(57)【要約】【課題】ブリッジ構成用抵抗を全チャンネルで共用し且つブリッジ内の切替え素子として半導体リレー等の高オン抵抗値の切替え素子を使用できるようにする。【解決手段】１ゲージ法の場合、増幅器ＡＭＰ２→選択走査用のスイッチ素子Ｓａ→接続端子Ｔａ→ひずみゲージＧａ→接続端子Ｔｃ→スイッチ素子Ｓｃ′→スイッチ素子ＳＷ２→抵抗Ｒｂの経路で定電流を流す。ひずみゲージＧａの一端が接続される接続端子Ｔａの電位を増幅器ＡＭＰ４で抽出し、スイッチ素子Ｓｃ′とスイッチ素子ＳＷ２のオン抵抗における誤差電圧分を増幅器ＡＭＰ５で抽出する。増幅器ＡＭＰ４とＡＭＰ５の出力端間に、ブリッジ構成用抵抗ＲｄとＲｃの直列回路を挿入して、抵抗ＲｄとＲｃの接続点から一方の出力電位を得る。ひずみゲージＧａの他端に接続された接続端子Ｔｂから他方の出力電位を得る。これら出力電位間の電圧を差動増幅器ＡＭＰ１によって抽出する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ひずみゲージを接続するための所定の第１、第２、第３および第４の端子を各チャンネル毎に有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間に単一のひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間が短絡される１ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に１つのひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間に他の１つのひずみゲージが接続される２ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間、前記第２の端子と前記第３の端子との間、前記第３の端子と前記第４の端子との間、そして前記第４の端子と前記第１の端子との間にそれぞれ１つずつの異なる４個のひずみゲージがそれぞれ接続される４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なう多チャンネルひずみ測定回路において、
少なくとも前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの測定で使用するブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで１組だけ具備して各チャンネルに共通に使用し、
前記１ゲージ法測定モードによる測定時には、ひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流としてブリッジ励振電流を流して、
第１のバッファ増幅器により、前記ブリッジ励振電流の分流を阻止し且つ前記ひずみゲージの一方の接続端の電位を抽出し、
第２のバッファ増幅器により、前記電流経路における前記切替え素子のオン抵抗により発生する電圧を抽出し、
前記第１のバッファ増幅器の出力端と第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の第２の抵抗素子と第３の抵抗素子を直列に接続し、
これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記ひずみゲージの他方の接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定することにより、前記電流経路に入っている切替え素子のオン抵抗による誤差を除去することを特徴とする多チャンネルひずみ測定回路。
【請求項２】
ひずみゲージを接続するための所定の第１、第２、第３および第４の端子を各チャンネル毎に有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間に単一のひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間が短絡される１ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に１つのひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間に他の１つのひずみゲージが接続される２ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間、前記第２の端子と前記第３の端子との間、前記第３の端子と前記第４の端子との間、そして前記第４の端子と前記第１の端子との間にそれぞれ１つずつの異なる４個のひずみゲージがそれぞれ接続される４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なう多チャンネルひずみ測定回路において、
少なくとも前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの測定で使用するブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで１組だけ具備して各チャンネルに共通に使用し、
前記２ゲージ法測定モードによる測定時には、第１および第２のひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流としてブリッジ励振電流を流して、
定電流の分流阻止と電位抽出のために用いられる第１のバッファ増幅器および第２のバッファ増幅器により、アクティブゲージである第１のひずみゲージの一方の接続端およびダミーゲージである第２のひずみゲージの一方の接続端の電位をそれぞれ抽出し、
前記第１のバッファ増幅器の出力端と第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の第２の抵抗素子と第３の抵抗素子を直列に接続し、
これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記第１および第２のひずみゲージの各他方の接続端が共通に接続された共通接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定することにより、前記電流経路に入っている切替え素子のオン抵抗による誤差を除去することを特徴とする多チャンネルひずみ測定回路。
【請求項３】
前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの少なくとも一方における前記ブリッジ励振電流を供給するブリッジ励振電源を、単一の定電流源で構成することにより、ブリッジ方式における非直線性を無くし、各ひずみゲージの抵抗値変化に比例した出力を得ることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多点ひずみ測定回路。
【請求項４】
ひずみゲージを接続するための所定の第１、第２、第３および第４の端子を各チャンネル毎に有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間に単一のひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間が短絡される１ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に１つのひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間に他の１つのひずみゲージが接続される２ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間、前記第２の端子と前記第３の端子との間、前記第３の端子と前記第４の端子との間、そして前記第４の端子と前記第１の端子との間にそれぞれ１つずつの異なる４個のひずみゲージがそれぞれ接続される４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なう多チャンネルひずみ測定回路において、
少なくとも前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの測定で使用するブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで１組だけ具備して各チャンネルに共通に使用し、
前記１ゲージ法測定モードによる測定時には、ひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流として励振電源よりブリッジ励振電流を流して、
第１のバッファ増幅器により、前記ブリッジ励振電流の分流を阻止し且つ前記ひずみゲージの一方の接続端の電位を抽出し、
第２のバッファ増幅器により、前記電流経路における前記切替え素子のオン抵抗により発生する電圧を抽出し、
前記第１のバッファ増幅器の出力端と第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の第２の抵抗素子と第３の抵抗素子を直列に接続し、
これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記ひずみゲージの他方の接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定するとともに、
前記２ゲージ法測定モードによる測定時には、前記第１および第２のひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の前記第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流として前記励振電源よりブリッジ励振電流を流して、
定電流の分流阻止と電位抽出のために用いられる前記第１のバッファ増幅器および前記第２のバッファ増幅器により、アクティブゲージである第１のひずみゲージの一方の接続端およびダミーゲージである第２のひずみゲージの一方の接続端の電位をそれぞれ抽出し、
前記第１のバッファ増幅器の出力端と前記第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の前記第２の抵抗素子と前記第３の抵抗素子を直列に接続し、
これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記第１および第２のひずみゲージの各他方の接続端が共通に接続された共通接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定することにより、前記電流経路に入っている切替え素子のオン抵抗による誤差を除去することを特徴とする多チャンネルひずみ測定回路。
【請求項５】
前記４ゲージ法測定モードによる測定時には、４個の前記ひずみゲージからなるブリッジ回路に定電圧を供給する定電圧励振回路を含む測定回路を構成することを特徴とする請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の多チャンネルひずみ測定回路。
【請求項６】
前記４ゲージ法測定モードによる測定時には、４個の前記ひずみゲージからなるブリッジ回路から切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の前記第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流としてブリッジ励振電流を流す定電流励振回路を含む測定回路を構成することを特徴とする請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載の多チャンネルひずみ測定回路。
【請求項７】
前記所定の第１、第２、第３および第４の端子からひずみゲージ側を見た回路特性を検出して、これら第１〜第４の端子に対するひずみゲージの測定モードを判別し、判別された測定モードに応じて測定回路の接続構成を選択設定するモード切替え手段をさらに含むことを特徴とする請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の多チャンネルひずみ測定回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ひずみゲージまたはひずみゲージ式変換器を用いることを前提としたひずみゲージ式測定システムに係り、特に、ひずみゲージを接続するための所定の第１、第２、第３および第４の端子を各チャンネル毎に有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間に単一のひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間が短絡される１ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に１つのひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間に他の１つのひずみゲージが接続される２ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間、前記第２の端子と前記第３の端子との間、前記第３の端子と前記第４の端子との間、そして前記第４の端子と前記第１の端子との間にそれぞれ１つずつの異なる４個のひずみゲージがそれぞれ接続される４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なうための多チャンネルひずみ測定回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ひずみ測定において、ひずみゲージまたはひずみゲージ式変換器等を用いて測定する場合、この種のひずみゲージ式測定器には、ひずみゲージの結線方式の相違などによる複数の測定モードが存在する。具体的には、例えば単一のひずみゲージのみを用いる１ゲージ法測定モード、２個のひずみゲージをハーフブリッジ接続して用いる２ゲージ法測定モードおよび４個のひずみゲージをフルブリッジ接続して用いる４ゲージ法測定モードなどが、代表的な測定モードである。一般に、ひずみゲージ式測定器の接続に用いる接続端子は、ある程度標準化されており、複数の端子からなる接続端子に対するひずみゲージ等の結線方式は、個々の測定モード毎に一義的に定まっていることが多い。また、測定器側では、これらの測定モードによって、給電方式、給電個所、計測情報、計測個所および入出力抵抗等の少なくともいずれかが異なるため、ひずみゲージ等の結線に適用された測定モードに応じて測定器側においても個々に測定モードを設定しなければならない。
