(57)【要約】【課題】２つのひずみゲージの組を使用して、これらの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する。【解決手段】直列接続したゲージ率Ｋ1、Ｋ2の２つのひずみゲージを、物体の、ひずみ量の比ａが既知となる箇所に貼着し、２つのひずみゲージの直列回路に、リード線２，７介して電流を流す。ひずみ測定基準の初期状態およびひずみ測定時に、各ひずみゲージの発生電圧をリード線３〜６を介して抽出し、抽出した電圧に基づいて、２つのひずみゲージの抵抗値およびその変化量を未知数としたまま、次式により表される値εをひずみ測定値として求める。ε＝（Ｃε−Ｃ０）／（Ｋ１・Ｃ０−ａ・Ｋ２・Ｃε）ただし、Ｃε：ひずみ測定時の両ひずみゲージの抵抗比、Ｃ０：初期状態における両ひずみゲージの抵抗比。【選択図】  図１
2004294445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひずみに応じた抵抗値変化を生じる第１および第２のひずみゲージを直列に接続し、該第１および第２のひずみゲージをそれらのひずみ量の比が既知となるような物体の２つの部位に貼着して該物体のひずみを測定する方法であって、
前記第１および第２のひずみゲージにあらかじめ結線された電流供給用リード線を介して、第１および第２のひずみゲージの直列回路に電流を流す電流供給ステップと、
ひずみ測定の基準とする初期状態であって前記第１および第２のひずみゲージを前記物体に貼着した状態において、前記電流供給ステップにより第１および第２のひずみゲージに生じた電圧を、第１および第２のひずみゲージの各端部に前記電流供給用リード線とは別にあらかじめ結線された電圧抽出用リード線を介して抽出する初期電圧抽出ステップと、
前記物体のひずみ測定時において、前記電流供給ステップにより第１および第２のひずみゲージに生じた電圧を前記電圧抽出用リード線を介して抽出するひずみ電圧抽出ステップと、
前記初期電圧抽出ステップおよびひずみ電圧抽出ステップで抽出された電圧に基づいて、前記第１および第２ひずみゲージの抵抗値およびその変化量を未知数としたまま、次式（１）により表される値εを第１のひずみゲージのひずみ測定値として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。
ε＝（Ｃε−Ｃ０）／（Ｋ１・Ｃ０−ａ・Ｋ２・Ｃε）・・・・・・・・・・（１）
ただし、Ｃε：ひずみ測定時の第２のひずみゲージに対する第１のひずみゲージの抵抗比、Ｃ０：初期状態における第２のひずみゲージに対する第１のひずみゲージの抵抗比、Ｋ１：第１のひずみゲージのゲージ率、ａ：第１のひずみゲージに生じるひずみ量に対する第２のひずみゲージに生じるひずみ量の比、Ｋ２：第２のひずみゲージのゲージ率
【請求項２】
前記初期電圧抽出ステップとひずみ電圧抽出ステップとは、
それぞれ、第１のひずみゲージに生じる電圧と第２のひずみゲージに生じる電圧との差を検出する電圧差検出ステップを有し、
前記ひずみ算出ステップは、前記初期電圧抽出ステップおよびひずみ電圧抽出ステップがそれぞれ、前記電圧差検出ステップにて検出した電圧差と、第１または第２のひずみゲージに生じた電圧とから、前記式（１）により表される値εを求めることを特徴とする請求項１に記載のひずみ測定方法。
【請求項３】
第１または第２のひずみゲージに生じる電圧、または、第１および第２のひずみゲージに生じる電圧の和を所定の一定値に保つステップをさらに有することを特徴とする請求項１に記載のひずみ測定方法。
【請求項４】
前記初期電圧抽出ステップとひずみ電圧抽出ステップとは、それぞれ、
第１のひずみゲージに生じる電圧と第２のひずみゲージに生じる電圧との差を検出する電圧差検出ステップと、
第１または第２のひずみゲージに生じる電圧、または、第１のひずみゲージに生じる電圧と第２のひずみゲージに生じる電圧との和を所定の一定値に保つステップと、
を有し、
前記ひずみ算出ステップは、前記初期電圧抽出ステップおよびひずみ電圧抽出ステップがそれぞれ、前記電圧差検出ステップにて検出した電圧差と、前記所定の一定値とから、前記式（１）により表される値εを求めることを特徴とする請求項１に記載のひずみ測定方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のひずみ測定方法を用いて多点ひずみ測定を行うシステムであって、
２つのひずみゲージを直列に接続してなる直列回路を１組として構成され、前記電流供給用リード線及び電圧抽出用リード線がそれぞれあらかじめ結線された複数組のひずみゲージと、
前記電流供給ステップ、初期電圧抽出ステップ、ひずみ電圧抽出ステップ及びひずみ算出ステップの処理を実行するための回路と、を含む測定手段と、
各組のひずみゲージの電流供給用リード線および電圧抽出用リード線が接続され、前記測定手段に接続するひずみゲージを選択的に切り換えるスイッチ手段と、
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６】
前記スイッチ手段は、
２つのひずみゲージよりなる各組に対応したチャンネルを有して、該チャンネルを指定する信号を識別して該信号に基づいてスイッチを切り換えるチャンネル識別手段を備えた複数の測定用モジュールから構成され、前記複数の測定用モジュールは、前記測定手段に接続された共通の信号線に結線され、
前記測定手段は、前記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チャンネル制御手段を備える、
ことを特徴とする請求項５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、ひずみ測定方法および多点ひずみ測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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（例えば特許文献１）。
【０００３】
図８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、物体のひずみ量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。
【特許文献１】特開平１１−２３０７０９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、屋外でひずみ計測する際に、雲の動きにより日照が動的に変化すると、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。
