(57)【要約】【課題】ロゼットゲージを構成するひずみゲージに結線された信号線の数を低減し、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、ロゼットゲージに適した多点ひずみを測定を行なう。【解決手段】ロゼットゲージＧkを構成する３個のひずみゲージを直列に接続して、その直列回路に６本の信号線を結線しておき、各ロゼットゲージＧkを選択的に測定手段（１１，１２）に接続するスイッチ手段Ｓk'を備える。測定手段は各ロゼットゲージＧk毎に、各ひずみゲージに２本の信号線を介して電流を流し、その２本の信号線とは異なる信号線を介して電圧を抽出し、その電圧を基に各ひずみゲージのひずみを求める。【選択図】図５
2004264311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロゼットゲージを構成する３個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個のひずみゲージを直列に接続することと前記信号線の結線とがそれぞれなされた複数のロゼットゲージと、
各ロゼットゲージに対して、該ロゼットゲージを構成する各ひずみゲージを測定用ひずみゲージとして選択し、その選択した測定用ひずみゲージに前記信号線のうちの２つの信号線を介して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実行する回路を含む測定手段と、
各ロゼットゲージの信号線が接続され、前記測定手段に接続するロゼットゲージを選択的に切り換えるスイッチ手段と、
前記スイッチ手段を制御するスイッチ制御手段と、
を備えたことを特徴とする多点ひずみ測定システム。
【請求項２】
前記スイッチ手段は、各ロゼットゲージにそれぞれ対応する複数のチャンネルを有すると共に、該チャンネルを選択的に指定する信号を識別するチャンネル識別手段をそれぞれ備える複数の測定用モジュールを備え、
前記複数の測定用モジュールは、それぞれ前記各ロゼットゲージの信号線に接続されると共に、前記測定手段に接続された共通の信号線に結線されており、
前記スイッチ制御手段は、各ロゼットゲージに対応したチャンネルを指定する信号を前記測定用モジュールに供給する、
ことを特徴とする請求項１に記載の多点ひずみ測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多点ひずみ測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
物体のひずみ測定を行なう場合、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、１ゲージ法が一般に知られており、この１ゲージ法によるひずみ測定を行う従来の測定装置には、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（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
図７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として広く用いられている１ゲージ３線法の測定手法を示している。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。
【特許文献１】特開平２−１２２２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した１ゲージ３線法では、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。さらに、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、リード線の抵抗値の影響を排除するための補正作業が必要になって、多大な労力を要する。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。
【０００５】
また、特に３軸方向のひずみを検出するロゼットゲージ（これは３個のひずみゲージから構成される）を使用して、１ゲージ３線法によりひずみ測定を行なう場合には、１つのロゼットゲージに対して９本の信号線が必要になる。このため、多数のロゼットゲージを使用して多点測定を行うと、信号線の数が膨大になる。
【０００６】
加えて、ロゼットゲージは、それを構成する３個のひずみゲージのそれぞれについて各別にひずみ測定を行う必要があることから、従来の多点ひずみ測定装置では、Ｎ個のロゼットゲージを使用する多点ひずみ測定は、Ｎ×３個の互いに独立したひずみゲージを使用する多点ひずみ測定と同じように行なわれていた。このため、異なるロゼットゲージのひずみ測定値を混同するなど不具合を生じることがあった。
【０００７】
本発明はかかる背景に鑑み、複数のロゼットゲージを使用する多点ひずみ測定システムにおいて、ロゼットゲージを構成するひずみゲージに結線された信号線の数を低減し、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、ロゼットゲージに適した多点ひずみを測定を行なうことができる多点ひずみ測定システムを提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明を説明する前に、本発明に係る基本的事項を図１を参照して説明しておく。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
また、逆に、信号線ｒ１（又はｒ２）とｒ３を電圧抽出用の信号線として用いると共に、信号線ｒ２（又はｒ１）とｒ４〜ｒｎ＋３のいずれかとを電流供給用信号線として用いてもよい。
【００１６】
このようにひずみゲージＧ１に、信号線ｒ１〜ｒｎ＋３のうちの２つ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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
前記の目的を達成するために、本発明の多点ひずみ測定システムは、ロゼットゲージを構成する３個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個のひずみゲージを直列に接続することと前記信号線の結線とがそれぞれなされた複数のロゼットゲージと、
各ロゼットゲージに対して、該ロゼットゲージを構成する各ひずみゲージを測定用ひずみゲージとして選択し、その選択した測定用ひずみゲージに前記信号線のうちの２つの信号線を介して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実行する回路を含む測定手段と、
各ロゼットゲージの信号線が接続され、前記測定手段に接続するロゼットゲージを選択的に切り換えるスイッチ手段と、
前記スイッチ手段を制御するスイッチ制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００２１】
かかる本発明によれば、各ロゼットゲージを構成する３個のひずみゲージの直列回路には、前記の通り、信号線（各ロゼットゲージを構成するひずみゲージの個数＋３本）があらかじめ結線される。測定手段は、各ロゼットゲージに対して、前記電流供給ステップの処理を実行する回路、前記ひずみ算出ステップの処理を実行する回路を備える。スイッチ手段は、例えば複数のスイッチ素子からなる。スイッチ手段は、各ロゼットゲージの信号線に接続されるとともに、測定手段に結線され、測定手段に接続するロゼットゲージを選択的に切り換えることができる。
【００２２】
つまり、各ロゼットゲージ毎に、測定手段に接続して、ひずみ測定を行うことができる。このため、例えば、ロゼットゲージを多数使用して多点測定を行う場合に、それぞれのロゼットゲージを区別しながら、各ロゼットゲージ毎に、各ロゼットゲージを構成するひずみゲージによるひずみ測定を行うことが容易になる。そして、この場合、各ロゼットゲージを構成する各ひずみゲージによるひずみ測定は、前記測定手段により次のように行なわれる。
【００２３】
すなわち、各ロゼットゲージを構成する各ひずみゲージを測定用ひずみゲージとして選択する。その選択した測定用ひずみゲージに前記信号線のうちの２つの信号線を介して電流を流し、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。
【００２４】
従って、各ロゼットゲージを構成する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。
【００２５】
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各ロゼットゲージの信号線は、該ロゼットゲージを構成するひずみゲージの個数＋３本の信号線でよいため、従来のようにブリッジ回路を用いる１ゲージ３線法を使用し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。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。
【００２６】
また、前記スイッチ手段を構成するスイッチ素子の接点抵抗はリード線の抵抗の一部とみなされるので、リード線抵抗と同様に接点抵抗のひずみ測定への影響をなくすことができる。
【００２７】
また、本発明の多点ひずみ測定システムは、前記スイッチ手段は、各ロゼットゲージにそれぞれ対応する複数のチャンネルを有すると共に、該チャンネルを選択的に指定する信号を識別するチャンネル識別手段をそれぞれ備える複数の測定用モジュールを備え、
