(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひずみゲージを用いてひずみ測定を行う方法であって、
３個以上のひずみゲージを直列に接続して、ひずみゲージどうしの接合点にそれぞれ各１本の信号線を結線しておくと共に、該３個以上のひずみゲージの直列回路の両端部にはそれぞれ各２本の信号線を結線しておき、
前記３個以上のひずみゲージの中から１つのひずみゲージまたは２つの互いに隣り合うひずみゲージを測定用ひずみゲージとして選択し、その選択した１つまたは２つの測定用ひずみゲージ以外のひずみゲージに電流が流れないように、前記信号線のうち、前記直列回路における当該１つまたは２つの測定用ひずみゲージの配置部分の両端に結線されている２つの信号線を介して当該１つまたは２つの測定用ひずみゲージに電流を流す電流供給ステップと、
該電流供給ステップで各測定用ひずみゲージに生じる電圧をそれぞれ前記２つの信号線とは異なる２つ以上の信号線を介して抽出し、その抽出した電圧に基づいて、該測定用ひずみゲージに生じたひずみを求めるひずみ算出ステップと、
を有することを特徴とするひずみ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ひずみ測定方法及び多点ひずみ測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ひずみ測定方法においては、ひずみに応じて抵抗値が変化するひずみゲージが物体に貼着される。ひずみを測定する方法には主に、１ゲージ法と２ゲージ法がある。そして、ひずみゲージの抵抗値変化を検出してひずみ測定を行う測定装置には、ひずみゲージと併せてホイートストンブリッジ回路（ブリッジ回路）を構成する抵抗回路が備えられている。
【０００３】
図１６に示す１ゲージ３線法は、温度変化に伴うブリッジ回路の不平衡を是正する方法であり、広く用いられている。この方法では、ひずみゲージ１の両端に一対のリード線２，３が結線されると共に、ひずみゲージ１の一端にもう一つのリード線４が結線されている。そして、ひずみ測定する際には、ブリッジ回路の電源入力部Ａ，Ｃ間に電源電圧Ｖを付与した状態で、ひずみゲージ１のリード線４を結線した一端と、抵抗体Ｒ３、Ｒ４の接続点Ｄとの間に生じる出力電圧ｅが検出される。この方法では、リード線２，３がブリッジ回路の隣り合う辺に組み込まれることとなるので、リード線２，３の抵抗値が環境温度により同じように変化する限り、ブリッジ回路の平衡が保たれる。
【０００４】
図１７は、２ゲージ法のひずみ測定を説明するための回路図である。この方法では、２つのひずみゲージ１、１′の両端に各一対のリード線２，３および４，５が結線されている。ひずみゲージ１、１′は、リード線３，４により直列に接続され、抵抗体Ｒ３、Ｒ４を接続してなる抵抗回路にリード線２，５を介して接続され、これにより、ブリッジ回路が構成される。ひずみゲージ１、１′は、物体のひずみの比があらかじめ判っている２つの部位（例えば、梁の表裏面部）に貼着される。このブリッジ回路を用いてひずみ測定する際には、電源入力部Ａ，Ｃ間にブリッジ回路の電源電圧Ｖが付与される。また、ブリッジ回路の電源入力部Ａ，Ｃ間に電源電圧Ｖを付与した状態で、ブリッジ回路の出力部Ｂ，Ｄ間に生じる出力電圧ｅが図示を省略する増幅回路やＡ／Ｄ変換回路等を介して検出される。そして、ブリッジ回路の出力電圧ｅから物体のひずみεを測定することができる。この２ゲージ法では、リード線２，３，４，５の抵抗値が環境温度により同じように変化する限り、ブリッジ回路の平衡が保たれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した１ゲージ３線法及び２ゲージ法では、リード線同士の温度差によって、各リード線の抵抗値に偏りが生じた場合には、見かけひずみが発生してしまう。例えば、屋外でひずみ測定する際に、雲の動きにより日照が変化すると、上記の温度差が生じて見かけひずみが発生し、ひずみ測定の不安定要因になる場合がある。
【０００６】
また、物体の多数部位あるいは多数の物体についての多点ひずみ測定を行う場合に、各測定点に対応するリード線の抵抗値が、測定点同士で互いに異なる場合も多々あり、このような場合には、測定点毎にひずみ測定値の補正を行わなければならず、リード線の抵抗値の影響を排除するための補正作業に多大な労力を要するものとなっていた。
【０００７】
また、多点ひずみ測定を行う場合に、測定点を切り換えるスイッチの接点抵抗も測定誤差の要因となるので、その接点抵抗ができるだけ小さなスイッチ素子を選択したり、その接点抵抗の影響を補償する方策を採る必要がある。その結果、コストアップを招くという不都合があった。
【０００８】
また、例えば、１ゲージ３線法を用いてひずみ測定を行う場合には、１軸ゲージの測定には３本の信号線、ＸＹ軸方向を測定する２軸ゲージには６本の信号線、３軸ゲージの測定には９本の信号線が必要になる。さらに、測定点の数が多い場合には信号線の数は膨大な量になる。
【０００９】
本発明はかかる背景に鑑み、ひずみゲージに結線された信号線の数を低減してひずみを測定できるひずみ測定方法および多点ひずみ測定システムを提供することを目的とする。
【００１０】
また、ひずみゲージに結線されたリード線の抵抗が測定値に影響を与えないようにしてひずみを測定できるひずみ測定方法および多点ひずみ測定システムを提供することを他の目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明を説明する前に、本発明の基本的な考え方を図１、図２を参照して説明しておく。
【００１２】
図１に示すように、ｎ個のひずみゲージＧ１、Ｇ２、・・・、Ｇｎは、この順番に直列に接続されて直列回路を形成している。ひずみゲージの直列回路の一端には、あらかじめ２本の信号線ｒ１、ｒ２が結線されて、他端には２本の信号線ｒｎ＋２、ｒｎ＋３が結線されている。ひずみゲージＧｋ−１、Ｇｋ（ｋ＝２〜ｎ）の接続点には、信号線ｒｋ＋１が結線されている。
【００１３】
このｎ個のひずみゲージの中から１個または複数のひずみゲージを測定用ひずみゲージとして選択してひずみ測定を行う方法を説明する。まず、ｎ個のひずみゲージの中から１個のひずみゲージを選択する場合について説明する。
【００１４】
例えば、ひずみゲージＧ１を選択し、このひずみゲージＧ１に信号線ｒ１〜ｒｎ＋３のうちの２つ、例えばひずみゲージＧ１の両端に結線された信号線ｒ２、ｒ３を介して電流を流すものとする。そして、信号線ｒ２、ｒ３以外の２つの信号線、例えば信号線ｒ１とｒ４を介してひずみゲージＧ１に生じる電圧ＶＧ１を抽出する。
【００１５】
このとき、オペアンプ等の高入力インピーダンスの電圧抽出手段を用いることにより、信号線ｒ１、ｒ４や、これらの信号線ｒ１、ｒ４の間に存するひずみゲージＧ１以外のひずみゲージＧ２にほとんど電流を流すことなく、ひずみゲージＧ１に生じた電圧ＶＧ１を信号線ｒ１、ｒ４を介して抽出できる。つまり、ひずみゲージＧ１に生じた電圧ＶＧ１を電圧抽出用信号線ｒ１、ｒ４や他のひずみゲージＧ２による電圧降下を実質的に伴うことなく抽出できる。
【００１６】
尚、信号線ｒ１、ｒ２はひずみゲージＧ１の同一端に接続されているので、信号線ｒ１、ｒ３に電流を流し、信号線ｒ２とｒ４を介してひずみゲージＧ１に生じる電圧ＶＧ１を抽出してもよい。
【００１７】
また、より一般的には上記のように、ひずみゲージＧ１に結線された信号線ｒ１（又はｒ２）とｒ３とを電流供給用信号線として使用した場合には、信号線ｒ２（又はｒ１）とｒ４〜ｒｎ＋３のいずれかとを電圧抽出用の信号線として使用することで、ひずみゲージＧ１に生じた電圧ＶＧ１を抽出できる。
【００１９】
このようにひずみゲージＧ１に、信号線ｒ１（又はｒ２）とｒ３とを電流供給用信号線として用いて電流を流しつつ、その電流供給用信号線と異なる２つの信号線を電圧抽出用信号線として用いて、ひずみゲージＧ１に生じた電圧ＶＧ１を抽出できる。そして、この場合、２つの電圧抽出用信号線や、これらの間に存するひずみゲージＧ１以外のひずみゲージにほとんど電流を流すことなく、ひずみゲージＧ１に生じた電圧ＶＧ１を抽出できる。このことは、ひずみゲージＧ１の代わりにひずみゲージＧ２〜Ｇｎのいずれかを選択した場合も同様である。
【００２０】
そして、このように、選択した１つのひずみゲージに電流を流しつつ、そのひずみゲージに生じた電圧を抽出したとき、その抽出した電圧に基づいて該ひずみゲージに生じたひずみを測定することが可能である。
【００２１】
例えば、選択したひずみゲージＧｋ（ｋ＝１，２，・・・，ｎ）に流す電流を定電流にすれば、このひずみゲージＧｋに生じる電圧はひずみゲージＧｋの抵抗値に比例するものとなる。従って、その電圧（抽出した電圧）の変化を観測することで、ひずみゲージＧｋのひずみを測定できることとなる。また、具体的な内容は後述するが、本願出願人が先に出願した特願２００２−９２７４９号にて提案した方法によって、ひずみゲージＧｋに生じた電圧（抽出した電圧）に基づいてひずみ測定を行うこともできる。
【００２２】
次に、ｎ個のひずみゲージの中から２個のひずみゲージを選択する場合について説明する。図２に示すように、例えば、ひずみゲージＧ１、Ｇ２を選択し、これらのひずみゲージＧ１、Ｇ２に信号線ｒ１〜ｒｎ＋３のうちの２つ、例えば信号線ｒ２、ｒ４に電流を流すものとする。そして、信号線ｒ２、ｒ４以外の２つの信号線、例えば信号線ｒ１とｒ３を介してひずみゲージＧ１に生じた電圧ＶＧ１を抽出し、信号線ｒ３とｒ５を介してひずみゲージＧ２に生じた電圧ＶＧ２を抽出する。
【００２３】
