルタルへ埋設後フェノールフタレインを供給せず乾燥し光路から外れてしまったゲルと比較したところ、外部注入型センサ１０ａから取り出したゲル５０は水分を保ち、発色していることが確認できた。 This is probably because the gel 50 in the slit 30 swells and rides on the optical path again. After that, when the burying of the external injection type sensor 10a was continued and the detection of the spectrum change was continued, the transmittance increased again 118 hours later (after 527 hours buried) as shown in FIG. . And it fell to 0 in about 2 hours after inject | pouring a phenolphthalein solution. Thereafter, no change was observed in the spectrum until 574 hours. Therefore, in order to observe the state of the gel 50 at this time, the mortar was split, the gel 50 was taken out and the state was confirmed. At this time, it was confirmed that the gel 50 taken out from the external injection type sensor 10a kept water and developed a color when compared with a gel which was buried in mortar and then dried without supplying phenolphthalein and removed from the optical path. did it.

以上の結果より、フェノールフタレイン溶液を供給するとゲル５０が再度膨潤し透過率が低下するということが確認できた。この外部注入型センサ１０ａはフェノールフタレイン溶液がスリット３０中に常時存在するわけではなく、測定毎にフェノールフタレインを注入するので、常時モニタリングよりも定期的なモニタリングに好適である。特に、数十年オーダーの長期間における定期的なモニタリングには、常にフェノールフタレイン溶液が供給されているよりも、測定毎にフェノールフタレイン溶液を注入し応答を待つのが現実的であり、そのような長期にわたるモニタリングに非常に好適である。 From the above results, it was confirmed that when the phenolphthalein solution was supplied, the gel 50 was swollen again and the transmittance was lowered. In the external injection type sensor 10a, the phenolphthalein solution does not always exist in the slit 30, and the phenolphthalein is injected every measurement, so that the external injection type sensor 10a is more suitable for regular monitoring than regular monitoring. In particular, it is realistic to inject a phenolphthalein solution for each measurement and wait for a response rather than being always supplied with a phenolphthalein solution for regular monitoring over a long period of order of several decades. It is very suitable for such long-term monitoring.

つぎに、ゲル５０を取り除いた状態の外部注入型センサ１０ａを１００ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍのモルタルに埋設し、打設１００時間後に０．０１ｇ／ｍｌ−ＥｔＯＨフェノールフタレイン溶液を注入しスペクトル変化を測定した結果を以下に説明する。 Next, the external injection type sensor 10a with the gel 50 removed is embedded in a mortar of 100 mm × 100 mm × 20 mm, and a spectral change is measured by injecting 0.01 g / ml-EtOH phenolphthalein solution 100 hours after placement. The results will be described below.

打設１００時間後にシリンジを用いて注入用チューブ１３を介してフェノールフタレイン溶液をスリット３０に約０．６ｍｌ注入した。注入していくとスリット３０を通過したフェノールフタレイン溶液が、逆側に配置された排出用チューブ１４から出てきた。このことから、スリット３０にはフェノールフタレイン溶液が充満したことが確認できた。 About 100 ml of the phenolphthalein solution was injected into the slit 30 through the injection tube 13 using a syringe 100 hours after the placement. As it was injected, the phenolphthalein solution that passed through the slit 30 came out from the discharge tube 14 disposed on the opposite side. From this, it was confirmed that the slit 30 was filled with the phenolphthalein solution.

そこでスリット３０の周囲のモルタルが乾燥しているためアルカリ性になるまでに長時間を要することから、モルタル細孔中のアルカリ溶液がセロハン膜を透過しやすくなるように、供試体全体を水に浸せきしてスペクトル変化を観察した。すると水に浸せきして１１６時間後に５５０ｎｍの透過率がわずかに低下した。その後スペクトルに変化はなくスリット内部に入っていたフェノールフタレインを抜き出すと呈色していることが確認できた。
＜第２の実施形態＞
本実施の形態では、スリット３０のゲル５０が乾燥した場合に、自らフェノールフタレイン溶液を補給する自己補給型センサ１０ｂについて説明する。 Therefore, since the mortar around the slit 30 is dry and takes a long time to become alkaline, the entire specimen is immersed in water so that the alkaline solution in the mortar pores can easily permeate the cellophane film. Then, the spectral change was observed. Then, after immersing in water, the transmittance at 550 nm slightly decreased after 116 hours. After that, there was no change in the spectrum, and it was confirmed that the phenolphthalein that had entered the slit was colored.
<Second Embodiment>
In the present embodiment, a self-replenishment type sensor 10b that replenishes the phenolphthalein solution itself when the gel 50 of the slit 30 is dried will be described.

