(57)【要約】【課題】ブリッジ回路の出力電圧に基づいて試験片の曲げ歪量を示すに十分な信号を得ることはそもそも困難であった。【解決手段】信号生成装置１６０は、試験片９１に貼り付けられる複数のひずみゲージ９３を用いて化学的及び／又は物理的作用による試験片９１の減耗の程度に応じた信号を生成する。信号生成装置１６０は、環境に暴露される試験片９１の第１領域Ｒ９１の反対面に貼り付けられる少なくとも一つの第１ひずみゲージＲ１を含む第１ブリッジ回路１１と、第１ブリッジ回路１１から入力する第１電圧を増幅する第１増幅器２１と、環境への暴露から保護される試験片９１の第２領域Ｒ９２に貼り付けられる少なくとも一つの第２ひずみゲージＲ５を含む第２ブリッジ回路１２と、第２ブリッジ回路１２から入力する第２電圧を増幅する第２増幅器２２を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験片（９１）に貼り付けられる複数のひずみゲージ（９３）を用いて化学的及び／又は物理的作用による前記試験片（９１）の減耗の程度に応じた信号を生成する信号生成装置であって、
環境に暴露される前記試験片（９１）の第１領域（Ｒ９１）の反対面に貼り付けられる少なくとも一つの第１ひずみゲージ（Ｒ１）を含む第１ブリッジ回路（１１）と、
前記第１ブリッジ回路（１１）から入力する第１電圧を増幅する第１増幅器（２１）と、
環境への暴露から保護される前記試験片（９１）の第２領域（Ｒ９２）に貼り付けられる少なくとも一つの第２ひずみゲージ（Ｒ５）を含む第２ブリッジ回路（１２）と、
前記第２ブリッジ回路（１２）から入力する第２電圧を増幅する第２増幅器（２２）を備える、信号生成装置。
【請求項２】
前記第１増幅器（２１）の出力電圧と前記第２増幅器（２２）の出力電圧に基づいて、前記第１増幅器（２１）の出力電圧と前記第２増幅器（２２）の出力電圧の差分に応じた信号が生成される、請求項１に記載の信号生成装置。
【請求項３】
差分処理に基づいて前記第１増幅器（２１）の出力電圧と前記第２増幅器（２２）の出力電圧の差分に応じた信号を生成する差分処理部（３０）を更に備える、請求項１又は２に記載の信号生成装置。
【請求項４】
前記第１増幅器（２１）の出力電圧と前記第２増幅器（２２）の出力電圧の差分に応じた信号が平均化されるように設けられる１以上の平均化部（６１，６２）を更に備える、請求項２又は３に記載の信号生成装置。
【請求項５】
前記第１増幅器（２１）の出力電圧と前記第２増幅器（２２）の出力電圧の差分に応じた信号が測定温度に応じて補正されるように設けられる１以上の温度補正部（７１，７２）を更に備える、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の信号生成装置。
【請求項６】
少なくとも前記第１増幅器（２１）の出力電圧と前記第２増幅器（２２）の出力電圧の差分に応じた信号がデジタル信号として出力されるように設けられる１以上のＡ／Ｄ変換部（４１，４２）を更に備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の信号生成装置。
【請求項７】
前記第２増幅器（２２）の出力電圧が参照電圧として前記第１増幅器（２１）に入力される、請求項１又は２に記載の信号生成装置。
【請求項８】
前記第１増幅器（２１）に含まれる複数の回路素子と前記第２増幅器（２２）に含まれる複数の回路素子が重複し、又は同一である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の信号生成装置。
【請求項９】
前記第１増幅器（２１）及び前記第２増幅器（２２）それぞれが、前記第１又は第２ブリッジ回路（１１，１２）に接続された第１及び第２プリアンプと、前記第１及び第２プリアンプに接続されたメインアンプを備える、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の信号生成装置。
【請求項１０】
前記少なくとも一つの第１ひずみゲージ（Ｒ１）と前記少なくとも一つの第２ひずみゲージ（Ｒ５）が、同一又は異なる試験片（９１）において変形状態がほぼ等しい面領域に設けられる、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の信号生成装置。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの第１ひずみゲージ（Ｒ１）と前記少なくとも一つの第２ひずみゲージ（Ｒ５）が、同一又は異なる試験片（９１）において前記試験片（９１）に関する対称面（ＣＬ）から実質的に等しい間隔（Ｗ１）を空けて配置される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の信号生成装置。
【請求項１２】
前記第１ブリッジ回路（１１）が、対称配置された一対の第１ひずみゲージ（Ｒ１，Ｒ２）を含み、
前記第２ブリッジ回路（１２）が、対称配置された一対の第２ひずみゲージ（Ｒ５，Ｒ６）を含む、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の信号生成装置。
【請求項１３】
前記一対の第１ひずみゲージ（Ｒ１，Ｒ２）は、同一の試験片（９１）に設けられ、
前記一対の第２ひずみゲージ（Ｒ５，Ｒ６）は、同一の試験片（９１）に設けられる、請求項１２に記載の信号生成装置。
【請求項１４】
前記一対の第１ひずみゲージ（Ｒ１，Ｒ２）と前記一対の第２ひずみゲージ（Ｒ５，Ｒ６）は、同一又は異なる試験片（９１）に設けられる、請求項１３に記載の信号生成装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の信号生成装置（１６０）と、
前記第１ブリッジ回路（１１）に含まれるひずみゲージ（Ｒ１〜Ｒ４）及び第２ブリッジ回路（１２）に含まれるひずみゲージ（Ｒ５〜Ｒ８）が一緒又は別々に貼り付けられる１以上の試験片（９１）と、
前記少なくとも一つの試験片（９１）を湾曲状態に保持する治具（９５）を備える、歪測定ユニット。
【請求項１６】
試験片（９１）に貼り付けられる複数のひずみゲージ（９３）を用いて化学的及び／又は物理的作用による前記試験片（９１）の減耗の程度に応じた信号を生成する信号生成方法であって、
環境に暴露される前記試験片（９１）の第１領域（Ｒ９１）の反対面に貼り付けられる少なくとも一つの第１ひずみゲージ（Ｒ１）を含む第１ブリッジ回路（１１）から入力する第１電圧を第１増幅器（２１）が増幅し、
環境への暴露から保護される前記試験片（９１）の第２領域（Ｒ９２）に貼り付けられる少なくとも一つの第２ひずみゲージ（Ｒ５）を含む第２ブリッジ回路（１２）から入力する第２電圧を第２増幅器（２２）が増幅し、
前記第１増幅器（２１）の出力電圧と前記第２増幅器（２２）の出力電圧に基づいて、前記第１増幅器（２１）の出力電圧と前記第２増幅器（２２）の出力電圧の差分に応じた信号を生成する、信号生成方法。
【請求項１７】
前記第１増幅器（２１）に含まれる複数の回路素子と前記第２増幅器（２２）に含まれる複数の回路素子が重複し、又は同一である、請求項１６に記載の信号生成方法。
【請求項１８】
前記第１増幅器（２１）及び前記第２増幅器（２２）それぞれが、前記第１又は第２ブリッジ回路（１１，１２）に接続された第１及び第２プリアンプと、前記第１及び第２プリアンプに接続されたメインアンプを備える、請求項１６又は１７に記載の信号生成方法。
【請求項１９】