前記複数の測定用モジュールは、それぞれ前記各ロゼットゲージの信号線に接続されると共に、前記測定手段に接続された共通の信号線に結線されており、
前記スイッチ制御手段は、各ロゼットゲージに対応したチャンネルを指定する信号を前記測定用モジュールに供給することが好ましい。
【００２８】
上記構成によれば、スイッチ手段は、測定手段に接続された共通の信号線に結線された複数の測定用モジュールから構成される。スイッチ制御手段は、チャンネルを指定する信号を測定用モジュールに供給する。測定用モジュールは、チャンネル識別手段により、チャンネルを指定する信号を識別し、識別した信号に基づいてスイッチを切り換える。
【００２９】
従って、測定用モジュールを切り換えることができるので、各測定点においてひずみゲージに生じる電圧を抽出することにより各測定点におけるひずみを算出することができる。また、従来のように各測定点でブリッジ回路を形成する必要もないので、各測定点へのダミー抵抗の配置が不要になり、経済的なだけでなく、ダミー抵抗の安定性が測定に影響することもないので測定精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
（参考例）
まず、本発明の多点ひずみ測定システムに関連する参考例のひずみ測定システムを図２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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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３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。
【００３４】
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４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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
ｅ＝（Ｖ１−Ｖ２）／２・・・・・・・・・・（１）
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４参照）。
【００３９】
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。
【００４０】
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４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。
【００４１】
ε＝（１／Ｋ）・（Ｃε／Ｃ０−１）・・・・・・・・・・（２）
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。
【００４２】
Ｃ０＝Ｒ１０／Ｒ２０＝ｉ・Ｒ１０／（ｉ・Ｒ２０）＝Ｖ１０／Ｖ２０・・・・・・・・・・（３）
Ｃε＝Ｒ１ε／Ｒ２ε＝ｉ・Ｒ１ε／（ｉ・Ｒ２ε）＝Ｖ１ε／Ｖ２ε・・・・・・・・・・（４）
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。
【００４３】
Ｃ＝Ｖ１／Ｖ２＝１＋２・ｅ／Ｖ・・・・・・・・・・（５）
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
上述のように、参考例によれば、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。
（第１の実施形態）
次に、前記参考例を参考にしつつ、本発明の第１の実施形態に係る多点ひずみ測定システムを図５を参照して説明する。
【００５０】
多点ひずみ測定システムは、ｎ個のロゼットゲージＧｋ（ｋ＝１〜ｎ）と多点ひずみ測定装置６０を備えている。各ロゼットゲージ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。
【００５１】
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とは前記参考例と同一であり、これらの構成については前記参考例のひずみ測定装置１０と同一の参照番号を付与し、説明を省略する。
【００５２】
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２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３参照）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。
【００５３】
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個のロゼットゲージ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３参照）。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。
【００５４】
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２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は前記参考例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。
【００５５】
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個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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、各ロゼットゲージを構成する３個のひずみゲージは必ずしも一体的でなくてもよい。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る多点ひずみ測定システムを図６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個のロゼットゲージＧｋ（ｋ＝１〜ｎ）とを備える。各ロゼットゲージ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。
【００６０】
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は前記参考例と同一であり、これらの構成については前記参考例のひずみ測定装置１０と同一の参照番号を付与し、説明を省略する。
【００６１】
チャンネル制御部７１は、測定部１２の制御回路３４（図３参照）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。
【００６２】
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個のロゼットゲージ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３参照）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２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。
【００６３】
この装置で制御回路３４は前記参考例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個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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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、各ロゼットゲージを構成する３個のひずみゲージは必ずしも一体的でなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【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】参考例のひずみ測定装置を示す図。
【図３】参考例のひずみ測定装置の測定部を示す図。
【図４】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５】本発明の第１の実施形態の多点ひずみ測定システムを示す図。
【図６】本発明の第２実施形態の多点ひずみ測定システムを示す図。
【図７】従来の１ゲージ３線法の測定回路を示す図。
【符号の説明】
【００６８】
１１・・・ゲージ素子選択部、６０，７０・・・多点ひずみ測定装置、７１・・・チャンネル制御部、８０・・・測定モジュール、８１・・・スイッチ回路、８２・・・チャンネル識別回路、Ｇ１，Ｇ２・・・ロゼットゲージ、Ｇ1k，Ｇ2k，…，Ｇnk・・・ひずみゲージ、ｒ1k，ｒ2k，…，ｒnk・・・リード線。
【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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