図１０は、本実施形態に係る自己補給型センサ１０ｂの概略構成を示しており、図１０（ａ）は、ゲル５０がスリット３０に配置されセロハン膜６０に覆われた状態を示しており、図１０（ｂ）は、ゲル５０及びセロハン膜６０を取り除いた状態を示している。本実施形態の自己補給型センサ１０ｂは、第１の実施形態で説明した外部注入型センサ１０ａと類似の構成であり、同一構成部分については同一符号を付して説明を適宜省略している。 FIG. 10 shows a schematic configuration of the self-replenishment type sensor 10b according to the present embodiment, and FIG. 10 (a) shows a state where the gel 50 is disposed in the slit 30 and covered with the cellophane film 60. FIG. 10B shows a state where the gel 50 and the cellophane film 60 are removed. The self-replenishment type sensor 10b of this embodiment has a configuration similar to that of the external injection type sensor 10a described in the first embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted as appropriate.

図示のように、本実施形態の自己補給型センサ１０ｂは、外部注入型センサ１０ａと異なり排出用チューブ１４が取り除かれた構成となっている。つまり、スリット３０には片側だけに注入用チューブ１３が埋包されており、注入用チューブ１３の中は常にフェノールフタレイン溶液で満たされている。スリット３０中のゲル５０が乾燥すると注入用チューブ１３からゲル５０へフェノールフタレイン溶液が補給される。 As shown in the figure, the self-replenishment type sensor 10b of the present embodiment has a configuration in which the discharge tube 14 is removed unlike the external injection type sensor 10a. That is, the injection tube 13 is embedded in the slit 30 only on one side, and the injection tube 13 is always filled with the phenolphthalein solution. When the gel 50 in the slit 30 is dried, the phenolphthalein solution is supplied from the injection tube 13 to the gel 50.

この自己補給型センサ１０ｂを第１の実施形態と同様の条件でモルタルに埋設しスペクトル変化を測定した。スリット３０にゲル５０を詰める段階で、注入用チューブ１３はフェノールフタレイン溶液で満たされている。また、注入用チューブ１３の延出している側（スリット３０と反対側）の先端は、０．０１ｇ／ｍｌ−ＥｔＯＨフェノールフタレイン溶液の入ったシリンジにつながっており、ゲルが乾燥するとシリンジからフェノールフタレインが供給される。 The self-replenishing sensor 10b was embedded in mortar under the same conditions as in the first embodiment, and the change in spectrum was measured. The injection tube 13 is filled with a phenolphthalein solution at the stage of filling the slit 30 with the gel 50. The tip of the injection tube 13 on the extending side (the side opposite to the slit 30) is connected to a syringe containing 0.01 g / ml-EtOH phenolphthalein solution. Phthalein is supplied.

自己補給型センサ１０ｂをモルタルへ埋設した後６４９時間後までのスペクトル変化を図１１に示す。また、埋設期間中の５５０ｎｍにおける透過率の経時変化を図１２に示す。埋設１時間後からゲル５０の呈色により５５０ｎｍの透過率が低下し始め、やがて０となり６５０時間が経過しても０を保ち続けた。なお、水分をモルタル外側から補給しない場合９６時間で透過率が上昇をはじめることが分かっており、その結果と比較すると自己補給型センサ１０ｂにおいてゲル５０が長期的に呈色していることが分かる。 FIG. 11 shows the spectral change from 649 hours after the self-replenishing sensor 10b is embedded in the mortar. Further, FIG. 12 shows a change with time in transmittance at 550 nm during the burying period. 1 hour after embedding, the transmittance of 550 nm began to decrease due to the coloration of the gel 50, eventually becoming 0, and maintaining 0 even after 650 hours had passed. In addition, it is known that the transmittance starts to increase in 96 hours when moisture is not replenished from the outside of the mortar. Compared with the result, it can be seen that the gel 50 is colored for a long time in the self-replenishment type sensor 10b. .