前記少なくとも一つの第１ひずみゲージ（Ｒ１）と前記少なくとも一つの第２ひずみゲージ（Ｒ５）が、同一又は異なる試験片（９１）において変形状態がほぼ等しい面領域に設けられる、請求項１６乃至１８のいずれか一項に記載の信号生成方法。
【請求項２０】
前記少なくとも一つの第１ひずみゲージ（Ｒ１）と前記少なくとも一つの第２ひずみゲージ（Ｒ５）が、同一又は異なる試験片（９１）において前記試験片（９１）に関する対称面（ＣＬ）から実質的に等しい間隔（Ｗ１）を空けて配置される、請求項１６乃至１９のいずれか一項に記載の信号生成方法。
【請求項２１】
前記第１ブリッジ回路（１１）が、対称配置された一対の第１ひずみゲージ（Ｒ１，Ｒ２）を含み、
前記第２ブリッジ回路（１２）が、対称配置された一対の第２ひずみゲージ（Ｒ５，Ｒ６）を含む、請求項１６乃至２０のいずれか一項に記載の信号生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、信号生成装置及び方法、並びに歪測定ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、弾性曲げを生じさせた暴露材の減耗に応じた内面の曲げ歪の変化を検出するひずみゲージを貼り付け、暴露材を支持する支持材が、暴露材よりも大きい曲げ剛性を有することを開示する（請求項１参照）。暴露材の内面には大気温の変動に応じた熱歪が発生するため、この熱歪の影響をキャンセルするための温度補正ゲージが設けられる（段落００３０参照）。実施例では、温度補正ゲージが、板厚０．１８４ｍｍの鋼板に貼り付けられ、絶縁性テープで被覆される（段落００５８参照）。段落００５８には、「ひずみ測定では、ブリッジ法により温度補正を行う回路を構成して連続測定をおこなった」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８７００１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
試験片に生じる曲げ歪の測定のためにひずみゲージから構成されるブリッジ回路を用いる場合、特許文献１にも開示のように試験片に生じる熱歪に応じたノイズ成分をキャンセルすること、つまり、曲げ歪測定用のブリッジ回路の出力電圧から熱歪に応じたノイズ成分を除去することが重要になる。特許文献１は、この目的のため、同文献の図４において温度補正ゲージを板片に貼り付け、これを用いて熱歪の影響を減じることを提示する。特許文献１の段落００３１には、「板片２１’を構造物と同じ腐食環境下に用意し、この板片２１’に温度補正ゲージ２１を貼り付けている」と記述されている。しかしながら、特許文献１には、具体的な回路構成は開示されていない。
【０００５】
試験片の減耗に応じた歪の変化を示すブリッジ回路の出力電圧の変化がそもそも微弱であり、この微弱な出力電圧の変化に対して、ブリッジ回路の出力電圧が周囲温度に追随して相対的に大きく変化するため、ブリッジ回路の出力電圧に基づいて試験片の減耗に応じた歪の変化を測定するのはそもそも困難であった。
【０００６】
市販のひずみゲージから構築されるブリッジ回路を用いる場合、減耗に応じて試験片に生じる歪の変化を示す電圧信号の変化は、周辺温度に追随するブリッジ回路の出力信号およびそのブリッジ回路に接続された増幅器の出力信号の変化に比べて微弱である。周辺温度に追随するブリッジ回路の出力信号および増幅器の出力信号の変化は、除外されるべきである。周辺温度に追随する、この除外されるべきブリッジ回路の出力信号の変化に比べ、減耗により試験片に生じる歪の変化を示す電圧信号の変化は微弱である。
【０００７】
本願発明者らは、上述の非限定の一例の課題に鑑み、相対的に極めて微弱な信号の抽出や解析、信号生成装置及び方法並びに歪測定ユニット関わる長年にわたる試作や検証など、幾多の試行錯誤の結果、ようやく確証を得て、本願の発明に想到した。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の幾つかの態様に係る信号生成装置は、試験片に貼り付けられる複数のひずみゲージを用いて化学的及び／又は物理的作用による前記試験片の減耗の程度に応じた信号を生成する信号生成装置であって、
環境に暴露される前記試験片の第１領域の反対面に貼り付けられる少なくとも一つの第１ひずみゲージを含む第１ブリッジ回路と、
前記第１ブリッジ回路から入力する第１電圧を増幅する第１増幅器と、
環境への暴露から保護される前記試験片の第２領域に貼り付けられる少なくとも一つの第２ひずみゲージを含む第２ブリッジ回路と、
前記第２ブリッジ回路から入力する第２電圧を増幅する第２増幅器を備える。
【０００９】
幾つかの実施形態においては、前記第１増幅器の出力電圧と前記第２増幅器の出力電圧に基づいて、前記第１増幅器の出力電圧と前記第２増幅器の出力電圧の差分に応じた信号が生成される。
【００１０】
幾つかの実施形態においては、差分処理に基づいて前記第１増幅器の出力電圧と前記第２増幅器の出力電圧の差分に応じた信号を生成する差分処理部を更に備える。
【００１１】
幾つかの実施形態においては、前記第１増幅器の出力電圧と前記第２増幅器の出力電圧の差分に応じた信号が平均化されるように設けられる１以上の平均化部を更に備える。
【００１２】
幾つかの実施形態においては、前記第１増幅器の出力電圧と前記第２増幅器の出力電圧の差分に応じた信号が測定温度に応じて補正されるように設けられる１以上の温度補正部を更に備える。
【００１３】
幾つかの実施形態においては、少なくとも前記第１増幅器の出力電圧と前記第２増幅器の出力電圧の差分に応じた信号がデジタル信号として出力されるように設けられる１以上のＡ／Ｄ変換部を更に備える。
【００１４】
幾つかの実施形態においては、前記第２増幅器の出力電圧が参照電圧として前記第１増幅器に入力される。
【００１５】
幾つかの実施形態においては、前記第１増幅器に含まれる複数の回路素子と前記第２増幅器に含まれる複数の回路素子が重複し、又は同一である。
【００１６】
幾つかの実施形態においては、前記第１増幅器及び前記第２増幅器それぞれが、前記第１又は第２ブリッジ回路に接続された第１及び第２プリアンプと、前記第１及び第２プリアンプに接続されたメインアンプを備える。
【００１７】
幾つかの実施形態においては、前記少なくとも一つの第１ひずみゲージと前記少なくとも一つの第２ひずみゲージが、同一又は異なる試験片において変形状態がほぼ等しい面領域に設けられる。
【００１８】
幾つかの実施形態においては、前記少なくとも一つの第１ひずみゲージと前記少なくとも一つの第２ひずみゲージが、同一又は異なる試験片において前記試験片に関する対称面から実質的に等しい間隔を空けて配置される。
【００１９】
幾つかの実施形態においては、前記第１ブリッジ回路が、対称配置された一対の第１ひずみゲージを含み、前記第２ブリッジ回路が、対称配置された一対の第２ひずみゲージを含む。
【００２０】
幾つかの実施形態においては、前記一対の第１ひずみゲージは、同一の試験片に設けられ、
前記一対の第２ひずみゲージは、同一の試験片に設けられる。
【００２１】
幾つかの実施形態においては、前記一対の第１ひずみゲージと前記一対の第２ひずみゲージは、同一又は異なる試験片に設けられる。
【００２２】
本開示の幾つかの側面に係る歪測定ユニットは、上述のいずれかの信号生成装置と、
前記第１ブリッジ回路に含まれるひずみゲージ及び第２ブリッジ回路に含まれるひずみゲージが一緒又は別々に貼り付けられる１以上の試験片と、
前記少なくとも一つの試験片を湾曲状態に保持する治具を備える。
【００２３】
本開示の幾つかの側面に係る信号生成方法は、試験片に貼り付けられる複数のひずみゲージを用いて化学的及び／又は物理的作用による前記試験片の減耗の程度に応じた信号を生成する信号生成方法であって、