このとき、オペアンプ等の高入力インピーダンスの電圧抽出手段を用いることにより、信号線ｒ１、ｒ３にほとんど電流を流すことなく、ひずみゲージＧ１に生じた電圧ＶＧ１を信号線ｒ１、ｒ３を介して抽出できる。つまり、ひずみゲージＧ１に生じた電圧ＶＧ１を電圧抽出用信号線ｒ１、ｒ３による電圧降下を実質的に伴うことなく抽出できる。また、同様に、オペアンプ等の高入力インピーダンスの電圧抽出手段を用いることにより、信号線ｒ３、ｒ５や、信号線ｒ３、ｒ５の間に存するひずみゲージＧ２以外のひずみゲージＧ３にほとんど電流を流すことなく、ひずみゲージＧ２に生じた電圧ＶＧ２を信号線ｒ３、ｒ５を介して抽出できる。つまり、ひずみゲージＧ２に生じた電圧ＶＧ２を電圧抽出用信号線ｒ３、ｒ５や他のひずみゲージＧ３による電圧降下を実質的に伴うことなく抽出できる。
【００２４】
尚、信号線ｒ１、ｒ２はひずみゲージＧ１の同一端に接続されているので、信号線ｒ１、ｒ４に電流を流し、信号線ｒ２とｒ３を介してひずみゲージＧ１に生じる電圧ＶＧ１を抽出するようにしてもよい。
【００２５】
また、より一般的には上記のように、ひずみゲージＧ１、Ｇ２に結線された信号線ｒ２（又はｒ１）とｒ４とを電流供給用信号線として使用した場合には、信号線ｒ１（又はｒ２）とｒ３とを電圧抽出用の信号線として使用することで、ひずみゲージＧ１に生じた電圧ＶＧ１を抽出できる。また、信号線ｒ３とｒ５〜ｒｎ＋３のいずれかとを電圧抽出用の信号線として使用することで、ひずみゲージＧ２に生じた電圧ＶＧ２を抽出できる。
【００２７】
このようにひずみゲージＧ１、Ｇ２に、信号線ｒ２（又はｒ１）とｒ４とを電流供給用信号線として用いて電流を流しつつ、その電流供給用信号線と異なる２つの信号線を電圧抽出用信号線として用いて、ひずみゲージＧ１、Ｇ２に生じた電圧ＶＧ１、ＶＧ２を抽出できる。
【００２８】
そして、この場合、３つの電圧抽出用信号線や、これらの間に存するひずみゲージＧ１、Ｇ２以外のひずみゲージにほとんど電流を流すことなく、ひずみゲージＧ１、Ｇ２に生じた電圧ＶＧ１、ＶＧ２を抽出できる。このことは、ひずみゲージＧ１、Ｇ２の代わりにひずみゲージＧ１〜Ｇｎのいずれか２つを選択した場合も同様である。
【００２９】
そして、このように、選択した２つのひずみゲージに電流を流しつつ、そのひずみゲージに生じた電圧を抽出したとき、その抽出した電圧に基づいて該ひずみゲージに生じたひずみを測定することが可能である。
【００３０】
例えば、選択したひずみゲージＧｓ、Ｇｔ（ｓ、ｔ＝１，２，・・・，ｎ；ｓ≠ｔ）に流す電流を定電流にすれば、これらのひずみゲージＧｓ、Ｇｔに生じる電圧はひずみゲージＧｓ、Ｇｔの抵抗値に比例するものとなる。従って、その電圧（抽出した電圧）の変化を観測することで、ひずみゲージＧｓ、Ｇｔのひずみを測定できることとなる。また、具体的な内容は後述するが、本願出願人が先に出願した特願２００２−９２７４９号にて提案した方法によって、ひずみゲージＧｓ、Ｇｔに生じた電圧（抽出した電圧）に基づいてひずみ測定を行うこともできる。
【００３１】
以上説明した内容を基礎として本発明を以下に説明する。
【００３２】
前記の目的を達成するために、本発明のひずみ測定方法は、ひずみゲージを用いてひずみ測定を行う方法であって、３個以上のひずみゲージを直列に接続して、ひずみゲージどうしの接合点にそれぞれ各１本の信号線を結線しておくと共に、該３個以上のひずみゲージの直列回路の両端部にはそれぞれ各２本の信号線を結線しておき、前記３個以上のひずみゲージの中から１つのひずみゲージまたは２つの互いに隣り合うひずみゲージを測定用ひずみゲージとして選択し、その選択した１つまたは２つの測定用ひずみゲージ以外のひずみゲージに電流が流れないように、前記信号線のうち、前記直列回路における当該１つまたは２つの測定用ひずみゲージの配置部分の両端に結線されている２つの信号線を介して当該１つまたは２つの測定用ひずみゲージに電流を流す電流供給ステップと、該電流供給ステップで各測定用ひずみゲージに生じる電圧をそれぞれ前記２つの信号線とは異なる２つ以上の信号線を介して抽出し、その抽出した電圧に基づいて、該測定用ひずみゲージに生じたひずみを求めるひずみ算出ステップと、を有することを特徴とする。
【００３３】
かかる本発明によれば、直列に接続された３個以上のひずみゲージの中から１つのひずみゲージまたは互いに隣り合う２つのひずみゲージを測定用ひずみゲージとして選択する。選択した１つまたは２つの測定用ひずみゲージ以外のひずみゲージには電流が流れないように前記信号線（これはひずみゲージの個数＋３本である）のうち、前記直列回路における当該１つまたは２つの測定用ひずみゲージの配置部分の両端に結線されている２つの信号線を介して当該１つまたは２つの測定用ひずみゲージに電流を流し、各測定用ひずみゲージに生じる電圧をそれぞれ電流を供給した信号線とは異なる２つ以上の信号線を介して抽出する。このとき、高入力インピーダンスの電圧抽出手段で抽出することで電圧抽出用の信号線やこれらの信号線の間に存する各測定用ひずみゲージ以外のひずみゲージにほとんど電流を流さずに測定用ひずみゲージに生じた電圧を抽出できる。そしてこのように測定用ひずみゲージに生じる電圧を抽出することで、その抽出した電圧に基づいて、測定用ひずみゲージに生じたひずみを求めることができる。
【００３４】
従って、ひずみゲージに結線された電流供給用信号線や電圧抽出用信号線の抵抗が測定値に影響を与えないようにしてひずみを測定することができる。つまり、各信号線の抵抗が異なった抵抗値に変化したとしても測定誤差が生じることがなくなる。
【００３５】
また、本発明では上述のようにひずみ測定を行うために必要な信号線（ひずみゲージを測定器に接続する信号線）は、ひずみゲージの個数＋３本の信号線でよいため、特に、必要なひずみゲージの個数が多い多点ひずみ測定においては、従来のようにブリッジ回路を用いる１ゲージ３線法や２ゲージ法によって多点測定を行う場合に比して、信号線の本数を削減できる。例えば、１０個のひずみゲージを用いる多点ひずみ測定を行う場合には、本発明によれば、１０＋３＝１３本の信号線で足りるが、従来の１ゲージ３線法では、１０×３＝３０本の信号線が必要になる。このように、本発明によれば、測定器に接続する信号線の本数を少ないものとしつつ、多点ひずみ測定を行うことができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明のひずみ測定方法を用いたひずみ測定システムを図３を参照して説明する。このひずみ測定システムは、３枚のひずみゲージＧ１、Ｇ２、Ｇ３とひずみ測定装置１０とを備える。尚、ひずみゲージＧ１〜Ｇ３は一体構成の３軸ゲージであってもよい。ひずみゲージＧ１〜Ｇ３は測定対象の物体（図示せず）に貼着され、ひずみに応じた抵抗値変化を生じる。ひずみゲージＧ１、Ｇ２、Ｇ３は、この順番に直列に接続されて直列回路を形成している。この直列回路の一端には、あらかじめ信号線ｒ１、ｒ２が結線されており、他端には信号線ｒ５、ｒ６が結線されている。ひずみゲージＧ１、Ｇ２の接続点には、信号線ｒ３が結線され、ひずみゲージＧ２、Ｇ３の接続点には、信号線ｒ４が結線されている。ひずみゲージＧ１〜Ｇ３は信号線ｒ１〜ｒ６を介してひずみ測定装置１０に結線されている。
【００４６】
ひずみ測定装置１０は、ゲージ素子選択部１１と測定部１２を備えている。ゲージ素子選択部１１は、ひずみ測定に用いる１つのひずみゲージをひずみゲージＧ１〜Ｇ３の中から選択するためのものであり、各ひずみゲージＧ１〜Ｇ３にそれぞれ対応するスイッチ回路Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を備えている。スイッチ回路Ｓ１は、４つのスイッチ素子からなり、それらのスイッチ素子は一端が信号線ｒ１〜ｒ４に各々結線されており、他端が測定部１２に接続されている。スイッチ回路Ｓ２は、４つのスイッチ素子からなり、それらのスイッチ素子は一端が信号線ｒ２〜ｒ５に各々結線されており、他端が測定部１２に接続されている。スイッチ回路Ｓ３は、４つのスイッチ素子からなり、それらのスイッチ素子は一端が信号線ｒ３〜ｒ６に各々結線されており、他端が測定部１２に接続されている。
【００４７】
この場合、スイッチ回路Ｓ１の４つのスイッチ素子をオン状態にしたとき、ひずみゲージＧ１が測定用ひずみゲージとして測定部１２に対して接続されるようになっている。同様に、各スイッチ回路Ｓ２、Ｓ３の４つのスイッチ素子をオン状態にしたとき、それぞれひずみゲージＧ２、Ｇ３が測定用ひずみゲージとして測定部１２に対して接続されるようになっている。
【００４８】
測定部１２は、本願出願人が特願２００２−９２７４９号にて提案した手法によりひずみ測定を行うものであり、図４に示すように、検出部１３と、制御部１４とを備えている。測定部１２には接続端子１５〜１８が設けられており、ゲージ素子選択部１１により選択された測定用ひずみゲージの一端が接続端子１５，１６に接続され、その測定用ひずみゲージの他端が接続端子１７，１８に接続される。
【００４９】
より具体的には、例えば、ゲージ素子選択部１１のスイッチ回路Ｓ１がオン状態になったときに、図５に示すように、ひずみゲージＧ１の一端が信号線ｒ１、ｒ２を介して接続端子１５，１６に接続され、ひずみゲージＧ１の他端が信号線ｒ３を介して接続端子１７に接続されると共に、ひずみゲージＧ２と信号線ｒ４を介して接続端子１８に接続される。
【００５０】
尚、接続端子１５〜１８のうち、接続端子１６，１７は接続端子１６，１７間に接続された測定用ひずみゲージに電流を供給するためのものであり、接続端子１５，１８は接続端子１６，１７間に接続された測定用ひずみゲージに生じる電圧を抽出するためのものである。
【００５１】
