(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体に生じるひずみに応じた抵抗値変化を生じるように該物体に貼着されるひずみゲージの両端に結線された一対のリード線が接続され、その接続状態で該ひずみゲージを一辺に有し、且つ他の三辺に所定抵抗値の抵抗体を有するブリッジ回路を形成する抵抗回路と、該抵抗回路に前記ひずみゲージを接続して成る前記ブリッジ回路にその電源電圧を付与すべく該抵抗回路に接続されたブリッジ電源回路と、前記ひずみゲージの一方のリード線側の一端に結線されたサブリード線が接続されると共に前記抵抗回路に接続され、前記ブリッジ電源回路から電源電圧を付与した前記ブリッジ回路の出力電圧を前記サブリード線を介して検出するブリッジ出力検出手段とを備え、該ブリッジ出力検出手段により検出された前記ブリッジ回路の出力電圧に基づき前記物体のひずみ測定を行う１ゲージ３線法によるひずみ測定システムにおいて、
前記ひずみゲージを前記抵抗回路に接続してなる前記ブリッジ回路にその電源電圧を前記ブリッジ電源回路から付与した状態で前記一対のリード線のうちの前記サブリード線側の一方のリード線に生じる電圧を該サブリード線を介して検出するリード線電圧検出手段と、
前記物体のひずみ測定の開始時点において前記ブリッジ出力検出手段及び前記リード線電圧検出手段によりそれぞれ検出された前記ブリッジ回路の出力電圧ｅ0 及び前記一方のリード線の電圧ｅr0と、前記物体のひずみ測定の開始時点以後における前記物体のひずみ測定時に前記ブリッジ出力検出手段及び前記リード線電圧検出手段によりそれぞれ検出された前記ブリッジ回路の出力電圧ｅ及び前記一方のリード線の電圧ｅr とを用いて次式（１）の演算を行う演算処理手段とを備え、
該演算処理手段により求められた値εに基づき前記リード線の抵抗値及びその変化の影響を排除した前記物体のひずみ測定を行うことを特徴とするひずみ測定システム。
【数１】
0004160683.tif 000018
但し、上式（１）において、Ｖ：前記ブリッジ回路の電源電圧、Ｒ3 ：前記ブリッジ回路の各辺のうち、前記ひずみゲージを有する辺に該ひずみゲージの他端側のリード線を介して隣接する辺に存する抵抗体の抵抗値、Ｒ4 ：前記ブリッジ回路の各辺のうち、前記ひずみゲージを有する辺の対辺に存する抵抗体の抵抗値。
【請求項２】
前記ブリッジ回路の電源電圧Ｖは略２［Ｖ］であると共に、前記ブリッジ回路の各辺のうちの前記ひずみゲージを有する辺に該ひずみゲージの他端側のリード線を介して隣接する辺に存する抵抗体の抵抗値Ｒ3 と前記ひずみゲージを有する辺の対辺に存する抵抗体の抵抗値Ｒ4 とは略同一であり、前記演算処理手段は前記式（１）の演算を次式（２）により行うことを特徴とする請求項１記載のひずみ測定システム。
【数２】
0004160683.tif 000019
【請求項３】
前記ブリッジ電源回路から前記ブリッジ回路にその電源電圧を付与した状態で、前記ブリッジ回路の各辺のうち、前記ひずみゲージを有する辺に該ひずみゲージの他端側のリード線を介して隣接する辺に生じる電圧Ｖ3 と、前記ひずみゲージを有する辺の対辺に生じる電圧Ｖ4 とのいずれか一方を検出する辺電圧検出手段を具備し、前記演算処理手段は、前記式（１）の演算を、前記辺電圧検出手段により検出された前記電圧Ｖ3 又はＶ4 を用いた次式（３）〜（５）のいずれか一つの式により行うことを特徴とする請求項１記載のひずみ測定システム。
【数３】
0004160683.tif 000020
【数４】
0004160683.tif 000021
【数５】
0004160683.tif 000022
【請求項４】
前記ブリッジ出力検出手段と前記リード線電圧検出手段とは共通の電圧検出手段により構成され、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記一方のリード線に生じる電圧とを切換自在の前記電圧検出手段に入力するスイッチ回路を具備したことを特徴とする請求項１又は２記載のひずみ測定システム。
【請求項５】
前記ブリッジ出力検出手段と前記リード線電圧検出手段と前記辺電圧検出手段とは共通の電圧検出手段により構成され、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記一方のリード線に生じる電圧と、前記ブリッジ回路の辺に生じる電圧とを切換自在に前記電圧検出手段に入力するスイッチ回路を具備したことを特徴とする請求項３記載のひずみ測定システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ひずみ測定システムに関し、より詳しくは１ゲージ３線法によるひずみ測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体に生じるひずみの測定方法としては、ひずみに応じた抵抗値変化を生じるひずみゲージを物体に貼着すると共に、このひずみゲージと複数の抵抗体とにより該ひずみゲージを一辺に有し、且つ残りの三辺に抵抗体を有するブリッジ回路（詳しくはホイートストンブリッジ回路）を構成し、このブリッジ回路を用いてひずみ測定を行うものが一般に知られている。尚、物体に生じるひずみと応力とは周知の如く比例関係にあるので、本明細書では、特にことわらない限り、「ひずみ」は本来の意味でのひずみの他、応力も含むものとし、本来の意味でのひずみには、原則として参照符号ε（添え字付を含む）を付するものとする。
【０００３】
上記のように物体に貼着されるひずみゲージを一辺に組み込んだブリッジ回路を用いるひずみ測定手法としては、例えば１ゲージ３線法が知られている。
【０００４】
図１は、この１ゲージ３線法による測定手法を説明するための回路図である。この手法では、物体に貼着されるひずみゲージ１の両端にあらかじめ一対のリード線２，３が結線されると共に、さらにひずみゲージ１の一端（図ではリード線３側）にもう一つのサブリード線４が結線されている（このために３線法といわれる）。
【０００５】
そして、測定に際しては、ひずみゲージ１が、図示のように抵抗体５，６，７を相互に接続してなる抵抗回路に前記リード線２，３を介して接続され、これにより、ひずみゲージ１を一辺に有し、且つ残りの３辺に抵抗体５，６，７をそれぞれ有するブリッジ回路８が構成される。
【０００６】
尚、ブリッジ回路８の３辺の抵抗体５，６，７は、基本的には、それぞれの抵抗値Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 が測定対象の物体に生じるひずみとは無関係に一定となるような抵抗素子（例えば固定抵抗値の抵抗素子）により構成される。また、通常、抵抗体５，６，７の抵抗値Ｒ2 ，Ｒ3 ，Ｒ4 は、ひずみゲージ１のひずみを生じていない状態における基準抵抗値（ひずみゲージ１の公称抵抗値）をＲ0 としたとき、Ｒ0 ＝Ｒ2 ＝Ｒ3 ＝Ｒ4 とされる。
【０００７】
このブリッジ回路８を用いたひずみ測定に際しては、前記リード線２と抵抗体６との接続部位もしくはこれと同電位の部分と、前記抵抗体５と抵抗体７との接続部位もしくはこれと同電位の部分とを一対の電源入力部Ｉ1 ，Ｉ2 として、これらの電源入力部Ｉ1 ，Ｉ2 間にブリッジ回路８の電源電圧Ｖが付与される。
【０００８】
また、ブリッジ回路８の電源入力部Ｉ1 ，Ｉ2 間に電源電圧Ｖを付与した状態で、ひずみゲージ１のサブリード線４を結線した一端と、前記抵抗体６と抵抗体７との接続部位もしくはこれと同電位の部分とを、ブリッジ回路８の一対の出力部Ｏ1 ，Ｏ2 として、前記出力部Ｏ1 ，Ｏ2 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。尚、この場合、出力部Ｏ1 （ひずみゲージ１の一端）の電位はサブリード線４を介して抽出される。
【０００９】
このとき、ひずみゲージ１を貼着した物体に生じるひずみε（本来の意味でのひずみ）と、ブリッジ回路８の出力電圧ｅとの間には、ある相関関係が成立する。
【００１０】
例えば、ブリッジ回路８に組み込まれるひずみゲージ１のリード線２，３のそれぞれの抵抗値ｒ1 ，ｒ2 が無視できる程、十分に小さいと共に、ひずみゲージ１のひずみを生じていない状態におけるブリッジ回路８の出力電圧ｅがｅ＝０もしくは十分に微小なものである場合には、周知のように、ひずみゲージ１を貼着した後に物体に生じるひずみεと、ブリッジ回路８の出力電圧ｅとの間には、次の関係式（６）により表される相関関係が成立する。
【００１１】
【数６】
0004160683.tif 000002
【００１２】
ここで、式（６）中のＫはひずみゲージ１のゲージ率である。
【００１３】