環境に暴露される前記試験片の第１領域の反対面に貼り付けられる少なくとも一つの第１ひずみゲージを含む第１ブリッジ回路から入力する第１電圧を第１増幅器が増幅し、
環境への暴露から保護される前記試験片の第２領域に貼り付けられる少なくとも一つの第２ひずみゲージを含む第２ブリッジ回路から入力する第２電圧を第２増幅器が増幅し、
前記第１増幅器の出力電圧と前記第２増幅器の出力電圧に基づいて、前記第１増幅器の出力電圧と前記第２増幅器の出力電圧の差分に応じた信号を生成する。
【００２４】
幾つかの実施形態においては、前記第１増幅器に含まれる複数の回路素子と前記第２増幅器に含まれる複数の回路素子が重複し、又は同一である。
【００２５】
幾つかの実施形態においては、前記第１増幅器及び前記第２増幅器それぞれが、前記第１又は第２ブリッジ回路に接続された第１及び第２プリアンプと、前記第１及び第２プリアンプに接続されたメインアンプを備える。
【００２６】
幾つかの実施形態においては、前記少なくとも一つの第１ひずみゲージと前記少なくとも一つの第２ひずみゲージが、同一又は異なる試験片において変形状態がほぼ等しい面領域に設けられる。
【００２７】
幾つかの実施形態においては、前記少なくとも一つの第１ひずみゲージと前記少なくとも一つの第２ひずみゲージが、同一又は異なる試験片において前記試験片に関する対称面から実質的に等しい間隔を空けて配置される。
【００２８】
幾つかの実施形態においては、前記第１ブリッジ回路が、対称配置された一対の第１ひずみゲージを含み、前記第２ブリッジ回路が、対称配置された一対の第２ひずみゲージを含む。
【発明の効果】
【００２９】
本開示の一態様によれば、ブリッジ回路の出力電圧に基づいて曲げ歪量を示すに十分な信号を得ることが可能になり、又はこれが促進される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本開示の幾つかの態様に係る歪測定システムの概略図であり、Ｎ（Ｎは２以上の自然数を示す）個の歪測定ユニットが通信線又はネットワークを介して共通のデータロガーに通信可能に接続される。
【図２】本開示の幾つかの態様に係る歪測定システムの概略図であり、Ｎ（Ｎは２以上の自然数を示す）個の歪測定ユニットが通信線又はネットワークを介してＮ個のデータロガーに通信可能に接続される。
【図３】本開示の幾つかの態様に係る歪測定ユニットに含まれる信号生成装置の概略的な回路図である。
【図４】本開示の幾つかの態様に係る歪測定ユニットに含まれる、治具と、この治具により湾曲状態に支持された試験片を示す模式図である。
【図５】本開示の幾つかの態様に係る歪測定ユニットに含まれる、治具により湾曲状態に支持された試験片のみを選択的に示す模式図である。
【図６】本開示の幾つかの態様に係る歪測定ユニットに含まれる第１及び第２ブリッジ回路のひずみゲージの試験片上の配置例を示す模式図である。
【図７】本開示の幾つかの態様に係る非限定の増幅器の回路図である。
【図８】本開示の幾つかの態様に係る信号生成装置の回路及び／又はシステム構成を示すブロック図である。１以上の平均化部が設けられ、第１増幅器の出力電圧と第２増幅器の出力電圧の差分に応じた信号が平均化される。１以上の温度補正部が設けられ、第１増幅器の出力電圧と第２増幅器の出力電圧の差分に応じた信号が測定温度に応じて補正される。差分処理前、Ａ／Ｄ変換、平均化処理、温度補正処理が行われる。
【図９】本開示の幾つかの態様に係る温度補正部の回路及び／又はシステム構成或いはその動作を示すブロック図である。
【図１０】本開示の幾つかの実施形態において試験片が治具により湾曲状態に支持されず、平坦に支持される一例を示す概略図である。
【図１１】本開示の幾つかの態様に係る歪測定ユニットにおいて各試験片上における第１又は第２ブリッジ回路のひずみゲージの配置例を示す模式図である。
【図１２】図１１に例示した幾つかの形態に係る歪測定ユニットに含まれる、治具と、この治具により湾曲状態に支持された第１試験片を示す模式図である。
【図１３】図１１に例示した幾つかの形態に係る歪測定ユニットに含まれる、治具と、この治具により湾曲状態に支持された第２試験片を示す模式図である。
【図１４】本開示の幾つかの態様に係る歪測定ユニットに含まれる第１及び第２ブリッジ回路のひずみゲージの試験片上の配置例を示す模式図である。
【図１５】本開示の幾つかの態様に係る歪測定ユニットにおいて各試験片上における第１又は第２ブリッジ回路のひずみゲージの配置例を示す模式図である。
【図１６】本開示の幾つかの態様に係る信号生成装置の回路及び／又はシステム構成を示すブロック図である。
【図１７】本開示の幾つかの態様に係る信号生成装置の回路及び／又はシステム構成を示すブロック図である。
【図１８】本開示の幾つかの態様に係る信号生成装置及びデータロガーの概略的な回路及び／又はシステム構成を示すブロック図である。
【図１９】本開示の幾つかの態様に係る信号生成装置の回路及び／又はシステム構成を示すブロック図である。差分処理前、平均化処理と、温度補正処理が行われる。差分処理後にＡ／Ｄ変換が行われる。
【図２０】実施例の結果を示すグラフである。左側縦軸が電圧であり、右側縦軸が温度（摂氏）であり、横軸が時間（Ｈｏｕｒｓ）である。
【図２１】実施例の結果を示すグラフである。縦軸が電圧であり、横軸が温度（摂氏）である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図１乃至図２１を参照しつつ、本発明の非限定の実施形態例について説明する。開示の１以上の実施形態例及び実施形態例に包含される各特徴は、個々に独立したものではない。当業者は、過剰説明を要せず、各実施形態例及び／又は各特徴を組み合わせることができる。また、当業者は、この組み合わせによる相乗効果も理解可能である。実施形態例間の重複説明は、原則的に省略する。参照図面は、発明の記述を主たる目的とするものであり、作図の便宜のために簡略化されている場合がある。
【００３２】
以下の記述において、ある信号生成装置、信号生成方法、歪測定ユニット、歪測定システム、又は歪測定方法に関して記述される複数の特徴が、これらの特徴の組み合わせとして理解される他、他の特徴とは独立した個別の特徴として理解される。個別の特徴は、他の特徴との組み合わせを必須とすることなく独立した個別の特徴として理解されるが、１以上の他の個別の特徴との組み合わせとしても理解される。個別の特徴の組み合わせの全てを記述することは当業者には冗長である他なく、省略される。個別の特徴は、「幾つかの実施形態」、「幾つかの場合」、「幾つかの例」といった表現により明示される。個別の特徴は、例えば、図面に開示された信号生成装置、信号生成方法、歪測定ユニット、歪測定システム、又は歪測定方法にのみ有効であるものではなく、他の様々な信号生成装置、信号生成方法、歪測定ユニット、歪測定システム、又は歪測定方法にも通用する普遍的な特徴として理解される。
【００３３】
図１は、歪測定システム２００の概略図であり、Ｎ（Ｎは２以上の自然数を示す）個の歪測定ユニット１００が通信線及び／又はネットワーク１８０を介して共通のデータロガー１９０に通信可能に接続される。図２は、歪測定システム２００の概略図であり、Ｎ（Ｎは２以上の自然数を示す）個の歪測定ユニット１００が通信線及び／又はネットワークを介してＮ個のデータロガー１９０に通信可能に接続される。図１及び図２から分かるように、歪測定システム２００は、必ずしもこの限りではないが、複数の歪測定ユニット１００を有し得る。例えば、複数の歪測定ユニット１００が、ビル、橋、電柱、信号機といった構造物に含まれる金属製の構造材の近傍に配備される。構造物として鋼の構造材から建設された橋を例に挙げる。複数の歪測定ユニット１００が、例えば、橋の一端から他端に向けて一定又は任意の不定の間隔で配備される。鋼の構造材は、環境に暴露され、化学的及び／又は物理的作用を受ける。これに応じて鋼の構造材の減耗が進行する。各種の構造材は、一年、一月、及び一日に亘る温度変化及び湿度変化、雨風、及び／又は太陽から受ける光線及び熱線に暴露され、構造材の表面が浸食され、構造材の強度が低下してしまう。