検出部１３は、基準抵抗体ＲＳと、電圧差検出回路２１と、電圧安定化回路２２とを備えている。基準抵抗体ＲＳは、選択した測定用ひずみゲージに接続端子１６，１７を通じて流す電流ｉと同じ電流ｉを通電するものであり、接続端子１７に接続されている。基準抵抗体ＲＳは例えば固定抵抗値の抵抗素子により構成される。
【００５２】
電圧差検出回路２１は、選択された測定用ひずみゲージへの通電時に接続端子１５、１８間に生じた電圧Ｖ１（これは後述するように測定用ひずみゲージに生じた電圧に等しい）と基準抵抗体ＲＳに生じた電圧Ｖ２との差分ｅを検出するものであり、高入力インピーダンスのオペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３と抵抗体Ｒａ〜Ｒｄとを備えている。オペアンプｏｐ１，ｏｐ２の正入力にはそれぞれ接続端子１５，１８が接続され、オペアンプｏｐ３の正入力には接続端子１７が接続されている。また、オペアンプｏｐ１の出力は抵抗体Ｒａ、Ｒｂの直列回路を介して基準抵抗体ＲＳの一端（接続端子１７と反対側の一端）に接続され、オペアンプｏｐ２、ｏｐ３の出力は抵抗体Ｒｃ、Ｒｄの直列回路を介して相互に接続されている。この回路２１では、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３はボルテージフォロア回路を形成し、固定抵抗Ｒａ〜Ｒｄの抵抗値は同一である（Ｒａ＝Ｒｂ＝Ｒｃ＝Ｒｄ）。この電圧差検出回路２１の出力電圧ｅすなわち、固定抵抗Ｒａ、Ｒｂの直列回路の中点と、固定抵抗Ｒｃ、Ｒｄの直列回路の中点との間の電圧は、次式（１）で与えられる。
【００５３】
ｅ＝（Ｖ１−Ｖ２）／２・・・・・・・・・・（１）
【００５４】
従って、出力電圧ｅはＶ１−Ｖ２に比例したものになり、Ｖ１−Ｖ２を検出できることとなる。この場合、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３は高入力インピーダンスのものであるので、接続端子１５，１８からオペアンプｏｐ１，ｏｐ２には電流がほとんど流れないと共に、接続端子１７からオペアンプｏｐ３に流れる電流もほぼ０である。このため、測定用ひずみゲージに生じる電圧は、接続端子１５,１８間に生じる電圧Ｖ１と等しくなる（図５参照）。
【００５５】
電圧安定化回路２２は、選択された測定用ひずみゲージに電流を流すときに基準抵抗体ＲＳに生じる電圧Ｖ２を一定値に保持するためのものであり、高入力インピーダンスのオペアンプｏｐ４から構成される。オペアンプｏｐ４の負入力は、基準抵抗体ＲＳの一端（接続端子１７側の一端）に接続され、オペアンプｏｐ４の出力は接続端子１６に接続されている。また、検出部１３には、あらかじめ定められたレベルの基準入力電圧Ｖを外部から入力するための一対の電源入力端子２６，２７が設けられており、オペアンプｏｐ４の正入力は電源入力端子２６に接続されている。さらに、電源入力端子２７は、基準抵抗体ＲＳの一端（接続端子１７と反対側の一端）に接続されている。従って、オペアンプｏｐ４は、基準抵抗体ＲＳに生じる電圧Ｖ２が電源入力端子２６，２７に付与される基準入力電圧Ｖと等しくなるように、基準抵抗体ＲＳに流れる電流を制御する。また、検出部１３には、電圧差検出回路２１の出力電圧ｅを外部に出力するための一対の出力端子２８，２９が備えられている。
【００５６】
ここで、本実施形態でのひずみ算出手法について述べておく。本願出願人が別出願（特願２００２−９２７４９号）で詳述しているので詳細は省略するが、例えば、図５に示すように、ひずみゲージＧ１を測定用ひずみゲージとして選択した場合において、ひずみゲージＧ１（抵抗値Ｒ１）と基準抵抗体ＲS（抵抗値Ｒ２）の抵抗比Ｃ（＝Ｒ１／Ｒ２）と、ひずみゲージＧ１のひずみεとの間には次式（２）の関係式が成立する。
【００５７】
ε＝（１／Ｋ）・（Ｃε／Ｃ０−１）・・・・・・・・・・（２）
【００５８】
ただしＫはひずみゲージＧ１のゲージ率である。また、抵抗比Ｃ０、Ｃεは、それぞれ基準とする初期状態（添字０で示す）およびひずみ測定時（添字εで示す）のものである。ひずみゲージＧ１に電流ｉを流した場合に、ひずみゲージＧ１に電圧Ｖ１が生じ、基準抵抗体ＲＳに電圧Ｖ２が生じるとすると、式（２）の右辺に示される抵抗比Ｃε、Ｃ０は、次式（３）、（４）のように電圧Ｖ１，Ｖ２で表される。
【００５９】
Ｃ０＝Ｒ１０／Ｒ２０＝ｉ・Ｒ１０／（ｉ・Ｒ２０）＝Ｖ１０／Ｖ２０・・・・・・・・・・（３）
【００６０】
Ｃε＝Ｒ１ε／Ｒ２ε＝ｉ・Ｒ１ε／（ｉ・Ｒ２ε）＝Ｖ１ε／Ｖ２ε・・・・・・・・・・（４）
【００６１】
従って、電圧Ｖ１，Ｖ２をひずみゲージＧ１に流れる電流ｉに影響を及ぼすことなく把握することで、それらの電圧Ｖ１，Ｖ２から、式（２）で表されるひずみεを把握することができる。この場合、本実施形態の回路によるときには、抵抗比Ｃは、電圧差検出回路２１の出力電圧ｅと、基準抵抗体ＲＳに生じた電圧Ｖ２＝Ｖ（一定値）を用いて次式（５）により求められる。
【００６２】
Ｃ＝Ｖ１／Ｖ２＝１＋２・ｅ／Ｖ・・・・・・・・・・（５）
【００６３】
次に、測定部１２を構成する制御部１４は、基準電源回路３１と、増幅回路３２と、Ａ／Ｄ変換回路３３と、制御回路３４と、記憶回路３５と、インターフェース回路３６と、主電源回路３７と、表示器３８と、表示回路３９を備えている。
【００６４】
基準電源回路３１は、検出部１３の一対の電源入力端子２６，２７に接続されて、検出部１３に基準入力電圧Ｖ（定電圧）を供給する。増幅回路３２は、検出部１３の一対の出力端子２８，２９に接続されて、該出力端子２８，２９間に発生する電圧差検出回路２１の出力電圧ｅを増幅する。Ａ／Ｄ変換回路３３は、増幅回路３２の出力をＡ／Ｄ変換する。制御回路３４は、各種データ処理や制御処理を行う。また、制御回路３４は、ゲージ素子選択部１１のスイッチ回路Ｓ１〜Ｓ３を選択する制御信号をスイッチ回路Ｓ１〜Ｓ３に供給する。記憶回路３５は、各種データや制御回路３４が行う処理に必要なプログラム等を記憶保持する。インターフェース回路３６は、制御回路３４が制御部１４の外部の図示しない操作器やパーソナルコンピュータ等との間で各種データの授受を行うための回路である。主電源回路３７は、制御部１４全体の電源電圧を商用電源等から生成する。表示器３８は、制御回路３４により表示回路３９を介して駆動され、ひずみ測定値等を表示する。なお、制御回路３４はマイクロプロセッサ等により構成され、また記憶回路３５はＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等により構成されたものである。制御部１４の電源としては商用電源の他、電池を使用するようにしてもよい。
【００６５】
上記構成のひずみ測定装置１０の作動を説明する。本実施形態のひずみ測定装置１０では、ひずみ測定に先立って、あらかじめ、前記基準入力電圧Ｖの値およびひずみゲージＧ１〜Ｇ３のゲージ率Ｋ１〜Ｋ３の値が、ひずみ測定装置１０の外部の適宜の操作器等からインターフェース回路３６及び制御回路３４を介して記憶回路３５に入力されて、記憶回路３５に記憶保持される。尚、これらの値Ｖ，Ｋ１〜Ｋ３はひずみ測定装置１０の製造段階で記憶回路３５に記憶保持しておくようにしてもよい。また、ひずみゲージＧ１〜Ｇ３のゲージ率Ｋ１〜Ｋ３は同一でもよい。
【００６６】
そして、ひずみ測定の基準とする初期状態において、以下のように測定が行われる。まず、ひずみゲージＧ１〜Ｇ３が測定対象の物体（図示せず）に貼着される。ひずみ測定装置１０の所定の操作等により、制御部１４を動作させる。このとき、制御部１４の制御回路３４は、まず、選択すべきスイッチ回路に制御信号を供給する。選択されたスイッチ回路は、４つのスイッチ素子をオンさせる。例えばスイッチ回路Ｓ１がオンしたとする。制御回路３４は基準電源回路３１を起動して、基準電源回路３１から電源入力端子２６，２７に基準入力電圧Ｖを付与させる。基準電源回路３１が、検出部１３に基準入力電圧Ｖを供給すると、信号線ｒ２，ｒ３を介してひずみゲージＧ１と基準抵抗体ＲＳにｏｐ４によってＶ２＝Ｖとするように電流ｉが流れる。このとき接続端子１５，１８間に生じた電圧（ひずみゲージＧ１の両端に生じた電圧）Ｖ１と基準抵抗体ＲＳに生じた電圧Ｖ２（＝Ｖ）との差に比例した電圧差検出回路２１の出力電圧ｅ（初期状態での出力電圧ｅ０）は、出力端子２８，２９から出力され、増幅回路３２に入力される。制御回路３４は、この増幅回路３２に入力される電圧ｅ０の値を、増幅回路３２及びＡ／Ｄ変換回路３３を介して与えられるデータによって認識する。その認識した電圧ｅ０と前記基準入力電圧Ｖの値とに基づいて、制御回路３４は前記の式（５）により、基準抵抗体ＲＳに対するひずみゲージＧ１の抵抗の比（抵抗比）Ｃ（初期状態での抵抗比Ｃ０）を求め、求めた抵抗比Ｃ０を記憶回路３５に記憶保持させる。同様に、制御部１４の制御回路３４は各スイッチ回路Ｓ２、Ｓ３を順次選択し、各ひずみゲージＧ２、Ｇ３に関して抵抗比Ｃ０を求めて、記憶回路３５に記憶保持する。
【００６７】
次に、制御回路３４は、操作者の所定の操作等により指示されたタイミングや、あらかじめ設定されたタイムスケジュールに従って、次のようにひずみ測定を行う。制御回路３４は、ひずみ測定を行うタイミングにおいて、選択すべきスイッチ回路に制御信号を供給する。選択されたスイッチ回路は、４つのスイッチ素子をオンさせる。例えばスイッチ回路Ｓ１がオンする。制御回路３４は、基準電源回路３１から電源入力端子２６，２７に基準入力電圧Ｖを付与させる。そして、接続端子１５、１８間に生じた電圧（ひずみゲージＧ１の両端に生じた電圧）Ｖ１と基準抵抗体ＲＳに生じた電圧Ｖ２との差に比例した電圧差検出回路２１の出力電圧ｅ（ひずみ測定時の出力電圧ｅε）は増幅回路３２に入力される。制御回路３４は、この増幅回路３２に入力される電圧ｅεの値を、増幅回路３２及びＡ／Ｄ変換回路３３を介して与えられるデータによって認識する。その認識した電圧ｅεに基づいて、制御回路３４は前記の式（５）により抵抗比Ｃ（ひずみ測定時の抵抗比Ｃε）を求め、求めた抵抗比Ｃεを記憶回路３５に記憶保持させる。同様にスイッチ回路Ｓ２，Ｓ３を順次オンさせて、それぞれ抵抗比を求めて記憶回路３５に記憶保持する。