従って、このような相関関係に基づいて、ブリッジ回路８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。尚、物体のひずみεと応力σとの間には、σ＝Ｅ・ε（但しＥ：物体のヤング率）なる関係が成り立つので、ひずみεの測定値に物体のヤング率Ｅを乗算することで、物体の応力の測定値が得られる。これが、１ゲージ３線法によるひずみ測定の手法である。
【００１４】
このような１ゲージ３線法によるひずみ測定手法は、所謂、１ゲージ２線法等の測定手法に比して、測定環境の温度変化に起因したひずみゲージ１のリード線２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 の変化の影響を受けにくいことから、温度変化の生じやすい環境でのひずみ測定や、長期的なひずみ測定に適した測定手法として一般的に用いられている。
【００１５】
また、前述のような１ゲージ３線法によるひずみ測定を行うシステムにあっては、ひずみゲージ１と併せてブリッジ回路８を構成するための抵抗体５，６，７をあらかじめ回路基板上で回路パターン等により相互に接続した抵抗回路や、ブリッジ回路８にその電源電圧Ｖを付与する電源回路、ブリッジ回路８の出力電圧を検出するための増幅回路、Ａ／Ｄ変換回路等を具備したひずみ測定装置が用いられ、この装置にひずみゲージ１のリード線２，３及びサブリード線４を接続することで、前記ブリッジ回路８を含む測定回路を構成する。そして、この装置によって得られたブリッジ回路８の出力電圧の検出データから、該装置に備えたマイクロコンピュータや、該装置とは別のパーソナルコンピュータ等によって前述したような演算処理を行うことで、ひずみ測定が行われる。
【００１６】
ところで、このような１ゲージ３線法によるひずみ測定おいて、ひずみゲージ１を抵抗体５，６，７の抵抗回路に接続するリード線２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 が比較的大きい場合には、ブリッジ回路８の出力電圧ｅは該リード２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 の影響を受け、ブリッジ回路８の出力電圧ｅの検出データだけからひずみ測定を行うようにしても精度の良い測定を行うことができない。一方、リード線２，３は通常、同じ線種で同じ長さのもの（同じ抵抗値のもの）が使用されている。このとき、前記１ゲージ３線法にあっては、リード線２，３のそれぞれの抵抗値ｒ1 ，ｒ2 をｒ1 ＝ｒ2 ＝ｒとおくと、この抵抗値ｒを用いた次式（７）により求まる補正係数ｘを、ブリッジ回路８の出力電圧ｅにより把握されるひずみの測定値に乗算して該測定値を補正することで、リード線２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 （＝ｒ）の影響（より詳しくは、リード線２，３の抵抗値ｒに起因した感度低下）を排除することが従来より一般的に行われている。
【００１７】
【数７】
0004160683.tif 000003
【００１８】
ここで、式（７）中のＲ0 はひずみゲージ１の前記基準抵抗値である。
【００１９】
このようにしてリード線２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 の影響（感度低下）を排除するために、従来の１ゲージ３線法による測定手法では、リード線２，３の一方の抵抗値ｒ1 又はｒ2 （＝ｒ）を該リード線２，３の線種や長さ等に基づき求め、さらにその求めた抵抗値ｒを用いて前記式（７）の演算により前記補正係数ｘを求めるようにしていた。あるいは、リード線２，３の線種や長さ等からあらかじめ作成された換算表を用いて前記補正係数ｘを求めるようにしていた。そして、このようにして求めた補正係数ｘを、ひずみ測定器によってブリッジ回路８の出力電圧ｅに基づき得られたひずみ測定値に乗算することで、リード線２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 の影響（感度低下）を排除したひずみ測定値を得るようにしていた。
【００２０】
しかしながら、上記のようにしてリード線２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 の影響を排除するためのひずみ測定値の補正作業は人的作業に負うところが大きく、手間暇を要するものとなっていた。特に、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は、それぞれの測定点については、通常、各測定点のひずみゲージ１の両端に結線されたリード線２，３の長さや線種を同じとし、そのリード線２の抵抗値ｒ1 とリード線３の抵抗値ｒ2 とが同一（ｒ1 ＝ｒ2 ＝ｒ）とされるものの、その一対のリード線２，３の長さを測定点同士で比較すると、その長さが測定点毎に異なる場合も多々ある。つまり、各測定点に対応するリード線２及び３の抵抗値ｒが、測定点同士で互いに異なる場合も多々ある。そして、このような場合には、測定点毎に各別の補正係数ｘによるひずみ測定値の補正を行わなければならず、リード線２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 の影響（感度低下）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。
【００２１】
このような不都合を解消するために、本願出願人は、次のような技術を特願平９−３５７７５２号にて先に提案している。この技術では、ひずみゲージ１のリード線２，３及びサブリード線４を接続する測定装置によって、あらかじめひずみゲージ１のひずみを生じていない状態において前記ブリッジ回路８に電源電圧Ｖを付与する。そして、このときサブリード線４側のリード線３に生じる電圧とブリッジ回路８の出力電圧とを測定装置に備えた検出回路によって検出し、それらの検出データを用いることで、リード線２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 （ｒ1 ＝ｒ2 ＝ｒ）を用いることなく、前記式（７）により表される補正係数ｘを求める。そして、この補正係数ｘを、ひずみ測定時のブリッジ回路８の出力電圧に基づき把握されるひずみ測定値に乗算することで、リード線２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 の影響（感度低下）を排除したひずみ測定値を得る。
【００２２】
このような技術によれば、リード線２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 の影響（感度低下）を排除するための補正処理を測定装置において自動的に効率よく行うことができる。
【００２３】
しかるに、かかる技術では、リード線２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 が経時的に変化しないことを前提としており、環境温度の変化が生じやすい測定環境や、長期的なひずみ測定を行うような状況等、リード線２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 の経時的な変化が生じやすい測定環境下では、高精度なひずみ測定を行うことが困難なものとなっていた。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる背景に鑑み、１ゲージ３線法によるひずみ測定システムにおいて、ひずみゲージをブリッジ回路に組み込むためのリード線の抵抗値やその経時的な変化の影響を排除した精度のよいひずみ測定を行う処理を簡単な構成で自動的に効率よく行うことができるひずみ測定システムを提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
まず、本発明を説明する前に、本発明の基本的な考え方を前記図１を参照して説明しておく。尚、以下の説明では、ひずみゲージ１の抵抗値の変化は、これを貼着する物体のひずみのみに応じて生じるものとする。また、ひずみゲージ１に結線されたリード線２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 は互いに等しい（ｒ1 ＝ｒ2 ）ものとし、この関係は、それらの抵抗値ｒ1 ，ｒ2 が環境温度の変化によって変化しても成立するものとする。つまり、リード線２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 はそれらが環境温度の変化に応じて変化しても、その変化量は、各リード線２，３について同一であるとする。さらに、ブリッジ回路８の抵抗体５〜７のそれぞれの抵抗値Ｒ2 〜Ｒ4 は一定で、変化しないものとする。