【００３４】
金属製の構造材の減耗の程度を推定するため、歪測定ユニット１００が設けられる。歪測定ユニット１００の出力信号は、後述の開示から分かるように、化学的及び／又は物理的作用による試験片９１の減耗の程度に応じた信号、換言すれば、その減耗の程度を反映した信号である。各歪測定ユニット１００の出力信号は、通信線及び／又はネットワーク１８０を介して共通又は個別のデータロガー１９０に伝達される。データロガー１９０は、歪測定ユニット１００の出力信号の時間変化を記録する装置である。データロガー１９０は、歪測定ユニット１００の出力信号の時間変化を紙に記録し、或いは、歪測定ユニット１００の出力信号をデータとして記憶する。データロガー１９０は、インターネットといったネットワークを介して歪測定ユニット１００にアクセス可能であり得る。
【００３５】
歪測定ユニット１００の出力信号の変化から試験片の減耗の程度が推定される。歪測定ユニット１００の出力信号は、湾曲状態に支持された試験片にひずみゲージが貼り付けられたブリッジ回路の出力電圧に応じた信号である。湾曲状態に支持された試験片にひずみゲージが貼り付けられたブリッジ回路の出力電圧は、化学的及び／又は物理的作用による試験片の減耗の程度に応じた信号であるが、冒頭で述べたように試験片における熱歪に応じたノイズ成分も含む。本開示において、後述の開示から良く分かるように、このノイズ成分が、より確実に、又はより十分に除去される。
【００３６】
歪測定ユニット１００の出力信号は、電気信号又は光信号又は他の形態の信号であり得る。歪測定ユニット１００の出力信号は、アナログ信号又はデジタル信号であり得る。通信線は、様々な種類の電気又は光通信用の配線であり得る。ネットワークは、インターネット、イントラネットといった様々な種類のネットワークであり得る。
【００３７】
以下、図３乃至図９を参照して歪測定ユニット１００についてより具体的に説明する。図３は、歪測定ユニット１００に含まれる信号生成装置の概略的な回路図である。図４は、歪測定ユニット１００に含まれる、治具９５と、この治具９５により湾曲状態に支持された試験片９１を示す模式図である。図５は、歪測定ユニット１００に含まれる、治具９５により湾曲状態に支持された試験片９１のみを選択的に示す模式図である。図６は、歪測定ユニット１００に含まれる第１及び第２ブリッジ回路１１，１２のひずみゲージ９３の試験片９１上の配置例を示す模式図である。図７は、非限定の増幅器の回路図である。図８は、信号生成装置１６０の回路及び／又はシステム構成を示すブロック図である。１以上の平均化部６１，６２が設けられ、第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧の差分に応じた信号が平均化される。１以上の温度補正部７１，７２が設けられ、第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧の差分に応じた信号が測定温度に応じて補正される。差分処理前、Ａ／Ｄ変換、平均化処理、温度補正処理が行われる。図９は、温度補正部７１の回路及び／又はシステム構成或いはその動作を示すブロック図である。
【００３８】
歪測定ユニット１００は、湾曲状態に支持される少なくとも一つの試験片９１に貼り付けられる複数のひずみゲージ９３を用いて化学的及び／又は物理的作用による試験片の減耗の程度に応じた信号を生成する信号生成装置１６０を含む。必ずしもこの限りではないが、試験片９１は、例えば、治具９５により湾曲状態に保持される。信号生成装置１６０は、第１及び第２ブリッジ回路１１，１２を含むものである。第１ブリッジ回路１１に含まれるひずみゲージ９３及び第２ブリッジ回路１２に含まれるひずみゲージ９３が一緒又は別々に１以上の試験片９１に貼り付けられる。
【００３９】
歪測定ユニット１００に含まれる信号生成装置１６０は、第１回路部１６１及び第２回路部１６２を含む。第１回路部１６１は、第１ひずみゲージＲ１，Ｒ２を含む第１ブリッジ回路１１と、第１ブリッジ回路１１から入力する第１電圧Ｖｉｎ１を増幅する第１増幅器２１を含む。第１ブリッジ回路１１は、第１ひずみゲージＲ１，Ｒ２以外の他のひずみゲージＲ３，Ｒ４を含む。ひずみゲージＲ１，Ｒ３の直列配列（第１ストリング）と、ひずみゲージＲ２，Ｒ４の直列配列（第２ストリング）が、第１電位と第２電位の間で並列に接続される。第１電位は、電源電位ＶＤＤであり、第２電位は、接地電位ＧＮＤであり得る。ひずみゲージＲ１とひずみゲージＲ３の間の第１ノードＮ１と、ひずみゲージＲ２とひずみゲージＲ４の間の第２ノードＮ２から第１ブリッジ回路１１が第１電圧Ｖｉｎ１を出力し、これが第１増幅器２１に入力する。第１増幅器２１は、第１ブリッジ回路１１から入力する第１電圧Ｖｉｎ１を増幅して出力する任意の増幅器である。第１増幅器２１から出力される電圧Ｖｏｕｔ１は、図８を参照して記述するように処理され得る。
【００４０】
第２回路部１６２は、第２ひずみゲージＲ５，Ｒ６を含む第２ブリッジ回路１２と、第２ブリッジ回路１２から入力する第２電圧Ｖｉｎ２を増幅する第２増幅器２２を含む。第２ブリッジ回路１２は、第２ひずみゲージＲ５，Ｒ６以外の他のひずみゲージＲ７，Ｒ８を有する。ひずみゲージＲ５，Ｒ７の直列配列（第３ストリング）と、ひずみゲージＲ６，Ｒ８の直列配列（第４ストリング）が、第１電位と第２電位の間で並列に接続されて第２ブリッジ回路１２が構成される。ひずみゲージＲ５とひずみゲージＲ７の間の第３ノードＮ３と、ひずみゲージＲ２とひずみゲージＲ４の間の第４ノードＮ４から第２ブリッジ回路１２が第２電圧Ｖｉｎ２を出力し、これが第２増幅器２２に入力する。第２増幅器２２は、第２ブリッジ回路１２から入力する第２電圧Ｖｉｎ２を増幅して出力する任意の増幅器である。第２増幅器２２から出力される電圧Ｖｏｕｔ２は、図８を参照して記述するように処理され得る。
【００４１】
図４から分かるように、ひずみゲージＲ１，Ｒ２は、環境に暴露される試験片９１の第１領域Ｒ９１の反対面に貼り付けられるひずみゲージであり、第１ひずみゲージと呼ばれ得る。第１ブリッジ回路１１を構成する他のひずみゲージＲ３，Ｒ４は、環境への暴露から保護される試験片９１の第２領域Ｒ９２に貼り付けられる。ひずみゲージＲ５，Ｒ６は、環境への暴露から保護される試験片９１の第２領域Ｒ９２に貼り付けられるひずみゲージであり、第１ひずみゲージと区別するために第２ひずみゲージと呼ばれ得る。第２ブリッジ回路１２を構成する他のひずみゲージＲ７，Ｒ８も、好適には、環境への暴露から保護される試験片９１の第２領域Ｒ９２の同じ曲率の位置に貼り付けられる。なお、構造材が置かれる環境は、宇宙、大気、海、川、地中といった様々な環境であり得る。例えば、環境は、地球といった惑星の表面上に存在する気体を意味し得る。環境は、屋外の環境又は屋内の環境のいずれか又は両方を意味し得る。
【００４２】