【０００５】
また、ひずみ測定の基準とする初期状態の値を測定した後に、例えば、リード線を延長した場合には、リード線の抵抗値が初期状態よりも増加するため、見かけひずみが発生する。そのため、リード線の長さや接続を変更した場合には、初期値の測定からやり直す必要がある。
【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】
本発明はかかる背景に鑑み、特に２つのひずみゲージの組を使用してひずみ測定を行う場合に、これらの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目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明を説明する前に、本発明の基本的な考え方を図１および図２を参照して説明しておく。
【００１０】
図１に示すように、第１のひずみゲージ１の一端にはリード線２，３が結線され、他端にはリード線４、８が結線されている。また、第２のひずみゲージ１′の一端にはリード線５，８が結線され、他端にはリード線６，７が結線されている。２つのひずみゲージ１、１′はリード線８を介して直列に接続されている。ひずみゲージ１、１′にはリード線２，７，８を介して電流が流れる。リード線３，４はひずみゲージ１に生じる電圧を抽出し、リード線５，６はひずみゲージ１′に生じる電圧を抽出する。尚、回路１０、２０については後述する。
【００１１】
なお、第１のひずみゲージ１と第２のひずみゲージ１′は、それらのひずみ量の比が既知となるような物体の部位、例えば梁部材の表裏面部に貼着される。
【００１２】
ここで、例えば、第１のひずみゲージ１の抵抗値Ｒ１と第２のひずみゲージ１′の抵抗値Ｒ２との抵抗比Ｃに着目し、この抵抗比Ｃは、次式（３）により定義する。
【００１３】
Ｃ＝Ｒ１／Ｒ２・・・・・・・・・・（３）
式（３）より、ひずみ測定の基準とする初期状態（添字０で示す）における第１のひずみゲージ１と第２のひずみゲージ１′との抵抗比Ｃ０は、次式で表される。
【００１４】
Ｃ０＝Ｒ１０／Ｒ２０・・・・・・・・・・（４）
同様に、ひずみ測定時（添字εで示す）における第１のひずみゲージ１と第２のひずみゲージ１′との抵抗比Ｃεは、次式で表される。
【００１５】
Ｃε＝Ｒ１ε／Ｒ２ε・・・・・・・・・・（５）
第１のひずみゲージ１のゲージ率をＫ１として、第１のひずみゲージ１に発生するひずみε１を抵抗変化で表すと次式で表される。
【００１６】
ε１＝（１／Ｋ１）・（Ｒ１ε−Ｒ１０）／Ｒ１０・・・・・・・・・・（６）
式（６）からひずみ測定時の第１のひずみゲージ１の抵抗値Ｒ１εを求めると次式が得られる。
【００１７】
Ｒ１ε＝Ｒ１０・（Ｋ１・ε１＋１）・・・・・・・・・・（７）
同様に、第２のひずみゲージ１′のゲージ率をＫ２、第２のひずみゲージ１′に発生するひずみをε２としたときのひずみ測定時の第２のひずみゲージ１′の抵抗値Ｒ２εを求めると次式が得られる。
【００１８】
Ｒ２ε＝Ｒ２０・（Ｋ２・ε２＋１）・・・・・・・・・・（８）
式（７）の両辺をそれぞれ式（８）の両辺で除算し、式（４）、（５）を用いて変形すると、次式（９）が得られる。
【００１９】
Ｃε＝Ｃ０（Ｋ１・ε１＋１）／（Ｋ２・ε２＋１）・・・・・・・・・・（９）
ここで、第１のひずみゲージ１に生じるひずみε１と第２のひずみゲージ１′に生じるひずみε２との比を次式（１０）のとおりａとする。
【００２０】
ε２＝ａ・ε１・・・・・・・・・・（１０）
式（９）、（１０）から、第１のひずみゲージ１に発生するひずみε１を求めると次式が得られる。
【００２１】
ε１＝（Ｃε−Ｃ０）／（Ｋ１・Ｃ０−ａ・Ｋ２・Ｃε）・・・・・（１１）
次に、２つのひずみゲージ１、１′の直列回路に電流供給電圧Ｅによって、リード線２，７，８を介して電流ｉを流した場合を想定する。尚、電流供給電圧Ｅを生成する電源としては、定電圧源を用いてもよいし定電流源を用いてもよい。このとき、第１のひずみゲージ１に電圧Ｖ１が生じ、第２のひずみゲージ１′に電圧Ｖ２が生じるとすると、式（１１）の右辺に示される抵抗比Ｃε、Ｃ０は、次式（１２）、（１３）のようにひずみゲージ１、１′に生じる電圧Ｖ１，Ｖ２で表される。
【００２２】
Ｃ０＝Ｒ１０／Ｒ２０＝ｉ・Ｒ１０／（ｉ・Ｒ２０）＝Ｖ１０／Ｖ２０・・・（１２）
Ｃε＝Ｒ１ε／Ｒ２ε＝ｉ・Ｒ１ε／（ｉ・Ｒ２ε）＝Ｖ１ε／Ｖ２ε・・・（１３）
従って、ひずみゲージ１、１′に生じる電圧Ｖ１，Ｖ２をひずみゲージ１、１′に流れる電流ｉに影響を及ぼすことなく把握すれば、それらの電圧Ｖ１，Ｖ２から、式（１１）で表されるひずみεを把握することができる。そして、この電圧Ｖ１、Ｖ２は、リード線２，７，８の抵抗とは無関係であると共に、それぞれ、リード線３，４、リード線５，６を介して抽出でき、さらに、高入力インピーダンスのアンプやバッファを使用することで、リード線３，４，５，６に電流をほとんど流すことなく検出できる。つまり、ひずみゲージ１、１′に生じる電圧Ｖ１，Ｖ２は電圧抽出用リード線３，４，５，６を用いることで式（１２）、（１３）の関係式を満たすように把握できる。
【００２３】
尚、第１のひずみゲージ１に生じるひずみ量と第２のひずみゲージ１′に生じるひずみ量との比ａの値は、例えば、板状の試験材料の表裏にそれぞれひずみゲージを貼って曲げひずみを計測する場合には、ａ＝−１となる。また、材料のポアッソン比を利用するために、同一面で直交軸方向にひずみゲージを貼ってひずみ測定する場合には、ポアッソン比がνならば、ａ＝−νとなる。
【００２４】
また、ひずみゲージ１、１′が近接部位に貼着され、これらを接続するリード線８の長さが十分に短い場合には、図２に示すように、電圧抽出用のリード線４をひずみゲージ１、１′で共用してもよい。この場合には、リード線３，４でひずみゲージ１に生じる電圧Ｖ１を、リード線４，５でひずみゲージ１′に生じる電圧Ｖ２を抽出するようにする。
【００２５】
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。尚、以下の説明では本発明の理解の便宜上前述の参照符号を必要に応じて用いる。
【００２６】