【００２６】
図１を参照して、ひずみゲージ１を貼着した物体のひずみ測定の開始時点におけるひずみゲージ１の抵抗値をＲG0、リード線２，３の互いに等しい抵抗値をｒ0 （＝ｒ1 ＝ｒ2 ）とおく。さらに、この測定開始時点において、ブリッジ回路８の電源入力部Ｉ1 ，Ｉ2 間に電源電圧Ｖを付与したときに、該ブリッジ回路８の出力部Ｏ1 ，Ｏ2 間に発生する出力電圧をｅ0 、ひずみゲージ１のリード線２又は３に生じる電圧をｅr0（これは各リード線２，３について同一である）、ひずみゲージ１に流れる電流をｉ0 とおく。
【００２７】
ここで、ひずみ測定の開始時点というのは、測定しようとする物体のひずみ値（これは物体のある状態を基準とした相対値である）の基準とする時点、すなわち、物体のひずみを「０」と見なす時点である。つまり、測定しようとするひずみ値は、当該開始時点以後に物体に生じるひずみである。このひずみ測定の開始時点は、通常的には、ひずみゲージ１を物体に貼着した当初の時点であるが、その貼着後の任意の時点でもよい。
【００２８】
上記のようにひずみ測定の開始時点におけるひずみゲージ１の抵抗値ＲG0等を定義したとき、次式（８）〜（１０）の関係式が成立する。
【００２９】
【数８】
0004160683.tif 000004
【００３０】
【数９】
0004160683.tif 000005
【００３１】
【数１０】
0004160683.tif 000006
【００３２】
ここで、式（８）を変形し、さらに式（９）、（１０）を適用すると、次式（１１）が得られる。
【００３３】
【数１１】
0004160683.tif 000007
【００３４】
また、式（９）を変形すると、次式（１２）が得られる。
【００３５】
【数１２】
0004160683.tif 000008
【００３６】
そして、式（１１）の左辺、右辺をそれぞれ式（１２）の左辺、右辺により除算して整理すると、次式（１３）が得られる。
【００３７】
【数１３】
0004160683.tif 000009
【００３８】
次に、ひずみ測定の開始時点以後（開始時点を含む）における物体のひずみ測定時における物体のひずみに応じたひずみゲージ１の抵抗値をＲG 、リード線２，３の抵抗値をｒ（＝ｒ1 ＝ｒ2 ）とおく。さらに、このひずみ測定時において、ブリッジ回路８の電源入力部Ｉ1 ，Ｉ2 間に電源電圧Ｖを付与したときに、該ブリッジ回路８の出力部Ｏ1 ，Ｏ2 間に発生する出力電圧をｅ、ひずみゲージ１のリード線２又は３に生じる電圧をｅr 、ひずみゲージ１に流れる電流をｉとおく。
【００３９】
このとき、前記式（８）〜（１０）で、ＲG0、ｒ0 、ｅ0 、ｅr0、ｉ0 をそれぞれ上記のように定義したＲG 、ｒ、ｅ、ｅr 、ｉに置き換えた式が成立するので、ひずみ測定の開始時点に関する場合と同様の考察によって、前記式（１３）に対応する次式（１４）が得られる。
【００４０】
【数１４】
0004160683.tif 000010
【００４１】
また、上記のひずみ測定時における物体のひずみ（本来の意味でのひずみで、ひずみ測定の開始時点を基準としたひずみ）をεとおくと、このひずみεと、ひずみゲージ１の測定開始時点における抵抗値ＲG0及びひずみ測定時における抵抗値ＲG との間には、次の関係式（１５）が成立する。ここで、式（１５）中のＫはひずみゲージ１のゲージ率である。
【００４２】
【数１５】
0004160683.tif 000011
【００４３】
そして、この式（１５）に前記式（１３）、（１４）を適用すると、物体のひずみεは、ひずみ測定の開始時点におけるブリッジ回路８の出力電圧ｅ0 、リード線２又は３の電圧ｅr0、並びにひずみ測定時におけるブリッジ回路８の出力電圧ｅ、リード線２又は３の電圧ｅr を用いて次式（１６）により表される。
【００４４】
【数１６】
0004160683.tif 000012
【００４５】
つまり、ブリッジ回路８の出力電圧ｅ0 ，ｅと、リード線２又は３の電圧ｅr0，ｅr とを検出すれば、それらの検出値から式（１６）の演算によって物体のひずみεを測定することができる。そして、この式（１６）は、リード線２，３の抵抗値ｒによらずに成立することはもちろん、該抵抗値ｒが経時的に変化しても成立するものである。
【００４６】
一方、前記ブリッジ回路８を構成するための抵抗体５〜７から成る抵抗回路等を具備した１ゲージ３線法によるひずみ測定装置では、リード線３と共にひずみゲージ１の一端に結線されたサブリード線４が該装置に接続されるので、リード線３のひずみゲージ１側の一端（これはブリッジ回路８の出力部Ｏ1 である）の電位を、該装置の内部においてサブリード線４を介して抽出することができる。また、前記抵抗回路に接続するリード線３の他端（リード線３と抵抗体５との接続部位）の電位は該抵抗回路から抽出することができる。従って、リード線２，３のうち、サブリード線４側のリード線３に生じる電圧ｅr0，ｅr は、ひずみゲージ１に新たなリード線を結線したりすることなく、リード線２，３及びサブリード線４を接続するひずみ測定装置側でサブリード線４を介して検出することができる。また、ひずみ測定の開始時点及びひずみ測定時におけるブリッジ回路８の出力電圧ｅ0 ，ｅは、従来と同様にひずみ測定装置側で検出できることはもちろんである。
【００４７】
そして、このように、ひずみ測定の開始時におけるリード線３の電圧ｅr0及びブリッジ回路８の出力電圧ｅ0 と、ひずみ測定時におけるリード線３の電圧ｅr 及びブリッジ回路８の出力電圧ｅとを検出すれば、それらの検出値を用いて式（１６）の演算を行うことで、リード線２，３の抵抗値ｒやその変化によらない適正なひずみ測定値εを得ることができる。また、この式（１６）により求まるひずみ測定値εに物体のヤング率を乗算すれば、リード線２，３の抵抗値ｒやその変化によらない適正な物体の応力の測定値を得ることができる。
【００４８】
尚、式（１６）の演算に必要な抵抗体６の抵抗値Ｒ3 や抵抗体７の抵抗値Ｒ4 は、例えばこれらの抵抗体６，７を構成する抵抗素子の公称抵抗値や、該抵抗体６，７のあらかじめ計測してなる抵抗値を使用すればよい。また、式（１６）中の電源電圧Ｖは、ブリッジ回路８に付与すべき電圧としてあらかじめ定めた値、あるいは、該電源電圧Ｖのあらかじめ計測してなる値を使用すればよい。また、式（１６）中のゲージ率Ｋは、使用すべきひずみゲージ１のゲージ率としてあらかじめ定めた値、あるいは該ひずみゲージ１のゲージ率の公称値を使用すればよい。
【００４９】
以上説明したことを基礎として本発明を以下に説明する。尚、以下の本発明の説明において、括弧（  ）内の参照符号は、本発明の理解の便宜のために付した図１の参照符号である。
【００５０】
本発明のひずみ測定システムは、物体に生じるひずみに応じた抵抗値変化を生じるように該物体に貼着されるひずみゲージ（１）の両端に結線された一対のリード線（２，３）が接続され、その接続状態で該ひずみゲージ（１）を一辺に有し、且つ他の三辺に所定抵抗値の抵抗体（５，６，７）を有するブリッジ回路（８）を形成する抵抗回路と、該抵抗回路に前記ひずみゲージ（１）を接続して成る前記ブリッジ回路（８）にその電源電圧を付与すべく該抵抗回路に接続されたブリッジ電源回路と、前記ひずみゲージ（８）の一方のリード線（３）側の一端に結線されたサブリード線（４）が接続されると共に前記抵抗回路に接続され、前記ブリッジ電源回路から電源電圧を付与した前記ブリッジ回路（８）の出力電圧を前記サブリード線（４）を介して検出するブリッジ出力検出手段とを備え、該ブリッジ出力検出手段により検出された前記ブリッジ回路（８）の出力電圧に基づき前記物体のひずみ測定を行う１ゲージ３線法によるひずみ測定システムにおいて、前記ひずみゲージ（１）を前記抵抗回路に接続してなる前記ブリッジ回路（８）にその電源電圧を前記ブリッジ電源回路から付与した状態で前記一対のリード線（２，３）のうちの前記サブリード線（４）側の一方のリード線（３）に生じる電圧を該サブリード線（４）を介して検出するリード線電圧検出手段と、前記物体のひずみ測定の開始時点において前記ブリッジ出力検出手段及び前記リード線電圧検出手段によりそれぞれ検出された前記ブリッジ回路（８）の出力電圧ｅ0 及び前記一方のリード線（３）の電圧ｅr0と前記物体のひずみ測定の開始時点以後における前記物体のひずみ測定時に前記ブリッジ出力検出手段及び前記リード線電圧検出手段によりそれぞれ検出された前記ブリッジ回路（８）の出力電圧ｅ及び前記一方のリード線（３）の電圧ｅr とを用いて前記の式（１６）の演算を行う演算処理手段とを備え、該演算処理手段により求められた値εに基づき前記リード線（２，３）の抵抗値及びその変化の影響を排除した前記物体のひずみ測定を行うことを特徴とするものである。