なお、ひずみゲージＲ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８は、ひずみゲージＲ１，Ｒ２と同一面側に貼り付けられる必要はない。幾つかの場合、ひずみゲージＲ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８は、ひずみゲージＲ１，Ｒ２が貼り付けられる試験片９１の面の反対面に貼り付けられる。このような場合、必ずしもこの限りではないが、ひずみゲージＲ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８は、後述の保護膜９２により被覆され得る。
【００４３】
歪測定ユニット１００において、試験片９１だけではなく、第１及び第２ブリッジ回路１１，１２や第１及び第２増幅器２１，２２も周辺温度の影響を受ける。幾つかの増幅器では、周辺温度に追随してその増幅率が変化してしまう。増幅器の増幅率を抵抗器の抵抗値に基づいて調整する場合、抵抗器の抵抗値が周辺温度に追随して変化し、結果として、増幅器の増幅率が変動してしまう。このような観点から、幾つかの場合、信号生成装置１６０に含まれる第１回路部１６１及び第２回路部１６２が、お互いに同一の回路構成を有し得る。第１及び第２ブリッジ回路１１，１２に含まれるひずみゲージ９３は、お互いに同一の素子であり得る。第１増幅器２１に含まれる複数の回路素子と第２増幅器２２に含まれる複数の回路素子が重複し、又は同一であり得る。同一の回路又は素子とは、同一の製造元から提供される同一スペックの回路又は素子を意味する。回路又は素子の許容される公差は、回路又は素子の同一性の判断に無関係である。
【００４４】
幾つかの場合、第１及び第２ブリッジ回路１１，１２間において、ひずみゲージ９３間を接続する配線長や、ブリッジ回路と増幅器を接続する配線長が実質的に同一であり得る。第１及び第２増幅器２１，２２に含まれる回路素子の接続関係が同一であり得る。キャリブレーションによって各増幅器の増幅率が調整され得ることが予期される。
【００４５】
幾つかの場合、第１ブリッジ回路１１の第１ひずみゲージＲ１，Ｒ２と第２ブリッジ回路１２の第２ひずみゲージＲ５，Ｒ６が、同一又は異なる試験片９１において変形状態、例えば、曲率がほぼ等しい面領域に設けられる。幾つかの場合、第１ブリッジ回路１１の第１ひずみゲージＲ１，Ｒ２と第２ブリッジ回路１２の第２ひずみゲージＲ５，Ｒ６が、同一又は異なる試験片９１において試験片９１に関する対称面ＣＬ（試験片９１の湾曲中心位置）から実質的に等しい間隔Ｗ１を空けて配置される。対称面ＣＬ（湾曲中心位置）は、第１及び第２端の間で湾曲した試験片９１において第１及び第２端の中間に位置する。第１ひずみゲージＲ１，Ｒ２と第２ひずみゲージＲ５，Ｒ６が湾曲状態に支持された試験片９１に貼り付けられ、すなわち、同等の環境に置かれ、各ひずみゲージで検出される熱歪成分の均一性が高められることが予測される。ブリッジ回路の出力電圧を増幅器で増幅した後に差分処理する場合、第１ひずみゲージと第２ひずみゲージ間で出力電圧に含まれる熱歪成分に差があると、この差が増幅器により増幅され、最終的な信号品質に影響してしまうおそれがある。
【００４６】
幾つかの場合、第１ひずみゲージＲ１，Ｒ２それぞれが、同一又は異なる試験片９１において曲率がほぼ等しい面領域に設けられる。第１ブリッジ回路１１に含まれる他のひずみゲージＲ３，Ｒ４それぞれが、同一又は異なる試験片９１において曲率がほぼ等しい面領域に設けられる。第２ひずみゲージＲ５，Ｒ６それぞれが、同一又は異なる試験片９１において曲率がほぼ等しい面領域に設けられる。第２ブリッジ回路１２に含まれる他のひずみゲージＲ７，Ｒ８それぞれが、同一又は異なる試験片９１において曲率がほぼ等しい面領域に設けられる。幾つかの場合、第１ブリッジ回路１１の他のひずみゲージＲ３，Ｒ４と、第２ブリッジ回路１２の他のひずみゲージＲ７，Ｒ８は、同一又は異なる試験片９１において試験片９１に関する対称面ＣＬから等しい間隔Ｗ２を空けて配置される。
【００４７】
幾つかの場合、第１ブリッジ回路１１が、対称配置された一対の第１ひずみゲージＲ１，Ｒ２を含み、第２ブリッジ回路１２が、対称配置された一対の第２ひずみゲージＲ５，Ｒ６を含む。この場合、例えば、図１４及び図１５の場合と比較して、各ブリッジ回路の出力電圧がより大きく確保される。幾つかの場合、第１回路部１６１の第１増幅器２１と第２回路部１６２の第２増幅器２１がモノリシックなＩＣチップ１６５に組み込まれる。ＩＣチップ１６５は、治具９５内に実装され得る。
【００４８】
試験片９１は、幾つかの場合、治具９５により湾曲状態に保持される。試験片９１が平板以外の特殊な形状を有する場合、試験片９１の少なくとも一部が治具９５により湾曲状態に保持され得る。試験片９１は、少なくとも３箇所で治具９５により支持され得る。治具９５は、試験片９１と環境との接触を許容するための開口９６を有する。治具９５は、金属製、樹脂製、セラミック製等であり得る。治具９５は、例えば、上板部と下板部を嵌合することにより構築され得る。上板部と下板部は、構造的な嵌合や、接着剤による接着といった様々な方法で結合され得る。
【００４９】
試験片９１は、金属平板であり、従って、弾性的に撓むことができる。試験片９１は、第１面９１ｍと第１面９１ｍの反対の第２面９１ｎを有する平板である。試験片９１が湾曲状態に支持される時、試験片９１の第１面９１ｍには引っ張り歪が発生し、試験片９１の第２面９１ｎには圧縮歪が発生する。ひずみゲージ９３は、試験片９１の第２面９１ｎにおいて圧縮となる曲げ歪を検出する。試験片９１の厚みは、環境に暴露されると徐々に減少する。試験片９１の厚みの減少は、試験片９１の厚み方向における中立軸と第２面９１ｎ間の距離の減少を伴い、結果として、試験片９１の第２面９１ｎの曲げ歪が徐々に減少する。この試験片９１の曲げ歪の変化は、歪測定ユニット１００により測定される。歪測定ユニット１００により生成される試験片９１の曲げ歪量を示す信号に基づいて、試験片９１の板厚や減耗の程度が計算され得る。試験片９１の第２面９１ｎは、完全に剥き出しの面である必要はない。
【００５０】
幾つかの場合、治具９５は、試験片９１の第１端を押圧する第１押圧部９５ａ１と、試験片９１の第２端を押圧する第２押圧部９５ａ２と、試験片９１の第１端と第２端の中間を押圧する中間押圧部９５ｂを有する。第１押圧部９５ａ１と第２押圧部９５ａ２が試験片９１の第１面９１ｍ側に配され、保護膜９２を介して試験片９１を押圧する。中間押圧部９５ｂが試験片９１の第２面９１ｎ側に配され、保護膜９２を介することなく試験片９１を押圧する。
【００５１】
試験片９１は、環境に暴露される第１領域Ｒ９１と環境への暴露から保護される第２領域Ｒ９２を有する。幾つかの場合、試験片９１の一面に保護膜９２が形成され、これにより、第１領域Ｒ９１と第２領域Ｒ９２が画定される。保護膜９２が形成される範囲が第２領域Ｒ９２に一致し、保護膜９２が形成されない範囲が第１領域Ｒ９１に一致する。保護膜以外の保護部材により第１領域Ｒ９１と第２領域Ｒ９２が画定され得る。
【００５２】
試験片９１の第１面９１ｍが保護膜９２により被覆される。保護膜９２の有無により試験片９１の第１領域Ｒ９１と第２領域Ｒ９２が区分される。保護膜９２が形成された試験片９１の領域は、保護膜９２によって環境への暴露から保護される。従って、この領域は、第２領域Ｒ９２である。保護膜９２が形成されていない試験片９１の領域は、環境に暴露される。従って、この領域は、第１領域Ｒ９１である。保護膜９２は、例えば、樹脂膜である。限定されるわけではないが、樹脂膜として、例えば、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができる。幾つかの場合、保護膜９２に代えて保護部材が用いられる。保護部材は第１領域Ｒ９１を画定するための開口が設けられる。保護部材は、材質を限定するものではないが、例えば、ガラス基板、アクリル樹脂板、塩化ビニル樹脂板、フッ素樹脂板、ポリカーボネイト樹脂板、ポリスチレン樹脂板、ポリエチレン樹脂板などであり得る。高耐食性ステンレス鋼板、チタン板、金板、銀板、銅板、白金板などの金属板でもよい。