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、ひずみに応じた抵抗値変化を生じる第１および第２のひずみゲージを直列に接続し、該第１および第２のひずみゲージをそれらのひずみ量の比が既知となるような物体の２つの部位に貼着して該物体のひずみを測定する方法であって、前記第１および第２のひずみゲージにあらかじめ結線された電流供給用リード線を介して、第１および第２のひずみゲージの直列回路に電流を流す電流供給ステップと、ひずみ測定の基準とする初期状態であって前記第１および第２のひずみゲージが測定対象の物体に貼着されている状態において、前記電流供給ステップにより第１および第２のひずみゲージに生じた電圧を、第１および第２のひずみゲージの各端部に前記電流供給用リード線とは別にあらかじめ結線された電圧抽出用リード線を介して抽出する初期電圧抽出ステップと、前記物体のひずみ測定時において、前記電流供給ステップにより第１および第２のひずみゲージに生じた電圧を前記電圧抽出用リード線を介して抽出するひずみ電圧抽出ステップと、前記初期電圧抽出ステップおよびひずみ電圧抽出ステップで抽出された電圧に基づいて、前記第１および第２ひずみゲージの抵抗値およびその変化量を未知数としたまま、前記の式（１１）により表される値εを第１のひずみゲージのひずみ測定値として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。
【００２７】
かかる発明によれば、第１および第２のひずみゲージ１，１′にあらかじめ結線された電流供給用リード線２，７，８を介して、第１および第２のひずみゲージ１、１′の直列回路に電流を流す。そして、ひずみ測定の基準とする初期状態において、第１および第２のひずみゲージ１、１′に生じた電圧を、第１および第２のひずみゲージ１、１′の各端部にあらかじめ結線された電圧抽出用リード線３，４，５，６を介して抽出する。そして、物体のひずみ測定時において、第１および第２のひずみゲージ１、１′に生じた電圧を電圧抽出用リード線３，４，５，６を介して抽出する。これらの電圧抽出手段として、例えば、高入力インピーダンスのアンプを使用する。初期状態およびひずみ測定時に抽出された電圧に基づいて、前記第１および第２ひずみゲージの抵抗値およびその変化量を未知数としたまま、前記の式（１１）により表される値εを第１のひずみゲージ１のひずみ測定値として決定することができる。ひずみゲージ１、１′に結線されたリード線は、電流供給用リード線２，７，８とそれとは別の電圧抽出用リード線３，４，５，６に分けられている。従って、リード線の抵抗がたとえ異なった抵抗値に変化したとしてもリード線抵抗がひずみ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。
【００２８】
ところで本発明において、ひずみに応じた２つのひずみゲージ１,１′の抵抗値変化は微小であるので、２つのひずみゲージ１、１′に生じた電圧Ｖ１，Ｖ２を各々測定するためには高分解能の電圧測定手段が必要となる。すなわち、電圧Ｖ１，Ｖ２を測定する際に、電圧Ｖ１，Ｖ２の中心的な大きさに比べてひずみによる電圧変化は極めて小さいので、電圧Ｖ１、Ｖ２をその中心的な値よりも十分に小さな桁の電圧まで測定しなければならない。一方、電圧Ｖ１とＶ２の差はその中心的な値がＶ１とＶ２の大きさに比べて小さいので、アンプ等により増幅することで、Ｖ１とＶ２の電圧変化を単独で測定するよりも精度よく測定することができる。また、Ｖ１とＶ２の電圧差を次式（１５）のとおりｅ′とする。
【００２９】
Ｖ１−Ｖ２＝ｅ′・・・・・・・・・・（１５）
式（１５）により、ひずみゲージ１とひずみゲージ１′との抵抗比Ｃは次式（１６）または（１７）で表される。
【００３０】
Ｃ＝Ｖ１／Ｖ２＝（Ｖ２＋ｅ′）／Ｖ２＝１＋ｅ′／Ｖ２・・・・（１６）
Ｃ＝Ｖ１／Ｖ２＝１／（１−ｅ′／Ｖ１）・・・・・・（１７）
すなわち、抵抗比Ｃは、ひずみゲージ１に生じた電圧Ｖ１またはひずみゲージ１′に生じた電圧Ｖ２と、Ｖ１とＶ２の電圧差ｅ′とにより表すことができる。従って、Ｖ１とＶ２の電圧差ｅ′を検出するようにした場合には、電圧Ｖ１またはＶ２と、その電圧差ｅ′により、ひずみを算出することができる。
【００３１】
そこで、本発明のひずみ測定方法では、さらに前記初期電圧抽出ステップとひずみ電圧抽出ステップとは、それぞれ、第１のひずみゲージ１に生じる電圧と第２のひずみゲージ１′に生じる電圧との差を検出する電圧差検出ステップを有し、前記ひずみ算出ステップは、前記初期電圧抽出ステップおよびひずみ電圧抽出ステップがそれぞれ、前記電圧差検出ステップにて検出した電圧差と、第１または第２のひずみゲージに生じた電圧とから、前記式（１１）により表される値εを求めることが好ましい。
【００３２】
かかる発明によれば、ひずみ測定の基準とする初期状態およびひずみ測定時において、第１のひずみゲージ１に生じる電圧と第２のひずみゲージ１′に生じる電圧との電圧差を検出する。電圧差のほかに、第１または第２のひずみゲージに生じた電圧の一方を検出すればよいので、第１または第２のひずみゲージに生じた電圧をそれぞれ測定するための高分解能電圧測定手段を必要とせずに測定回路を構成することができる。
【００３３】
尚、このＶ１とＶ２の電圧差を得る回路を実現するために例えば、図１に示すような電圧差検出回路１０を設ければ良い。この例では、電圧差検出回路１０は、２つのひずみゲージ１、１′に生じる電圧の差を検出する。この回路１０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、２つのひずみゲージ１、１′の直列回路に流れる電流ｉに影響を与えずに、２つのひずみゲージ１、１′に生じた電圧Ｖ１，Ｖ２およびリード線８に生じた電圧Ｖ８の和Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ８を固定抵抗Ｒａ、Ｒｂの直列回路に与え、リード線８に生じた電圧Ｖ８を固定抵抗Ｒｃ、Ｒｄの直列回路に与える。尚、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１０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であるが、それは、次式（１８）のように表される。
【００３４】
ｅ＝（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ８）・Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）−Ｖ２
−Ｖ８・Ｒｄ／（Ｒｃ＋Ｒｄ）
＝（Ｖ１−Ｖ２）／２・・・・・・・・・・（１８）
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。尚、図１の回路でＶ１を検出するためにはｏｐ１，ｏｐ２の出力差を検出すればよく、Ｖ２を検出するためにはｏｐ３，ｏｐ４の出力差を検出すればよい。また、詳細は後述するが図２のものでも同様にＶ１、Ｖ２の電圧差を検出できる。