【００５１】
ここで、式（１６）で用いる前記電圧ｅ0 ，ｅr0，ｅ，ｅr 以外のパラメータを改めて定義すると、次の通りである。
【００５２】
Ｖ：前記ブリッジ回路（８）の電源電圧、Ｒ3 ：前記ブリッジ回路（８）の各辺のうち、前記ひずみゲージ（１）を有する辺に該ひずみゲージ（１）の他端側のリード線（２）を介して隣接する辺に存する抵抗体（６）の抵抗値、Ｒ4 ：前記ブリッジ回路（８）の各辺のうち、前記ひずみゲージ（８）を有する辺の対辺に存する抵抗体（７）の抵抗値。
【００５３】
尚、前記演算処理手段は、例えばマイクロコンピュータやパーソナルコンピュータにより構成すればよい。
【００５４】
かかる本発明によれば、前記物体のひずみ測定の開始時点において、前記ブリッジ出力検出手段及び前記リード線電圧検出手段により、それぞれ前記ブリッジ回路（８）の出力電圧ｅ0 と前記サブリード線（４）側の一方のリード線（３）の電圧ｅr0を検出すると共に、前記物体のひずみ測定時に、前記ブリッジ出力検出手段及び前記リード線電圧検出手段により、それぞれ前記ブリッジ回路（８）の出力電圧ｅと前記サブリード線（４）側の一方のリード線（３）の電圧ｅr を検出する。そして、これらの検出値を用いて前記演算処理手段が前記式（１６）の演算を行うことで、ひずみゲージ（１）のリード線（２，３）の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 （＝ｒ）によらず、しかもその抵抗値の変化にもよらない適正なひずみ測定値ε（本来の意味でのひずみ）が得られる。このため、リード線（２，３）の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 （＝ｒ）を別途把握したり、それに応じて測定結果の補正処理を別途行ったりすることなく、式（１６）の演算により求まる値εに基づいて、リード線（２，３）の抵抗値やその変化の影響を適正に排除したひずみ測定を行うことができる。
【００５５】
また、この場合、このようなひずみ測定を行うために必要なリード線（３）の電圧ｅr0，ｅr の検出は、１ゲージ３線法のひずみ測定においてひずみゲージ（１）に結線されている前記サブリード線（４）を介して行うので、該電圧ｅr0，ｅr の検出のために、ひずみゲージ（１）に新たなリード線を結線したりする必要が無く、従来の１ゲージ３線法によるひずみ測定において用いていたひずみゲージをそのまま本発明で使用することができる。そして、本発明のひずみ測定システムは、従来の１ゲージ３線法のひずみ測定に用いていたひずみ測定装置に、リード線（３）の電圧ｅr0，ｅr を検出するための回路構成を追加し、また、演算処理のためのプログラム等を変更するだけけで、構築することができる。
【００５６】
従って、本発明のひずみ測定システムによれば、ひずみゲージをブリッジ回路に組み込むためのリード線の抵抗値やその経時的な変化の影響を排除した精度のよいひずみ測定を行う処理を簡単な構成で自動的に効率よく行うことができ、また、そのシステムを安価に提供することができる。
【００５７】
本発明のように前記ブリッジ回路（８）を用いた１ゲージ３線法によるひずみ測定では、従来より、ブリッジ回路（８）の電源電圧Ｖを２［Ｖ］とし、前記抵抗回路の各辺の抵抗体（５〜７）の抵抗値（Ｒ2 〜Ｒ4 ）を同一とするのが通例である。そして、この場合には、前記式（１６）は、次式（１７）に書き換えることができる。
【００５８】
【数１７】
0004160683.tif 000013
【００５９】
そこで、本発明では、前記ブリッジ回路の電源電圧Ｖが略２［Ｖ］であると共に、前記ブリッジ回路の各辺のうちの前記ひずみゲージを有する辺に該ひずみゲージの他端側のリード線を介して隣接する辺に存する抵抗体の抵抗値Ｒ3 と前記ひずみゲージを有する辺の対辺に存する抵抗体の抵抗値Ｒ4 とが略同一である場合において、前記演算処理手段は前記式（１６）の演算を次式（１７）により行う。
【００６０】
このようにすることで、従来の１ゲージ３線法のひずみ測定で用いていた既存のひずみ測定装置の回路構成をなるべく流用しつつ、本発明のひずみ測定システムを構築することができ、本発明のひずみ測定システムをより安価に構成することができる。
【００６１】
また、本発明において、前記式（１６）の右辺の分母及び分子に現れるＶ・Ｒ3 ／（Ｒ3 ＋Ｒ4 ）は、ブリッジ回路（８）に電源電圧Ｖを付与したときに、該ブリッジ回路（８）の前記抵抗値Ｒ3 の抵抗体（６）を有する辺に生じる電圧Ｖ3 である。同様に、式（１６）の右辺の分母及び分子に現れるＶ・Ｒ4 ／（Ｒ3 ＋Ｒ4 ）は、ブリッジ回路（８）の前記抵抗値Ｒ4 の抵抗体（７）を有する辺に生じる電圧Ｖ4 である。また、上記電圧Ｖ3 ，Ｖ4 の総和（＝Ｖ3 ＋Ｖ4 ）が、ブリッジ回路（８）の電源電圧Ｖである。
【００６２】
そして、こららの電圧Ｖ3 ，Ｖ4 を用いれば、前記式（１６）は、次式（１８）〜（２０）のいずれかに書き換えることができる。
【００６３】
【数１８】
0004160683.tif 000014
【００６４】
【数１９】
0004160683.tif 000015
【００６５】
【数２０】
0004160683.tif 000016
【００６６】
そこで、本発明では、前記ブリッジ電源回路から前記ブリッジ回路にその電源電圧を付与した状態で、前記ブリッジ回路の各辺のうち、前記ひずみゲージを有する辺に該ひずみゲージの他端側のリード線を介して隣接する辺に生じる電圧Ｖ3 と、前記ひずみゲージを有する辺の対辺に生じる電圧Ｖ4 とのいずれか一方を検出する辺電圧検出手段を具備し、前記演算処理手段は、前記式（１６）の演算を、前記辺電圧検出手段により検出された前記電圧Ｖ3 及び／又はＶ4 を用いた次式（１８）〜（１９）のいずれか一つの式により行う。
【００６７】
このように前記辺電圧検出手段によって、前記電圧Ｖ3 及び／又はＶ4 を検出するようにすることで、それらの電圧Ｖ3 ，Ｖ4 を検出するブリッジ回路（８）の辺に存する抵抗体（６，７）の抵抗値Ｒ3 ，Ｒ4 が判らなかったり、該抵抗体（６，７）の抵抗値Ｒ3 ，Ｒ4 の精度が低いような場合でも、式（１８）〜（２０）のいずれかの演算によって、リード線（２，３）の抵抗値やその変化によらないひずみ測定値ε（本来の意味でのひずみの測定値）を適正に得ることができる。また、上記抵抗体の抵抗値Ｒ3 ，Ｒ4 の精度があまり要求されないことから、それらの抵抗体を安価なものにすることができる。
【００６８】
また、前述の如くブリッジ出力検出手段及びリード線電圧検出手段を備えた本発明では、それらの検出手段を各別に構成してもよいが、好ましくは、前記ブリッジ出力検出手段と前記リード線電圧検出手段とを共通の電圧検出手段により構成し、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記一方のリード線に生じる電圧とを切換自在の前記電圧検出手段に入力するスイッチ回路を具備する。
【００６９】
同様に、ブリッジ出力検出手段及びリード線電圧検出手段に加えてさらに、前記辺電圧検出手段を備えた本発明にあっては、それらの検出手段を各別に構成してもよいが、好ましくは、前記ブリッジ出力検出手段と前記リード線電圧検出手段と前記辺電圧検出手段とを共通の電圧検出手段により構成し、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記一方のリード線に生じる電圧と、前記ブリッジ回路の辺に生じる電圧とを切換自在に前記電圧検出手段に入力するスイッチ回路を具備する。
【００７０】
このように前記スイッチ回路を備えて、ブリッジ出力検出手段や、リード線電圧検出手段、辺電圧検出手段を共通の電圧検出手段により構成することで、回路構成をより安価で簡略なものとすることができる。
【００７１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態を前記図１並びに、図２及び図３を参照して説明する。図２は本実施形態のひずみ測定システムとしてのひずみ測定装置の回路構成図、図３は図２のひずみ測定装置による演算処理を示すフローチャートである。尚、本実施形態の説明において図１と同一構成部分については、図１と同一の参照符号を用いる。
【００７２】