【０００３】
一方、ひずみ測定は、測定器から離れた場所に設置したひずみゲージに接続ケーブルを介して測定器を接続し、遠隔地のひずみを測定しなければならないことも多い。特に、ダム等のように大きな建造物や施設、あるいは工事現場等の多数の個所に、ひずみゲージおよびひずみゲージ式変換器等を含む種々のセンサを多数設置し、それぞれ複数の端子からなる各チャンネル毎の接続端子にケーブルを介して接続し、これら多チャンネルの接続端子を測定器に選択的に走査接続して測定を行なう多チャンネル測定システムにおいては、走査接続に関連して個々のチャンネル毎に接続モードを設定しなければならない。
【０００４】
〈（１）ブリッジ抵抗の共用化と切替え素子の制限〉
従来の多チャンネルひずみ測定回路におけるブリッジ抵抗の共用化および切替え素子の制限について説明する。
図１２に従来の一般的な多チャンネルひずみ測定回路の一例を示す。図１２の多チャンネルひずみ測定回路は、各チャンネルに共通の励振電源Ｅ１ｉｎおよび増幅器ＡＭＰ１１、ＡＭＰ１２、ＡＭＰ１３、ならびに各チャンネル毎の端子Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ１ｂ′、Ｔ１ｃ、Ｔ１ｄ、Ｔ１ｄ′、Ｔ１ｄ″、抵抗Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ１ｄおよびスイッチ素子Ｓ１ａ、Ｓ１ａ′、Ｓ１ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ１ｃ′、Ｓ１ｄを具備する。
スイッチ素子Ｓ１ａ、Ｓ１ａ′、Ｓ１ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ１ｃ′、Ｓ１ｄは、各チャンネル毎に連動して各チャンネル毎の走査切替え素子ＳＳＷ１を構成し、選択的にオン動作することによりチャンネルの走査を行なう。これら走査切替え素子ＳＳＷ１、その連動するスイッチ素子Ｓ１ａ、Ｓ１ａ′、Ｓ１ｂ、Ｓ１ｃ、Ｓ１ｃ′、Ｓ１ｄ、ゲージ接続用の端子Ｔ１ａ、Ｔ１ｂ、Ｔ１ｂ′、Ｔ１ｃ、Ｔ１ｄ、Ｔ１ｄ′、Ｔ１ｄ″およびブリッジ構成用のブリッジ抵抗Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、Ｒ１ｄは、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑さを避けて、理解を容易にするために、各チャンネル毎に共通の参照符号を付して示している（したがって、各チャンネルの各構成要素は、同一の参照符号を付して示していてもチャンネル毎に個々に設けられている）。
【０００５】
端子Ｔ１ａは、スイッチ素子Ｓ１ａ′およびＳ１ａのそれぞれに接続されている。端子Ｔ１ｂは、スイッチ素子Ｓ１ｂに接続されている。端子Ｔ１ｂ′は、抵抗Ｒ１ｂを介して端子Ｔ１ｃに接続されている。端子Ｔ１ｃは、スイッチ素子Ｓ１ｃ′およびＳ１ｃのそれぞれに接続されている。端子Ｔ１ｄは、スイッチ素子Ｓ１ｄに接続されている。端子Ｔ１ｄ′は、抵抗Ｒ１ｃを介して端子Ｔ１ｃに接続されている。そして、端子Ｔ１ｄ″は、抵抗Ｒ１ｄを介して端子Ｔ１ａに接続されている。スイッチ素子Ｓ１ａ′は、増幅器ＡＭＰ１２の反転入力端（−）に接続され、スイッチ素子Ｓ１ａには、増幅器ＡＭＰ１２の出力端が接続されている。スイッチ素子Ｓ１ｂは、増幅器ＡＭＰ１１の反転入力端（−）に接続されている。スイッチ素子Ｓ１ｃ′は、増幅器ＡＭＰ１３の反転入力端（−）に接続され、スイッチ素子Ｓ１ｃには、増幅器ＡＭＰ１３の出力端が接続されている。スイッチ素子Ｓ１ｄは、増幅器ＡＭＰ１１の非反転入力端（＋）に接続されている。これらは、各チャンネルに共通の構成である。
励振電源Ｅ１ｉｎの一方、この場合正側、の出力端は、増幅器ＡＭＰ１２の非反転入力端（＋）に接続され、励振電源Ｅ１ｉｎの他方、この場合負側、の出力端は、増幅器ＡＭＰ１３の非反転入力端（＋）および共通電位（アース）のそれぞれに接続されている。
【０００６】
１ゲージ法測定モードの場合には、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、端子Ｔ１ａに接続され、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は端子Ｔ１ｂに接続され、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の他端に前記第２端と共通に接続された第３端は端子Ｔ１ｂ′に接続され、端子Ｔ１ｄ、Ｔ１ｄ′および端子Ｔ１ｄ″間は互いにシャントされる。
２ゲージ法測定モードの場合には、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、端子Ｔ１ａに接続され、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は端子Ｔ１ｂに接続される。ひずみゲージＧｂのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、ひずみゲージＧａの前記第２端と共に端子Ｔ１ｂに接続され、ひずみゲージＧｂのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は端子Ｔ１ｃに接続される。端子Ｔ１ｄ、Ｔ１ｄ′および端子Ｔ１ｄ″間は互いにシャントされる。
【０００７】
４ゲージ法測定モードの場合には、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、端子Ｔ１ａに接続され、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は端子Ｔ１ｂに接続される。ひずみゲージＧｂのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、ひずみゲージＧａの前記第２端と共に端子Ｔ１ｂに接続され、ひずみゲージＧｂのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は端子Ｔ１ｃに接続される。ひずみゲージＧｃのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、ひずみゲージＧｂの前記第２端と共に端子Ｔ１ｃに接続され、ひずみゲージＧｃのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は端子Ｔ１ｄに接続される。ひずみゲージＧｄのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、ひずみゲージＧｃの前記第２端と共に端子Ｔ１ｄに接続され、ひずみゲージＧｄのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は、ひずみゲージＧａの前記第１端と共に端子Ｔ１ａに接続される。
１ゲージ法、２ゲージ法および４ゲージ法測定モードの選択切替えに対しては、各測定点に対応する各チャンネル毎にブリッジ抵抗Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃおよびＲ１ｄを備えており、接続されたひずみゲージとの組合せでブリッジ回路を構成するようにしていた。
【０００８】
各チャンネル毎にブリッジが形成されるので、チャンネル切替えのための走査切替え素子ＳＳＷ１に使用可能なスイッチ素子Ｓ１ａ〜Ｓ１ｄの種類は多く、メカニカルリレーから半導体リレーまで、種々のスイッチ素子を選択することができる。その反面、図１２の構成では、各チャンネル毎に３個ずつの高精度抵抗が必要となり、例えば、測定点数が最大で１０００点にもなる多点の測定用の多チャンネルひずみ測定システムを構成すると高価になるという欠点を持っていた。このような欠点を解決するために、図１２における抵抗Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃおよびＲ１ｄに相当するブリッジ構成用の抵抗素子を１組だけ備え、これを各チャンネルの測定に共通に使用して、使用抵抗素子数を大幅に減らしたひずみ測定回路も用いられている。このようなひずみ測定回路の一般的な一例を図１３に示している。
図１３の多チャンネルひずみ測定回路は、各チャンネルに共通の励振電源Ｅ２ｉｎ、増幅器ＡＭＰ２１、ＡＭＰ２２、ＡＭＰ２３、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ２１、ＳＷ２２、ＳＷ２３およびブリッジ構成用抵抗Ｒ２ｂ、Ｒ２ｃ、Ｒ２ｄ、ならびに各チャンネル毎の端子Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ、Ｔ２ｃ、Ｔ２ｄおよび選択走査用のスイッチ素子Ｓ２ａ、Ｓ２ａ′、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃ、Ｓ２ｃ′、Ｓ２ｄを具備する。
【０００９】
選択走査用のスイッチ素子Ｓ２ａ、Ｓ２ａ′、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃ、Ｓ２ｃ′、Ｓ２ｄは、各チャンネル毎に連動して各チャンネル毎の走査切替え素子ＳＳＷ２を構成し、選択的にオン動作することによりチャンネルの選択走査を行なう。これら走査切替え素子ＳＳＷ２、その連動するスイッチ素子Ｓ２ａ、Ｓ２ａ′、Ｓ２ｂ、Ｓ２ｃ、Ｓ２ｃ′、Ｓ２ｄおよびゲージ接続用の端子Ｔ２ａ、Ｔ２ｂ、Ｔ２ｃ、Ｔ２ｄは、図１２の場合と同様に参照符号の桁数の増大による説明の煩雑さを避けて、理解を容易にするために、各チャンネル毎に共通の参照符号を付して示している。
モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ２１、ＳＷ２２、ＳＷ２３のうちのスイッチ素子ＳＷ２１は、１つの可動選択端を測定モードに応じて２つの被選択端のいずれか一方に選択的に切替え接続される切替えスイッチであり、スイッチ素子ＳＷ２２、ＳＷ２３は、測定モードに応じてオン／オフ操作されるスイッチである。すなわち、スイッチ素子ＳＷ２１は、１ゲージ法および２ゲージ法測定モードでは、可動選択端を一方の被選択端（１−２Ｇ）に接続し、４ゲージ法測定モードでは、可動選択端を他方の被選択端に接続する。スイッチ素子ＳＷ２２は、１ゲージ法測定モードでは、オンとされ、２ゲージ法および４ゲージ法測定モードではオフとされる。
【００１０】
そして、スイッチ素子ＳＷ２３は、２ゲージ法および４ゲージ法測定モードでは、オンとされ、それ１ゲージ法測定モードではオフとされる。
端子Ｔ２ａは、スイッチ素子Ｓ２ａ′およびＳ２ａのそれぞれに接続されている。端子Ｔ２ｂは、スイッチ素子Ｓ２ｂに接続されている。端子Ｔ２ｃは、スイッチ素子Ｓ２ｃ′およびＳ２ｃのそれぞれに接続されている。そして端子Ｔ２ｄは、スイッチ素子Ｓ２ｄに接続されている。スイッチ素子Ｓ２ａ′は、増幅器ＡＭＰ２２の反転入力端（−）に接続され、スイッチ素子Ｓ２ａには、増幅器ＡＭＰ２２の出力端が接続されている。スイッチ素子Ｓ２ｂは、増幅器ＡＭＰ２１の反転入力端（−）に接続されている。スイッチ素子Ｓ２ｃ′は、２ゲージ法および４ゲージ法測定モードでオンとされるスイッチ素子ＳＷ２３を介して、増幅器ＡＭＰ２３の反転入力端（−）に接続され、スイッチ素子Ｓ２ｃには、ブリッジ構成用抵抗Ｒ２ｂを介して、増幅器ＡＭＰ２３の出力端が接続されている。スイッチ素子Ｓ２ｄは、スイッチ素子ＳＷ２１の４ゲージ法測定モードで選択される前記他方の被選択端に接続されている。これらは、各チャンネルに共通の構成である。
【００１１】
励振電源Ｅ２ｉｎの一方、この場合正側、の出力端は、増幅器ＡＭＰ２２の非反転入力端（＋）に接続され、励振電源Ｅ２ｉｎの他方、この場合負側、の出力端は、増幅器ＡＭＰ２３の非反転入力端（＋）および共通電位（アース）のそれぞれに接続されている。ブリッジ構成用抵抗Ｒ２ｄとＲ２ｃは、直列に接続され、これらブリッジ構成用抵抗Ｒ２ｄとＲ２ｃの直列回路の抵抗Ｒ２ｄ側の端部は、増幅器ＡＭＰ２２の非反転入力端（＋）に接続され、ブリッジ構成用抵抗Ｒ２ｄとＲ２ｃの直列回路の抵抗Ｒ２ｃ側の端部は、増幅器ＡＭＰ２３の非反転入力端（＋）に接続されている。ブリッジ構成用抵抗Ｒ２ｄとＲ２ｃの相互の接続点は、スイッチ素子ＳＷ２１の１ゲージ法および２ゲージ法測定モードで選択される前記一方の被選択端に接続されている。スイッチ素子ＳＷ２１の可動選択端は、増幅器ＡＭＰ２１の非反転入力端（＋）に接続されている。増幅器ＡＭＰ２３の反転入力端（−）と出力端との間には、１ゲージ法測定モードでオンとされるスイッチ素子ＳＷ２２が接続される。
１ゲージ法測定モードの場合には、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、端子Ｔ２ａに接続され、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は端子Ｔ２ｂに接続され、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の他端に前記第２端と共通に接続された第３端は端子Ｔ２ｃに接続される。
【００１２】
２ゲージ法測定モードの場合には、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、端子Ｔ２ａに接続され、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は端子Ｔ２ｂに接続される。ひずみゲージＧｂのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、ひずみゲージＧａの前記第２端と共に端子Ｔ２ｂに接続され、ひずみゲージＧｂのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は端子Ｔ２ｃに接続される。