【００３５】
また、本発明のひずみ測定方法は、第１または第２のひずみゲージに生じる電圧、または、第１および第２のひずみゲージに生じる電圧の和を所定の一定値に保つステップをさらに有することが好ましい。
【００３６】
第１のひずみゲージ１に生じる電圧Ｖ１、第２のひずみゲージ１′に生じる電圧Ｖ２の一方を所定の一定値Ｖに保てばその値は既知となるので、その既知の値と他方の電圧Ｖ１、Ｖ２の検出値とを用いて、式（１１）のεの値を求めることができる。また、Ｖ１＋Ｖ２を一定値Ｖに保てば、Ｖ１、Ｖ２の一方を検出すれば他方の値Ｖ１、Ｖ２は既知の一定値Ｖから減算することで求めることができるので、それらの検出値と算出値とを用いて式（１１）のεの値を求めることができる。
【００３７】
また、本発明では、前記初期電圧抽出ステップとひずみ電圧抽出ステップとは、それぞれ、第１のひずみゲージ１に生じる電圧と第２のひずみゲージ１′に生じる電圧との差を検出する電圧差検出ステップと、第１または第２のひずみゲージに生じる電圧、または、第１のひずみゲージ１に生じる電圧と第２のひずみゲージ１′に生じる電圧との和を所定の一定値に保つステップと、を併せて有し、前記ひずみ算出ステップは、前記初期電圧抽出ステップおよびひずみ電圧抽出ステップがそれぞれ、前記電圧差検出ステップにて検出した電圧差と、前記所定の一定値とから、前記式（１１）により表される値εを求めることが特に好ましい。
【００３８】
かかる発明によれば、ひずみ測定の基準とする初期状態およびひずみ測定時において、第１のひずみゲージ１に生じる電圧Ｖ１と第２のひずみゲージ１′に生じる電圧Ｖ２との電圧差を検出し、第１または第２のひずみゲージに生じる電圧Ｖ１またはＶ２、またはその両者に生じる電圧の和Ｖ１＋Ｖ２を所定の一定値Ｖに保つ。そして、検出した電圧差と所定の一定値Ｖにより、式（１１）によりひずみを算出することができる。例えば、ｅ′＝Ｖ１−Ｖ２を検出すると共にＶ１またはＶ２を一定値Ｖに保てば、それらの値から、前記式（１６）又は（１７）により抵抗比が判り、ひいては式（１１）によりひずみを算出できる。または、ｅ′＝Ｖ１−Ｖ２を検出すると共にＶ１＋Ｖ２を一定値Ｖに保てば抵抗比Ｃは次式で表される。
【００３９】
Ｃ＝Ｒ１／ＲＳ＝（Ｖ＋ｅ′）／（Ｖ−ｅ′）・・・・・・・（１９）
この抵抗比から、式（１１）によりひずみを算出できる。従って、第１のひずみゲージ１に生じた電圧Ｖ１および第２のひずみゲージ１′に生じた電圧Ｖ２をそれぞれ測定するための高分解能電圧測定手段を必要としないで測定回路を構成することができる。
【００４０】
尚、前述の本発明の説明では、式（１１）における２つのひずみゲージの抵抗比Ｃ自体を、各ひずみゲージに生じる電圧Ｖ１，Ｖ２から求めることを必須とするものではない。つまり第１および第２ひずみゲージの抵抗値およびその変化量を未知数としたまま、Ｖ１，Ｖ２あるいはその差を用いて式（１１）と同じ演算結果が得られる限りどのような形式の演算式を用いてもよい。
【００４１】
次に、本発明の多点ひずみ測定システムは、前述した本発明のひずみ測定方法を用いて多点ひずみ測定を行うシステムであって、２つのひずみゲージ１、１′を直列に接続し、接続された直列回路を１組として構成され、前記電流供給用リード線及び電圧抽出用リード線がそれぞれあらかじめ結線された複数組のひずみゲージ１、１′と、前記基準抵抗と、前記電流供給ステップ、初期電圧抽出ステップ、ひずみ電圧抽出ステップ及びひずみ算出ステップの処理を実行するための回路と、を含む測定手段と、各組のひずみゲージ１、１′の電流供給用リード線および電圧抽出用リード線が接続され、前記測定手段に接続するひずみゲージ１、１′を選択的に切り換えるスイッチ手段と、を備えることを特徴とするものである。
【００４２】
上記構成によれば、２つのひずみゲージ１、１′を１組として構成された複数組のひずみゲージ１、１′には、電流供給用リード線及び電圧抽出用リード線があらかじめ結線される。測定手段は、ひずみゲージ１、１′への電流供給、初期状態およびひずみ測定時の電圧抽出、並びにひずみ算出処理を実行するための回路と、基準抵抗とを含む。スイッチ手段には、各組のひずみゲージ１、１′の電流供給用リード線および電圧抽出用リード線が接続される。また、スイッチ手段は、測定手段に接続するひずみゲージ１、１′の組を選択的に切り換えることができる。従って、スイッチ手段でひずみゲージの組を選択的に切り換えることにより、各測定点において、測定手段により２つのひずみゲージに生じる電圧を抽出し、ひずみを算出することができる。
【００４３】
また、本発明の多点ひずみ測定システムでは、前記スイッチ手段は、２つのひずみゲージよりなる各組に対応したチャンネルを有して、該チャンネルを指定する信号を識別して該信号に基づいてスイッチを切り換えるチャンネル識別手段を備えた複数の測定用モジュールから構成され、前記複数の測定用モジュールは、前記測定手段に接続された共通の信号線に結線され、前記測定手段は、前記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チャンネル制御手段を備えることが好ましい。
【００４４】
上記構成によれば、測定手段に接続された信号線はひずみゲージのリード線の一部とみなされる。この場合に各リード線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ので、ひずみ測定の基準とする初期値設定後にケーブルの長さや接続を変更したとしても再度初期値測定を行う作業が不要になり、多点ひずみ測定を行いやすくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の態様に係るひずみ測定方法を用いたひずみ測定装置を図３を参照して説明する。
【００４６】
このひずみ測定装置５０は、測定回路５１と、コントロールユニット４０とを備えている。なお、測定回路５１とコントロールユニット４０とは、必ずしも一体に構成する必要はなく、別体に構成してもよい。
【００４７】
測定回路５１にはリード線２〜７を介して２つのひずみゲージ１、１′が接続されている。第１のひずみゲージ１の一端にはリード線２，３が結線され、他端にはリード線４、８が結線されている。また、第２のひずみゲージ１′の一端にはリード線５，８が結線され、他端にはリード線６，７が結線されている。２つのひずみゲージ１、１′はリード線８を介して直列に接続されている。リード線２，７，８は電流供給用として使用される。リード線３，４はひずみゲージ１に生じる電圧Ｖ１を抽出し、リード線５，６はひずみゲージ１′に生じる電圧Ｖ２を抽出するためのものである。