図２を参照して、本実施形態のひずみ測定装置１０には、図示しない物体に貼着するひずみゲージ１の両端にあらかじめ結線されたリード線２，３と、リード線３と共にひずみゲージ１の一端にあらかじめ結線されたサブリード線４とをそれぞれ接続する接続端子１１，１２，１３が備えられている。尚、リード線２，３はその線種（材質や径）や長さが同一のものとされ、リード線２，３のそれぞれの抵抗値ｒ1 ，ｒ2 は同一（ｒ1 ＝ｒ2 ＝ｒ）とされている。そして、これらのリード線２，３は互いに沿わせて配線されている。このため、これらのリード線２，３の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 は、その値ｒが環境温度の変化等に起因して変化しても、その変化は、基本的には、各リード線２，３について同じように発生し、ｒ1 ＝ｒ2 の関係が維持される。
【００７３】
このひずみ測定装置１０は、その構成を大別すると測定ユニット１４とコントロールユニット１５とにより構成されている。尚、測定ユニット１４とコントロールユニット１５とは、必ずしも一体的に構成する必要はなく、別体に構成してもよい。
【００７４】
測定ユニット１４は、前記ひずみゲージ１と併せてブリッジ回路８を構成するための抵抗体５，６，７を有する抵抗回路を具備している。この抵抗回路は、ひずみゲージ１のリード線２，３をそれぞれ接続端子１１，１２に接続したとき、図１に示したブリッジ回路８が構成されるように、抵抗体５，６，７を、図示しない回路基板に形成された回路パターンによって相互に接続すると共に接続端子１１，１２に接続している。尚、抵抗体５，６，７は、例えば固定抵抗値の抵抗素子により構成さたものである。
【００７５】
また、測定ユニット１４には、ブリッジ回路８の一対の電源入力部Ｉ1 ，Ｉ2 に付与する電源電圧Ｖを外部から入力するための一対の電源入力端子１６，１７と、電源電圧Ｖの付与時にブリッジ回路８の一対の出力部Ｏ1 ，Ｏ2 間に発生する出力電圧ｅ等を外部に出力するための一対の出力端子１８，１９と、出力端子１８に接続された一対のスイッチ素子２０，２１、並びに出力端子１９に接続された一対のスイッチ素子２２，２３により構成されたスイッチ回路２４とが備えられている。
【００７６】
この場合、電源入力端子１６，１７は、それぞれブリッジ回路８の電源入力部Ｉ1 ，Ｉ2 に接続されている。
【００７７】
また、一対の出力端子１８，１９のうち、出力端子１８は、ブリッジ回路８の一つの出力部Ｏ1 であるひずみゲージ１の一端がサブリード線４を介して接続される接続端子１３と、ブリッジ回路８の電源入力部Ｉ2 とにそれぞれ前記スイッチ回路２４のスイッチ素子２０，２１を介して接続されている。
【００７８】
さらに、出力端子１９は、ブリッジ回路８の他方の出力部Ｏ2 と、リード線３が接続される接続端子１２とにそれぞれスイッチ回路２４のスイッチ素子２２，２３を介して接続されている。
【００７９】
このような回路構成によって、ブリッジ回路８の電源入力部Ｉ1 ，Ｉ2 間に電源電圧Ｖを付与した状態で、次の表１に示すようにスイッチ素子２０〜２３のＯＮ／ＯＦＦ状態の切換えを行うことで、出力端子１８，１９間には、ブリッジ回路８の出力電圧ｅと、リード線３に生じる電圧ｅr2と、ブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺に生じる電圧Ｖ4 とが切換自在に発生する。
【００８０】
【表１】
0004160683.tif 000017
【００８１】
すなわち、スイッチ素子２０〜２３をそれぞれＯＮ状態、ＯＦＦ状態、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態にすると、出力端子１８にはブリッジ回路８の出力部Ｏ1 であるひずみゲージ１の一端の電位がサブリード線４及びスイッチ素子２０を介して付与され、出力端子１９には出力部Ｏ2 の電位がスイッチ素子２２を介して付与される。このため、出力端子１８，１９間にはブリッジ回路８の出力電圧ｅが発生する。
【００８２】
また、スイッチ素子２０〜２３をそれぞれＯＮ状態、ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態、ＯＮ状態にすると、出力端子１８にはブリッジ回路８の出力部Ｏ1 であるひずみゲージ１の一端の電位がサブリード線４及びスイッチ素子２０を介して付与され、出力端子１９にはリード線３が接続された接続端子１２の電位（リード線３と抵抗体５との接続箇所の電位）がスイッチ素子２３を介して付与される。このため、出力端子１８，１９間にはリード線３に生じる電圧ｅr （この電圧ｅr はリード線２に生じる電圧に等しい）が発生する。
【００８３】
さらに、スイッチ素子２０〜２３をそれぞれＯＦＦ状態、ＯＮ状態、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態にすると、出力端子１８にはブリッジ回路８の電源入力部Ｉ2 の電位がスイッチ素子２１を介して付与され、出力端子１９には出力部Ｏ2 の電位がスイッチ素子２２を介して付与される。このため、出力端子１８，１９間にはブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺に生じる電圧Ｖ4 が発生する。
【００８４】
尚、２５はスイッチ素子２０〜２３の断接動作を行わしめる制御信号を後述するコントロールユニット１５の制御回路２９からスイッチ回路２４に付与するための制御端子である。
【００８５】
コントロールユニット１５は、測定ユニット１４の一対の電源入力端子１６，１７に接続されて、該電源入力端子１６，１７を介してブリッジ回路８の電源入力部Ｉ1 ，Ｉ2 間に付与する電源電圧Ｖ（定電圧）を生成するブリッジ電源回路２６と、測定ユニット１４の一対の出力端子１８，１９に接続されて、該出力端子１８，１９間に発生する電圧（ｅ又はｅr 又はＶ4 ）を増幅する増幅回路２７と、この増幅回路２７の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路２８と、後述の各種データ処理や制御処理を行う制御回路２９（演算処理手段）と、後述の各種データや制御回路２９が行う処理に必要なプログラム等を記憶保持する記憶回路３０と、制御回路２９により表示回路３１を介して駆動され、ひずみ測定値等を表示する表示器３２と、制御回路２９がコントロールユニット１５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インターフェース回路３３と、コントロールユニット１５全体の電源電圧を商用電源や電池等から生成する主電源回路３４とを備えている。
【００８６】
尚、制御回路２９はマイクロプロセッサ等により構成され、また記憶回路３０はＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等により構成されたものである。また、本発明の構成に対応させると、前記増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８は、ブリッジ出力検出手段、リード線電圧検出手段及び辺電圧検出手段を共通化した電圧検出手段３５を構成するものであり、増幅回路２７は、その入力インピーダンスが十分に高いものとされている。
【００８７】
この場合、コントロールユニット１５の制御回路２９は、ひずみゲージ１を貼着する図示しない物体のひずみ測定の開始時点において後述の如く検出するブリッジ回路８の出力電圧ｅ0 、リード線３の電圧ｅr0、及びブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺に生じる電圧Ｖ4 の検出データ、並びに物体のひずみ測定時に検出するブリッジ回路８の出力電圧ｅ及びリード線３の電圧ｅr の検出データ等を用いて前記式（１９）の演算処理を行うようにしている。そして、この演算処理により、ひずみゲージ１を貼着する物体のひずみε（本来の意味でのひずみ）の測定値を求めるようにしている。
【００８８】
そして、本実施形態では、このような演算処理を制御回路２９に行わしめるために、図３のフローチャートで示すような演算処理手順が記憶回路３０にプログラムされている。
【００８９】
次に、本実施形態のひずみ測定装置１０の作動を説明する。
【００９０】
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、使用するひずみゲージ１のゲージ率Ｋの値と、ブリッジ電源回路２６からブリッジ回路８に付与する電源電圧Ｖの値とが、ひずみ測定装置１０の外部の適宜の操作器等から前記インターフェース回路３３及び制御回路２９を介して記憶回路３０に入力され、該記憶回路３０に記憶保持される。
【００９１】
この場合、記憶回路３０に記憶保持させるひずみゲージ１のゲージ率Ｋの値は、ひずみ測定装置１０で使用すべきひずみゲージのゲージ率としてあらかじめ定められた値や、使用するひずみゲージ１のゲージ率の公称値である。また、記憶回路３０に記憶保持させるブリッジ回路８の電源電圧Ｖの値は、ブリッジ電源回路２６からブリッジ回路８の電源入力部Ｉ1 ，Ｉ2 に付与する電源電圧としてあらかじめ定められた値や、該電源電圧Ｖをあらかじめ実測してなる値である。