また、埋設から８４５時間が経過すると５５０ｎｍの透過率が上昇し３０％程度になった。そこでシリンジを用いて注入用チューブ１３からフェノールフタレイン溶液を注入した。なお、自己補給型センサ１０ｂは、外部注入型センサ１０ａとは異なり排出用チューブ１４がないことからシリンジによるフェノールフタレイン溶液の注入が難しいことも想定されたが、多少の反力（押し戻す抵抗）はあるもののシリンジを押しフェノールフタレインをスリット３０へ注入することができた。スリット３０ヘフェノールフタレイン溶液を注入すると再び透過率は低下し０に戻った。このことから、ゲル５０の乾燥に補給が追いつかず、乾燥しかけていたところへ外部からフェノールフタレイン溶液を注入し、再びゲル５０が膨潤したためと思われる。その後も埋設を続けると１１０２時間で再び透過率が上昇したため、１１５０時間後に再度フェノールフタレイン溶液を注入した。フェノールフタレインを注入すると再び透過率は０まで低下した。このときのゲル５０の様子を観察するためモルタルを割裂し、ゲル５０を取り出したところ、ゲル５０は水分を保ち膨潤していることが確認できた。 Further, after 845 hours from the burial, the transmittance at 550 nm increased to about 30%. Therefore, a phenolphthalein solution was injected from the injection tube 13 using a syringe. In addition, unlike the external injection type sensor 10a, the self-replenishment type sensor 10b is assumed to be difficult to inject the phenolphthalein solution with a syringe because there is no discharge tube 14, but there is a slight reaction force (resistance to push back). In some cases, the syringe was pushed and phenolphthalein was injected into the slit 30. When the phenolphthalein solution was injected into the slit 30, the transmittance decreased again and returned to zero. From this, it is considered that the replenishment of the gel 50 did not catch up and the phenolphthalein solution was injected from the outside into the place where the gel 50 was drying, and the gel 50 was swollen again. After that, when the burial was continued, the transmittance increased again in 1102 hours, and the phenolphthalein solution was injected again after 1150 hours. When phenolphthalein was injected, the transmittance decreased to 0 again. In order to observe the state of the gel 50 at this time, the mortar was split and the gel 50 was taken out, and it was confirmed that the gel 50 was swollen while retaining moisture.

なお、外部注入型センサ１０ａから採取したゲル５０のほうが自己補給型センサ１０ｂから採取したゲル５０より発色が弱いことが確認できた。これは、外部注入型センサ１０ａではフェノールフタレインの供給が常時行われておらず、スリット３０内が完全に乾燥するため、モルタル細孔内のアルカリ溶液が注入されたフェノールフタレインに取り込まれにくくなっているためであると思われる。 It was confirmed that the color of the gel 50 collected from the external injection sensor 10a was weaker than that of the gel 50 collected from the self-supplying sensor 10b. This is because phenolphthalein is not always supplied in the external injection type sensor 10a, and the inside of the slit 30 is completely dried, so that it is difficult for the alkaline solution in the mortar pores to be taken into the phenolphthalein injected. It seems to be because it has become.

これらの結果から自己補給型センサ１０ｂはモルタル内で長期間にわたり水分を保持することが可能であり、５５０ｎｍの透過率が一時的に上昇してもフェノールフタレインを注入することにより再び低下することが確認できた。ゲル５０の乾燥に自己補給が追いつかず光路から外れかけたところで外部から注入されたフェノールフタレイン溶液により再び膨潤しているものと考えられる。 From these results, the self-replenishing sensor 10b can retain moisture in the mortar for a long period of time, and even if the transmittance at 550 nm temporarily rises, it decreases again by injecting phenolphthalein. Was confirmed. It is considered that the gel 50 is swollen again by the phenolphthalein solution injected from the outside when self-replenishment does not catch up with the drying of the gel 50 and deviates from the optical path.