【００５３】
試験片９１が第１領域Ｒ９１において環境に暴露され、化学的及び／又は物理的作用を受ける。これにより、試験片９１の第１領域Ｒ９１において腐蝕が進行する。腐蝕の進行に応じて、試験片９１の厚みが減じられ、試験片９１の第１領域Ｒ９１の反対面に生じる曲げ歪が小さくなる。この曲げ歪の変化は、試験片９１の第１領域Ｒ９１の反対面に貼り付けられたひずみゲージ９３の抵抗値の変化に帰結する。なお、ひずみゲージ９３は、試験片９１の剥き出し面に貼り付けられる。幾つかの場合、ひずみゲージ９３は、試験片９１の第２面９１ｎに貼り付けられ、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂といった保護材により被覆される。
【００５４】
試験片９１の第２領域Ｒ９２は、環境に暴露されることから保護される。従って、試験片９１の第２領域Ｒ９２に貼り付けられたひずみゲージ９３の抵抗値の変化は、試験片９１の第２面９１ｎに生じる曲げ歪の変化を含まないことが見込まれる。
【００５５】
試験片９１は、減耗モニタリング対象の構造材と同一又は類似の金属から成り得る。幾つかの場合、試験片９１は、炭素鋼の平板である。試験片９１は、弾性的性質を有する材料、例えば、樹脂から成り得る。
【００５６】
上述したように、幾つかの場合、第１増幅器２１に含まれる複数の回路素子と第２増幅器２２に含まれる複数の回路素子が重複し、又は同一である。幾つかの場合、第１増幅器２１及び第２増幅器２２それぞれが、第１又は第２ブリッジ回路１１，１２に接続された第１及び第２プリアンプと、第１及び第２プリアンプに接続されたメインアンプを有する。つまり、幾つかの場合、第１及び第２増幅器２１，２２が、図７に示すような回路から構成される。
【００５７】
図７に示す増幅器は、第１入力端子ＩＴ１、第２入力端子ＩＴ２、第１過電圧保護回路ＰＣ１、第１プリアンプＡＭＰ１、第２過電圧保護回路ＰＣ２、第２プリアンプＡＭＰ２、調整抵抗器Ｒ＿ｃｏｎ、第１抵抗器ＦＲ１、第２抵抗器ＦＲ２、第１出力抵抗器ＯＲ１、第２出力抵抗器ＯＲ２、メインアンプＡＭＰ３、第３抵抗器ＦＲ３、第４抵抗器ＦＲ４、第３出力抵抗器ＯＲ３を有する。これらの接続は、図示のとおりである。
【００５８】
第１入力端子ＩＴ１は、第１又は第２ブリッジ回路１１，１２の第１又は第３ノードＮ１，Ｎ３に接続される。第２入力端子ＩＴ２は、第１又は第２ブリッジ回路１１，１２の第２又は第４ノードＮ２，Ｎ４に接続される。第１又は第２ブリッジ回路１１，１２の第１又は第３ノードＮ１，Ｎ３の電位が第１過電圧保護回路ＰＣ１を介して第１プリアンプＡＭＰ１の非反転入力端子に接続される。第１又は第２ブリッジ回路１１，１２の第２又は第４ノードＮ２，Ｎ４の電位が第２過電圧保護回路ＰＣ２を介して第２プリアンプＡＭＰ２の反転入力端子に接続される。第１プリアンプＡＭＰ１の反転入力端子と第２プリアンプＡＭＰ２の非反転入力端子の間に調整抵抗器Ｒ＿ｃｏｎが接続される。第１プリアンプＡＭＰ１の出力端子と反転入力端子の間に第１抵抗器ＦＲ１が接続される。第２プリアンプＡＭＰ２の出力端子と非反転入力端子の間に第２抵抗器ＦＲ２が接続される。第１プリアンプＡＭＰ１の出力端子とメインアンプＡＭＰ３の非反転入力端子の間に第１出力抵抗器ＯＲ１が接続される。第２プリアンプＡＭＰ２の出力端子とメインアンプＡＭＰ３の反転入力端子の間に第２出力抵抗器ＯＲ２が接続される。メインアンプＡＭＰ３の出力端子と非反転入力端子の間に第３抵抗器ＦＲ３が接続される。メインアンプＡＭＰ３の反転入力端子と接地電位の間に第４抵抗器ＦＲ４が接続される。メインアンプＡＭＰ３の出力端子と接地電位の間に第３出力抵抗器ＯＲ３が接続される。調整抵抗器Ｒ＿ｃｏｎの抵抗値を変更することにより増幅率が調整される。
【００５９】
幾つかの場合、第２増幅器２２の出力電圧が参照電圧として第１増幅器２１に入力される。例えば、第１増幅器２１及び第２増幅器２２それぞれが、第１又は第２ブリッジ回路１１，１２に接続された第１及び第２プリアンプＡＭＰ１，ＡＭＰ２と、第１及び第２プリアンプＡＭＰ１，ＡＭＰ２に接続されたメインアンプＡＭＰ３を有する場合、第１増幅器２１のメインアンプＡＭＰ３の反転入力端子に対して、第２増幅器２２のメインアンプＡＭＰ３の出力端子が接続される。なお、様々な実施形態において、過電圧保護回路が省略され得る。
【００６０】
図７に示した増幅器は、第１及び第２プリアンプＡＭＰ１，ＡＭＰ２が調整抵抗器Ｒ＿ｃｏｎの抵抗値に応じて入力電圧を増幅し、続いて、この増幅された入力電圧が、メインアンプＡＭＰ３により増幅される。メインアンプＡＭＰ３により増幅された電圧が出力される。
【００６１】
第１ブリッジ回路１１の出力電圧の変化は、第１ひずみゲージＲ１，Ｒ２に生じる抵抗値の変化に応じたものである。第１ひずみゲージＲ１，Ｒ２の抵抗値の変化は、試験片９１の曲げ歪の変化と熱歪の変化の両方に応じたものである。第２ひずみゲージＲ５，Ｒ６の抵抗値の変化は、試験片９１の熱歪の変化に応じたものである。第１ブリッジ回路１１の出力電圧と第２ブリッジ回路１２の出力電圧の差分に応じた信号を生成することにより、試験片９１の曲げ歪の推移、すなわち、試験片９１の減耗の進行をより正確に評価することが許容される。なお、試験片９１が治具９５により湾曲状態に支持され、その湾曲状態に支持された試験片９１の第２面９１ｎにひずみゲージ９３が貼り付けられる。第１及び第２ひずみゲージＲ１，Ｒ２，Ｒ５，Ｒ６の初期の抵抗値は、従って、試験片９１の初期の曲げ歪の程度に応じたものになる。
【００６２】
上述の幾つかの信号生成装置１６０によれば、第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧に基づいて、第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧の差分に応じた信号を生成することが可能になり、又はこれが促進される。上述の幾つかの信号生成装置１６０では、第１ブリッジ回路１１の出力電圧から第２ブリッジ回路１２の出力電圧を増幅前に差分しない。
【００６３】
図８及び図９を参照して信号生成装置１６０の回路及び／又はシステム構成について記述する。図８は、信号生成装置１６０の回路及び／又はシステム構成を示すブロック図である。各ブリッジ回路１１，１２からの入力電圧が各増幅器２１，２２で増幅される。図示例を含む幾つかの場合、信号生成装置１６０は、少なくとも第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧の差分に応じた信号がデジタル信号として出力されるように設けられる１以上のＡ／Ｄ変換部を含む。１以上のＡ／Ｄ変換部として第１Ａ／Ｄ変換部４１と第２Ａ／Ｄ変換部４２が設けられ、それぞれが、第１及び第２増幅器２１，２２から出力される電圧信号をデジタル信号に変換する。
【００６４】
Ａ／Ｄ変換部は、ハードウェア又はソフトウェア又はこれらの組み合わせにより構築され得る。Ａ／Ｄ変換部は、例えば、アナログ回路であり、固定又は可変の基準電圧との比較に基づいてデジタル信号に変換され得る。アナログ回路の具体的な回路構成は、当業者により適切に決定される。Ａ／Ｄ変換部の配置位置は、図８の例に限られない。
【００６５】