【００９２】
尚、電源電圧Ｖは、ひずみ測定装置１０に固有のものとなるので、ひずみ測定装置１０の製造段階で、記憶回路３０のＲＯＭに記憶保持させておくようにしてもよい。また、ひずみ測定装置１０で使用すべきひずみゲージのゲージ率があらかじめ定められているような場合には、ゲージ率Ｋの値もひずみ測定装置１０の製造段階で、記憶回路３０のＲＯＭに記憶保持させておくようにしてもよい。
【００９３】
次に、ひずみ測定に際しては、ひずみゲージ１を図示しない測定対象の物体に貼着すると共に、リード線２，３及びサブリード線４をそれぞれ接続端子１１〜１３に接続した後、所望の測定開始タイミングで、ひずみ測定装置１０の所定の操作等によりコントロールユニット１５を動作させる。
【００９４】
このとき、コントロールユニット１５の制御回路２９は、まず、ブリッジ電源回路２６を起動して、該ブリッジ電源回路２６からブリッジ回路８の電源入力部Ｉ1 ，Ｉ2 に定電圧の電源電圧Ｖを付与させる。
【００９５】
この状態において、制御回路２９は、測定ユニット１４のスイッチ素子２０〜２３をそれぞれＯＮ状態、ＯＦＦ状態、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態に制御することで、ブリッジ回路８の出力部Ｏ1 ，Ｏ2 間に発生する出力電圧ｅを前記出力端子１８，１９を介して増幅回路２７に入力させる。そして、制御回路２９は、この時ブリッジ回路８が生成した出力電圧ｅを、増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して与えられるデータによって認識し、その認識した出力電圧ｅの値を物体のひずみ測定の開始時点における出力電圧ｅ0 （以下、初期出力電圧ｅ0 という）として記憶回路３０に記憶保持させる。
【００９６】
これに続いて、制御回路２９は、スイッチ素子２０〜２３をそれぞれＯＮ状態、ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態、ＯＮ状態に制御し、リード線３に生じる電圧ｅr を出力端子１８，１９を介して増幅回路２７に入力させる。そして、制御回路２９は、この電圧ｅr を、増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して与えられるデータによって認識し、その認識した電圧ｅr の値をひずみ測定の開始時点におけるリード線３の電圧ｅr0（以下、リード線３の初期電圧ｅr0という）として記憶回路３０に記憶保持させる。
【００９７】
尚、リード線３の初期電圧ｅr0の検出及びその記憶保持は、ブリッジ回路８の初期出力電圧ｅ0 の検出及びその記憶保持の前に行うようにしてもよい。
【００９８】
上記のようにブリッジ回路８の初期出力電圧ｅ0 及びリード線３の初期電圧ｅr0を記憶回路３０に記憶保持させた後、制御回路２９はさらに、スイッチ素子２０〜２３をそれぞれＯＦＦ状態、ＯＮ状態、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態に制御し、ブリッジ回路８の抵抗体７を備えた辺に生じる電圧Ｖ4 （以下、単にブリッジ回路８の辺電圧Ｖ4 という）を増幅回路２７に入力させる。そして、制御回路２９は、この辺電圧Ｖ4 を、増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して与えられるデータによって認識し、その認識した辺電圧Ｖ4 の値を記憶回路３０に記憶保持させる。尚、上記辺電圧Ｖ4 の検出及びその記憶保持は、ブリッジ回路８の初期出力電圧ｅ0 及びリード線３の初期電圧ｅr0の検出及びその記憶保持の前に行うようにしてもよく、あるいは、ひずみゲージ１を物体に貼着する前や、ひずみゲージ１をひずみ測定装置１０に接続する前に行うようにしてもよい。さらには、後述するひずみ測定時に行うようにしてもよい。
【００９９】
以上のようにして、ブリッジ回路８の初期出力電圧ｅ0 、リード線３の初期電圧ｅr0及びブリッジ回路８の辺電圧Ｖ4 の検出及びその記憶保持を行った後、制御回路２９は、測定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の処理を行う。
【０１００】
制御回路２９は、ひずみ測定の処理を行うタイミングにおいて、ブリッジ回路８の前記初期出力電圧ｅ0 を検出した場合と同様にして、ブリッジ電源回路２６からブリッジ回路８の電源入力部Ｉ1 ，Ｉ2 に電源電圧Ｖを付与せしめた状態で、測定ユニット１４のスイッチ素子２０〜２３をそれぞれＯＮ状態、ＯＦＦ状態、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態に制御し、ブリッジ回路８の出力電圧ｅを増幅回路２７に入力させる。そして、制御回路２９は、この出力電圧ｅの値を、該増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して与えられるデータによって認識し、その認識した出力電圧ｅ（以下、測定時出力電圧ｅという）の値を記憶回路３０に記憶保持させる。
【０１０１】
これに続いて、制御回路２９は、スイッチ素子２０〜２３をそれぞれＯＮ状態、ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態、ＯＮ状態に制御し、リード線３に生じる電圧ｅr を出力端子１８，１９を介して増幅回路２７に入力させる。そして、制御回路２９は、この電圧ｅr を、増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して与えられるデータによって認識し、その認識した電圧ｅr （以下、測定時電圧ｅr という）の値を記憶回路３０に記憶保持させる。
【０１０２】
尚、このひずみ測定時において、ブリッジ回路８の測定時出力電圧ｅの検出及び記憶保持と、リード線３の測定時電圧ｅr の検出及び記憶保持との順序を逆にしてもよいことは、ひずみ測定の開始時の場合と同様である。
【０１０３】
そして、制御回路２９は、記憶回路３０にあらかじめプログラムされた図３のフローチャートの処理を行うことで、当該ひずみ測定時における物体のひずみε（本来の意味でのひずみ）を求める。
【０１０４】
すなわち、制御回路２９は、前述の如く記憶回路３０に記憶保持された、ひずみゲージ１のゲージ率Ｋ、ブリッジ回路８の電源電圧Ｖ、ブリッジ回路８の初期出力電圧ｅ0 、リード線３の初期電圧ｅr0、ブリッジ回路８の辺電圧Ｖ4 、並びに、ブリッジ回路８の測定時出力電圧ｅ及びリード線３の測定時リード線電圧ｅr のデータを記憶回路３０から読み込む。
【０１０５】
そして、読み込んだ上記の各データの値を用いて、前記式（１９）の演算を行うことで、ひずみεを求める。
【０１０６】
尚、制御回路２９は、求めたひずみεの値を表示回路３１を介して表示器３３に表示させる。
【０１０７】
また、このひずみεの値と、これに対応したブリッジ回路８の測定時出力電圧ｅ及びリード線３の測定時電圧ｅr のデータとは、一組として記憶回路３０に記憶保持され、ひずみ測定を行う毎に、該記憶回路３０に時系列的に記憶保持される。そして、それらの各組のデータは、必要に応じて随時、表示器３１に表示させたり、インターフェース回路３３を介して外部のパーソナルコンピュータ等に転送できるようになっている。
【０１０８】
かかる本実施形態のひずみ測定装置１０では、ひずみ測定の開始時にブリッジ回路８の初期出力電圧ｅ0 、リード線３の初期電圧ｅr0及びブリッジ回路８の辺電圧Ｖ4 を検出しておき、これらの検出データと、ブリッジ回路８の測定時出力電圧ｅ及びリード線３の測定時電圧ｅr のデータを用いて制御回路２９により前記式（１９）の演算を行うことで、リード線２，３のそれぞれの抵抗値ｒの大きさや、その経時的な変化によらずに精度のよいひずみεの測定値を自動的に効率よく行うことができる。
【０１０９】
また、式（１９）の演算を行うために必要なブリッジ回路８の初期出力電圧ｅ0 や、リード線３の初期電圧ｅr0、ブリッジ回路８の測定時出力電圧ｅ、リード線３の測定時リード線電圧ｅr 、ブリッジ回路８の辺電圧Ｖ4 は、スイッチ回路２４のスイッチ素子２０〜２３の切換制御だけで、共通の増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して検出することができるので、それらの検出のための回路構成を簡単で安価なものとすることができる。
【０１１０】