【００４８】
測定回路５１は、前記図１に示したものと等価であり、電圧差検出回路１０と、電圧安定化回路２０とを備えている。電圧差検出回路１０は、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リード線３，４，５，６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、Ｒｄが直列に接続されると共に抵抗体Ｒｂ、Ｒｃが直列に接続されている。電圧差検出回路１０は、２つのひずみゲージ１、１′に生じる電圧の差を検出する。この回路１０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、２つのひずみゲージ１、１′に生じた電圧Ｖ１，Ｖ２およびリード線８に生じた電圧Ｖ８の和Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ８を固定抵抗Ｒａ、Ｒｂの直列回路に与え、リード線８に生じた電圧Ｖ８を固定抵抗Ｒｃ、Ｒｄの直列回路に与える。尚、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１０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（２０）で与えられる。
【００４９】
ｅ＝（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ8）・Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）−Ｖ２
−Ｖ8・Ｒｄ／（Ｒｃ＋Ｒｄ）
＝（Ｖ１−Ｖ２）／２・・・・・・・・・・（２０）
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。尚、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、リード線３，４，５，６には電流がほとんど流れない。
【００５０】
電圧安定化回路２０は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リード線５，６が接続され、オペアンプｏｐ５，ｏｐ６の出力にはそれぞれリード線２，７が接続されている。また、測定回路５１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５２，５３が設けられており、オペアンプｏｐ５の正入力は電源入力端子５２に接続されている。さらに、オペアンプｏｐ６の正入力は電源入力端子５３に接続されている。従って、オペアンプｏｐ５，ｏｐ６は、ひずみゲージ１′に生じる電圧Ｖ２が電源入力端子５２，５３に付与される基準入力電圧Ｖと等しくなるようにひずみゲージ１、１′に流れる電流を制御する。また、電圧差検出回路１１の出力電圧ｅを外部に出力するための一対の出力端子５４，５５が備えられている。
【００５１】
コントロールユニット４０は、基準電源回路４１と、増幅回路４２と、Ａ／Ｄ変換回路４３と、制御回路４４と、記憶回路４５と、インターフェース回路４６と、主電源回路４７と、表示器４８と、表示回路４９とを備えている。
【００５２】
基準電源回路４１は、測定回路５１の一対の電源入力端子５２，５３に接続されて、測定回路５１に基準入力電圧Ｖ（定電圧）を供給する。増幅回路４２は、測定回路５１の一対の出力端子５４，５５に接続されて、該出力端子５４，５５間に発生する電圧差検出回路１１の出力電圧ｅを増幅する。Ａ／Ｄ変換回路４３は、増幅回路４２の出力をＡ／Ｄ変換する。制御回路４４は、後述の各種データ処理や制御処理を行う。記憶回路４５は、後述の各種データや制御回路４４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４６は、制御回路４４がコントロールユニット４０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４７は、コントロールユニット４０全体の電源電圧を商用電源等から生成する。表示器４８は、制御回路４４により表示回路４９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４４はマイクロプロセッサ等により構成され、また記憶回路４５はＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等により構成されたものである。コントロールユニット４０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。
【００５３】
上記構成のひずみ測定装置５０の作動を説明する。
【００５４】
まず、ひずみゲージ１、１′が測定対象の物体に貼着される。このとき、第１のひずみゲージ１に生じるひずみと第２のひずみゲージ１′に生じるひずみと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１、１′を貼ってひずみ（曲げひずみ）を計測する。この場合には、第１のひずみゲージ１に生じるひずみと第２のひずみゲージ１′に生じるひずみとの比ａはａ＝−１とする。
【００５５】
本実施形態のひずみ測定装置５０では、ひずみ測定に先立って、あらかじめ、２つのひずみゲージ１、１′の直列回路に付与する基準入力電圧Ｖの値と、第１のひずみゲージのゲージ率Ｋ１の値と、第２のひずみゲージのゲージ率Ｋ２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４６及び制御回路４４を介して記憶回路４５に入力されて、記憶回路４５に記憶保持される。尚、これらの値Ｖ、Ｋ１、Ｋ２、ａは、ひずみ測定装置５０の製造段階で記憶回路４５に記憶保持しておくようにしてもよい。
【００５６】