４ゲージ法測定モードの場合には、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、端子Ｔ２ａに接続され、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は端子Ｔ２ｂに接続される。ひずみゲージＧｂのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、ひずみゲージＧａの前記第２端と共に端子Ｔ２ｂに接続され、ひずみゲージＧｂのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は端子Ｔ２ｃに接続される。ひずみゲージＧｃのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、ひずみゲージＧｂの前記第２端と共に端子Ｔ２ｃに接続され、ひずみゲージＧｃのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は端子Ｔ２ｄに接続される。ひずみゲージＧｄのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、ひずみゲージＧｃの前記第２端と共に端子Ｔ２ｄに接続され、ひずみゲージＧｄのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は、ひずみゲージＧａの前記第１端と共に端子Ｔ２ａに接続される。
【００１３】
図１３の測定回路においては、全測定点、すなわち全チャンネルに対して１組だけのブリッジ構成用抵抗Ｒ２ｂ、Ｒ２ｃ、Ｒ２ｄを持ち、各チャンネルで共通に使用するようになっている。この回路における１ゲージ法測定モードの接続時には、走査切替え素子ＳＳＷ２の選択走査用のスイッチ素子（図１３の例ではスイッチ素子Ｓ２ｃ）がブリッジの辺に入るために、このようなスイッチ素子として、オン状態の抵抗値つまりオン抵抗が低いスイッチを用いる必要があり、例えば、オン抵抗が数ｍΩ以下のメカニカルスイッチなどを使用していた。すなわち、半導体スイッチは、オン抵抗が数Ω〜数十Ωと高く、図１３のような回路には使用することができなかった。
しかしながら、半永久的に使用可能な半導体スイッチとは異なり、メカニカルスイッチの寿命は１０７〜１０８回程度である。特に多チャンネルの場合、測定システム全体に占める当該切替え素子のスイッチ素子の部品点数の割合は大きく、図１３のシステムは故障率の面で大きな欠点を持っている。また、切替え速度や部品価格の面でも半導体スイッチの優位性が、年々、高まっており、このような面からもブリッジ構成用抵抗素子を各チャンネルで共用することができ、しかも切替え素子として半導体スイッチを使用することが可能な回路の実現が待たれていた。
【００１４】
〈（２）１ゲージ法における非直線性〉
定電圧励振電源を用いてひずみゲージを含むブリッジを励振する１ゲージ法の測定においては、ひずみゲージの抵抗値変化により、ひずみゲージ自体を流れる電流が変化する。このため、ブリッジ出力が、ひずみゲージの抵抗値変化、すなわちひずみ出力に対してリニア（線形）にならないという問題がある。この問題による誤差の影響を真のひずみ量とブリッジ出力との関係として図１４に示している。図１４に示すように、正のひずみ対しては、ひずみゲージの抵抗値の増加によりひずみゲージに流れる電流が減少し、ブリッジの出力電圧はひずみゲージの抵抗値変化と電流値を乗算したものであるから、真のひずみ量に対して実際のブリッジ出力電圧は小さくなる。また、負のひずみについては、反対にひずみゲージに流れる電流値が増加するため、真のひずみ量に対して実際のブリッジ出力電圧は大きくなる。真のひずみ量εとブリッジ出力Ｅｏの関係は、次式で示される。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
これを、「１ゲージ法のブリッジ非直線性」と称し、この非直線性による誤差が無視できない場合には、測定と同時、あるいは測定後に、（１）式に従った補正処理を行なう必要があった。
なお、２ゲージ法測定モードにおいても、測定対象となるひずみをアクティブゲージとしての第１のひずみゲージで受け、第２のひずみゲージがダミーゲージとして温度補償のために使用される場合には、そのブリッジは、１ゲージ法の場合とほぼ同様の特性を示すので、上述したような非直線性が発生する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、各チャンネルにそれぞれ各測定点で測定を行なうためのひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なうための多チャンネルひずみ測定回路においては、一組のブリッジ構成用抵抗素子を各チャンネルで共用することができ、しかもブリッジ内の切替え素子として、従来オン抵抗値が高過ぎて使用することができなかった半導体リレー等の高オン抵抗値の切替え素子を使用可能にする回路の実現が待たれていた。また、１ゲージ法測定モードおよび２つのひずみゲージの一方をアクティブゲージ、他方をダミーゲージとして用いる２ゲージ法測定モードにおいては、いわゆる１ゲージ法のブリッジ非直線性による測定誤差が発生するという問題があった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、１ゲージ法測定モード、２ゲージ法測定モードおよび４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なう多チャンネルひずみ測定回路において、ブリッジ構成用抵抗を全チャンネルで共用することを可能とし且つブリッジ内の切替え素子として半導体リレー等の高オン抵抗値の切替え素子を使用することを可能とする多チャンネルひずみ測定回路を提供することを目的としている。
【００１８】
すなわち、本発明の請求項１の目的は、特に、少なくとも１ゲージ法測定モードにおいて、定電流励振を採用し、電流経路における切替え素子のオン抵抗による誤差を除去するとともに、非直線性の発生を防止して、ブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで共用することを可能とする多チャンネルひずみ測定回路を提供することにある。
また、本発明の請求項２の目的は、特に、少なくとも２ゲージ法測定モードにおいて、定電流励振を採用し、電流経路における切替え素子のオン抵抗による誤差を除去するとともに、非直線性の発生を防止して、ブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで共用することを可能とする多チャンネルひずみ測定回路を提供することにある。
本発明の請求項３の目的は、特に、１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの少なくとも一方における非直線性を防止し且つブリッジ励振電源を全チャンネルで共用することを可能とする多チャンネルひずみ測定回路を提供することにある。
【００１９】
本発明の請求項４の目的は、特に、少なくとも１ゲージ法および２ゲージ法測定モードにおいて、共通の励振電源による定電流励振を採用し、電流経路における切替え素子のオン抵抗による誤差を除去するとともに、非直線性の発生を防止して、励振電源およびブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで共用することを可能とする多チャンネルひずみ測定回路を提供することにある。
本発明の請求項５の目的は、特に、定電圧励振の４ゲージ法測定モードによる測定をも可能とする多チャンネルひずみ測定回路を提供することにある。
本発明の請求項６の目的は、特に、１ゲージ法および２ゲージ法測定モードと実質的に共通の定電流励振を用いる４ゲージ法測定モードによる測定をも可能とし、電流経路における切替え素子のオン抵抗による誤差を除去するとともに、非直線性の発生を防止して、励振電源を全チャンネルで共用することを可能とする多チャンネルひずみ測定回路を提供することにある。
本発明の請求項７の目的は、特に、ひずみゲージの接続状態に応じた測定回路の接続構成の自動的な選択設定を可能とする多チャンネルひずみ測定回路を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した本発明に係る多チャンネルひずみ測定回路は、上述した目的を達成するために、
ひずみゲージを接続するための所定の第１、第２、第３および第４の端子を各チャンネル毎に有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間に単一のひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間が短絡される１ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に１つのひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間に他の１つのひずみゲージが接続される２ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間、前記第２の端子と前記第３の端子との間、前記第３の端子と前記第４の端子との間、そして前記第４の端子と前記第１の端子との間にそれぞれ１つずつの異なる４個のひずみゲージがそれぞれ接続される４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なう多チャンネルひずみ測定回路において、
少なくとも前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの測定で使用するブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで１組だけ具備して各チャンネルに共通に使用し、
前記１ゲージ法測定モードによる測定時には、ひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流としてブリッジ励振電流を流して、
第１のバッファ増幅器により、前記ブリッジ励振電流の分流を阻止し且つ前記ひずみゲージの一方の接続端の電位を抽出し、
第２のバッファ増幅器により、前記電流経路における前記切替え素子のオン抵抗により発生する電圧を抽出し、
前記第１のバッファ増幅器の出力端と第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の第２の抵抗素子と第３の抵抗素子を直列に接続し、
これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記ひずみゲージの他方の接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定することにより、前記電流経路に入っている切替え素子のオン抵抗による誤差を除去することを特徴としている。
【００２１】
請求項２に記載した本発明に係る多チャンネルひずみ測定回路は、上述した目的を達成するために、
ひずみゲージを接続するための所定の第１、第２、第３および第４の端子を各チャンネル毎に有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間に単一のひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間が短絡される１ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に１つのひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間に他の１つのひずみゲージが接続される２ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間、前記第２の端子と前記第３の端子との間、前記第３の端子と前記第４の端子との間、そして前記第４の端子と前記第１の端子との間にそれぞれ１つずつの異なる４個のひずみゲージがそれぞれ接続される４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なう多チャンネルひずみ測定回路において、
少なくとも前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの測定で使用するブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで１組だけ具備して各チャンネルに共通に使用し、
前記２ゲージ法測定モードによる測定時には、第１および第２のひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流としてブリッジ励振電流を流して、
定電流の分流阻止と電位抽出のために用いられる第１のバッファ増幅器および第２のバッファ増幅器により、アクティブゲージである第１のひずみゲージの一方の接続端およびダミーゲージである第２のひずみゲージの一方の接続端の電位をそれぞれ抽出し、
前記第１のバッファ増幅器の出力端と第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の第２の抵抗素子と第３の抵抗素子を直列に接続し、
これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記第１および第２のひずみゲージの各他方の接続端が共通に接続された共通接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定することにより、前記電流経路に入っている切替え素子のオン抵抗による誤差を除去することを特徴としている。
【００２２】
請求項３に記載した本発明に係る多チャンネルひずみ測定回路は、請求項１または請求項２の多点ひずみ測定回路であって、
前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの少なくとも一方における前記ブリッジ励振電流を供給するブリッジ励振電源を、単一の定電流源で構成することにより、ブリッジ方式における非直線性を無くし、各ひずみゲージの抵抗値変化に比例した出力を得ることを特徴としている。
【００２３】
請求項４に記載した本発明に係る多チャンネルひずみ測定回路は、上述した目的を達成するために、