以上、本実施形態によると、以下の効果が得られる。
現行行われている構造物の外観調査と上記センサ（外部注入型センサ１０ａ、自己補給型センサ１０ｂセンサ）によるモニタリングとを併用することで、構造物の性能低下（鋼材の腐食等）の時期を予測する精度が向上し、最適な時期に的確な補修及び解体等を行うことができる。
日常点検、定期点検は次回点検までデータの収集が停止するが自己補給型センサ１０ｂを用いて常時モニタリングすることにより点検情報の見逃しが減少する。
外部注入型センサ１０ａは、測定時のみフェノールフタレインを注入すれば利用可能であり、維持費を抑えることができる。
自己補給型センサ１０ｂを用いることにより、アクセス困難で足場を組まなければならない高所や放射線及び毒性雰囲気のように人間が立ち入り困難な箇所でのモニタリングを簡単に行うことができる。
外観観察の不可能な隘路等に使用することができる。 As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
The combined use of the current appearance survey of structures and monitoring by the above sensors (external injection type sensor 10a, self-replenishment type sensor 10b sensor) can reduce the timing of structural performance degradation (such as corrosion of steel). The accuracy of prediction is improved, and accurate repair and dismantling can be performed at an optimal time.
In daily inspections and periodic inspections, data collection is stopped until the next inspection, but by constantly monitoring using the self-replenishment type sensor 10b, missed inspection information is reduced.
The external injection type sensor 10a can be used if phenolphthalein is injected only at the time of measurement, and the maintenance cost can be reduced.
By using the self-replenishment type sensor 10b, it is possible to easily perform monitoring at a high place where access is difficult and where a scaffold must be assembled, or at a place where humans are difficult to enter, such as radiation and a toxic atmosphere.
It can be used for Kushiro where appearance observation is impossible.

以上、本発明を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素及びその組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下に、そのような変形例を示す。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it is understood by those skilled in the art that various modifications can be made to each of those components and combinations thereof, and such modifications are also within the scope of the present invention. Below, such a modification is shown.

図１３は、変形例に係る自己補給型センサ１０ｃの概略構成を示す図である。図示のように、照射用光ファイバ１１、検出用光ファイバ１２及び注入用チューブ１３がスリット３０に対して同じ側に略隣接して配置される。ゲル５０は、照射用光ファイバ１１から出力された光を受けると、アルカリ性の場合は、赤紫色に呈色するが、このときゲル５０の内部で拡散された光は、検出用光ファイバ１２側にも出力される。したがって、照射用光ファイバ１１と検出用光ファイバ１２がスリット３０に対して同じ側に配置されていても、ゲル５０の呈色状態を検知することができる。この構成の自己補給型センサ１０ｃによると、駆体２０から延出している部材が、一方側のみであるので、自己補給型センサ１０ｃを構造物内に埋設する際の自由度が向上する。 FIG. 13 is a diagram showing a schematic configuration of a self-replenishment type sensor 10c according to a modification. As shown in the figure, the irradiation optical fiber 11, the detection optical fiber 12, and the injection tube 13 are disposed substantially adjacent to the slit 30 on the same side. When the gel 50 receives the light output from the irradiation optical fiber 11, when it is alkaline, the gel 50 is colored in magenta. At this time, the light diffused inside the gel 50 is on the detection optical fiber 12 side. Is also output. Therefore, even if the irradiation optical fiber 11 and the detection optical fiber 12 are arranged on the same side with respect to the slit 30, the color state of the gel 50 can be detected. According to the self-replenishment type sensor 10c having this configuration, since the member extending from the driving body 20 is only on one side, the degree of freedom in embedding the self-replenishment type sensor 10c in the structure is improved.