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、コントロールユニット４０を動作させる。このとき、コントロールユニット４０の制御回路４４は、まず、基準電源回路４１を起動して、基準電源回路４１から電源入力端子５２，５３に基準入力電圧Ｖを付与させる。基準電源回路４１が、測定回路５１に基準入力電圧Ｖを供給すると、電流供給用リード線２，７，８を介してひずみゲージ１、１′にｏｐ５，ｏｐ６によってＶ２＝Ｖとするように電流が流れる。ひずみゲージ１、１′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１０の出力電圧ｅ０は、出力端子５４，５５から出力され、増幅回路４２に入力される。制御回路４４は、この増幅回路４２に入力される電圧ｅ０の値を、増幅回路４２及びＡ／Ｄ変換回路４３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４４は次式（２１）により、ひずみゲージ１′に対するひずみゲージ１の抵抗の比（抵抗比）Ｃ０を求め、求めた抵抗比Ｃ０を記憶回路４５に記憶保持させる。
【００５７】
Ｃ＝Ｖ１／Ｖ２＝１＋２・ｅ／Ｖ・・・・・・・（２１）
尚、式（２１）は式（２０）とＶ２＝Ｖという関係式に基づいて得られる。
【００５８】
次に、制御回路４４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４４は、ひずみ測定を行うタイミングにおいて、基準電源回路４１から電源入力端子５２，５３に基準入力電圧Ｖを付与させる。そして、ひずみゲージ１、１′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１０の出力電圧ｅεは増幅回路４２に入力される。制御回路４４は、増幅回路４２に入力される電圧ｅεの値を、増幅回路４２及びＡ／Ｄ変換回路４３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４４は前記の式（２１）により抵抗比Ｃεを求め、求めた抵抗比Ｃεを記憶回路４５に記憶保持させる。
【００５９】
そして、制御回路４４は、記憶回路４５にあらかじめプログラムされた図４のフローチャートの処理を行うことで、物体のひずみεを求める。すなわち、制御回路４４は、記憶回路４５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４５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（１１）の演算を行うことで、ひずみゲージ１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１′に関するひずみε２＝−ε１を求める。なお、制御回路４４は、求めたひずみεの値を表示回路４９を介して表示器４８に表示させる。
【００６０】
本実施形態のひずみ測定装置によれば、第１のひずみゲージ１に生じるひずみと第２のひずみゲージ１′に生じるひずみとの比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１，１′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１、１′に結線されたリード線２〜８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５０に接続する各リード線２〜７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。
【００６１】
本実施形態では、電圧安定化回路は、ひずみゲージ１′に生じる電圧Ｖ２が一定値Ｖに保持されるように構成したが、ひずみゲージ１に生じる電圧Ｖ１、あるいは、ひずみゲージ１、１′に生じる電圧の和Ｖ１＋Ｖ２が一定レベルの値に保持されるように構成してもよい。
【００６２】
また、２つのひずみゲージ１、１′が近接部位に貼着され、これらを接続するリード線８の長さが十分に短く、前記図２に示したようにひずみゲージ１、１′にリード線２〜６が結線されている場合には、ひずみ測定装置５０の測定回路は例えば図３に示す回路で構成してもよい。この場合には、測定回路は図示するように、電圧差検出回路１２と、電圧安定化回路２２とを備える。
【００６３】
電圧差検出回路１２は、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リード線３，５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。電圧差検出回路１２は、２つのひずみゲージ１、１′に生じる電圧の差を検出する。この回路１２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、２つのひずみゲージ１、１′に生じた電圧Ｖ１，Ｖ２の和Ｖ１＋Ｖ２を固定抵抗Ｒａ、Ｒｂの直列回路に与える。尚、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１２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、リード線４との間の電圧は、前記の式（２０）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。尚、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、リード線３，４には電流がほとんど流れない。
【００６４】
電圧安定化回路２２は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リード線３，５に接続され、ｏｐ３，ｏｐ４の出力はそれぞれリード線２，６に接続されている。それで、オペアンプｏｐ３，ｏｐ４の正入力間には一定レベルの基準入力電圧Ｖが付与される。このとき、オペアンプｏｐ３，ｏｐ４は、ひずみゲージ１、１′に生じる電圧の和Ｖ１＋Ｖ２が基準入力電圧Ｖと等しくなるようにひずみゲージ１、１′に流れる電流を制御する。
【００６５】
上記測定回路を用いる場合には、２つのひずみゲージ１、１′の抵抗比には前記の式（２１）に代えて次式（２２）を用いる。この式（２２）は、前記の式（２０）と電圧の和Ｖ１＋Ｖ２が基準入力電圧Ｖと同一であるという条件から求められる。
【００６６】
Ｃ＝Ｖ１／Ｖ２＝（Ｖ＋２・ｅ）／（Ｖ−２・ｅ）・・・・・・（２２）
尚、図２の例ではＶ１+Ｖ２を一定にしたがＶ１またはＶ２を一定になるようにしてもよい。
（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装置を図５を参照して説明する。
【００６７】
この多点ひずみ測定装置７０は、ｎ個のチャンネルＣｈ１〜Ｃｈｎ分のスイッチ回路７１と、測定回路５１と、コントロールユニット４０とを備えている。この装置７０では、測定回路５１とコントロールユニット４０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５０と同一の参照番号を付与し、説明を省略する。