さらに、式（１９）の演算を行うために必要なリード線３の初期電圧ｅr0や、測定電圧ｅr は、ひずみゲージ１に結線されているサブリード線４を介して検出するので、ひずみゲージ１に新たなリード線を結線したりする必要がないと共に、ひずみ測定装置１０は、１ゲージ３線法による従来のひずみ測定装置の回路構成の僅かな変更（リード線３の電圧ｅr0，ｅr や、辺電圧Ｖ4 を検出するための回路構成の追加）と演算処理プログラムの変更とを行うだけで構築することができる。この結果、本実施形態のひずみ測定装置１０を簡素で安価なものとすることができる。
【０１１１】
また、本実施形態のひずみ測定装置１０では、ブリッジ回路８の辺電圧Ｖ4 を検出し、その検出した辺電圧Ｖ4 を用いて式（１９）の演算を行うことで、抵抗体６，７の抵抗値の精度が比較的低いような場合であっても、リード線２，３の抵抗値ｒの大きさやその変化の影響を排除したひずみ測定を精度よく行うことができる。
【０１１２】
尚、本実施形態では、ブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺の電圧Ｖ4 を検出するようにしたが、これに代えて抵抗体６を有する辺の電圧Ｖ3 を検出し、前記式（１８）の演算によりひずみεを求めるようにしてもよい。この場合には、図２のひずみ測定装置１０において、ブリッジ回路８の電源入力部Ｉ1 をスイッチ素子を介して測定ユニット１４の出力端子１８に接続し、そのスイッチ素子と、図２のスイッチ素子２２とをＯＮ状態にすれば増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して抵抗体６を有する辺の電圧Ｖ3 を検出することができる。
【０１１３】
さらに、ブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺の電圧Ｖ4 と、抵抗体６を有する辺の電圧Ｖ3 との両者を検出し、それらの検出データを用いて前記式（２０）の演算を行うことで、ひずみεを求めるようにしてもよい。
【０１１４】
次に、本発明の第２の実施形態を図４を参照して説明する。図４は本実施形態のひずみ測定システムとしてのひずみ測定装置による演算処理を示すフローチャートである。
【０１１５】
尚、本実施形態のひずみ測定装置は、図２に示した第１の実施形態のひずみ測定装置１０と回路構成は同一で、制御回路２９による演算処理のみが第１の実施形態のひずみ測定装置１０と相違するものであるので、本実施形態のひずみ測定装置の構成については、図２の参照符号を用いて詳細な説明は省略する。
【０１１６】
本実施形態のひずみ測定装置１０は、前記式（１７）の演算により、ひずみゲージ１を貼着する物体のひずみεを求めるようにしたものである。このため、本実施形態では、ブリッジ回路８の電源電圧Ｖは２［Ｖ］に定められ、また、抵抗体６，７の抵抗値Ｒ3 ，Ｒ4 は互いに同一の抵抗値（例えばひずみゲージ１の無ひずみ状態における基準抵抗値Ｒ0 と同じ抵抗値）とされている。そして、記憶回路３０には、前記式（１７）の演算を行うために、図４のフローチャートに示すような演算処理手順があらかじめプログラムされている。
【０１１７】
その他の構成は、第１の実施形態と同一である。
【０１１８】
尚、本実施形態では、ブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺の電圧Ｖ4 を検出する必要がないので、スイッチ回路２４のスイッチ素子２１を除去してもよい。
【０１１９】
かか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、使用するひずみゲージ１のゲージ率Ｋの値が、前述の第１の実施形態の場合と全く同様に、記憶回路３０に入力されて記憶保持される。
【０１２０】
そして、ひずみ測定に際しては、ひずみゲージ１を図示しない測定対象の物体に貼着した後、所望の測定開始タイミングで、ひずみ測定装置１０の所定の操作等によりコントロールユニット１５を動作させる。
【０１２１】
このとき、コントロールユニット１５の制御回路２９は、前記第１の実施形態と同様に、ブリッジ電源回路２６からブリッジ回路８に電源電圧Ｖを付与させつつ、スイッチ回路２４のスイッチ素子２０〜２３を前述の如くＯＮ／ＯＦＦ制御することで、ブリッジ回路８の初期出力電圧ｅ0 の検出及び記憶保持の処理と、リード線３の初期電圧ｅr0の検出及び記憶保持の処理とを順次行う。
【０１２２】
尚、本実施形態では、ブリッジ回路８の辺電圧Ｖ4 を検出する必要はないので、該電圧Ｖ4 の検出及び記憶保持の処理は省略される。
【０１２３】
このようにして、ブリッジ回路８の初期出力電圧ｅ0 及びリード線３の初期電圧ｅr0の検出及びその記憶保持を行った後、制御回路２９は、前記第１の実施形態と同様に測定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、ひずみ測定を行う。
【０１２４】
すなわち、制御回路２９は、ひずみ測定を行うタイミングにおいて、前記第１の実施形態の場合と全く同様に、ブリッジ電源回路２６からブリッジ回路８に電源電圧Ｖを付与させつつ、スイッチ回路２４のスイッチ素子２２〜２３をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、ブリッジ回路８の測定時出力電圧ｅの検出及び記憶保持の処理と、リード線３の測定時電圧ｅr の検出及び記憶保持の処理とを順次行う。
【０１２５】
そして、制御回路２９は、記憶回路３０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。
【０１２６】
すなわち、制御回路２９は、前述の如く記憶回路３０に記憶保持されたひずみゲージ１のゲージ率Ｋ、ブリッジ回路８の初期出力電圧ｅ0 、リード線３の初期電圧ｅr0、並びに、ブリッジ回路８の測定時出力電圧ｅ及びリード線３の測定時電圧ｅr のデータを記憶回路３０から読み込む。
【０１２７】
そして、読み込んだ上記の各データの値を用いて、前記式（１７）の演算を行うことで、ひずみεを求める。
【０１２８】
尚、制御回路２９は、求めたひずみεの値を表示回路３１を介して表示器３３に表示させる。
【０１２９】
かかる本実施形態のひずみ測定装置においても、前記第１の実施形態と同様に、リード線２，３のそれぞれの抵抗値ｒの大きさや、その経時的な変化によらずに精度のよいひずみεの測定値を自動的に効率よく行うことができる。
【０１３０】
また、式（１７）の演算を行うために必要なブリッジ回路８の初期出力電圧ｅ0 や、リード線３の初期電圧ｅr0、ブリッジ回路８の測定時出力電圧ｅ、リード線３の測定時電圧ｅr は、スイッチ回路２４のスイッチ素子２０〜２３の切換制御だけで、共通の増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して検出することができるので、それらの検出のための回路構成を簡単で安価なものとすることができる。
【０１３１】
さらに、式（１７）の演算を行うために必要なリード線３の初期電圧ｅr0や、測定時電圧ｅr は、ひずみゲージ１に結線されているサブリード線４を介して検出するので、ひずみゲージ１に新たなリード線を結線したりする必要がないと共に、ひずみ測定装置１０は、１ゲージ３線法による従来のひずみ測定装置の回路構成の僅かな変更と演算処理プログラムの変更とを行うだけで構築することができる。特に、本実施形態では、ブリッジ回路８の電源電圧を２［Ｖ］とし、抵抗体６，７の抵抗値Ｒ3 ，Ｒ4 を同一としているため、従来のひずみ測定装置の構成の多くを流用したひずみ測定装置１０の構築が容易である。この結果、本実施形態のひずみ測定装置１０を簡素で安価なものとすることができる。
【０１３２】
次に、本発明の第３の実施形態を図５及び図６を参照して説明する。図５は本実施形態のひずみ測定システムのシステム構成図、図６は図５のシステムの要部の処理を示すフローチャートである。
【０１３３】
図５を参照して、本実施形態のひずみ測定システムは、前記図２に示したひずみ測定装置１０（より詳しくは前記第１の実施形態で説明したもの）と、パーソナルコンピュータ３６（以下、パソコン３６という）とにより構成したものであり、パソコン３６は、ひずみ測定装置１０のコントロールユニット１５と通信可能なように、該コントロールユニット１５の前記インターフェース回路３３（図２参照）に通信ケーブル３７を介して接続される。尚、パソコン３６としては、通常的なパソコンの他、所謂ワークステーションを使用してもよい。
【０１３４】
この場合、ひずみ測定装置１０のコントロールユニット１５の制御回路２９（図２参照）は、前記第１の実施形態で説明したように記憶回路３０に記憶保持されるブリッジ回路８の初期出力電圧ｅ0 、リード線３の初期電圧ｅr0、ブリッジ回路８の辺電圧Ｖ4 、並びにブリッジ回路８の測定時出力電圧ｅ及びリード線３の測定時電圧ｅr のデータを、パソコン３６との通信によって該パソコン３６に受け渡すようにしている。