また、図示はしないが、別な変形例として、ゲル５０へ光を照射する手段として、照射用光ファイバ１１の代わりに、ＬＥＤライトの様な光源が、スリット３０の壁面等に取り付けられ、その近傍に配置される電源により電力が供給される構成であってもよい。近年、非接触による電力供給技術及び省電力技術が進歩しており、その技術を用いることで、比較的長期にわたってゲル５０へ光を照射できる。なお、検出用光ファイバ１２の代わりにゲル５０の呈色状態を検知する検出手段が使用され、取得した情報を無線等により出力する構成としてもよい。さらに、ゲル５０に含有される指示薬が、自発光する特性を有する場合には、ゲル５０へ光を照射する手段は不要となる。なお、上述の実施形態では、アルカリ性を検知することでコンクリートの内部の劣化状態等を判断したが、当然、測定する環境に応じて指示薬が異なってもよい。さらに、可視光に限らず紫外線や赤外線を検知する構成であってもよい。また、ゲル５０をスリット３０にとどめる為に、セロハン膜６０を用いたが、これに限る趣旨ではない。外部注入型センサ１０ａ等の外部からセロハン膜６０を介してスリット３０へ、周囲環境の特性を示す物質が透過でき、かつ、指示薬の媒体となる物質（例えばゲル５０）を適正にスリット３０にとどめ置くことができれば適宜選択することができる。さらに、試薬を含む溶液が、適当にスリット３０内に留まり、色の変化が検出可能に呈色する特性を有しておれば、ゲル５０がない構成であってもよい。 Although not shown, as another modification, a light source such as an LED light is attached to the wall surface of the slit 30 instead of the irradiation optical fiber 11 as a means for irradiating the gel 50 with light. A configuration in which electric power is supplied by a power source arranged in the vicinity may be used. In recent years, a non-contact power supply technology and a power saving technology have advanced, and by using the technology, the gel 50 can be irradiated with light for a relatively long period of time. In addition, it is good also as a structure which uses the detection means which detects the coloration state of the gel 50 instead of the detection optical fiber 12, and outputs the acquired information by radio | wireless etc. Furthermore, when the indicator contained in the gel 50 has the property of self-luminous, means for irradiating the gel 50 with light is not necessary. In the above-described embodiment, the deterioration state or the like of the concrete is determined by detecting the alkalinity, but naturally the indicator may be different depending on the environment to be measured. Furthermore, the structure which detects not only visible light but an ultraviolet-ray and infrared rays may be sufficient. In addition, the cellophane film 60 is used to keep the gel 50 in the slit 30, but the present invention is not limited to this. A substance (for example, gel 50) that can transmit a substance exhibiting the characteristics of the surrounding environment through the cellophane film 60 and the like through the cellophane film 60 from the outside of the external injection sensor 10a and the like, and appropriately serves as an indicator medium (for example, gel 50). If it can be placed, it can be selected appropriately. Furthermore, as long as the solution containing the reagent appropriately stays in the slit 30 and has a characteristic that the color change is detectable, the gel 50 may be omitted.

１０ａ外部注入型センサ
１０ｂ、１０ｃ自己補給型センサ
１１照射用光ファイバ
１２検出用光ファイバ
１３注入用チューブ
１４排出用チューブ
２０駆体
３０スリット
５０ゲル
６０セロハン膜 10a External injection type sensor 10b, 10c Self-replenishment type sensor 11 Irradiation optical fiber 12 Detection optical fiber 13 Injection tube 14 Ejection tube 20 Radiator 30 Slit 50 Gel 60 Cellophane film

Claims

所定の物体内部の環境状態を測定するセンサであって、
試薬と液体とを収容可能な収容手段と、
前記試薬からの光を受光する受光手段と、
前記収容手段に液体を供給する供給手段と、
を備え、
前記収容手段と前記受光手段と前記供給手段は、一体に備わって構成されていることを特徴とするセンサ。 A sensor for measuring an environmental state inside a predetermined object,
Storage means capable of storing reagents and liquids;
A light receiving means for receiving light from the reagent;
Supply means for supplying a liquid to the containing means;
With
The sensor, wherein the receiving means, the light receiving means, and the supplying means are provided integrally.

当該センサは、所定の物体としてコンクリート構造物に埋設され、前記コンクリート構造物の内部環境の状態を測定することを特徴とする請求項１に記載のセンサ。 The sensor according to claim 1, wherein the sensor is embedded in a concrete structure as a predetermined object and measures the state of the internal environment of the concrete structure.

前記収容手段と前記受光手段と前記供給手段とを一体に備えるプラスチック製の駆体を備え、
前記収容手段は、前記駆体の一部に形成されたスリット及び前記スリットに配置され前記試薬を含有可能なゲル状体であることを特徴とする請求項１または２に記載のセンサ。 Comprising a plastic body integrally comprising the housing means, the light receiving means and the supply means;
The sensor according to claim 1 or 2, wherein the accommodating means is a slit formed in a part of the precursor and a gel-like body that is disposed in the slit and can contain the reagent.