ひずみゲージを接続するための所定の第１、第２、第３および第４の端子を各チャンネル毎に有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間に単一のひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間が短絡される１ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に１つのひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間に他の１つのひずみゲージが接続される２ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間、前記第２の端子と前記第３の端子との間、前記第３の端子と前記第４の端子との間、そして前記第４の端子と前記第１の端子との間にそれぞれ１つずつの異なる４個のひずみゲージがそれぞれ接続される４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なう多チャンネルひずみ測定回路において、
少なくとも前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの測定で使用するブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで１組だけ具備して各チャンネルに共通に使用し、
前記１ゲージ法測定モードによる測定時には、ひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流として励振電源よりブリッジ励振電流を流して、
第１のバッファ増幅器により、前記ブリッジ励振電流の分流を阻止し且つ前記ひずみゲージの一方の接続端の電位を抽出し、
第２のバッファ増幅器により、前記電流経路における前記切替え素子のオン抵抗により発生する電圧を抽出し、
前記第１のバッファ増幅器の出力端と第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の第２の抵抗素子と第３の抵抗素子を直列に接続し、
これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記ひずみゲージの他方の接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定するとともに、
前記２ゲージ法測定モードによる測定時には、前記第１および第２のひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の前記第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流として前記励振電源よりブリッジ励振電流を流して、
定電流の分流阻止と電位抽出のために用いられる前記第１のバッファ増幅器および前記第２のバッファ増幅器により、アクティブゲージである第１のひずみゲージの一方の接続端およびダミーゲージである第２のひずみゲージの一方の接続端の電位をそれぞれ抽出し、
前記第１のバッファ増幅器の出力端と前記第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の前記第２の抵抗素子と前記第３の抵抗素子を直列に接続し、
これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記第１および第２のひずみゲージの各他方の接続端が共通に接続された共通接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定する
ことにより、前記電流経路に入っている切替え素子のオン抵抗による誤差を除去することを特徴としている。
【００２４】
請求項５に記載した本発明に係る多チャンネルひずみ測定回路は、請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項の多チャンネルひずみ測定回路であって、
前記４ゲージ法測定モードによる測定時には、４個の前記ひずみゲージからなるブリッジ回路に定電圧を供給する定電圧励振回路を含む測定回路を構成することを特徴としている。
請求項６に記載した本発明に係る多チャンネルひずみ測定回路は、請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項の多チャンネルひずみ測定回路であって、
前記４ゲージ法測定モードによる測定時には、４個の前記ひずみゲージからなるブリッジ回路から切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の前記第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流としてブリッジ励振電流を流す定電流励振回路を含む測定回路を構成することを特徴としている。
【００２５】
請求項７に記載した本発明に係る多チャンネルひずみ測定回路は、請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項の多チャンネルひずみ測定回路であって、
前記所定の第１、第２、第３および第４の端子からひずみゲージ側を見た回路特性を検出して、これら第１〜第４の端子に対するひずみゲージの測定モードを判別し、判別された測定モードに応じて測定回路の接続構成を選択設定するモード切替え手段をさらに含むことを特徴としている。
【００２６】
【作用】
すなわち、本発明の請求項１による多チャンネルひずみ測定回路は、
ひずみゲージを接続するための所定の第１、第２、第３および第４の端子を各チャンネル毎に有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間に単一のひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間が短絡される１ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に１つのひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間に他の１つのひずみゲージが接続される２ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間、前記第２の端子と前記第３の端子との間、前記第３の端子と前記第４の端子との間、そして前記第４の端子と前記第１の端子との間にそれぞれ１つずつの異なる４個のひずみゲージがそれぞれ接続される４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なう多チャンネルひずみ測定回路において、
少なくとも前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの測定で使用するブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで１組だけ具備して各チャンネルに共通に使用し、
前記１ゲージ法測定モードによる測定時には、ひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流としてブリッジ励振電流を流して、
第１のバッファ増幅器により、前記ブリッジ励振電流の分流を阻止し且つ前記ひずみゲージの一方の接続端の電位を抽出し、
第２のバッファ増幅器により、前記電流経路における前記切替え素子のオン抵抗により発生する電圧を抽出し、
前記第１のバッファ増幅器の出力端と第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の第２の抵抗素子と第３の抵抗素子を直列に接続し、
これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記ひずみゲージの他方の接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定することにより、前記電流経路に入っている切替え素子のオン抵抗による誤差を除去する。
【００２７】
このような構成により、１ゲージ法測定モード、２ゲージ法測定モードおよび４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なう多チャンネルひずみ測定回路は、特に、少なくとも１ゲージ法測定モードにおいて、定電流励振を採用し、電流経路における切替え素子のオン抵抗による誤差を除去するとともに、非直線性の発生を防止して、ブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで共用することが可能となる。
【００２８】
また、本発明の請求項２による多チャンネルひずみ測定回路は、
ひずみゲージを接続するための所定の第１、第２、第３および第４の端子を各チャンネル毎に有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間に単一のひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間が短絡される１ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に１つのひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間に他の１つのひずみゲージが接続される２ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間、前記第２の端子と前記第３の端子との間、前記第３の端子と前記第４の端子との間、そして前記第４の端子と前記第１の端子との間にそれぞれ１つずつの異なる４個のひずみゲージがそれぞれ接続される４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なう多チャンネルひずみ測定回路において、
少なくとも前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの測定で使用するブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで１組だけ具備して各チャンネルに共通に使用し、
前記２ゲージ法測定モードによる測定時には、第１および第２のひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流としてブリッジ励振電流を流して、
定電流の分流阻止と電位抽出のために用いられる第１のバッファ増幅器および第２のバッファ増幅器により、アクティブゲージである第１のひずみゲージの一方の接続端およびダミーゲージである第２のひずみゲージの一方の接続端の電位をそれぞれ抽出し、
前記第１のバッファ増幅器の出力端と第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の第２の抵抗素子と第３の抵抗素子を直列に接続し、
これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記第１および第２のひずみゲージの各他方の接続端が共通に接続された共通接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定することにより、前記電流経路に入っている切替え素子のオン抵抗による誤差を除去する。
このような構成により、特に、少なくとも２ゲージ法測定モードにおいて、定電流励振を採用し、電流経路における切替え素子のオン抵抗による誤差を除去するとともに、非直線性の発生を防止して、ブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで共用することが可能となる。
【００２９】
本発明の請求項３による多チャンネルひずみ測定回路は、請求項１または請求項２の多点ひずみ測定回路において、前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの少なくとも一方における前記ブリッジ励振電流を供給するブリッジ励振電源を、単一の定電流源で構成することにより、ブリッジ方式における非直線性を無くし、各ひずみゲージの抵抗値変化に比例した出力を得る。
このような構成により、特に、１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの少なくとも一方における非直線性を防止し且つブリッジ励振電源を全チャンネルで共用することが可能となる。
【００３０】
本発明の請求項４による多チャンネルひずみ測定回路は、
ひずみゲージを接続するための所定の第１、第２、第３および第４の端子を各チャンネル毎に有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間に単一のひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間が短絡される１ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に１つのひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間に他の１つのひずみゲージが接続される２ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間、前記第２の端子と前記第３の端子との間、前記第３の端子と前記第４の端子との間、そして前記第４の端子と前記第１の端子との間にそれぞれ１つずつの異なる４個のひずみゲージがそれぞれ接続される４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なう多チャンネルひずみ測定回路において、
少なくとも前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの測定で使用するブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで１組だけ具備して各チャンネルに共通に使用し、
前記１ゲージ法測定モードによる測定時には、ひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流として励振電源よりブリッジ励振電流を流して、
第１のバッファ増幅器により、前記ブリッジ励振電流の分流を阻止し且つ前記ひずみゲージの一方の接続端の電位を抽出し、
第２のバッファ増幅器により、前記電流経路における前記切替え素子のオン抵抗により発生する電圧を抽出し、
前記第１のバッファ増幅器の出力端と第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の第２の抵抗素子と第３の抵抗素子を直列に接続し、
これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記ひずみゲージの他方の接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定するとともに、
前記２ゲージ法測定モードによる測定時には、前記第１および第２のひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の前記第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流として前記励振電源よりブリッジ励振電流を流して、
定電流の分流阻止と電位抽出のために用いられる前記第１のバッファ増幅器および前記第２のバッファ増幅器により、アクティブゲージである第１のひずみゲージの一方の接続端およびダミーゲージである第２のひずみゲージの一方の接続端の電位をそれぞれ抽出し、
前記第１のバッファ増幅器の出力端と前記第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の前記第２の抵抗素子と前記第３の抵抗素子を直列に接続し、
これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記第１および第２のひずみゲージの各他方の接続端が共通に接続された共通接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定することにより、前記電流経路に入っている切替え素子のオン抵抗による誤差を除去する。
このような構成により、特に、少なくとも１ゲージ法および２ゲージ法測定モードにおいて、共通の励振電源による定電流励振を採用し、電流経路における切替え素子のオン抵抗による誤差を除去するとともに、非直線性の発生を防止して、励振電源およびブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで共用することが可能となる。
【００３１】
本発明の請求項５による多チャンネルひずみ測定回路は、請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項の多チャンネルひずみ測定回路において、前記４ゲージ法測定モードによる測定時には、４個の前記ひずみゲージからなるブリッジ回路に定電圧を供給する定電圧励振回路を含む測定回路を構成する。
このような構成により、特に、定電圧励振の４ゲージ法測定モードによる測定が可能となる。
本発明の請求項６による多チャンネルひずみ測定回路は、請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項の多チャンネルひずみ測定回路において、前記４ゲージ法測定モードによる測定時には、４個の前記ひずみゲージからなるブリッジ回路から切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の前記第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流としてブリッジ励振電流を流す定電流励振回路を含む測定回路を構成する。
このような構成により、特に、１ゲージ法および２ゲージ法測定モードと実質的に共通の定電流励振を用いる４ゲージ法測定モードによる測定をも可能とし、電流経路における切替え素子のオン抵抗による誤差を除去するとともに、非直線性の発生を防止して、励振電源を全チャンネルで共用することが可能となる。
【００３２】
本発明の請求項７による多チャンネルひずみ測定回路は、請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項の多チャンネルひずみ測定回路において、前記所定の第１、第２、第３および第４の端子からひずみゲージ側を見た回路特性を検出して、これら第１〜第４の端子に対するひずみゲージの測定モードを判別し、判別された測定モードに応じて測定回路の接続構成を選択設定するモード切替え手段をさらに含む。
このような構成により、特に、ひずみゲージの接続状態に応じた測定回路の接続構成の自動的な選択設定が可能となる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態に基づき、図面を参照して本発明の多チャンネルひずみ測定回路を詳細に説明する。
図１は、本発明の一つの実施の形態に係る多チャンネルひずみ測定回路の具体的な回路構成を示している。
図１に示す多チャンネルひずみ測定回路は、各チャンネルに共通の、励振電源Ｅｉｎ、増幅器ＡＭＰ１、ＡＭＰ２、ＡＭＰ３、ＡＭＰ４、ＡＭＰ５、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ６およびブリッジ構成用抵抗Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、ならびに各チャンネル毎にそれぞれ設けられる、接続端子Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄおよび選択走査用のスイッチ素子Ｓａ、Ｓａ′、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｃ′、Ｓｄを具備している。
選択走査用のスイッチ素子Ｓａ、Ｓａ′、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｃ′、Ｓｄは、各チャンネル毎に連動して各チャンネル毎の走査切替え素子ＳＳＷを構成し、チャンネル単位で逐次選択的にオン動作することによりチャンネルの選択走査を行なう。これら走査切替え素子ＳＳＷ、その連動するスイッチ素子Ｓａ、Ｓａ′、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｃ′、Ｓｄおよびゲージ接続用の接続端子Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄは、参照符号の桁数の増大による説明の煩雑さを避けて、理解を容易にするために、各チャンネル毎に共通の参照符号を付して示している。
【００３４】
なお、図１には、多チャンネルのうちの３チャンネル分のみを示しているが、４チャンネル以上の多チャンネルについても同様に構成することは言うまでもない。
モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、いずれも１つの可動選択端を測定モードに応じて２つの被選択端のいずれか一方に選択的に切替え接続される切替えスイッチである。すなわち、スイッチ素子ＳＷ１は、１ゲージ法測定モード（１Ｇ）および２ゲージ法測定モード（２Ｇ）では、可動選択端を一方の被選択端（１−２Ｇ）に接続し、定電圧４ゲージ法測定モード（４Ｇ）および定電流４ゲージ法測定モード（４ＧＩ）では、可動選択端を他方の被選択端（４Ｇ／４ＧＩ）に接続する。スイッチ素子ＳＷ２は、１ゲージ法測定モード（１Ｇ）、２ゲージ法測定モード（２Ｇ）および定電流４ゲージ法測定モード（４ＧＩ）では、可動選択端を一方の被選択端（１−２Ｇ／４ＧＩ）に接続し、定電圧４ゲージ法測定モード（４Ｇ）では、可動選択端を他方の被選択端（４Ｇ）に接続する。スイッチ素子ＳＷ３は、１ゲージ法測定モード（１Ｇ）、２ゲージ法測定モード（２Ｇ）および定電流４ゲージ法測定モード（４ＧＩ）では、可動選択端を一方の被選択端（１−２Ｇ／４ＧＩ）に接続し、定電圧４ゲージ法測定モード（４Ｇ）では、可動選択端を他方の被選択端（４Ｇ）に接続する。
【００３５】
スイッチ素子ＳＷ４は、１ゲージ法測定モード（１Ｇ）、２ゲージ法測定モード（２Ｇ）および定電流４ゲージ法測定モード（４ＧＩ）では、可動選択端を一方の被選択端（１−２Ｇ／４ＧＩ）に接続し、定電圧４ゲージ法測定モード（４Ｇ）では、可動選択端を他方の被選択端（４Ｇ）に接続する。スイッチ素子ＳＷ５は、１ゲージ法測定モード（１Ｇ）、２ゲージ法測定モード（２Ｇ）および定電流４ゲージ法測定モード（４ＧＩ）では、可動選択端を一方の被選択端（１−２Ｇ／４ＧＩ）に接続し、定電圧４ゲージ法測定モード（４Ｇ）では、可動選択端を他方の被選択端（４Ｇ）に接続する。スイッチ素子ＳＷ６は、２ゲージ法測定モード（２Ｇ）、定電圧４ゲージ法測定モード（４Ｇ）および定電流４ゲージ法測定モード（４ＧＩ）では、可動選択端を一方の被選択端（２Ｇ／４Ｇ／４ＧＩ）に接続し、１ゲージ法測定モード（１Ｇ）では、可動選択端を他方の被選択端に接続する。
接続端子Ｔａは、選択走査用のスイッチ素子Ｓａ′およびＳａのそれぞれに接続されている。接続端子Ｔｂは、選択走査用のスイッチ素子Ｓｂに接続されている。接続端子Ｔｃは、選択走査用のスイッチ素子Ｓｃ′およびＳｃのそれぞれに接続されている。
【００３６】
そして接続端子Ｔｄは、スイッチ素子Ｓｄに接続されている。選択走査用のスイッチ素子Ｓａ′は、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ４の可動選択端に接続され、選択走査用のスイッチ素子Ｓａには、増幅器ＡＭＰ２の出力端が接続されている。選択走査用のスイッチ素子Ｓｂは、増幅器ＡＭＰ１の反転入力端（−）に接続されている。選択走査用のスイッチ素子Ｓｃ′は、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ２の可動選択端に接続され、選択走査用のスイッチ素子Ｓｃは、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ３の可動選択端に接続されている。選択走査用のスイッチ素子Ｓｄは、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ１の定電圧４ゲージ法測定モード（４Ｇ）および定電流４ゲージ法測定モード（４ＧＩ）で選択される前記他方の被選択端に接続されている。これらは、各チャンネルに共通の構成である。
励振電源Ｅｉｎの一方、この場合正側、の出力端は、増幅器ＡＭＰ２の非反転入力端（＋）に接続され、励振電源Ｅｉｎの他方、この場合負側、の出力端は、増幅器ＡＭＰ３の非反転入力端（＋）および共通電位（アース）のそれぞれに接続されている。増幅器ＡＭＰ２の反転入力端（−）には、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ５の可動選択端が接続されている。
【００３７】
増幅器ＡＭＰ３の反転入力端（−）には、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ２の定電圧４ゲージ法測定モード（４Ｇ）で選択される前記他方の被選択端が接続されている。モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ２の１ゲージ法測定モード（１Ｇ）、２ゲージ法測定モード（２Ｇ）および定電流４ゲージ法測定モード（４ＧＩ）で選択される前記一方の被選択端は、スイッチ素子ＳＷ５の１ゲージ法測定モード（１Ｇ）、２ゲージ法測定モード（２Ｇ）および定電流４ゲージ法測定モード（４ＧＩ）で選択される前記一方の被選択端に接続されると共に、スイッチ素子ＳＷ６の１ゲージ法測定モード（１Ｇ）で選択される被選択端のそれぞれに接続されている。モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ５の１ゲージ法測定モード（１Ｇ）、２ゲージ法測定モード（２Ｇ）および定電流４ゲージ法測定モード（４ＧＩ）で選択される前記一方の被選択端は、ブリッジ構成用抵抗Ｒｂを介して共通電位に接続されている。モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ５の定電圧４ゲージ法測定モード（４Ｇ）で選択される前記他方の被選択端は、スイッチ素子ＳＷ４の定電圧４ゲージ法測定モード（４Ｇ）で選択される前記他方の被選択端に接続されている。増幅器ＡＭＰ３の出力端は、スイッチ素子ＳＷ３の定電圧４ゲージ法測定モード（４Ｇ）で選択される前記他方の被選択端に接続されている。
【００３８】
スイッチ素子ＳＷ４の１ゲージ法測定モード（１Ｇ）、２ゲージ法測定モード（２Ｇ）および定電流４ゲージ法測定モード（４ＧＩ）で選択される前記一方の被選択端は、増幅器ＡＭＰ４の非反転入力端（＋）に接続されている。増幅器ＡＭＰ４の反転入力端（−）には、増幅器ＡＭＰ４の出力端が接続されている。モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ３の１ゲージ法測定モード（１Ｇ）、２ゲージ法測定モード（２Ｇ）および定電流４ゲージ法測定モード（４ＧＩ）で選択される前記一方の被選択端は、増幅器ＡＭＰ５の非反転入力端（＋）に接続されている。増幅器ＡＭＰ５の反転入力端（−）には、スイッチ素子ＳＷ６の可動選択端が接続されている。モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ６の２ゲージ法測定モード（２Ｇ）、定電圧４ゲージ法測定モード（４Ｇ）および定電流４ゲージ法測定モード（４ＧＩ）で選択される前記一方の被選択端には、増幅器ＡＭＰ５の出力端が接続されている。ブリッジ構成用抵抗ＲｄとＲｃは、直列に接続され、これらブリッジ構成用抵抗ＲｄとＲｃの直列回路の抵抗Ｒｄ側の端部は、増幅器ＡＭＰ４の出力端に接続され、ブリッジ構成用抵抗ＲｄとＲｃの直列回路の抵抗Ｒｃ側の端部は、増幅器ＡＭＰ５の出力端に接続されている。ブリッジ構成用抵抗ＲｄとＲｃの相互の接続点は、スイッチ素子ＳＷ１の１ゲージ法測定モード（１Ｇ）および２ゲージ法測定モード（２Ｇ）で選択される前記一方の被選択端に接続されている。
【００３９】
１ゲージ法測定モードの場合には、ひずみゲージＧａとしていわゆる３ワイヤ式のひずみゲージを用い、このひずみゲージＧａのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、接続端子Ｔａに接続され、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は接続端子Ｔｂに接続され、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の他端に前記第２端と共通に接続された第３端は接続端子Ｔｃに接続される。