【００６８】
そして、制御回路３４は、記憶回路３５に記憶保持されたゲージ率Ｋ１〜Ｋ３、初期状態における抵抗比Ｃ０、およびひずみ測定時の抵抗比Ｃεのデータを記憶回路３５からスイッチ回路Ｓ１〜Ｓ３ごとに読み込む。そして、読み込んだ上記の各データの値を用いて、前記の式（２）の演算を行うことで、ひずみゲージＧ１〜Ｇ３に関してひずみε１〜ε３を求める。なお、制御回路３４は、求めたひずみε１〜ε３の値を表示回路３９を介して表示器３８に表示させる。
【００６９】
上述のように、本実施形態によれば、ひずみゲージＧ１〜Ｇ３に結線された信号線ｒ１〜ｒ６の抵抗が測定値に影響を及ぼすことなくひずみを測定することができ、各信号線ｒ１〜ｒ６の抵抗が異なった抵抗値に変化したとしても測定誤差が生じることがなくなる。また、従来の１ゲージ３線法では、３ゲージの場合に測定に９本の信号線が必要になるが本実施形態によれば信号線は６本で足り、信号線を低減できるという効果を奏する。
【００７０】
上記実施形態では３つのひずみゲージを直列に接続したが、接続するひずみゲージの数はこれに限定されるものではなく３個以上でもよい。この場合には、ゲージ素子選択部１１のスイッチ回路の数をひずみゲージの数だけ用意すればよい。
【００７１】
また、図６に示す参考例のように、ひずみゲージＧ３の代わりに例えば、測温抵抗体Ｒｔ（抵抗式センサ）を接続した場合であっても、この測温抵抗体Ｒｔの影響を受けずに、ひずみゲージＧ１、Ｇ２でのひずみ測定を上記実施形態と全く同様に行うことができる。尚、この場合に測温抵抗体Ｒｔに生じた電圧を測定するには、スイッチ回路Ｓ３をオンにして測温抵抗体Ｒｔに電流を流した状態で、測定部１２の検出部１３のオペアンプｏｐ１，ｏｐ２の出力を検出すればよい。
【００７２】
（第２の実施形態）
上記実施形態は、接続された複数のひずみゲージの中から１つのひずみゲージを選択してひずみ測定を行う方法（１ゲージ法）を説明したものであるが、複数のひずみゲージの中から２つのひずみゲージを選択する場合（２ゲージ法）を第２の実施形態として図７を参照して説明する。
【００７３】
本実施形態のひずみ測定システムは、４枚のひずみゲージＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４とひずみ測定装置４０とを備える。ひずみゲージＧ１〜Ｇ４は、この順番に直列に接続されて直列回路を形成している。ひずみゲージの直列回路の一端には、あらかじめ信号線ｒ１、ｒ２が結線されており、他端には信号線ｒ６、ｒ７が結線されている。ひずみゲージＧ１、Ｇ２の接続点、Ｇ２、Ｇ３の接続点、Ｇ３、Ｇ４の接続点には、それぞれ信号線ｒ３、ｒ４、ｒ５が結線されている。ひずみゲージＧ１〜Ｇ４は信号線ｒ１〜ｒ７を介してひずみ測定装置４０に接続されている。
【００７４】
ひずみ測定装置４０は、ゲージ素子選択部４１と測定部４２を備えている。ゲージ素子選択部４１は、ひずみ測定に用いる２つのひずみゲージをひずみゲージＧ１〜Ｇ４の中から選択するためのものであり、２つのひずみゲージの組Ｇ１、Ｇ２又はＧ３、Ｇ４にそれぞれ対応するスイッチ回路Ｓ４、Ｓ５を備えている。スイッチ回路Ｓ４は、５つのスイッチ素子からなり、それらのスイッチ素子は一端が信号線ｒ１〜ｒ５に各々結線されており、他端が測定部４２に接続されている。スイッチ回路Ｓ５は、５つのスイッチ素子からなり、それらのスイッチ素子は一端が信号線ｒ３〜ｒ７に各々結線されており、他端が測定部４２に接続されている。この場合、スイッチ回路Ｓ４の５つのスイッチ素子をオン状態にしたとき、ひずみゲージＧ１、Ｇ２が測定用ひずみゲージとして測定部４２に対して接続されるようになっている。同様に、スイッチ回路Ｓ５の５つのスイッチ素子をオン状態にしたとき、ひずみゲージＧ３、Ｇ４が測定用ひずみゲージとして測定部４２に対して接続されるようになっている。
【００７５】
測定部４２は、本願出願人が特願２００２−９２７４９号にて提案した手法によりひずみ測定を行うものであり、図８に示すように、検出部４３と、制御部１４とを備えている。この装置４０では、制御部１４は第１の実施形態と同一であり、この構成については第１の実施形態のひずみ測定装置１０と同一の参照番号を付与し、説明を省略する。測定部４２には接続端子１５〜１９が設けられている。ゲージ素子選択部４１により選択された２つの測定用ひずみゲージのうちの１つが接続端子１５〜１７に接続され、もう１つの測定用ひずみゲージが接続端子１７〜１９に接続される。つまり、接続端子１７は２つのひずみゲージに共用される。
【００７６】
より具体的には、例えば、ゲージ素子選択部４１のスイッチ回路Ｓ４がオン状態になったときに、図９に示すように、ひずみゲージＧ１の一端が信号線ｒ１、ｒ２を介して接続端子１５，１６に接続され、ひずみゲージＧ１の他端が信号線ｒ３を介して接続端子１７に接続されると共に、ひずみゲージＧ２の一端に接続される。また、ひずみゲージＧ２の他端が信号線ｒ４を介して接続端子１８に接続されると共に、ひずみゲージＧ３の一端に接続され、ひずみゲージＧ３の他端が信号線ｒ５を介して接続端子１９に接続される。
【００７７】
尚、接続端子１５〜１９のうち、接続端子１６，１８は接続端子１６，１８間に接続された２つの測定用ひずみゲージに電流を供給するためのものであり、接続端子１５，１７，１９は接続端子１５，１７間及び１７，１９間にそれぞれ接続された測定用ひずみゲージに生じる電圧を抽出するためのものである。
【００７８】
検出部４３は図８に示すように、電圧差検出回路４６と、電圧安定化回路４７とを備える。電圧差検出回路４６は、測定部４２に接続される２つのひずみゲージに生じる電圧の差を検出するものであり、高入力インピーダンスのオペアンプｏｐ１，ｏｐ２と抵抗体Ｒａ、Ｒｂを具備している。オペアンプｏｐ１，ｏｐ２の正入力にはそれぞれ接続端子１５，１９が接続され、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２の出力は抵抗体Ｒａ、Ｒｂの直列回路を介して相互に接続されている。この回路４６では、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２はボルテージフォロア回路を形成し、固定抵抗Ｒａ、Ｒｂの抵抗値は同一である（Ｒａ＝Ｒｂ）。この電圧差検出回路４６の出力電圧ｅすなわち、固定抵抗Ｒａ、Ｒｂの直列回路の中点と、接続端子１７との間の電圧は、前記の式（１）で表される。ここでＶ１は接続端子１６，１７間に接続された測定用ひずみゲージに生じる電圧を表し、Ｖ２は接続端子１７，１８間に接続された測定用ひずみゲージに生じる電圧を表す。従って、出力電圧ｅはＶ１−Ｖ２に比例したものになり、Ｖ１−Ｖ２を検出できることとなる。この場合、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２は高入力インピーダンスのものであるので、接続端子１５，１９からｏｐ１，ｏｐ２の正入力には電流がほとんど流れない。このため、図９に例示するように接続端子１６，１７間に接続された測定用ひずみゲージＧ１に生じる電圧は、接続端子１５,１７間に生じる電圧Ｖ１と等しくなり、接続端子１７，１８間に接続された測定用ひずみゲージＧ２に生じる電圧は、接続端子１７,１９間に生じる電圧Ｖ２と等しくなる。
【００７９】
電圧安定化回路４７は、選択された２つの測定用ひずみゲージに電流を流すときに各ひずみゲージに生じる電圧Ｖ１、Ｖ２の和を一定値に保持するためのものであり、高入力インピーダンスのオペアンプｏｐ３，ｏｐ４から構成される。オペアンプｏｐ３，ｏｐ４の負入力はそれぞれ接続端子１５，１９に接続され、ｏｐ３，ｏｐ４の出力はそれぞれ接続端子１６，１８に接続されている。また、検出部４３には、あらかじめ定められたレベルの基準入力電圧Ｖを外部から入力するための一対の電源入力端子２６，２７が設けられており、オペアンプｏｐ３，ｏｐ４の正入力はそれぞれ電源入力端子２６，２７に接続されている。従って、オペアンプｏｐ３，ｏｐ４は、２つのひずみゲージに生じる電圧の和Ｖ１＋Ｖ２が電源入力端子２６，２７に付与される基準入力電圧Ｖと等しくなるように、２つのひずみゲージに流れる電流を制御する。
【００８０】
ここで、本実施形態でのひずみ算出手法について述べておく。本願出願人が別出願（特願２００２−９２７４９号）で詳述しているので詳細は省略するが、例えば、図９に示すように、ひずみゲージＧ１、Ｇ２を測定用ひずみゲージとして選択した場合において、ひずみゲージＧ１（抵抗値Ｒ１）とひずみゲージＧ２（抵抗値Ｒ２）の抵抗比Ｃ（＝Ｒ１／Ｒ２）と、ひずみゲージＧ１のひずみε１との間には次式（６）の関係式が成立する。
【００８１】
ε１＝（Ｃε−Ｃ０）／（Ｋ１・Ｃ０−ａ・Ｋ２・Ｃε）・・・・・・・・・・（６）
【００８２】
ただしａは２つのひずみゲージＧ１、Ｇ２のひずみの比、Ｋ１、Ｋ２は２つのひずみゲージＧ１、Ｇ２のゲージ率である。また、抵抗比Ｃ０、Ｃεは、それぞれ基準とする初期状態（添字０で示す）およびひずみ測定時（添字εで示す）のものである。２つのひずみゲージＧ１、Ｇ２に電流ｉを流した場合に、ひずみゲージＧ１に電圧Ｖ１が生じ、ひずみゲージＧ２に電圧Ｖ２が生じるとすると、式（６）の右辺に示される抵抗比Ｃε、Ｃ０は、前記の式（３）、（４）のように電圧Ｖ１，Ｖ２で表される。従って、電圧Ｖ１，Ｖ２を２つのひずみゲージＧ１、Ｇ２に流れる電流ｉに影響を及ぼすことなく把握することで、それらの電圧Ｖ１，Ｖ２から、式（６）で表されるひずみε１を把握することができる。