【００６８】
本実施形態では、２つのひずみゲージ１、１′を１組として、ｎ組のひずみゲージが例えば板状の物体のｎ個の部位の表裏面に貼着されるものとする（２つのひずみゲージのひずみの比ａ＝−１）。各組のひずみゲージ１、１′には、合計７本のリード線２〜８が結線されている。このうち、ひずみゲージ１、１′双方に結線されたリード線８は電流供給用のリード線として使用され、他の６本のリード線２〜７は、スイッチ回路７１に結線されている。スイッチ回路７１は、６つのスイッチ素子からなり、それら６つのスイッチ素子は一端が各ひずみゲージのリード線２〜７に結線されており、他端が測定回路５１に結線されている。この場合、各スイッチ回路７１の６つのスイッチ素子をオン状態にしたとき、そのスイッチ回路７１に対応するひずみゲージ１、１′が測定回路５１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、コントロールユニット４０の制御回路４４は、チャンネルを選択する制御信号をスイッチ回路６１に供給する。
【００６９】
上記構成の多点ひずみ測定装置７０の作動を、以下に説明する。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１，１′は測定対象の板状の物体のｎ個の部位の表裏面に貼着される。多点ひずみ測定装置７０の所定の操作等により、コントロールユニット４０を動作させる。まず、コントロールユニット４０の制御回路４４は、選択すべきチャンネルのスイッチ回路７１に制御信号を供給する。選択されたスイッチ回路７１は、６つのスイッチ素子をオンさせ、選択されなかった残りのスイッチ回路７１は、それぞれ６つのスイッチ素子をオフ状態に維持する。制御回路４４は、基準電源回路４１を起動して、基準電源回路４１から、測定回路５１に基準入力電圧Ｖを付与させる。選択したスイッチ回路７１により測定回路５１に接続されるひずみゲージ１，１′には、測定回路５１により前記第１実施形態のものと同様に電流が供給される。そして、制御回路４４は、測定回路５１の電圧差検出回路１１の出力電圧ｅ０に基づいて抵抗比Ｃ０を前記の式（２１）により求め、求めた抵抗比Ｃ０を記憶回路４５に記憶保持させる。以下、同様にして、制御回路４４は、各スイッチ回路７１に順次制御信号を供給し、選択したスイッチ回路７１に接続されるひずみゲージ１，１′に関して抵抗比Ｃ０を求め、記憶回路４５に記憶保持させる。このようにして、ｎ個のチャンネル分のスイッチ回路をすべて選択することにより、ｎ個の抵抗比データＣ０１〜Ｃ０ｎを記憶回路４５に記憶保持させる。
【００７０】
次に、制御回路４４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、各チャンネルにそれぞれ対応するｎ個の抵抗比データＣε１〜Ｃεｎを記憶回路４５に記憶保持させる。そして、制御回路４４は、記憶回路４５にあらかじめプログラムされた図４のフローチャートの処理をチャンネルごとに行う。すなわち、制御回路４４は、記憶回路４５に記憶保持されたゲージ率Ｋ１，Ｋ２、２つのひずみゲージのひずみの比ａ、初期状態における抵抗比Ｃ０ｋおよびひずみ測定時の抵抗比Ｃεｋ（ｋ＝１〜ｎ）のデータを記憶回路４５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（１１）の演算を行うことで、物体のｎ点におけるひずみゲージ１に関するひずみε１１〜ε１ｎを求める。
【００７１】
なお、ｎ組のひずみゲージ１、１′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組のひずみゲージ１、１′がｎ個の物体に貼着されるものとしてもよい。上記実施形態によれば、２つのひずみゲージからなる組を選択的に切り換えることにより、各測定点において、２つのひずみゲージに生じる電圧を抽出し、ひずみを算出することができる。また、ひずみゲージに結線された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影響を及ぼさなくなるという効果がある。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。
（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６を参照して説明する。
【００７２】
この多点ひずみ測定システムは、多点ひずみ測定装置８２と、ｎ個の測定モジュール９２と、測定モジュール９２に接続されたｎ個のひずみゲージ１、１′の組とを備える。多点ひずみ測定装置８２は、測定回路５１と、コントロールユニット４０と、チャンネル制御部８１とを備えている。この装置８２では、測定回路５１とコントロールユニット４０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５０と同一の参照番号を付与し、説明を省略する。チャンネル制御部８１は、コントロールユニット４０の制御回路４４の制御の下、モジュール９２を選択するための制御信号を測定モジュール９２に供給する。
【００７３】
各測定モジュール９２は、６つのスイッチ素子からなるスイッチ回路７１と、チャンネル識別回路９１とを備える。各測定モジュール９２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８２に結線され、他端がひずみゲージ１，１′に前記第２の実施形態のものと同様に結線されたリード線２〜７に接続されている。信号線Ｌ１〜Ｌ６はそれぞれスイッチ回路７１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々ひずみゲージ１，１′のリード線２〜７に接続されている。チャンネル識別回路９１は、多点ひずみ測定装置８２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。
【００７４】