２ゲージ法測定モードの場合には、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、接続端子Ｔａに接続され、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は接続端子Ｔｂに接続される。ひずみゲージＧｂのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、ひずみゲージＧａの前記第２端と共に接続端子Ｔｂに接続され、ひずみゲージＧｂのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は接続端子Ｔｃに接続される。
４ゲージ法測定モードの場合には、定電圧励振および定電流励振のいずれにおいても、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、接続端子Ｔａに接続され、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は接続端子Ｔｂに接続される。
【００４０】
ひずみゲージＧｂのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、ひずみゲージＧａの前記第２端と共に接続端子Ｔｂに接続され、ひずみゲージＧｂのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は接続端子Ｔｃに接続される。ひずみゲージＧｃのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、ひずみゲージＧｂの前記第２端と共に接続端子Ｔｃに接続され、ひずみゲージＧｃのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は接続端子Ｔｄに接続される。ひずみゲージＧｄのゲージ抵抗の一端に接続された第１端は、ひずみゲージＧｃの前記第２端と共に接続端子Ｔｄに接続され、ひずみゲージＧｄのゲージ抵抗の他端に接続された第２端は、ひずみゲージＧａの前記第１端と共に接続端子Ｔａに接続される。なお、図１においては、第１番目のチャンネルに１ゲージ法測定モード、第２番目のチャンネルに２ゲージ法測定モード、そして第３番目のチャンネルに４ゲージ法測定モードにそれぞれ従ってひずみゲージを接続した状態を示しているが、もちろんどのチャンネルにどの測定モードでひずみゲージの接続を行なっても良い。
【００４１】
ブリッジ構成用抵抗Ｒｂ、ＲｃおよびＲｄは、ひずみゲージと組み合わせてブリッジを構成する。ブリッジ励振電源Ｅｉｎは、ブリッジ励振用の基準電圧を供給する。増幅器ＡＭＰ１はブリッジ出力を増幅する差動増幅器であり、増幅器ＡＭＰ２はブリッジ励振用の第１の電源増幅器、増幅器ＡＭＰ３はブリッジ励振用の第２の電源増幅器である。増幅器ＡＭＰ４は、ブリッジ励振電流が抵抗Ｒｄと抵抗Ｒｃの辺へ分流することを阻止するための第１のバッファ増幅器であり、増幅器ＡＭＰ５は、１ゲージ法測定モードでの接続時には切替え素子の抵抗による電圧発生分を抽出する差動増幅器として動作し、２ゲージ法測定モードでの接続時には増幅器ＡＭＰ４と同様に抵抗Ｒｄと抵抗Ｒｃの辺へのブリッジ電流の分流を阻止するバッファとして動作する第２のバッファ増幅器である。モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、測定モードに応じて各回路素子を所要の測定方式に従って接続するためのスイッチである。なお、図１においては、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、２ゲージ法測定モードにおける選択状態が示されており、各チャンネル毎の走査切替え素子ＳＳＷを構成する選択走査用のスイッチ素子Ｓａ、Ｓａ′、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｃ′、Ｓｄは、非選択状態として示されている。
以下、図１に示した多チャンネルひずみ測定回路における各測定モード毎の接続状態および動作を説明する。
【００４２】
〈（１）１ゲージ法〉
図１の多チャンネルひずみ測定回路の構成において、１ゲージ法測定モードとして接続した場合、すなわちモード切替え用のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５を図１に示されるように被選択端が選択された状態とし、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ６を図１とは異なる被選択端が選択された状態とした場合、の実質的な回路を図２に示す。この図２には、１ゲージ法測定モードにおける動作に関連する素子および回路だけを示している。例えば、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６のうち、図２に示されているのはスイッチ素子ＳＷ２だけであるが、このスイッチ素子ＳＷ２以外のモード切替え用の各スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ３〜ＳＷ６は、その特性等が測定精度の検討に実質的に大きく影響しないので、図２の回路上に明示していない。
すなわち、図２に示す接続状態においては、増幅器ＡＭＰ１の非反転入力端（＋）にブリッジ構成用抵抗ＲｄとＲｃの接続点が接続されており、増幅器ＡＭＰ５の非反転入力端（＋）に選択走査用のスイッチ素子Ｓｃが接続されており、増幅器ＡＭＰ４の非反転入力端（＋）に選択走査用のスイッチ素子Ｓａ′が接続されており、そして増幅器ＡＭＰ２の反転入力端（−）はブリッジ構成用抵抗Ｒｂを介して共通電位に接続されている。
【００４３】
増幅器ＡＭＰ２の反転入力端（−）には、また、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ２を介して選択走査用のスイッチ素子Ｓｃ′が接続されている。増幅器ＡＭＰ５の反転入力端（−）は、増幅器ＡＭＰ２の反転入力端（−）と接続されている。
この状態で、ひずみゲージＧａには、増幅器ＡＭＰ２→接続端子Ｔａ→ひずみゲージＧａ→接続端子Ｔｃ→スイッチ素子Ｓｃ′→スイッチ素子ＳＷ２→抵抗Ｒｂの経路で定電流を流す。その電流は、ブリッジ構成用抵抗Ｒｂの両端の電圧が、ブリッジ励振電源Ｅｉｎの基準電圧（Ｅｉｎ）に等しくなるように、増幅器ＡＭＰ２により制御された一定の電流である。
バッファ増幅器ＡＭＰ４により、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の一端に対応する第１端に接続された接続端子Ｔａの電位を抽出し、さらに上述の電流経路の選択走査用のスイッチ素子Ｓｃ′とモード切替え用のスイッチ素子ＳＷ２のオン抵抗（数百Ω以下）に、電流が流れることによって発生する誤差電圧分を増幅器ＡＭＰ５により抽出し、増幅器ＡＭＰ４と増幅器ＡＭＰ５との出力端間に、互いに等しい抵抗値を有するブリッジ構成用抵抗ＲｄとＲｃの直列回路を挿入した回路を構成して、抵抗ＲｄとＲｃの接続点から、従来方式のブリッジ回路における正の出力に相当する一方の出力電位を得る。
【００４４】
また、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の他端に対応する第２端に接続された接続端子Ｔｂからは、従来方式のブリッジ回路における負の出力に相当する他方の出力電位を得る。
これら正負の出力電位間の電圧がひずみゲージの抵抗値変化に比例した出力、すなわちひずみ出力となる。この実施の形態においては、差動増幅器ＡＭＰ１によって、正負出力電位間の差の電圧を抽出し、必要とあれば増幅する。
図２の構成において、ひずみゲージＧａの接続ケーブルにおけるリード線の抵抗値を考慮した場合の回路構成を図３に示している。ひずみゲージＧａと接続端子Ｔａ、ＴｂおよびＴｃの間にそれぞれ挿入されている抵抗値ＲＬがひずみゲージのリード線抵抗値であり、これらは同じ抵抗値と考えて良い。
ひずみゲージリード線抵抗値ＲＬを考慮した場合の図３の回路の等価回路を図４に示している。以下、この図４の等価回路に基づいて、詳細に説明する。
ひずみゲージＧａのゲージ抵抗（抵抗値もＧａとする）に流れる電流Ｉは、ブリッジ励振電源電圧Ｅｉｎおよびブリッジ構成用抵抗値Ｒｂに基づいて次式であらわされる。
【００４５】
【数２】
2005069727.tif 000004
【００４６】
ブリッジ励振電源電圧Ｅｉｎおよびブリッジ構成用抵抗値Ｒｂは、共に固定値であるから、電流値Ｉは一定の電流、つまり定電流、である。
接続端子Ｔａの電位、すなわち増幅器ＡＭＰ４の出力の電位Ｅａｍｐ４は、次式であらわされる。
Ｅａｍｐ４＝Ｉ×（Ｇａ＋Ｒｂ＋Ｒｓｃ′＋Ｒｓｗ２＋２×ＲＬ）…  （３）
ここで、Ｒｓｃ′とＲｓｗ２は、それぞれ選択走査用のスイッチ素子Ｓｃ′とモード切替え用のスイッチ素子ＳＷ２のオン抵抗値である。
また、増幅器ＡＭＰ５の出力の電位Ｅａｍｐ５は、次式であらわされる。
Ｅａｍｐ５＝Ｉ×（Ｒｓｃ′＋Ｒｓｗ２）      …  （４）
したがって、ブリッジ構成用抵抗Ｒｄとブリッジ構成用抵抗Ｒｃの接続点の電位Ｅ１は、次式であらわされる。
【００４７】
【数３】
2005069727.tif 000005
【００４８】
また、接続端子Ｔｂの電位Ｅ２は、次式であらわされる。
Ｅ２＝Ｉ×（Ｒｂ＋Ｒｓｃ′＋Ｒｓｗ２＋ＲＬ）      …  （６）
ここで、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗（Ｇａ）は、初期状態、つまり無負荷時、では、ブリッジ構成用抵抗Ｒｂと等しいので、ゲージ抵抗Ｇａからひずみによる抵抗値変化分ΔＧａを分離して、Ｇａ＝Ｇａ＋ΔＧａ＝Ｒｂ＋ΔＧａとおけば、（５）式は、次のようになる。
【００４９】
【数４】
2005069727.tif 000006
【００５０】
すなわち、ブリッジ出力に相当する電位Ｅ１とＥ２の電位差Ｅｏは、（６）式および（７）式より、次式であらわされる。
【００５１】
【数５】
2005069727.tif 000007
【００５２】
電流値Ｉは、一定であるから、最終的な出力Ｅｏとしては、ひずみゲージＧａの抵抗値変化ΔＧａに完全に比例した出力が得られる。
〈（２）２ゲージ法〉
図１の多チャンネルひずみ測定回路の構成において、２ゲージ法測定モードとして接続した場合、すなわちモード切替え用のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６を図１に示されるように被選択端が選択された状態とした場合、の実質的な回路を図５に示す。この図５には、２ゲージ法測定モードにおける動作に関連する素子および回路だけを示している。例えば、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６のうち、図５に示されているのはスイッチ素子ＳＷ２だけであるが、このスイッチ素子ＳＷ２以外のモード切替え用の各スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ３〜ＳＷ６は、その特性等が測定精度の検討に実質的に大きく影響しないので、図５の回路上に明示していない。
【００５３】
すなわち、図５に示す接続状態においては、増幅器ＡＭＰ１の非反転入力端（＋）にブリッジ構成用抵抗ＲｄとＲｃの接続点が接続されており、増幅器ＡＭＰ５の非反転入力端（＋）に選択走査用のスイッチ素子Ｓｃが接続されており、増幅器ＡＭＰ４の非反転入力端（＋）に選択走査用のスイッチ素子Ｓａ′が接続されており、そして増幅器ＡＭＰ２の反転入力端（−）はブリッジ構成用抵抗Ｒｂを介して共通電位に接続されている。増幅器ＡＭＰ２の反転入力端（−）には、また、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ２を介して選択走査用のスイッチ素子Ｓｃ′が接続されている。増幅器ＡＭＰ５の反転入力端（−）には、その増幅器ＡＭＰ５の出力端が接続されている。
この状態で、２個のひずみゲージＧａおよびＧｂには、増幅器ＡＭＰ２→接続端子Ｔａ→ひずみゲージＧａ→接続端子Ｔｂ→ひずみゲージＧｂ→接続端子Ｔｃ→スイッチ素子Ｓｃ′→スイッチ素子ＳＷ２→抵抗Ｒｂの経路で定電流を流す。その電流は、ブリッジ構成用抵抗Ｒｂの両端の電圧が、ブリッジ励振電源Ｅｉｎの基準電圧（Ｅｉｎ）に等しくなるように、増幅器ＡＭＰ２により制御された一定の電流である。
【００５４】
バッファ増幅器ＡＭＰ４により、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の前記一端に対応する第１端に接続された接続端子Ｔａの電位を抽出し、さらにバッファ増幅器ＡＭＰ５により、ひずみゲージＧｂのゲージ抵抗の前記他端に対応する第２端に接続された接続端子Ｔｃの電位を抽出して、増幅器ＡＭＰ４と増幅器ＡＭＰ５との出力端間に、互いに等しい抵抗値のを有するブリッジ構成用抵抗ＲｄとＲｃの直列回路を挿入した回路を構成して、抵抗ＲｄとＲｃの接続点から、従来方式のブリッジ回路における正の出力に相当する一方の出力電位を得る。また、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗の前記他端に対応する第２端に接続されるとともにひずみゲージＧｂのゲージ抵抗の前記一端に対応する第１端に接続された接続端子Ｔｂからは、従来方式のブリッジ回路における負の出力に相当する他方の出力電位を得る。
これら正負の出力電位間の電圧がひずみゲージの抵抗値変化に比例した出力、すなわちひずみ出力となる。この実施の形態においては、差動増幅器ＡＭＰ１によって、正負出力電位間の差の電圧を抽出し、必要とあれば増幅する。
【００５５】
２個のひずみゲージＧａおよびＧｂを励振する電流の経路にある選択走査用のスイッチ素子Ｓｃ′とモード切替え用のスイッチ素子ＳＷ２のオン抵抗（数百Ω以下）に電流が流れることによって発生する電圧は、差動増幅器ＡＭＰ１に対して同相電圧として入力されるので、ひずみ測定値に影響しない。
図５の構成において、２個のひずみゲージＧａおよびＧｂの接続ケーブルにおけるリード線の抵抗値を考慮した場合の回路構成を図６に示している。ひずみゲージＧａ、Ｇｂの各両端と接続端子Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃの間に挿入されている抵抗値ＲＬがリード線抵抗値であり、これらは同じ抵抗値と考えて良い。