【００８３】
この場合、本実施形態の回路によるときには、抵抗比Ｃは、電圧差検出回路４６の出力電圧ｅと、２つのひずみゲージに生じた電圧Ｖ１，Ｖ２の和Ｖ１＋Ｖ２＝Ｖ（一定値）を用いて次式（７）により求められる。
【００８４】
Ｃ＝Ｖ１／Ｖ２＝（Ｖ＋２・ｅ）／（Ｖ−２・ｅ）・・・・・・・・・・（７）
【００８５】
上記構成のひずみ測定装置４０の作動は、以下のように、第１の実施形態のひずみ測定装置１０と同様な作動を行う。まず、ひずみゲージＧ１〜Ｇ４が測定対象の物体に貼着される。このとき、ひずみゲージＧ１、Ｇ２に生じるひずみの比およびひずみゲージＧ３、Ｇ４に生じるひずみの比が既知となるような物体の２つの部位に貼着される。本実施形態では、例えば、板状の試験材料の表裏面にそれぞれひずみゲージＧ１、Ｇ２を貼ってひずみ（曲げひずみ）を計測する。また、ひずみゲージＧ３、Ｇ４を同様に貼る。この場合には、ひずみゲージＧ１、Ｇ２に生じるひずみの比ａはａ＝−１とする。同様に、ひずみゲージＧ３、Ｇ４に生じるひずみの比ａはａ＝−１とする。
【００８６】
本実施形態のひずみ測定装置４０では、ひずみ測定に先立って、あらかじめ、検出部１３に付与する基準入力電圧Ｖの値と、各ひずみゲージＧ１〜Ｇ４のゲージ率Ｋ１〜Ｋ４の値と、２つのひずみの比ａ（ａ＝−１）とが、適宜の操作器等からインターフェース回路３６及び制御回路３４を介して記憶回路３５に入力されて、記憶回路３５に記憶保持される。尚、これらの値Ｖ、Ｋ１〜Ｋ４、ａは、ひずみ測定装置４０の製造段階で記憶回路３５に記憶保持しておくようにしてもよい。また、ひずみゲージＧ１〜Ｇ４のゲージ率Ｋ１〜Ｋ４は同一でもよい。
【００８７】
ひずみ測定の基準とする初期状態において、ひずみ測定装置４０の所定の操作等により、制御部１４を動作させる。このとき、制御部１４の制御回路３４は、まず、ゲージ素子選択部４１のスイッチ回路に制御信号を供給する。選択されたスイッチ回路は、５つのスイッチ素子をオンさせる。例えばスイッチ回路Ｓ４がオン状態になったとする（チャンネル１）。制御部１４の制御回路３４は、基準電源回路３１を起動して、基準電源回路３１から電源入力端子２６，２７に基準入力電圧Ｖを付与させる。基準電源回路３１が、検出部４３に基準入力電圧Ｖを供給すると、信号線ｒ２，ｒ４を介してひずみゲージＧ１、Ｇ２にｏｐ３，ｏｐ４によってＶ１＋Ｖ２＝Ｖとするように電流が流れる。このときひずみゲージＧ１、Ｇ２の各両端に生じた電圧Ｖ１、Ｖ２の差に比例した電圧差検出回路４６の出力電圧ｅ０は、出力端子２８，２９から出力され、増幅回路３２に入力される。制御回路３４は、この増幅回路３２に入力される電圧ｅ０の値を、増幅回路３２及びＡ／Ｄ変換回路３３を介して与えられるデータによって認識する。その認識した電圧ｅ０と前記基準入力電圧Ｖの値とに基づいて、制御回路３４は前記の式（７）により、ひずみゲージＧ２に対するひずみゲージＧ１の抵抗の比（抵抗比）Ｃ０を求め、求めた抵抗比Ｃ０を記憶回路３５に記憶保持させる。
【００８８】
同様に、制御部１４の制御回路３４は、スイッチ回路Ｓ５に制御信号を供給すると、スイッチ回路Ｓ５がオン状態になる（チャンネル２）。制御回路３４は、ひずみゲージＧ４に対するひずみゲージＧ３の抵抗比Ｃ０を求め、求めた抵抗比Ｃ０を記憶回路３５に記憶保持させる。
【００８９】
次に、制御回路３４は、操作者の所定の操作等により指示されたタイミング等に従って、次のようにひずみ測定を行う。制御回路３４は、ひずみ測定を行うタイミングにおいて、ゲージ素子選択部４１のスイッチ回路Ｓ４に制御信号を供給し、基準電源回路３１から電源入力端子２６，２７に基準入力電圧Ｖを付与させる。そして、ひずみゲージＧ１、Ｇ２の両端に生じた電圧Ｖ１、Ｖ２の差に比例した電圧差検出回路４６の出力電圧ｅεは増幅回路３２に入力される。制御回路３４は、増幅回路３２に入力される電圧ｅεの値を、増幅回路３２及びＡ／Ｄ変換回路３３を介して与えられるデータによって認識する。その認識した電圧ｅεに基づいて、制御回路３４は前記の式（７）により抵抗比Ｃεを求め、求めた抵抗比Ｃεを記憶回路３５に記憶保持させる。また、同様に、制御回路３４は、ひずみゲージＧ３、Ｇ４について抵抗比Ｃεを求め、求めた抵抗比Ｃεを記憶回路３５に記憶保持させる。
【００９０】
そして、制御回路３４は、チャンネル１について、記憶回路３５に記憶保持されたゲージ率Ｋ１，Ｋ２と、２つのひずみゲージＧ１，Ｇ２に生じるひずみの比ａと、初期状態における抵抗比Ｃ０およびひずみ測定時の抵抗比Ｃεの各データを記憶回路３５から読み込む。そして、読み込んだ上記の各データの値を用いて、チャンネル１について前記の式（６）の演算を行うことで、ひずみゲージＧ１に関するひずみε１を求める。また、これを基にひずみゲージＧ２に関するひずみε２＝−ε１を求める。同様に制御回路３４はチャンネル２について演算を行い、ひずみゲージＧ３に関するひずみε３を求め、これを基にひずみゲージＧ４に関するひずみε４＝−ε３を求める。
【００９１】
本実施形態のひずみ測定装置によれば、２つのひずみゲージに生じるひずみの比ａが既知となるような物体の２つの部位にひずみゲージを貼着した場合のそれぞれのひずみを求めることができる。そして、それらのひずみは、ひずみゲージに結線された信号線の抵抗が測定値に影響を及ぼすことなく測定することができ、ひずみ測定装置４０に接続する各信号線ｒ１〜ｒ７の抵抗が異なった抵抗値に変化したとしても測定誤差が生じることがなくなる。
【００９２】
上記実施形態では、板状の試験材料の表裏面にそれぞれひずみゲージＧ１、Ｇ２およびＧ３、Ｇ４を貼って曲げひずみを計測するものとしたので、ひずみゲージＧ１、Ｇ２およびＧ３、Ｇ４に生じるひずみの比ａは共にａ＝−１とした。しかし、ひずみゲージの貼着部位はこれに限定されるものではなく、測定点毎にひずみの比ａを任意の値に設定してもよい。
【００９３】
また、上記実施形態では４つのひずみゲージを直列に接続したが、接続するひずみゲージの数はこれに限定されるものではなく３個以上でよい。ひずみゲージを２ｍ個接続する場合には、ゲージ素子選択部１１のスイッチ回路の数をｍ個だけ用意すればよい。また、例えば８ゲージのひずみゲージが直列に接続される場合には、従来の２ゲージ法では、測定に１２本又は１６本の信号線が必要になるが本実施形態によれば信号線は１１本で足り、信号線を低減できるという効果を奏する。また、上記実施形態では２ゲージ法を説明したが、１ゲージ法と２ゲージ法とを混在させてひずみ測定を行うようにしてもよい。
【００９４】
（参考例）
次に、ひずみ測定システムの一参考例を図１０を参照して説明する。このひずみ測定システムは、前記第２実施形態と同様の２ゲージ法によるものであり、４枚のひずみゲージＧ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４とひずみ測定装置５０とを備える。
【００９５】
ひずみゲージとひずみゲージの間にはリード線が接続され４枚のひずみゲージＧ１〜Ｇ４と３本のリード線ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３（これは本発明における他の抵抗体に相当する）によりこの順番に直列回路が構成されている。この直列回路の一端にはリード線ｒ１、ｒ２が結線され、他端にはリード線ｒ９、ｒ１０が結線されている。ひずみゲージＧ１〜Ｇ４とその間のリード線ｒ１１、ｒ１２、ｒ１３との６ヵ所の接続点には、それぞれリード線ｒ３〜ｒ８が結線されている。ひずみゲージＧ１〜Ｇ４はリード線ｒ１〜ｒ１０を介してひずみ測定装置５０に接続されている。
【００９６】
ひずみ測定装置５０は、ゲージ素子選択部５１と測定部５２を備えている。ゲージ素子選択部５１は、ひずみ測定に用いる２つのひずみゲージをひずみゲージＧ１〜Ｇ４の中から選択するためのものであり、２つのひずみゲージの組Ｇ１、Ｇ２又はＧ３、Ｇ４にそれぞれ対応するスイッチ回路Ｓ６、Ｓ７を備えている。スイッチ回路Ｓ６は、６つのスイッチ素子からなり、それらのスイッチ素子は一端が各ひずみゲージの信号線ｒ１〜ｒ６に各々結線されており、他端が測定部５２に接続されている。スイッチ回路Ｓ７は、６つのスイッチ素子からなり、それらのスイッチ素子は一端が各ひずみゲージの信号線ｒ５〜ｒ１０に各々結線されており、他端が測定部５２に接続されている。この場合、スイッチ回路Ｓ６の６つのスイッチ素子をオン状態にしたとき、ひずみゲージＧ１、Ｇ２が測定用ひずみゲージとして測定部５２に対して接続されるようになっている。同様に、スイッチ回路Ｓ７の６つのスイッチ素子をオン状態にしたとき、ひずみゲージＧ３、Ｇ４が測定用ひずみゲージとして測定部５２に対して接続されるようになっている。
【００９７】
測定部５２は、本願出願人が特願２００２−９２７４９号にて提案した手法によりひずみ測定を行うものであり、図１１に示すように、検出部５３と、制御部１４とを備えている。この装置５０では、制御部１４は第１の実施形態と同一であり、この構成については第１の実施形態のひずみ測定装置１０と同一の参照番号を付与し、説明を省略する。測定部５２には接続端子１５〜２０が設けられている。ゲージ素子選択部５１により選択された２つの測定用ひずみゲージのうちの１つが接続端子１５〜１７に接続され、もう１つの測定用ひずみゲージが接続端子１８〜２０に接続される。より具体的には、例えば、ゲージ素子選択部５１のスイッチ回路Ｓ６がオン状態になったときに、図１２に示すように、ひずみゲージＧ１の一端がリード線ｒ１、ｒ２を介して接続端子１５，１６に接続され、ひずみゲージＧ１の他端がリード線ｒ３を介して接続端子１７に接続されると共に、リード線ｒ１１、ｒ４を介して接続端子１８に接続される。また、ひずみゲージＧ２の一端がリード線ｒ４を介して接続端子１８に接続され、他端がリード線ｒ５を介して接続端子１９に接続されると共に、リード線ｒ１２、ｒ６を介して接続端子２０に接続される。