上記構成の多点ひずみ測定システムは、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個のひずみゲージ１、１′の組は測定対象の物体のｎ個の部位（例えば表裏面）に貼着され、各測定モジュール９２は適宜配置される。多点ひずみ測定装置８２の所定の操作等により、コントロールユニット４０を動作させる。このとき、チャンネル制御部８１はコントロールユニット４０の制御回路４４の制御の下、測定モジュール９２に制御信号を供給する。選択された測定モジュール９２では、チャンネル識別回路９１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９２に接続されたひずみゲージ１，１′は多点ひずみ測定装置８２に導通する。このとき、このひずみゲージ１，１′は図３のものと同様に測定装置８２の測定回路５１に接続する。制御回路４４は、基準電源回路４１（図３参照）を起動して、基準電源回路４１から測定回路５１に基準入力電圧Ｖを付与させる。選択したモジュール９２に測定回路５１により信号線Ｌ１、Ｌ６を介して電流が流れ、モジュール９２に接続されたひずみゲージ１、１′の各両端に電圧が生じ、生じた電圧はそれぞれ信号線Ｌ２、Ｌ３およびＬ４、Ｌ５により抽出される。制御回路４４は、電圧差検出回路１０（図３参照）の出力電圧ｅ０に基づいて抵抗比Ｃ０を前記の式（２１）により求め記憶回路４５に記憶保持させる。以下、同様にして、制御回路４４は、各モジュール９２に制御信号を順次供給し、選択したモジュール９２に接続されるひずみゲージ１,１′に関して抵抗比Ｃ０を求め、記憶回路４５に記憶保持させる。このようにして、ｎ個のチャンネル分のモジュール９２をすべて選択することにより、各チャンネルにそれぞれ対応するｎ個の抵抗比データＣ０１〜Ｃ０ｎを記憶回路４５に記憶保持させる。
【００７５】
次に、制御回路４４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、各チャンネルに対応するｎ個の抵抗比データＣε１〜Ｃεｎを記憶回路４５に記憶保持させる。そして、制御回路４４は、記憶回路４５にあらかじめプログラムされた図４のフローチャートの処理を行う。すなわち、制御回路４４は、記憶回路４５に記憶保持されたゲージ率Ｋ１、Ｋ２、第１のひずみゲージ１と第２のひずみゲージ１′のひずみの比ａ、各チャンネル毎の初期状態およびひずみ測定時における抵抗比Ｃ０ｋ、Ｃεｋ（ｋ＝１〜ｎ）を記憶回路４５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（１１）の演算を行うことで、物体のひずみε１１〜ε１ｎを求める。尚、ｎ個のひずみゲージ１、１′の組はｎ個の物体に貼着されるものとしてもよい。
【００７６】
上記実施形態によれば、各モジュールに結線された共通の信号線やひずみゲージに結線されたリード線が長い場合でもその抵抗値がひずみ測定値に影響を及ぼさずに２ゲージ法による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。
【００７７】
以上説明した第１〜第３の実施形態においては、コントロールユニット４０の制御回路４４は、抵抗比Ｃを求めた上で、前記の式（１１）からひずみを求めている。しかし、本発明は、式（１１）に示す抵抗比Ｃを必ず使用しなければならないわけではない。例えば２つのひずみゲージに生じる電圧Ｖ１、Ｖ２あるいはそれらの差を用いて求めることができ、且つ、式（１１）と同じ演算結果になるかぎり、どのような形式の演算式を用いてもよい。例えば、抵抗比Ｃの代わりに、一方のひずみゲージの抵抗に対する両者の抵抗の差の割合（Ｒ１−Ｒ２）／Ｒ２（以下、これを抵抗差率Ｄという）を用いてひずみを表すようにしてもよい。この場合には、式（１１）は、次式（２４）のように書き換えられる。
【００７８】
ε＝（Ｄε−Ｄ０ ）／（Ｋ１・（１＋Ｄ０）−ａ・Ｋ２・（Ｄε＋１））
・・・・（２４）
ただし、Ｄ０、Ｄεはそれぞれ初期状態、ひずみ測定時における抵抗差率、Ｋ１、Ｋ２は２つのひずみゲージのゲージ率、ａは第１および第２のひずみゲージのひずみの比を表すものとする。
【００７９】
ここで、抵抗差率Ｄと電圧Ｖ１、Ｖ２との間には次式（２５）の関係がある。
【００８０】
Ｄ＝（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ２・・・・・・・・・・（２５）
従って、この式（２５）を式（２４）に適用することでＶ１，Ｖ２を用いてひずみεの測定値を得ることができることとなる。
【００８１】
また、ひずみ測定装置に１つのひずみゲージを接続してひずみ測定を行うことと２つのひずみゲージを接続してひずみ測定を行うこととを切換により実現可能なひずみ測定装置を構成することも可能である。この場合の測定回路を図７に示す（第４の実施形態）。図７において、スイッチＳＷ１がオフで、ＳＷ２がオンの場合には、１つのひずみゲージ１でひずみ測定を行うための測定回路が構成され、スイッチＳＷ１がオンで、ＳＷ２がオフの場合には、２つのひずみゲージ１，１′を使用して、前記第１の実施形態と同じ手法で、ひずみ測定を行うための測定回路が構成される。
【００８２】
また、上記実施の形態においては、ひずみ測定装置の測定回路には、電圧差検出回路と電圧安定化回路の両方を備えるものとして説明したが、必ずしもこのように構成する必要はなく、どちらか一方のみ備えるようにしてもよい。また、測定回路から両方とも除去してもよい。この場合には、高分解能電圧測定手段を用いるようにして、直接、基準抵抗体に生じた電圧やひずみゲージに生じた電圧を測定するようにする。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】２つのひずみゲージを用いた本発明の測定方法の原理を説明するための測定回路を示す図。
【図２】近傍に配置された２つのひずみゲージを用いた本発明の測定方法の原理を説明するための測定回路を示す図。
【図３】第１の実施形態のひずみ測定装置を示す図。
【図４】第１の実施形態におけるひずみ算出の処理を示すフローチャート。
【図５】第２の実施形態の多点ひずみ測定装置を示す図。
【図６】第３の実施形態の多点ひずみ測定システムを示す図。
【図７】第４の実施形態のひずみ測定装置を示す図。
【図８】従来の２ゲージ法の測定回路を示す図。
【符号の説明】
【００８４】
１，１′・・・ひずみゲージ、２〜８・・・リード線、１０，１２・・・電圧差検出回路、２０，２２・・・電圧安定化回路、５０・・・ひずみ測定装置、７０，８２・・・多点ひずみ測定装置、７１・・・スイッチ回路、８１・・・チャンネル制御部、９２・・・測定モジュール、９１・・・チャンネル識別回路。
【図１】
2004294445.tif 000003
【図２】
2004294445.tif 000004
【図３】
2004294445.tif 000005
【図４】
2004294445.tif 000006
【図５】
2004294445.tif 000007
【図６】
2004294445.tif 000008
【図７】
2004294445.tif 000009
【図８】
2004294445.tif 000010