ひずみゲージリード線抵抗値ＲＬを考慮した場合の図６の回路の等価回路を図７に示している。以下、この図７の等価回路に基づいて、詳細に説明する。
ひずみゲージＧａおよびＧｂのゲージ抵抗（抵抗値もＧａおよびＧｂとする）に流れる電流Ｉは、上述の１ゲージ法測定モードの場合と同様にブリッジ励振電源電圧Ｅｉｎおよびブリッジ構成用抵抗値Ｒｂに基づいて（２）式であらわされ、一定の電流、すなわち定電流、である。
【００５６】
接続端子Ｔａの電位、すなわち増幅器ＡＭＰ４の出力の電位Ｅａｍｐ４は、選択走査用のスイッチ素子Ｓｃ′のオン抵抗値Ｒｓｃ′とモード切替え用のスイッチ素子ＳＷ２のオン抵抗値Ｒｓｗ２を用いて。次式であらわされる。
Ｅａｍｐ４＝Ｉ×（Ｇａ＋Ｇｂ＋Ｒｂ＋Ｒｓｃ′＋Ｒｓｗ２＋４×ＲＬ）…  （９）
また、増幅器ＡＭＰ５の出力の電位Ｅａｍｐ５は、次式であらわされる。
Ｅａｍｐ５＝Ｉ×（Ｒｂ＋Ｒｓｃ′＋Ｒｓｗ２）      …  （１０）
したがって、ブリッジ構成用抵抗Ｒｄとブリッジ構成用抵抗Ｒｃの接続点の電位Ｅ１は、次式であらわされる。
【００５７】
【数６】
2005069727.tif 000008
【００５８】
また、接続端子Ｔｂの電位Ｅ２は、次式であらわされる。
Ｅ２＝Ｉ×（Ｇｂ＋Ｒｂ＋Ｒｓｃ′＋Ｒｓｗ２＋２×ＲＬ）…  （１２）
ここで、初期状態、つまり無負荷時、では、ひずみゲージＧａのゲージ抵抗（Ｇａ）とひずみゲージＧｂのゲージ抵抗（Ｇｂ）とは、互いに等しいので、
Ｇａ＝Ｇｂとおき、ゲージ抵抗ＧａおよびＧｂからひずみによる抵抗値変化分ΔＧａおよびΔＧｂをそれぞれ分離して、Ｇａ＝Ｇｂ＋ΔＧａ、Ｇｂ＝Ｇｂ＋ΔＧｂとおけば、Ｅ１を示す（１１）式は、次のようになる。
【００５９】
【数７】
2005069727.tif 000009
【００６０】
となる。同様にＥ２を示す（１２）式は、次のようになる。
Ｅ２＝Ｉ×（ΔＧｂ＋Ｇｂ＋Ｒｂ＋Ｒｓｃ′＋Ｒｓｗ２＋２×ＲＬ）…  （１４）
すなわち、ブリッジ出力に相当する電位Ｅ１とＥ２の電位差Ｅｏは、（１３）式および（１４）式より、次式であらわされる。
【００６１】
【数８】
2005069727.tif 000010
【００６２】
電流値Ｉは、一定であるから、最終的な出力Ｅｏとしては、２個のひずみゲージＧａ、Ｇｂの抵抗値変化ΔＧａ、ΔＧｂに完全に比例した出力が得られる。
【００６３】
〈（３）定電圧（定電圧励振）４ゲージ法〉
図１の多チャンネルひずみ測定回路の構成において、定電圧励振の４ゲージ法、つまり定電圧４ゲージ法測定モードとして接続した場合、すなわちモード切替え用のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ５を図１とは異なる被選択端が選択された状態とし、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ６を図１に示されるように被選択端が選択された状態とした場合、の実質的な回路を図８に示す。この図８には、定電圧４ゲージ法測定モードにおける動作に関連する素子および回路だけを示している。例えば、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、その特性等が測定精度の検討に実質的に大きく影響しないので、図８の回路上に明示していない。
すなわち、図８に示す接続状態においては、増幅器ＡＭＰ１の非反転入力端（＋）に選択走査用のスイッチ素子Ｓｄが接続されており、増幅器ＡＭＰ３の反転入力端（−）に選択走査用のスイッチ素子Ｓｃ′が接続されており、増幅器ＡＭＰ３の出力端は選択走査用のスイッチ素子Ｓｃに接続されており、そして増幅器ＡＭＰ２の反転入力端（−）に選択走査用のスイッチ素子Ｓａ′が接続されている。このような図８の接続構成の等価回路を図９に示している。
【００６４】
図９に示す構成において、接続端子ＴａおよびＴｃの電位がそれぞれ基準電圧Ｅｉｎおよび０Ｖの共通電位となるように増幅器ＡＭＰ２およびＡＭＰ３が制御するので、ブリッジ励振電圧は基準電圧Ｅｉｎとなる。
この図９の等価回路は、一般的な定電圧励振による４ゲージ法測定モードの測定回路である。この定電圧４ゲージ法測定モードは、ロードセルを始めとして加速度変換器、変位計、トルク変換器など種々のひずみゲージ式変換器を接続する際に使用する。各変換器には、定電圧励振電源により較正された較正係数が付属されており、多チャンネルのひずみ測定システムとしては必須の測定モードである。
【００６５】
〈（４）定電流（定電流励振）４ゲージ法〉
図１の多チャンネルひずみ測定回路の構成において、定電流励振の４ゲージ法、つまり定電流４ゲージ法測定モードとして接続した場合、すなわちモード切替え用のスイッチ素子ＳＷ１を図１とは異なる被選択端が選択された状態とし、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ２〜ＳＷ６を図１に示されるように被選択端が選択された状態とした場合、の実質的な回路を図１０に示す。この図１０には、定電流４ゲージ法測定モードにおける動作に関連する素子および回路だけを示している。例えば、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６のうち、図１０に示されているのはスイッチ素子ＳＷ２だけであるが、このスイッチ素子ＳＷ２以外のモード切替え用の各スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ３〜ＳＷ６は、その特性等が測定精度の検討に実質的に大きく影響しないので、図１０の回路上に明示していない。
【００６６】
すなわち、図１０に示す接続状態においては、増幅器ＡＭＰ１の非反転入力端（＋）に選択走査用のスイッチ素子Ｓｄが接続されており、増幅器ＡＭＰ２の反転入力端（−）はブリッジ構成用抵抗Ｒｂを介して共通電位に接続されている。増幅器ＡＭＰ２の反転入力端（−）には、また、モード切替え用のスイッチ素子ＳＷ２を介して選択走査用のスイッチ素子Ｓｃ′が接続されている。このような図１０の接続構成の等価回路を図１１に示している。
この図１１の等価回路は、一般的な定電流励振による４ゲージ法測定モードの測定回路である。この定電流４ゲージ測定モードは、接続ケーブル長が数百〜数千メートルと長くなることも多いひずみゲージ式土木用変換器等を接続する際に効果的に使用することができる。定電流励振であるためにケーブルのリード線抵抗による電圧降下の影響を受けることがなく、ブリッジ励振電圧の低下による感度変化を生じることがない。このような測定モードも多チャンネルのひずみ測定システムとしては必須の測定モードである。
【００６７】
基準抵抗となるブリッジ構成用抵抗Ｒｂの両端における電圧が、励振電源基準電圧Ｅｉｎに等しくなるように増幅器ＡＭＰ２により制御された電流が、増幅器ＡＭＰ２→接続端子Ｔａ→４ゲージブリッジ（Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄ）→接続端子Ｔｃ→スイッチ素子Ｓｃ′→スイッチ素子ＳＷ２→抵抗Ｒｂの経路で流れる。なお、４ゲージブリッジ（Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄ）部分は、ひずみゲージＧａとＧｂの直列回路と、ひずみゲージＧｄとＧｃの直列回路との並列接続である。
選択走査用のスイッチ素子Ｓｃ′とモード切替え用のスイッチ素子ＳＷ２のオン抵抗の総和（Ｒｓｃ′＋Ｒｓｗ２）は、その抵抗値がひずみゲージと同程度、例えば数百Ωという大きな値であっても、接続端子Ｔｄにあらわれる出力電位Ｅ１と接続端子Ｔｂにあらわれる出力電位Ｅ２との間のブリッジ出力（Ｅ１−Ｅ２）の同相電圧として差動増幅器ＡＭＰ１に入力されるので、前記オン抵抗の総和（Ｒｓｃ′＋Ｒｓｗ２）の影響は差動増幅器ＡＭＰ１によって除去される。
【００６８】
以上において説明した通り、図１に示す本発明の実施の形態に係る多チャンネルひずみ測定回路は、４種類のゲージ法による測定モードを全て包含して、チャンネル毎に選択的に切替えて適用することが可能であり、且つブリッジ構成用抵抗を全チャンネルで共用することが可能であって、しかもブリッジ内の切替え素子として半導体リレー等の高オン抵抗値の切替え素子を使用することが可能である。
従来の技術において、図１２に示す測定回路から図１３に示す測定回路へ変更することにより、ブリッジ構成用抵抗を大幅に削減することが可能となるが、図１３のような抵抗の共用は測定のためのブリッジの辺を切り替えることになり、誤差を許容範囲に抑えるためには、切替え素子のオン抵抗値が数ｍΩ以下に制限されるために、スイッチ素子として使用可能な素子の選択範囲が制限されていた。
これに対して、上述した実施の形態に示すような本発明に係る多チャンネルひずみ測定回路は、かかる制限を取り除くことができ、数百Ωのオン抵抗値を持つ半導体スイッチも使用可能となる。
【００６９】
すなわち、本発明の多チャンネルひずみ測定回路によれば、数百Ωのオン抵抗を持つスイッチを使用してもその誤差を除去して適正なひずみ測定データを得ることができる（（８）式を参照されたい）。このような、本発明に従った多チャンネルひずみ測定回路により得られる効果は、半永久的な長寿命化、切替えの高速化、そして低価格化と多岐にわたっている。
図１の本発明の実施の形態に係る多チャンネルひずみ測定回路の構成と図１３の従来回路の構成とを比較すれば明らかであるが、本発明方式による追加回路部品は、数個の利得設定抵抗を伴う２個のバッファ増幅器と数個のモード切り換えスイッチだけである。これらの部品は、従来の構成に用いられている回路部品と比較して特に高精度である必要はなく、同程度の部品でよい。したがって、多チャンネルのひずみ測定システムを構成する場合にも僅かな部品追加で本発明に係る多チャンネルひずみ測定回路を実施することが可能である。
【００７０】
また、上述した構成においては、１ゲージ法測定モードと２ゲージ法測定モードに定電流励振を採用したことにより、定電圧励振で見られるようなひずみゲージの抵抗値変化によるブリッジの当該辺を流れる電流変化により生じるブリッジ出力の非直線性の発生が無く、ひずみゲージ抵抗値変化に完全に比例した出力が得られる（（１５）式を参照されたい）。
なお、１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードにおける定電流方式のひずみ測定回路は、図１５および図１６にそれぞれ示すような回路が典型的である。図１５および図１６のいずれにおいても２個の定電流電源ＣＣＳ１およびＣＣＳ２を具備し、それら定電流電源ＣＣＳ１およびＣＣＳ２の出力電流は、ブリッジ基準電圧Ｅｉｎをもとにして作られ、両方とも同じ値（Ｉ１）である。これら定電流電源ＣＣＳ１およびＣＣＳ２の出力電流Ｉ１が、図１５の構成では、ひずみゲージＧａおよびブリッジ構成用抵抗Ｒｂにそれぞれ供給され、図１６の構成では、ひずみゲージＧａおよびＧｂにそれぞれ供給されて、出力電位Ｅ１およびＥ２を得る。これら出力電位Ｅ１とＥ２との間の電圧を差動増幅器ＡＭＰ１０で抽出している。
【００７１】
これら図１５および図１６の回路でも、ひずみゲージの抵抗値変化に比例した出力を得ることができるが、２個の定電流源ＣＣＳ１およびＣＣＳ２を使用することにより、それぞれの電流源固有の独立したノイズが重畳した出力となるため、そのノイズは差動増幅器ＡＭＰ１において充分に除去することはできず、定電圧励振に比して高精度な測定には不向きであった。本発明に係る図１の回路では、定電流源は１個であるから、定電流源自身が持つノイズやゆっくりとしたノイズである漂動は、同相成分として正負両方のひずみ出力に重畳するので差動増幅器で効果的に除去することができる。したがって、従来の定電流励振電源によるひずみ測定回路と比較しても、より高精度で且つ高安定な測定が可能となる。
また、モード切替え用スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６によるモード切替えは、予め各チャンネルの適用モードを、目視または接続記録メモ等に従ってマニュアル操作で不揮発性の記憶手段等に登録しておき、チャンネルの切替え走査に伴って登録された測定モードに従って逐次モード切替え用スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６を切り替えるようにしても良い。
【００７２】
しかしながら、接続端子Ｔａ〜Ｔｄに対するひずみゲージの測定モードに従った接続状態は、接続端子Ｔａ〜Ｔｄにおける端子間の抵抗値等パラメータに基づいて判別することが可能であるので、自動的に、各チャンネルの接続端子Ｔａ〜Ｔｄを順次走査して、各チャンネル毎の測定モードを判別して登録する手段をさらに設け、最初の測定時、測定走査時にその都度、または一定期間毎に、測定に先立って各チャンネルの接続端子Ｔａ〜Ｔｄを順次走査して、各チャンネル毎の測定モードを判別して登録し、チャンネルの切替え走査に伴って登録された測定モードに従って逐次モード切替え用スイッチ素子ＳＷ１〜ＳＷ６を切り替えるようにしても良い。
【００７３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、１ゲージ法測定モード、２ゲージ法測定モードおよび４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なう多チャンネルひずみ測定回路において、ブリッジ構成用抵抗を全チャンネルで共用することを可能とし且つブリッジ内の切替え素子として半導体リレー等の高オン抵抗値の切替え素子を使用することを可能とする多チャンネルひずみ測定回路を提供することができる。