前記収容手段の外部を覆い、かつ所定の物質を透過する特性を有する外覆手段を備えることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載のセンサ。 The sensor according to any one of claims 1 to 3, further comprising outer covering means that covers the outside of the housing means and has a property of transmitting a predetermined substance.

前記受光手段は、光ファイバであり、一方の端部で前記試薬からの光を受光し他方の端部へ出力することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載のセンサ。 The sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the light receiving means is an optical fiber, and receives light from the reagent at one end and outputs the light to the other end.

前記収容手段に配置された前記試薬に対して光を照射する照射手段を備え、
当該照射手段は、前記収容手段、前記受光手段及び前記供給手段と一体に構成されていることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載のセンサ。 An irradiation means for irradiating light to the reagent arranged in the storage means;
The sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the irradiation unit is configured integrally with the housing unit, the light receiving unit, and the supply unit.

前記光照射手段は、光ファイバであり、一方の端部から光を取得し、他方の端部からその取得した光を前記収容手段に配置された前記試薬に対して照射することを特徴とする請求項６に記載のセンサ。 The light irradiating means is an optical fiber, which acquires light from one end, and irradiates the acquired light from the other end to the reagent arranged in the accommodating means. The sensor according to claim 6.

前記受光手段は、光ファイバであり、一方の端部で前記試薬からの光を受光し他方の端部へ出力し、
前記光照射手段は、光ファイバであり、一方の端部から光を取得し、他方の端部からその取得した光を前記収容手段に配置された前記試薬に対して照射し、
前記光照射手段を構成する光ファイバの光の照射面と、前記受光手段を構成する前記光ファイバの光の受光面とは、略対向に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のセンサ。 The light receiving means is an optical fiber, receives light from the reagent at one end and outputs it to the other end,
The light irradiation means is an optical fiber, acquires light from one end, and irradiates the acquired light from the other end to the reagent arranged in the storage means,
The light irradiation surface of the optical fiber constituting the light irradiation means and the light reception surface of the optical fiber constituting the light receiving means are disposed substantially opposite to each other. Sensor.

前記受光手段は、光ファイバであり、一方の端部で前記試薬からの光を受光し他方の端部へ出力し、
前記照射手段は、光ファイバであり、一方の端部から光を取得し、他方の端部からその取得した光を前記収容手段に配置された前記試薬に対して照射し、
前記照射手段を構成する光ファイバの光の照射面と、前記受光手段を構成する前記光ファイバの光の受光面とは、略隣接して同方向を向いて配置されていることを特徴とする請求項６に記載のセンサ。 The light receiving means is an optical fiber, receives light from the reagent at one end and outputs it to the other end,
The irradiation means is an optical fiber, acquires light from one end, and irradiates the acquired light from the other end to the reagent arranged in the storage means,
The light irradiation surface of the optical fiber constituting the irradiation means and the light reception surface of the optical fiber constituting the light receiving means are arranged substantially adjacent to each other and facing the same direction. The sensor according to claim 6.

前記収容手段の物質を外部に排出可能な排出手段を有することを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載のセンサ。 The sensor according to any one of claims 1 to 9, further comprising discharge means capable of discharging the substance in the storage means to the outside.

前記排出手段は、前記収容手段に収容される物資を外部から供給可能であることを特徴とする請求項１０に記載のセンサ。 The sensor according to claim 10, wherein the discharging unit is capable of supplying the material stored in the storage unit from the outside.

前記試薬は、酸性、アルカリ性、塩化物イオンまたは硫酸イオンの化学物質に反応して呈色することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のセンサ。 The sensor according to any one of claims 1 to 11, wherein the reagent is colored by reacting with a chemical substance of acidic, alkaline, chloride ion or sulfate ion.

前記試薬は、ｐＨ指示薬であり、
前記供給手段によって供給される液体は、ｐＨ指示薬を含有する溶液であることを特徴とする請求項１２に記載のセンサ。 The reagent is a pH indicator;
The sensor according to claim 12, wherein the liquid supplied by the supply means is a solution containing a pH indicator.