【００９８】
尚、接続端子１５〜２０のうち、接続端子１６，１９は接続端子１６，１９間に接続された２つの測定用ひずみゲージに電流を供給するためのものであり、接続端子１５，１７，１８，２０は接続端子１５，１７間および１８，２０間にそれぞれ接続された測定用ひずみゲージに生じる電圧をそれぞれ抽出するためのものである。
【００９９】
検出部５３は図１１に示すように、電圧差検出回路５６と、電圧安定化回路５７とを備える。電圧差検出回路５６は、測定部５２に接続される２つのひずみゲージに生じる電圧の差を検出するものであり、高入力インピーダンスのオペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３，ｏｐ４と抵抗体Ｒａ〜Ｒｄを具備している。オペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３，ｏｐ４の正入力にはそれぞれ接続端子１５，１７，１８，２０が接続されている。また、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３，ｏｐ４の出力にはそれぞれ抵抗体Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄが接続され、抵抗体Ｒａ、Ｒｂが直列に接続されると共に抵抗体Ｒｃ、Ｒｄが直列に接続されている。この回路５６では、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３，ｏｐ４はボルテージフォロア回路を形成し、固定抵抗Ｒａ〜Ｒｄの抵抗値は同一である（Ｒａ＝Ｒｂ＝Ｒｃ＝Ｒｄ）。この電圧差検出回路５６の出力電圧ｅすなわち、固定抵抗Ｒａ、Ｒｂの直列回路の中点と、固定抵抗Ｒｃ、Ｒｄの直列回路の中点との間の電圧は、前記の式（１）で表される。従って、出力電圧ｅはＶ１−Ｖ２に比例したものになり、Ｖ１−Ｖ２を検出できることとなる。この場合、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３，ｏｐ４は高入力インピーダンスのものであるので、接続端子１５，１７，１８，２０からオペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３，ｏｐ４には電流がほとんど流れない。このため、図１２に例示するように接続端子１６，１７間に接続された測定用ひずみゲージＧ１に生じる電圧は、接続端子１５,１７間に生じる電圧Ｖ１と等しくなり、接続端子１８，１９間に接続された測定用ひずみゲージＧ２に生じる電圧は、接続端子１８,２０間に生じる電圧Ｖ２と等しくなる。
【０１００】
電圧安定化回路５７は、選択された２つの測定用ひずみゲージに電流を流すときに接続端子１８，１９，２０に接続されるひずみゲージに生じる電圧Ｖ２を一定値に保持するためのものであり、高入力インピーダンスのオペアンプｏｐ５，ｏｐ６から構成される。オペアンプｏｐ５，ｏｐ６の負入力にはそれぞれ接続端子１８，２０が接続され、オペアンプｏｐ５，ｏｐ６の出力にはそれぞれ接続端子１６，１９が接続されている。また、あらかじめ定められたレベルの基準入力電圧Ｖを外部から入力するための一対の電源入力端子２６，２７が設けられており、オペアンプｏｐ５，ｏｐ６の正入力はそれぞれ電源入力端子２６，２７に接続されている。従って、オペアンプｏｐ５，ｏｐ６は、接続端子１８〜２０に接続されるひずみゲージに生じる電圧Ｖ２が電源入力端子２６，２７に付与される基準入力電圧Ｖと等しくなるように２つのひずみゲージに流れる電流を制御する。
【０１０１】
上記構成のひずみ測定装置５０の作動は、以下のように、第２の実施形態のひずみ測定装置４０と同様な作動を行う。
【０１０２】
まず、ひずみゲージＧ１〜Ｇ４が測定対象の物体に貼着される。本参考例では、例えば、板状の試験材料の表裏面にそれぞれひずみゲージＧ１、Ｇ２を貼ってひずみ（曲げひずみ）を計測する。また、ひずみゲージＧ３、Ｇ４を同様に貼る。
【０１０３】
本参考例のひずみ測定装置５０では、あらかじめ、２つのひずみゲージＧ１、Ｇ２又はＧ３、Ｇ４の直列回路に付与する基準入力電圧Ｖの値と、各ひずみゲージＧ１〜Ｇ４のゲージ率Ｋ１〜Ｋ４の値と、２つのひずみの比ａ（ａ＝−１）とが、記憶回路３５に記憶保持される。尚、これらの値Ｖ、Ｋ１〜Ｋ４、ａは、ひずみ測定装置５０の製造段階で記憶回路３５に記憶保持しておくようにしてもよい。また、ひずみゲージＧ１〜Ｇ４のゲージ率Ｋ１〜Ｋ４は同一でもよい。
【０１０４】
ひずみ測定の基準とする初期状態において、ひずみ測定装置５０の所定の操作等により、制御部１４を動作させる。このとき、制御部１４の制御回路３４は、まず、選択すべきスイッチ回路に制御信号を供給する。例えばスイッチ回路Ｓ６がオンしたとする（チャンネル１）。制御部１４の制御回路３４は、基準電源回路３１を起動して、基準電源回路３１から電源入力端子２６，２７に基準入力電圧Ｖを付与させる。基準電源回路３１が、検出部５３に基準入力電圧Ｖを供給すると、信号線ｒ２，ｒ５を介してひずみゲージＧ１、Ｇ２にｏｐ５，ｏｐ６によってＶ２＝Ｖとするように電流が流れる。このときひずみゲージＧ１、Ｇ２の両端に生じた電圧（接続端子１５，１７または１８，２０の間に生じた電圧）Ｖ１、Ｖ２の差に比例した電圧差検出回路４６の出力電圧ｅ０は、出力端子２８，２９から出力され、増幅回路３２に入力される。制御回路３４は、この増幅回路３２に入力される電圧ｅ０の値を、増幅回路３２及びＡ／Ｄ変換回路３３を介して与えられるデータによって認識する。その認識した電圧ｅ０と前記基準入力電圧Ｖの値とに基づいて、制御回路３４は前記の式（５）により、ひずみゲージＧ２に対するひずみゲージＧ１の抵抗の比（抵抗比）Ｃ０を求め、求めた抵抗比Ｃ０を記憶回路３５に記憶保持させる。
【０１０５】
同様に、制御部１４の制御回路３４は、スイッチ回路Ｓ７に制御信号を供給すると、スイッチ回路Ｓ７がオン状態になる（チャンネル２）。制御回路３４は、ひずみゲージＧ４に対するひずみゲージＧ３の抵抗比Ｃ０を求め、求めた抵抗比Ｃ０を記憶回路３５に記憶保持させる。
【０１０６】
次に、制御回路３４は、操作者の所定の操作等により指示されたタイミング等に従って、初期状態と同様にしてひずみ測定を行い、チャンネル１，２について抵抗比Ｃεを求め、求めた抵抗比Ｃεを記憶回路３５に記憶保持させる。そして、制御回路３４は、チャンネル１に関して、記憶回路３５に記憶保持されたゲージ率Ｋ１，Ｋ２と、２つのひずみゲージに生じるひずみの比ａと、初期状態における抵抗比Ｃ０およびひずみ測定時の抵抗比Ｃεの各データを記憶回路３５から読み込む。そして、読み込んだ上記の各データの値を用いて、前記の式（６）の演算を行うことで、ひずみゲージＧ１に関するひずみε１を求める。また、これを基にひずみゲージＧ２に関するひずみε２＝−ε１を求める。同様に制御回路３４はチャンネル２について演算を行い、ひずみゲージＧ３に関するひずみε３を求め、これを基にひずみゲージＧ４に関するひずみε４＝−ε３を求める。
【０１０７】
本参考例のひずみ測定装置によれば、２つのひずみゲージが離れた部位に貼着できるように２つのひずみゲージの間にリード線が接続されている場合に、ひずみゲージの間に結線されたリード線の抵抗が測定値に影響を及ぼすことなくひずみ測定を行うことができる。また、ひずみ測定装置５０に接続する各リード線ｒ１〜ｒ１０の抵抗が異なった抵抗値に変化したとしても測定誤差が生じることがなくなる。
【０１０８】
上記参考例では、板状の試験材料の表裏面にそれぞれひずみゲージＧ１、Ｇ２およびＧ３、Ｇ４を貼って曲げひずみを計測するものとしたので、ひずみゲージＧ１、Ｇ２およびＧ３、Ｇ４に生じるひずみの比ａは共にａ＝−１とした。しかし、ひずみゲージの貼着部位はこれに限定されるものではなく、測定点毎にひずみの比ａを任意の値に設定してもよい。
【０１０９】
また、上記参考例では４つのひずみゲージを使用したが、接続するひずみゲージの数はこれに限定されるものではなく３個以上でよい。ひずみゲージを２ｍ個使用する場合には、ゲージ素子選択部１１のスイッチ回路の数をｍ個だけ用意すればよい。また、上記参考例では２ゲージ法を説明したが、１ゲージ法と２ゲージ法とを混在させてひずみ測定を行うようにしてもよい。
【０１１０】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る多点ひずみ測定システムを図１３を参照して説明する。
【０１１１】
多点ひずみ測定システムは、ｎ組のひずみゲージ群Ｇｋ（ｋ＝１〜ｎ）と多点ひずみ測定装置６０を備えている。各組のひずみゲージ群Ｇｋは、例えば、３軸方向のひずみゲージＧｋ１、Ｇｋ２、Ｇｋ３を一体的に構成してなる３軸のひずみゲージ（ロゼットゲージ）である。各ロゼットゲージＧｋのひずみゲージＧｋ１、Ｇｋ２、Ｇｋ３は直列に接続されており、この直列回路の一端にはリード線ｒｋ１、ｒｋ２が結線されており、他端にはリード線ｒｋ５、ｒｋ６が結線されている。ゲージＧｋ１、Ｇｋ２の接続点およびＧｋ２、Ｇｋ３の接続点には、それぞれリード線ｒｋ３、ｒｋ４が結線されている。
【０１１２】
多点ひずみ測定装置６０は、チャンネル切換部６１と、ゲージ素子選択部１１と、測定部１２とを備えている。この装置６０では、ゲージ素子選択部１１と、測定部１２とは第１の実施形態と同一であり、これらの構成については第１の実施形態のひずみ測定装置１０と同一の参照番号を付与し、説明を省略する。
【０１１３】