幾つかの場合、１以上の平均化部６１，６２が設けられ、第１増幅器２１の出力電圧に応じた信号が平均化され、第２増幅器２２の出力電圧に応じた信号が平均化される。２つの平均化部として第１平均化部６１と第２平均化部６２が設けられ、これにより、上述の各信号が平均化される。第１平均化部６１と第２平均化部６２の一方が省略される場合も想定される。第１平均化部６１は、第１増幅器２１の電圧出力を平均化するように作動し、結果として、第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧の差分に応じた信号が平均化される。第２平均化部６２は、第２増幅器２２の電圧出力を平均化するように作動し、結果として、第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧の差分に応じた信号が平均化される。平均化部は、アナログ回路、デジタル回路、又はＡＳＩＣ、又はソフトウェアモジュールとして構築され得る。ソフトウェアモジュールは、記憶装置に記憶されたプログラムであって、ＣＰＵといった演算処理器により実行されてプログラムされた機能が具現化される。ここで温度補正前に周波数解析による処理を行うことも可能である。
【００６６】
幾つかの場合、１以上の温度補正部が設けられ、第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧の差分に応じた信号が測定温度に応じて補正される。２つの温度補正部として第１温度補正部７１と第２温度補正部７２が設けられ、これにより、第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧の差分に応じた信号が測定温度に応じて補正され得る。第１温度補正部７１と第２温度補正部７２の一方が省略される場合も想定される。第１温度補正部７１は、第１増幅器２１の電圧出力を測定温度に応じて補正するように作動し、結果として、第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧の差分に応じた信号が測定温度により補正される。第２温度補正部７２は、第２増幅器２２の電圧出力を測定温度に応じて補正するように作動し、結果として、第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧の差分に応じた信号が測定温度により補正される。温度補正部は、アナログ回路、デジタル回路、又はＡＳＩＣ、又はソフトウェアモジュールとして構築され得る。
【００６７】
幾つかの場合、温度補正部は、デジタル回路又はソフトウェアモジュールである。図９は、温度補正部の回路及び／又はシステム構成或いはその動作を示すブロック図である。幾つかの場合、第１温度補正部７１は、レジスタ７１１、及び演算部７１２を有する。第２温度補正部７２も第１温度補正部７１と同一の構成を有し、重複記述は省略する。レジスタ７１１は、デジタル電圧信号を保持する。演算部７１２は、例えば、実験から求められる温度補正関数を用いて、測定温度に応じてデジタル電圧信号を補正する。各ブリッジ回路１１，１２、各増幅器２１，２２、各Ａ／Ｄ変換部４１，４２、各平均化部６１，６２が温度特性を有し得ることに鑑みて、信号生成装置１６０の特定の回路構成のために用意された補正関数が用いられ得る。なお、測定温度は、歪測定ユニット１００において実際に測定することを要せず、ネットワークを介して伝達する測定温度（例えば、歪測定ユニット１００が配置された場所が属する都市の測定温度）であり得る。
【００６８】
差分処理部３０は、差分処理に基づいて第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧の差分に応じた信号を生成する。差分処理部３０は、Ａ／Ｄ変換、平均化、及び温度補正の群から選択される一つ以上の処理を受けた各出力電圧について差分処理し得る。差分処理部３０は、各増幅器２１，２２が図７に示した回路構成を有する場合、第２増幅器２２の出力電圧を参照電圧として第１増幅器２１に入力することで差分処理部３０の機能を増幅器に持たせることができる。例えば、第２増幅器２２に含まれるメインアンプＡＭＰ３の出力端子を第１増幅器２１のメインアンプＡＭＰ３の非反転入力端子に接続する。これにより、第１増幅器２１のメインアンプＡＭＰ３の出力端子から差分の電圧出力が得られる。
【００６９】
送信部５０は、第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧の差分に応じた信号を送信する。送信される信号は、デジタル信号又はアナログ信号であり得る。送信される信号は、通信線及び／又はネットワークを介して受信部に伝達する。任意の通信方式が採用される。
【００７０】
信号生成装置１６０に関する上述の記述から、次の信号生成方法も当然に理解される。すなわち、湾曲状態に支持される少なくとも一つの試験片９１に貼り付けられる複数のひずみゲージ９３を用いて化学的及び／又は物理的作用による試験片９１の減耗の程度に応じた信号を生成する信号生成方法が提示される。この信号生成方法は、環境に暴露される試験片９１の第１領域Ｒ９１の反対面に貼り付けられる少なくとも一つの第１ひずみゲージＲ１を含む第１ブリッジ回路１１から入力する第１電圧を第１増幅器２１が増幅する工程を含む。信号生成方法は、更に、環境への暴露から保護される試験片９１の第２領域Ｒ９２に貼り付けられる少なくとも一つの第２ひずみゲージＲ５を含む第２ブリッジ回路１２から入力する第２電圧を第２増幅器２２が増幅する工程を含む。信号生成方法は、更に、第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧に基づいて、第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧の差分に応じた信号を生成する工程を含む。
【００７１】
図１０は、試験片９１が治具９５により湾曲状態に支持されず、平坦に支持される一例を示す。ここで用いられる試験片９１は、湾曲した試験片を焼鈍し、続いて平坦に延伸したものである。試験片９１の表面には平坦状態において曲げ歪と同等の歪が生じており、上述と同一又は同様の技術により歪の変化を観察可能である。図１０に例示の治具９５は、試験片９１の第１端を押圧する第１押圧部９５ａ１と、試験片９１の第２端を押圧する第２押圧部９５ａ２を有する。第１押圧部９５ａ１と第２押圧部９５ａ２が試験片９１の第１面９１ｍ側に配され、保護膜９２を介して試験片９１を押圧する。中間押圧部９５ｂは省略される。
【００７２】
図１１は、歪測定ユニット１００において各試験片９１ａ，９１ｂ上における第１又は第２ブリッジ回路１１，１２のひずみゲージ９３の配置例を示す模式図である。図１１に例示の幾つかの場合、第１ブリッジ回路１１に含まれるひずみゲージ９３と第２ブリッジ回路１２に含まれるひずみゲージ９３が異なる試験片９１に貼り付けられる。第１ブリッジ回路１１に含まれるひずみゲージ９３が第１試験片９１ａに貼り付けられる。第２ブリッジ回路１２に含まれるひずみゲージ９３が第２試験片９１ｂに貼り付けられる。第１及び第２試験片９１ａ，９１ｂは、同一又は異なる治具９５により同一の湾曲状態に保持される。第１試験片９１ａには第１領域Ｒ９１が設けられる。第２試験片９１ｂには第１領域Ｒ９１が設けられない。なお、一対の第１ひずみゲージＲ１，Ｒ２と一対の第２ひずみゲージＲ５，Ｒ６は、異なる試験片９１に設けられる。
【００７３】