【０１３５】
尚、本実施形態では、ひずみ測定装置１０においてひずみεの算出を行う必要はなく、従って、前記記憶回路３０に、前記式（１９）の演算処理のためのプログラムや、その演算処理に使用するブリッジ回路８の電源電圧Ｖ、ひずみゲージ１のゲージ率Ｋの値をあらかじめ記憶保持しておく必要はない。
【０１３６】
パソコン３６は、通常のパソコンと同様、ディスプレイ３８、キーボード３９、フロッピディスクの装填スロット４０（以下、ＦＤスロット４０）等を備えており、ひずみ測定装置１０から通信ケーブル３７を介してブリッジ回路８の初期出力電圧ｅ0 、リード線３の初期電圧ｅr0、ブリッジ回路８の辺電圧Ｖ4 、並びにブリッジ回路８の測定時出力電圧ｅ及びリード線３の測定時電圧ｅr のデータを入力可能とされている他、キーボード５６の操作によって、ブリッジ回路８の電源電圧Ｖやひずみゲージ１のゲージ率Ｋ等のデータを入力可能とされている。
【０１３７】
また、図中、４１はフロッピディスクであり、このフロッピディスク４１には、パソコン３６にひずみ測定の解析処理を行わしめるために、例えば図６のフローチャートに示すような処理を含むアプリケーションプログラムがあらかじめ記録されている。尚、本実施形態では、フロッピディスクのアプリケーションプログラムは、前述の第１の実施形態で用いた前記式（１９）の演算処理をパソコン３６に後述するように行わしめてひずみεを求めるようにしている。そして、本発明の構成に対応させると、パソコン３６は、上記アプリケーションプログラムを記録したフロッピディスク４１と併せて演算処理手段４２を構成するものである。
【０１３８】
かかるひずみ測定システムでは、前記第１の実施形態で説明したひずみ測定装置１０を用いた測定処理、すなわち、ひずみ測定の開始時におけるブリッジ回路８の初期出力電圧ｅ0 、リード線３の初期電圧ｅr0、ブリッジ回路８の辺電圧Ｖ4 の検出及びその記憶保持、並びにひずみ測定時におけるブリッジ回路８の測定時出力電圧ｅ、リード線３の測定時電圧ｅr の検出及びその記憶保持の終了後に、ひずみ測定装置１０を通信ケーブル３７を介してパソコン３６に接続する。そして、前記フロッピディスク４１をパソコン３６のＦＤスロット４０に装填して、該フロッピディスク４１のアプリケーションプログラムを起動する。
【０１３９】
このとき、該アプリケーションプログラムは、パソコン３６に次のような処理を行わしめる。
【０１４０】
すなわち図６を参照して、該アプリケーションプログラムは、パソコン３６に、ひずみゲージ１のゲージ率Ｋ及びブリッジ回路８の電源電圧Ｖのデータの入力要求をディスプレイ３８上で行わしめる（ＳＴＥＰ１）。
【０１４１】
この入力要求に応じて上記のデータがキーボード３９を介して入力されると、次に、上記アプリケーションプログラムは、ひずみ測定装置１０の記憶回路３０に記憶されている初期出力電圧ｅ0 、初期電圧ｅr0、及び辺電圧Ｖ4 のデータを通信ケーブル３７を介してパソコン３６に取り込ませる（ＳＴＥＰ２）。
【０１４２】
さらに、該アプリケーションプログラムは、ブリッジ回路８の測定時出力電圧ｅ及びリード線３の測定時電圧ｅr の組からなるデータ（この場合、この組データは、ひずみ測定装置１０によるひずみ測定の処理を行った回数分の個数の時系列データである）を記憶回路３０からパソコン３６に取り込ませる（ＳＴＥＰ３）。
【０１４３】
そして、該アプリケーションプログラムは、ＳＴＥＰ１でパソコン３６に入力されたデータと、ＳＴＥＰ２，３でパソコン３６に取り込まれたデータとから、前記式（１９）の演算処理をパソコン３６に行わしめることで、測定時出力電圧ｅ及び測定時電圧ｅr の各組のデータに対応するひずみεを算出させる（ＳＴＥＰ４）。
【０１４４】
その後は、該アプリケーションプログラムは、算出したひずみεのデータの所定の解析処理や、ディスプレイ３８への表示処理等をパソコン３６に行わしめる。
【０１４５】
かかる本実施形態のひずみ測定装置においては、前記第１の実施形態と同様の効果を奏することができる他、前述のような演算処理をパソコン３６に行わしめるためのアプリケーションプログラムを携帯自在なフロッピディスク４１に記録しておくことで、パソコン３６を使用したひずみ測定の汎用性を高めることができる。
【０１４６】
尚、本実施形態では、前記のアプリケーションプログラムをフロッピディスク４１に記録しておくようにしたが、パソコン３６がアクセス可能なものであれば、ＣＤ−ＲＯＭ等の他の記録媒体にアプリケーションプログラムを記録しておくようにしてもよい。
【０１４７】
また、本実施形態では、ひずみ測定装置１０からパソコン３６への初期出力電圧ｅ0 等のデータの受け渡しを通信によって行うようにしたが、ひずみ測定装置１０側で、パソコン３６に受け渡すべきデータをフロッピディスク等の記録媒体に記録しておくことができるようにし、その記録媒体を介して該データをパソコン３６に受け渡すようにしてもよい。
【０１４８】
さらに、ひずみ測定装置１０側でブリッジ回路８の抵抗体６を有する辺の電圧Ｖ3 を検出して、その検出データをパソコン３６に受け渡すような場合には、式（１８）あるいは式（２０）の演算処理によってひずみεを求めるようにしてもよい。
【０１４９】
また、前述した第１〜第３の各実施形態では、抵抗体６，７の抵抗値Ｒ3 ，Ｒ4 を直接的には使用しない式（１９）あるいは式（１７）の演算処理によりひずみεを求めるようにしたが、第１あるいは第２の実施形態でひずみ測定装置１０の記憶回路３０に抵抗体６，７の抵抗値Ｒ3 ，Ｒ4 をあらかじめ記憶保持させたり、第３の実施形態でそれらの抵抗値Ｒ3 ，Ｒ4 をパソコン３６に入力するようにした場合には、前記式（１６）の演算処理によってひずみεを求めるようにしてもよい。この場合、記憶回路３０に記憶保持させ、あるいはパソコン３６に入力する抵抗値Ｒ3 ，Ｒ4 は、それらのあらかじめ実測してなる抵抗値を用いればよい。あるいは、抵抗体６，７が高精度な抵抗値を有するものである場合には、それらの公称抵抗値を用いてもよい。
【０１５０】
また、前述の各実施形態では、単一のひずみゲージ１を物体に貼着してひずみεの単点測定を行うものを示したが、物体の複数箇所もしくは複数の物体（以下、これらを測定点と称する）についての多点ひずみ測定を行う場合にも、本発明を適用することができる。この場合には、例えば各測定点に貼着するひずみゲージ１を測定ユニット１４の抵抗体５，６，７の抵抗回路等に適宜のスイッチ素子を介して切換自在に接続しておき、その切換接続を行うことで、各測定点毎にブリッジ回路８を構成させる。そして、各測定点毎に、前述した各実施形態の場合と同様に、ひずみ測定の開始タイミングにおいて、ブリッジ回路８の初期出力電圧ｅ0 やリード線３の初期電圧ｅr0を検出しておく。さらに、前記式（１９）の演算を用いる場合には、ブリッジ回路８の辺電圧Ｖ4 （これは、各測定点について共通である）を検出しておく。そして、これらの検出データと、各測定点毎のひずみ測定時におけるブリッジ回路８の測定時出力電圧ｅ及びリード線３の測定時電圧ｅr の検出データとを用いて、制御回路２９やパソコン３６によって前述の各実施形態と同様の演算処理を行うことで、各測定点毎にひずみεを求めるようにすればよい。
【０１５１】
また、前述の各実施形態では、本来の意味でのひずみεを測定するものを示したが、このひずみεに測定対象の物体のヤング率Ｅを乗算することで、物体の応力測定を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】１ゲージ３線法によるひずみ測定手法を説明するための回路図。
【図２】本発明のひずみ測定システムの第１の実施形態としてのひずみ測定装置の回路構成図。
【図３】図２のひずみ測定装置による演算処理を示すフローチャート。
【図４】本発明の第２の実施形態を説明するためのフローチャート。
【図５】本発明の第３の実施形態のひずみ測定システムのシステム構成図。
【図６】図５のシステムの要部の演算処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…ひずみゲージ、２，３…リード線、４…サブリード線、５，６，７…抵抗体、８…ブリッジ回路、１０…ひずみ測定装置、２９…制御回路（演算処理手段）、３５…電圧検出手段（ブリッジ出力検出手段、リード線電圧検出手段、辺電圧検出手段）、４２…演算処理手段。
【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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