チャンネル切換部６１は、各ロゼットゲージＧ１〜Ｇｎにそれぞれ対応するｎ個のチャンネルＣｈ１〜Ｃｈｎ分のスイッチ回路Ｓ１′〜Ｓｎ′を備えている。スイッチ回路Ｓｋ′（ｋ＝１〜ｎ）は、６つのスイッチ素子からなり、それらのスイッチ素子は一端が信号線ｒｋ１〜ｒｋ６に各々結線されており、他端がゲージ素子選択部１１に接続されている。この場合、あるスイッチ回路Ｓｋ′の６つのスイッチ素子をオン状態にしたとき、各ロゼットゲージＧｋを構成するひずみゲージＧｋ１、Ｇｋ２、Ｇｋ３がゲージ素子選択部１１に対して図３のものと同様に接続されるようになっている。また、制御部１４の制御回路３４（図４参照）は、チャンネルを選択する制御信号をチャンネル切換部６１のスイッチ回路Ｓｋ′（ｋ＝１〜ｎ）に供給する。
【０１１４】
上記構成の多点ひずみ測定装置６０は、次のように動作する。まず、ひずみ測定の基準とする初期状態において、以下のように測定が行われる。ｎ組のロゼットゲージＧｋ（ｋ＝１〜ｎ）は測定対象の物体のｎ個の部位に貼着される。多点ひずみ測定装置６０の所定の操作等により、測定部１２の制御部１４を動作させる（図４参照）。まず、制御部１４の制御回路３４は、チャンネル切換部６１のスイッチ回路Ｓｋ′に制御信号を供給する。選択されたスイッチ回路Ｓｋ′は、６つのスイッチ素子をオンさせる。
【０１１５】
例えば、スイッチ回路Ｓ１′がオンするとロゼットゲージＧ１のひずみゲージＧ１１、Ｇ１２，Ｇ１３が多点ひずみ測定装置６０に導通する。このとき、このひずみゲージＧ１１、Ｇ１２，Ｇ１３は図３のものと同様に測定装置６０のゲージ素子選択部１１に接続する。この装置で制御回路３４は前記第１実施形態のものと同様に各ひずみゲージＧ１１、Ｇ１２、Ｇ１３にそれぞれ対応する抵抗比Ｃ０１、Ｃ０２、Ｃ０３を順次求め、求めた抵抗比Ｃ０１、Ｃ０２、Ｃ０３を記憶回路３５に記憶保持させる。
【０１１６】
さらに、制御回路３４は、チャンネル切換部６１のスイッチ回路に制御信号を順次供給しチャンネルを切り換える。そして、その切替えごとに、選択された各ロゼットゲージＧｋに関して３軸方向のひずみゲージＧｋ１、Ｇｋ２、Ｇｋ３にそれぞれ対応する抵抗比Ｃ０１、Ｃ０２、Ｃ０３を求め、記憶する。このようにして、ｎ個のチャンネル分のスイッチ回路Ｓｋ′をすべて選択することにより、ｎ組の各ロゼットゲージＧｋ毎に３軸方向の抵抗比Ｃ０１、Ｃ０２、Ｃ０３を記憶回路３５に記憶保持させる。
【０１１７】
次に、制御回路３４は、操作者の所定の操作等により指示されたタイミング等に従って、初期状態における測定と同様にしてひずみ測定を行い、各ロゼットゲージＧｋ毎に３軸方向の抵抗比データＣε１〜Ｃε３を求めて記憶回路３５に記憶保持させる。そして、制御回路３４は、各ロゼットゲージＧｋ毎に記憶回路３５に保持されたゲージ率Ｋ、各軸方向の初期状態における抵抗比Ｃ０１〜Ｃ０３およびひずみ測定時の抵抗比Ｃε１〜Ｃε３のデータを記憶回路３５から読み込む。そして、読み込んだ上記の各データの値を用いて、前記の式（２）の演算を行うことで、物体のｎ個の測定点のそれぞれにおける３軸方向のひずみε１〜ε３を求める。
【０１１８】
上記実施形態によれば、チャンネルを選択的に切り換えることにより、各ロゼットゲージＧｋ毎に（各測定点毎に）、各ロゼットゲージＧｋの各軸方向のひずみを算出することができる。つまり、各測定点における３軸方向のひずみを、それらの測定点を容易に区別しながら測定できる。
【０１１９】
また、各測定点に対応する信号線の抵抗値が、測定点同士で互いに異なる場合も測定に悪影響を及ぼさなくなる。また、測定点を切り換えるスイッチの接点抵抗が測定誤差の要因とならないので、接点抵抗ができるだけ小さなスイッチ素子を選択したり、接点抵抗の影響を補償する方策を採る必要がなく、その結果、コストを低減することができる。また、ひずみ測定に際してロゼットゲージあたり、従来の１ゲージ３線法では９本の信号線が必要になるが本実施形態によれば信号線は６本で足り、ｎ組の総数でも信号線が従来に比べて３分の２に低減できる。従って、信号線に必要な材料も低減し、かつ、信号線を配線しやすくなる。
【０１２０】
なお、ｎ個のロゼットゲージは測定対象の物体のｎ個の部位に貼着されるものとして説明したが、ｎ個のロゼットゲージがｎ個の物体に貼着されるものとしてもよい。また、多点ひずみ測定装置６０に接続されるひずみゲージ群はロゼットゲージに限定されるものではなく、その他の多軸ゲージであってもよい。また、各組のひずみゲージ群を構成する複数のひずみゲージは必ずしも一体的でなくてもよい。
【０１２１】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る多点ひずみ測定システムを図１４を参照して説明する。多点ひずみ測定システムは、多点ひずみ測定装置７０と、ｎ個の測定モジュール８０と、測定モジュール８０に接続されたｎ組のひずみゲージ群Ｇｋ（ｋ＝１〜ｎ）とを備える。各組のひずみゲージ群Ｇｋは、例えば、３軸方向のひずみゲージＧｋ１、Ｇｋ２、Ｇｋ３を一体的に構成してなる３軸のひずみゲージ（ロゼットゲージ）である。各ロゼットゲージＧｋのひずみゲージＧｋ１、Ｇｋ２、Ｇｋ３は直列に接続されており、この直列回路の一端にはリード線ｒｋ１、ｒｋ２が結線されており、他端にはリード線ｒｋ５、ｒｋ６が結線されている。ゲージＧｋ１、Ｇｋ２の接続点およびＧｋ２、Ｇｋ３の接続点には、それぞれリード線ｒｋ３、ｒｋ４が結線されている。
【０１２２】
多点ひずみ測定装置７０は、ゲージ素子選択部１１と、測定部１２と、チャンネル制御部７１とを備えている。この装置７０では、ゲージ素子選択部１１と測定部１２は第１の実施形態と同一であり、これらの構成については第１の実施形態のひずみ測定装置１０と同一の参照番号を付与し、説明を省略する。
【０１２３】
チャンネル制御部７１は、測定部１２の制御回路３４（図４参照）の制御の下、測定モジュール８０を選択するための制御信号を測定モジュール８０に供給する。各測定モジュール８０は、６つのスイッチ素子からなるスイッチ回路８１と、チャンネル識別回路８２とを備える。各測定モジュール８０は、一端が共通の信号線Ｌ１〜Ｌ６およびＬｃで多点ひずみ測定装置７０に接続され、他端が各ロゼットゲージＧｋを構成するひずみゲージＧｋ１，Ｇｋ２，Ｇｋ３に結線されたリード線ｒｋ１〜ｒｋ６に接続されている。尚、信号線Ｌｃは図面上では１本の線で表現されているが実際には２線以上の線から構成されている。信号線Ｌ１〜Ｌ６はそれぞれスイッチ回路８１のスイッチ素子の一端に接続され、スイッチ素子の他端が、各ロゼットゲージＧｋに結線されたリード線ｒｋ１〜ｒｋ６に接続されている。チャンネル識別回路８２は、多点ひずみ測定装置７０から信号線Ｌｃを経由する制御信号を識別し、制御信号に応じてスイッチ素子をオン／オフする。
【０１２４】
上記構成の多点ひずみ測定装置７０は、次のように動作する。まず、ひずみ測定の基準とする初期状態において、以下のように測定が行われる。ｎ組のロゼットゲージＧｋ（ｋ＝１〜ｎ）は測定対象の物体のｎ個の部位に貼着され、各測定モジュール８０は適宜配置される。多点ひずみ測定装置７０の所定の操作等により、測定部１２の制御回路３４（図４参照）を動作させる。このとき、チャンネル制御部７１は、制御回路３４の制御の下、測定モジュール８０に制御信号を供給する。選択された測定モジュール８０では、チャンネル識別回路８２は、６つのスイッチ素子をオンさせる。この測定モジュール８０に接続されたロゼットゲージＧｋのひずみゲージＧｋ１，Ｇｋ２，Ｇｋ３は多点ひずみ測定装置７０に導通する。このとき、このひずみゲージＧｋ１，Ｇｋ２，Ｇｋ３は図３のものと同様に測定装置７０のゲージ素子選択部１１に接続する。
【０１２５】
この装置で制御回路３４は前記第１実施形態のものと同様に各ひずみゲージＧｋ１、Ｇｋ２、Ｇｋ３にそれぞれ対応する抵抗比Ｃ０１、Ｃ０２、Ｃ０３を順次求め、求めた抵抗比Ｃ０１、Ｃ０２、Ｃ０３を記憶回路３５に記憶保持させる。さらに、制御回路３４は、測定モジュール８０を順次切り換える。そして、その切替えごとに、選択された各ロゼットゲージＧｋに関して３軸方向のひずみゲージＧｋ１、Ｇｋ２、Ｇｋ３にそれぞれ対応する抵抗比Ｃ０１、Ｃ０２、Ｃ０３を求め、記憶する。このようにして、ｎ個のチャンネル分の測定モジュール８０をすべて選択することにより、ｎ組の各ロゼットゲージＧｋ毎に３軸方向の抵抗比Ｃ０１、Ｃ０２、Ｃ０３を記憶回路３５に記憶保持させる。
【０１２６】
次に、制御回路３４は、操作者の所定の操作等により指示されたタイミング等に従って、初期状態における測定と同様にしてひずみ測定を行い、各ロゼットゲージＧｋ毎に３軸方向の抵抗比データＣε１〜Ｃε３を求めて記憶回路３５に記憶保持させる。そして、制御回路３４は、各ロゼットゲージＧｋ毎に記憶回路３５に保持されたゲージ率Ｋ、各軸方向の初期状態における抵抗比Ｃ０１〜Ｃ０３およびひずみ測定時の抵抗比Ｃε１〜Ｃε３のデータを記憶回路３５から読み込む。そして、上記の各データの値を用いて、前記の式（２）の演算を行うことで、物体のｎ個の測定点のそれぞれにおける３軸方向のひずみε１〜ε３を求める。
【０１２７】
この実施形態によれば、各モジュール８０に結線された共通の信号線Ｌ１〜Ｌ６が長くてもその抵抗値がひずみ測定値に影響を及ぼさずに多点ひずみ測定を行うことができる。また、測定点を切り換えるスイッチの接点抵抗が測定誤差の要因とならないので、接点抵抗ができるだけ小さなスイッチ素子を選択したり、接点抵抗の影響を補償する方策を採る必要がなく、その結果、コストを低減することができる。また、ひずみ測定に際してロゼットゲージあたり、従来の１ゲージ３線法では９本の信号線が必要になるが本実施形態によれば信号線は６本で足り、ｎ組の総数でも信号線が従来に比べて３分の２に低減できる。従って、信号線に必要な材料も低減し、かつ、信号線を配線しやすくなる。