図１２は、図１１に例示した幾つかの形態に係る歪測定ユニット１００に含まれる、治具９５と、この治具９５により湾曲状態に支持された第１試験片９１ａを示す模式図である。図１３は、図１１に例示した幾つかの形態に係る歪測定ユニット１００に含まれる、治具９５と、この治具９５により湾曲状態に支持された第２試験片９１ｂを示す模式図である。環境に暴露される曲率一定の第１試験片９１ａの第１領域Ｒ９１が、第１試験片９１ａの中央部に設けられる。中間押圧部９５ｂとひずみゲージ９３の干渉は、例えば、中間押圧部９５ｂに設けられた凹部にひずみゲージ９３を配置することで回避可能である。
【００７４】
図１４は、第１及び第２ブリッジ回路１１，１２のひずみゲージ９３の試験片９１上の配置例を示す模式図である。第１及び第２ブリッジ回路１１，１２それぞれに含まれる全ひずみゲージ９３が同一の試験片９１に貼り付けられる。試験片９１の曲げ歪の変化の測定のため、ただ一つの第１ひずみゲージＲ１が第１領域Ｒ９１の反対面に貼り付けられる。これに対応して、ただ一つの第２ひずみゲージＲ５が、第１ひずみゲージが貼り付けられた試験片９１の面領域と曲率がほぼ等しい第２領域Ｒ９２の面領域に貼り付けられる。他のひずみゲージＲ２〜Ｒ４、Ｒ６〜Ｒ８は、試験片９１において曲率がほぼ等しい面領域に設けられる。
【００７５】
第１ブリッジ回路１１の出力電圧の変化は、第１ひずみゲージＲ１の抵抗値の変化に応じたものである。第１ひずみゲージＲ１の抵抗値の変化は、試験片９１の曲げ歪の変化と熱歪の変化の両方に応じたものである。第２ひずみゲージＲ５の抵抗値の変化は、試験片９１の熱歪の変化に応じたものである。第１ブリッジ回路１１の出力電圧と第２ブリッジ回路１２の出力電圧の差分に応じた信号を生成することにより、試験片９１の曲げ歪の推移、すなわち、試験片９１の減耗の進行をより正確に評価することが許容される。
【００７６】
図１５は、各試験片９１ａ，９１ｂ上における第１又は第２ブリッジ回路１１，１２のひずみゲージ９３の配置例を示す模式図である。第１ブリッジ回路１１に含まれるひずみゲージ９３と第２ブリッジ回路１２に含まれるひずみゲージ９３が異なる試験片９１ａ，９１ｂに貼り付けられる。ただ一つの第１ひずみゲージＲ１とただ一つの第２ひずみゲージＲ５は、異なる試験片９１ａ，９１ｂに設けられる。試験片９１ａの曲げ歪の測定のため、ただ一つの第１ひずみゲージＲ１が第１領域Ｒ９１の反対面に貼り付けられる。これに対応して、ただ一つの第２ひずみゲージＲ５が、第１ひずみゲージが貼り付けられた試験片９１の面領域と曲率がほぼ等しい別の試験片９１ｂの第２領域Ｒ９２の面領域に貼り付けられる。
【００７７】
図１４及び図１５に示したように、一対の第１ひずみゲージＲ１，Ｒ２の一方が、環境への暴露から保護される試験片９１の第２領域Ｒ９２に貼り付けられる形態も想定される。同様、一対の第２ひずみゲージＲ５，Ｒ６の一方が、環境への暴露から保護される試験片９１の第２領域Ｒ９２に貼り付けられる形態も想定される。
【００７８】
図１６及び図１７は、信号生成装置１６０の回路及び／又はシステム構成を示すブロック図である。図１６から分かるように、幾つかの場合、差分処理に続いて、平均化及び／又は温度補正が行われる。図１７から分かるように、幾つかの場合、差分処理に続いて、Ａ／Ｄ変換が行われる。平均化及び／又は温度補正が省略され得る。
【００７９】
図１８は、信号生成装置１６０及びデータロガー１９０の概略的な回路及び／又はシステム構成を示すブロック図である。図１８から分かるように、幾つかの場合、データロガー１９０が差分処理を実行する。データロガー１９０は、第１送信部５１から送信されたデータを受信する第１受信部８１と、第２送信部５２から送信されたデータを受信する第２受信部８２を有する。差分処理部３０により差分処理されたデータが、記憶部１９８に記憶される。記憶部１９８は、ハードドライブ、半導体メモリー、光ディスクといった様々な記憶装置に限らず、記録紙といった媒体に信号の変化を記録する様々な装置であり得る。
【００８０】
図１９は、信号生成装置１６０の回路及び／又はシステム構成を示すブロック図である。図１９から分かるように、幾つかの場合、差分処理前及び／又はＡ／Ｄ変換前に、平均化及び／又は温度補正が行われる。平均化部及び／又は温度補正部は、アナログ回路であり得る。平均化部は、電圧信号を蓄積するコンデンサと、コンデンサの出力電圧を分圧する分圧回路を含み得る。温度補正部は、測定温度に応じて変化する参照電圧に基づいて入力電圧を増幅する増幅器を含み得る。他の様々な回路構成が当業者により適切に設計される。
【００８１】
図２０は、室温の変化に対して追随して変化する第１増幅器２１の出力電圧（ＶA）と第２増幅器２２の出力電圧（ＶD）を示す。なお、図２０の計測に際して、図１１に示すように異なる試験片９１に対して第１及び第２ブリッジ回路１１，１２を貼り付けている。第１及び第２増幅器２１，２２は、図７に示したものと同一である。第１増幅器２１の出力電圧と第２増幅器２２の出力電圧の差分値（ΔＶ）は、Ｊ３で示される温度変化に関わらず大きな変動がない。
【００８２】
図２１は、図２０の計測に基づいて作成した温度と差分値（ΔＶ）の相関関係図である。
【００８３】
第１増幅器２１の出力電圧から第１歪を算出し、第２増幅器２２の出力電圧から第２歪を算出し、第１歪と第２歪の差分値を求めても、図２０及び図２１と同様の結果が確認できた。なお、第１及び第２ブリッジ回路の電源電位について温度変化に応じて大きく変化しないことを確認している。
【００８４】
冒頭で述べたように、試験片の曲げ歪により生じるブリッジ回路の出力電圧の変化が微弱であり、また周囲温度に追随してブリッジ回路の出力電圧が変化するため、ブリッジ回路の出力電圧に基づいて試験片の曲げ歪量を示すに十分な信号を得ることはそもそも困難であった。図２０の実施例を含む本開示の幾つかの場合、熱歪といったノイズの影響をできる限り低減するため、第１及び第２ブリッジ回路それぞれのひずみゲージをできるだけ等しい状況に置いた。すなわち、第１及び第２ひずみゲージの両方を湾曲状態に支持される試験片９１に貼り付けた。更には、第１及び第２ブリッジ回路の出力を完全又は実質的に同一の回路構成の増幅器で増幅した。これにより、第１及び第２ブリッジ回路の出力電圧に基づいて試験片の減耗に応じた微弱な曲げ歪量の変化を示すに十分な信号を得ることができた。
【００８５】
図２０の実施例を含む本開示の幾つかの場合、第１及び第２ひずみゲージの両方が湾曲状態支持された試験片９１に貼り付けられる。第１及び第２ひずみゲージの一方が平坦な試験片に貼り付けられる場合、試験片の形状又は状態の違いに起因した未知のノイズの影響を受ける可能性がある。このような未知なノイズの影響が低減されるという効果も得られ得る。
【００８６】
上述の教示を踏まえると、当業者は、各実施形態に対して様々な変更を加えることができる。請求の範囲に盛り込まれた符号は、参考のためであり、請求の範囲を限定解釈する目的で参照されるべきものではない。
【符号の説明】
【００８７】
１１        ：第１ブリッジ回路
１２        ：第２ブリッジ回路
２１        ：第１増幅器
２２        ：第２増幅器
３０        ：差分処理部
９１        ：試験片
９１ｍ      ：第１面
９１ｎ      ：第２面
９２        ：保護膜
９３        ：ひずみゲージ
９５        ：治具
１００      ：歪測定ユニット
１６０      ：信号生成装置
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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