すなわち、本発明の請求項１の多チャンネルひずみ測定回路によれば、ひずみゲージを接続するための所定の第１、第２、第３および第４の端子を各チャンネル毎に有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間に単一のひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間が短絡される１ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に１つのひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間に他の１つのひずみゲージが接続される２ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間、前記第２の端子と前記第３の端子との間、前記第３の端子と前記第４の端子との間、そして前記第４の端子と前記第１の端子との間にそれぞれ１つずつの異なる４個のひずみゲージがそれぞれ接続される４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なう多チャンネルひずみ測定回路において、少なくとも前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの測定で使用するブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで１組だけ具備して各チャンネルに共通に使用し、前記１ゲージ法測定モードによる測定時には、ひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流としてブリッジ励振電流を流して、第１のバッファ増幅器により、前記ブリッジ励振電流の分流を阻止し且つ前記ひずみゲージの一方の接続端の電位を抽出し、第２のバッファ増幅器により、前記電流経路における前記切替え素子のオン抵抗により発生する電圧を抽出し、前記第１のバッファ増幅器の出力端と第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の第２の抵抗素子と第３の抵抗素子を直列に接続し、これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記ひずみゲージの他方の接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定することによって、前記電流経路に入っている切替え素子のオン抵抗による誤差を除去することにより、特に、少なくとも１ゲージ法測定モードにおいて、定電流励振を採用し、電流経路における切替え素子のオン抵抗による誤差を除去するとともに、非直線性の発生を防止して、ブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで共用することが可能となる。
【００７４】
また、本発明の請求項２の多チャンネルひずみ測定回路によれば、ひずみゲージを接続するための所定の第１、第２、第３および第４の端子を各チャンネル毎に有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間に単一のひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間が短絡される１ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に１つのひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間に他の１つのひずみゲージが接続される２ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間、前記第２の端子と前記第３の端子との間、前記第３の端子と前記第４の端子との間、そして前記第４の端子と前記第１の端子との間にそれぞれ１つずつの異なる４個のひずみゲージがそれぞれ接続される４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なう多チャンネルひずみ測定回路において、少なくとも前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの測定で使用するブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで１組だけ具備して各チャンネルに共通に使用し、前記２ゲージ法測定モードによる測定時には、第１および第２のひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流としてブリッジ励振電流を流して、定電流の分流阻止と電位抽出のために用いられる第１のバッファ増幅器および第２のバッファ増幅器により、アクティブゲージである第１のひずみゲージの一方の接続端およびダミーゲージである第２のひずみゲージの一方の接続端の電位をそれぞれ抽出し、前記第１のバッファ増幅器の出力端と第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の第２の抵抗素子と第３の抵抗素子を直列に接続し、これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記第１および第２のひずみゲージの各他方の接続端が共通に接続された共通接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定することによって、前記電流経路に入っている切替え素子のオン抵抗による誤差を除去することにより、特に、少なくとも２ゲージ法測定モードにおいて、定電流励振を採用し、電流経路における切替え素子のオン抵抗による誤差を除去するとともに、非直線性の発生を防止して、ブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで共用することが可能となる。
【００７５】
本発明の請求項３の多チャンネルひずみ測定回路によれば、請求項１または請求項２の多点ひずみ測定回路において、前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの少なくとも一方における前記ブリッジ励振電流を供給するブリッジ励振電源を、単一の定電流源で構成することにより、ブリッジ方式における非直線性を無くし、各ひずみゲージの抵抗値変化に比例した出力を得ることにより、特に、１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの少なくとも一方における非直線性を防止し且つブリッジ励振電源を全チャンネルで共用することが可能となる。
【００７６】
本発明の請求項４の多チャンネルひずみ測定回路によれば、ひずみゲージを接続するための所定の第１、第２、第３および第４の端子を各チャンネル毎に有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間に単一のひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間が短絡される１ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間に１つのひずみゲージが接続され且つ前記第２の端子と前記第３の端子との間に他の１つのひずみゲージが接続される２ゲージ法測定モードと、前記第１の端子と前記第２の端子との間、前記第２の端子と前記第３の端子との間、前記第３の端子と前記第４の端子との間、そして前記第４の端子と前記第１の端子との間にそれぞれ１つずつの異なる４個のひずみゲージがそれぞれ接続される４ゲージ法測定モードを含む測定モードで選択的に各チャンネルにひずみゲージを接続し、前記各チャンネルを選択的に切り替えて、各チャンネル毎の前記ひずみゲージによる測定を行なう多チャンネルひずみ測定回路において、少なくとも前記１ゲージ法測定モードおよび２ゲージ法測定モードの測定で使用するブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで１組だけ具備して各チャンネルに共通に使用し、前記１ゲージ法測定モードによる測定時には、ひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流として励振電源よりブリッジ励振電流を流して、第１のバッファ増幅器により、前記ブリッジ励振電流の分流を阻止し且つ前記ひずみゲージの一方の接続端の電位を抽出し、第２のバッファ増幅器により、前記電流経路における前記切替え素子のオン抵抗により発生する電圧を抽出し、前記第１のバッファ増幅器の出力端と第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の第２の抵抗素子と第３の抵抗素子を直列に接続し、これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記ひずみゲージの他方の接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定するとともに、前記２ゲージ法測定モードによる測定時には、前記第１および第２のひずみゲージから切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の前記第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流として前記励振電源よりブリッジ励振電流を流して、定電流の分流阻止と電位抽出のために用いられる前記第１のバッファ増幅器および前記第２のバッファ増幅器により、アクティブゲージである第１のひずみゲージの一方の接続端およびダミーゲージである第２のひずみゲージの一方の接続端の電位をそれぞれ抽出し、前記第１のバッファ増幅器の出力端と前記第２のバッファ増幅器の出力端との間に、抵抗値の等しいブリッジ構成用の前記第２の抵抗素子と前記第３の抵抗素子を直列に接続し、これら第２の抵抗素子と第３の抵抗素子との相互間の接続点から一方の出力電位を得るともに、前記第１および第２のひずみゲージの各他方の接続端が共通に接続された共通接続端から他方の出力電位を得て、これら両出力電位の差の電圧を測定することによって、前記電流経路に入っている切替え素子のオン抵抗による誤差を除去することにより、特に、少なくとも１ゲージ法および２ゲージ法測定モードにおいて、共通の励振電源による定電流励振を採用し、電流経路における切替え素子のオン抵抗による誤差を除去するとともに、非直線性の発生を防止して、励振電源およびブリッジ構成用抵抗素子を全チャンネルで共用することが可能となる。
【００７７】
本発明の請求項５の多チャンネルひずみ測定回路によれば、請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項の多チャンネルひずみ測定回路において、前記４ゲージ法測定モードによる測定時には、４個の前記ひずみゲージからなるブリッジ回路に定電圧を供給する定電圧励振回路を含む測定回路を構成することにより、特に、定電圧励振の４ゲージ法測定モードによる測定が可能となる。
【００７８】
本発明の請求項６の多チャンネルひずみ測定回路によれば、請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項の多チャンネルひずみ測定回路において、前記４ゲージ法測定モードによる測定時には、４個の前記ひずみゲージからなるブリッジ回路から切替え素子を経て基準抵抗となるブリッジ構成用の前記第１の抵抗素子を通る電流経路で、前記第１の抵抗素子の両端間にあらわれる電圧を所定の電圧とする定電流としてブリッジ励振電流を流す定電流励振回路を含む測定回路を構成することにより、特に、１ゲージ法および２ゲージ法測定モードと実質的に共通の定電流励振を用いる４ゲージ法測定モードによる測定をも可能とし、電流経路における切替え素子のオン抵抗による誤差を除去するとともに、非直線性の発生を防止して、励振電源を全チャンネルで共用することが可能となる。
本発明の請求項７の多チャンネルひずみ測定回路によれば、請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項の多チャンネルひずみ測定回路において、前記所定の第１、第２、第３および第４の端子からひずみゲージ側を見た回路特性を検出して、これら第１〜第４の端子に対するひずみゲージの測定モードを判別し、判別された測定モードに応じて測定回路の接続構成を選択設定するモード切替え手段をさらに含むことにより、特に、ひずみゲージの接続状態に応じた測定回路の接続構成の自動的な選択設定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る多チャンネルひずみ測定回路の構成を模式的に示す回路構成図である。
【図２】図１の多チャンネルひずみ測定回路の１ゲージ法測定モードにおける測定回路の接続構成を模式的に示す回路構成図である。
【図３】図２の測定回路において、ひずみゲージを接続するケーブルのリード線抵抗を考慮した場合の接続構成を模式的に示す回路構成図である。
【図４】図３の回路構成を説明するための等価回路を示す回路構成図である。
【図５】図１の多チャンネルひずみ測定回路の２ゲージ法測定モードにおける測定回路の接続構成を模式的に示す回路構成図である。
【図６】図５の測定回路において、ひずみゲージを接続するケーブルのリード線抵抗を考慮した場合の接続構成を模式的に示す回路構成図である。
【図７】図６の回路構成を説明するための等価回路を示す回路構成図である。
【図８】図１の多チャンネルひずみ測定回路の定電圧４ゲージ法測定モードにおける測定回路の接続構成を模式的に示す回路構成図である。
【図９】図８の回路構成を説明するための等価回路を示す回路構成図である。
【図１０】図１の多チャンネルひずみ測定回路の定電流４ゲージ法測定モードにおける測定回路の接続構成を模式的に示す回路構成図である。
【図１１】図１０の回路構成を説明するための等価回路を示す回路構成図である。
【図１２】従来の多チャンネルひずみ測定回路の一例の構成を模式的に示す回路構成図である。
【図１３】従来の多チャンネルひずみ測定回路の他の一例の構成を模式的に示す回路構成図である。
【図１４】従来の定電圧励振による１ゲージ法測定モードにおける非直線性を説明するための真のひずみ量対ひずみゲージブリッジ出力の特性を示す図である。
【図１５】従来一般的に考えられていた定電流励振による１ゲージ法測定モードの原理的な構成を模式的に示す回路構成図である。
【図１６】従来一般的に考えられていた定電流励振による２ゲージ法測定モードの原理的な構成を模式的に示す回路構成図である。
【符号の説明】
Ｅｉｎ  励振電源（基準電圧）
ＡＭＰ１〜ＡＭＰ５  増幅器
ＳＷ１〜ＳＷ６  モード切替え用のスイッチ素子
Ｒｂ〜Ｒｄ  ブリッジ構成用抵抗
Ｔａ〜Ｔｄ  接続端子
Ｓａ〜Ｓｄ，Ｓａ′，Ｓｃ′  選択走査用のスイッチ素子
ＳＳＷ  走査切替え素子
【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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