【０１２８】
なお、上記実施形態ではｎ個のロゼットゲージＧｋ１，Ｇｋ２，Ｇｋ３は物体のｎ個の部位に貼着されるものとしたが、ｎ個の物体に貼着されるものとしてもよい。また、測定モジュール８０に接続されるひずみゲージ群はロゼットゲージに限定されるものではなく、その他の多軸ゲージであってもよい。また、各組のひずみゲージ群を構成する複数のひずみゲージは必ずしも一体的でなくてもよい。
【０１２９】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態に係る多点ひずみ測定システムを図１５を参照して説明する。本実施形態は上記第３の実施形態の多点ひずみ測定システムに２ゲージ法を適用した場合に相当する。
【０１３０】
多点ひずみ測定システムは、ｎ組のひずみゲージ群Ｇｋ（ｋ＝１〜ｎ）と多点ひずみ測定装置９０を備えている。各組のひずみゲージ群Ｇｋは、４つのひずみゲージＧｋ１、Ｇｋ２、Ｇｋ３、Ｇｋ４から構成される。各ひずみゲージＧｋ１〜Ｇｋ４は直列に接続されており、この直列回路の一端にはリード線ｒｋ１、ｒｋ２が結線されており、他端にはリード線ｒｋ６、ｒｋ７が結線されている。ゲージＧｋ１、Ｇｋ２の接続点、Ｇｋ２、Ｇｋ３の接続点、Ｇｋ３、Ｇｋ４の接続点には、それぞれリード線ｒｋ３、ｒｋ４、ｒｋ５が結線されている。
【０１３１】
多点ひずみ測定装置９０は、チャンネル切換部９１と、ゲージ素子選択部４１と、測定部４２とを備えている。この装置９０では、ゲージ素子選択部４１と測定部４２は第２の実施形態と同一であり、この構成については第２の実施形態のひずみ測定装置４０と同一の参照番号を付与し、説明を省略する。
【０１３２】
チャンネル切換部９１は、各ひずみゲージ群Ｇ１〜Ｇｎにそれぞれ対応するｎ個のチャンネルＣｈ１〜Ｃｈｎ分のスイッチ回路Ｓ１″〜Ｓｎ″を備えている。スイッチ回路Ｓｋ″（ｋ＝１〜ｎ）は、７つのスイッチ素子からなり、それらのスイッチ素子は一端が信号線ｒｋ１〜ｒｋ７に各々結線されており、他端がゲージ素子選択部４１に接続されている。この場合、あるスイッチ回路Ｓｋ″の７つのスイッチ素子をオン状態にしたとき、各ひずみゲージ群Ｇｋを構成するひずみゲージＧｋ１、Ｇｋ２、Ｇｋ３、Ｇｋ４がゲージ素子選択部４１に対して図７のものと同様に接続されるようになっている。また、測定部４２の制御回路３４（図８参照）は、チャンネルを選択する制御信号をチャンネル切換部９１のスイッチ回路Ｓｋ″（ｋ＝１〜ｎ）に供給する。
【０１３３】
上記構成の多点ひずみ測定装置９０は、次のように動作する。まず、ひずみ測定の基準とする初期状態において、以下のように測定が行われる。ｎ組のひずみゲージ群Ｇｋ（ｋ＝１〜ｎ）は測定対象の物体のｎ個の部位に貼着される。このとき、各ひずみゲージＧｋ１、Ｇｋ２に生じるひずみの比及び各ひずみゲージＧｋ３、Ｇｋ４に生じるひずみの比が既知となるような物体の２つの部位に貼着される。本実施形態では、例えば板状の試験材料の表裏面にそれぞれ各ひずみゲージＧｋ１、Ｇｋ２を貼って曲げひずみ（チャンネルｋ−１）を計測する。また、各ひずみゲージＧｋ３、Ｇｋ４をＧｋ１、Ｇｋ２の近傍に同様に貼る（チャンネルｋ−２）。この場合には、各ひずみゲージＧｋ１、Ｇｋ２に生じるひずみの比ａは各々ａ＝−１とする。同様に、各ひずみゲージＧｋ３、Ｇｋ４に生じるひずみの比ａは各々ａ＝−１とする。なお、ｎ個の各測定点毎にＧｋ１、Ｇｋ２及びＧｋ３、Ｇｋ４の貼着部位を変えてひずみの比を任意の値に設定するようにしてもよい。
【０１３４】
多点ひずみ測定装置９０の所定の操作等により、測定部４２の制御部１４を動作させる（図８参照）。まず、制御部１４の制御回路３４は、チャンネル切換部９１のスイッチ回路Ｓｋ″に制御信号を供給する。選択されたスイッチ回路Ｓｋ″は、７つのスイッチ素子をオンさせる。
【０１３５】
例えば、スイッチ回路Ｓ１″がオンするとひずみゲージ群Ｇ１のひずみゲージＧ１１、Ｇ１２、Ｇ１３、Ｇ１４が多点ひずみ測定装置９０に導通する。このとき、このひずみゲージＧ１１〜Ｇ１４は図７のものと同様に測定装置９０のゲージ素子選択部４１に接続する。この装置９０で制御回路３４は前記第２実施形態のものと同様にして、ひずみゲージＧ１２に対するひずみゲージＧ１１の抵抗比Ｃ０を求め（チャンネル１−１）、求めた抵抗比Ｃ０を記憶回路３５に記憶保持させる。また、ひずみゲージＧ１４に対するひずみゲージＧ１３の抵抗比Ｃ０を求め（チャンネル１−２）、求めた抵抗比Ｃ０を記憶回路３５に記憶保持させる。
【０１３６】
さらに、制御回路３４は、チャンネル切換部９１のスイッチ回路に制御信号を順次供給しチャンネルを切り換える。そして、その切替えごとに、選択された各ひずみゲージ群Ｇｋに関して、ひずみゲージＧｋ２に対するひずみゲージＧｋ１の抵抗比Ｃ０を求め（チャンネルｋ−１）、記憶する。また、ひずみゲージＧｋ４に対するひずみゲージＧｋ３の抵抗比Ｃ０を求め（チャンネルｋ−２）、記憶する。このようにして、ｎ個のチャンネル分のスイッチ回路Ｓｋ″をすべて選択することにより、ｎ組の各ひずみゲージ群Ｇｋの各チャンネル（チャンネルｋ−１、ｋ−２）毎に抵抗比Ｃ０を記憶回路３５に記憶保持させる。
【０１３７】
次に、制御回路３４は、操作者の所定の操作等により指示されたタイミング等に従って、初期状態における測定と同様にしてひずみ測定を行い、各ひずみゲージ群Ｇｋの各チャンネル（チャンネルｋ−１、ｋ−２）毎に抵抗比データＣεを求めて記憶回路３５に記憶保持させる。そして、制御回路３４は、各ひずみゲージ群Ｇｋの各チャンネル（チャンネルｋ−１、ｋ−２）毎に記憶回路３５に保持されたゲージ率Ｋ１、Ｋ２、初期状態における抵抗比Ｃ０およびひずみ測定時の抵抗比Ｃεのデータを記憶回路３５から読み込む。
【０１３８】
そして、読み込んだ上記の各データの値を用いて、前記の式（６）の演算を行うことで、物体のｎ個の測定点のそれぞれにおけるひずみゲージＧｋ１に関するひずみε１を求める（チャンネルｋ−１）。同様にひずみゲージＧｋ３に関するひずみε１を求める（チャンネルｋ−２）。尚、ひずみゲージＧｋ２に関するひずみε２＝−ε１（チャンネルｋ−１）、ひずみゲージＧｋ４に関するひずみε４＝−ε３（チャンネルｋ−２）を求めることができる。
【０１３９】
上記実施形態によれば、チャンネルを選択的に切り換えることにより、各ひずみゲージ群Ｇｋ毎に（各測定点毎に）、各ひずみゲージ群Ｇｋのひずみを算出することができる。つまり、各測定点におけるひずみを、それらの測定点を容易に区別しながら測定できる。
【０１４０】
また、各測定点に対応するリード線の抵抗値が、測定点同士で互いに異なる場合も測定に悪影響を及ぼさなくなる。また、測定点を切り換えるスイッチの接点抵抗が測定誤差の要因とならないので、接点抵抗ができるだけ小さなスイッチ素子を選択したり、接点抵抗の影響を補償する方策を採る必要がなく、その結果、コストを低減することができる。
【０１４１】
また、上記実施形態では多点ひずみ測定装置９０に接続されるひずみゲージ群Ｇｋを構成するひずみゲージの数は４個であったが、ひずみゲージ群Ｇｋを構成するひずみゲージの数はこれに限定されるものではなく何個でもよい。ひずみゲージ群Ｇｋが２ｍ個のひずみゲージで構成される場合には、ゲージ素子選択部４１のスイッチ回路の数をｍ個だけ用意すればよい。また、例えばひずみゲージ群Ｇｋが８個のひずみゲージで構成される場合には、従来の２ゲージ法では、ひずみゲージ群Ｇｋ当たり１２本又は１６本のリード線が必要になるが本実施形態によればリード線は１１本で足り、リード線を低減できるという効果を奏する。従って、リード線に必要な材料も低減し、かつ、リード線を配線しやすくなる。
【０１４２】
尚、ｎ個のひずみゲージ群Ｇｋは測定対象の物体のｎ個の部位に貼着されるものとして説明したが、ｎ個のひずみゲージ群Ｇｋがｎ個の物体に貼着されるものとしてもよい。また、上記第５実施形態の２ゲージ法による各ひずみゲージ群Ｇｋを、第４実施形態のようにスイッチ回路を含む測定モジュールに接続し、各測定モジュールを適宜配置してネットワーク配線でひずみ測定を行うようにしてもよい。尚、上記実施形態では２ゲージ法を説明したが、１ゲージ法と２ゲージ法とを混在させてひずみ測定を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】１つのひずみゲージＧ１を選択する方法を説明するための図。
【図２】２つのひずみゲージを選択する方法を説明するための図。
【図３】第１の実施形態のひずみ測定システムを示す図。
【図４】第１の実施形態のひずみ測定装置の測定部を示す図。
【図５】第１の実施形態におけるひずみゲージと検出部の接続を示す図。
【図６】測温抵抗体を含むひずみ測定システムを示す図。
【図７】第２の実施形態のひずみ測定システムを示す図。
【図８】第２の実施形態のひずみ測定装置の測定部を示す図。
【図９】第２の実施形態におけるひずみゲージと検出部の接続を示す図。
【図１０】参考例のひずみ測定システムを示す図。
【図１１】参考例のひずみ測定装置の測定部を示す図。
【図１２】参考例におけるひずみゲージと検出部の接続を示す図。
【図１３】第３の実施形態の多点ひずみ測定システムを示す図。
【図１４】第４の実施形態の多点ひずみ測定システムを示す図。
【図１５】第５の実施形態の多点ひずみ測定システムを示す図。
【図１６】従来の１ゲージ３線法の測定回路を示す図。
【図１７】従来の２ゲージ法の測定回路を示す図。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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