JP2000055609A - ひずみ測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】物体のひずみ測定を、該物体に貼着するひずみ
ゲージの交換後であっても精度よく行うことができるひ
ずみ測定方法を提供する。 【解決手段】交換前のひずみゲージ１ａを含むブリッジ
回路１６の出力電圧ｅに基づき最後に把握された物体の
ひずみε₁ と、交換後のひずみゲージ１ｂを含むブリッ
ジ回路１６の出力電圧ｅに基づき把握される交換時点か
らの物体のひずみΔε₂ とから次式の演算により求まる
値ε₂ をひずみ測定の開始時からの物体のひずみε₂ と
して測定する。 【数１】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ひずみゲージを用
いたひずみ測定方法に関する。

【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、このひずみゲージを含む適宜の
回路（以下、ここでは測定回路と称する）により該ひず
みゲージの抵抗値に応じた測定信号を生成し、該測定信
号に基づき物体のひずみ（＝ひずみゲージのひずみ）を
把握する手法が従来より知られている。

【０００３】この場合、上記測定回路としては、通常、
前記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（詳しくはホイート
ストンブリッジ回路）が一般的に用いられている。

【０００４】尚、本明細書では、「ひずみ」はより正確
には、物体の圧縮又は引っ張り方向でのひずみ（圧縮ひ
ずみ又は引っ張りひずみ）を意味するものとする。

【０００５】ところで、物体に生じるひずみを測定しよ
うとする場合、一般に、そのひずみが、測定開始時点か
ら経時的にどのような変化を呈するかを観測することが
重要となる。そして、この場合、測定開始時点から物体
に生じるひずみがさほど大きくならないような場合に
は、測定開始時点で物体に貼着したひずみゲージをその
まま用いて、ひずみ測定を連続的もしくは断続的に継続
することができる。

【０００６】しかるに、物体に生じるひずみが大きなも
のとなるような場合のひずみ測定（大ひずみ測定）で
は、物体のひずみに伴うひずみゲージ自体のひずみが、
該ひずみゲージの耐久限界を超えて、該ひずみゲージが
破損してしまう虞れがある。

【０００７】このため、このようなひずみ測定では、把
握されるひずみがある程度大きくなったら、物体に貼着
するひずみゲージを新たなものに交換してひずみ測定を
継続するようにしている。

【０００８】また、上記のような大ひずみ測定とならな
い場合であっても、物体に貼着したひずみゲージが、こ
れになんらかの異物がぶつかる等して破損した場合に
は、該ひずみゲージを新たなものと交換してひずみ測定
を継続することが行われる。

【０００９】この場合、新たなひずみゲージを物体に貼
着したときには、該ひずみゲージは無ひずみ状態である
から、交換後のひずみゲージを用いて測定されるひずみ
は、その交換時点からのひずみである。

【００１０】そして、従来は、交換前のひずみゲージを
用いて最後に把握されたひずみに、交換後のひずみゲー
ジを用いて把握されるひずみを加算したものが物体のひ
ずみ測定の開始時点からのひずみであると考え、ひずみ
ゲージの交換後には、上記の加算演算を演算を行うこと
で、ひずみ測定の開始時点からの物体のひずみを把握す
るようにしていた。

【００１１】すなわち、従来は、交換前のひずみゲージ
を用いて最後に把握されたひずみをε₁ 、交換後のひず
みゲージを用いて所望のタイミングで把握されるひずみ
をΔε₂ としたとき、ひずみゲージの交換後には、次式
（２）の加算演算により求まる値εを、物体のひずみ測
定の開始時点からのひずみεとして把握する。

【００１２】

【数２】

【００１３】しかしながら、本願発明者等の検討によっ
て、このような演算では、実際には、物体のひずみ測定
の開始時点からのひずみεを精度よく把握することはで
きないことが判明した。

【００１４】

【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、物体のひずみ測定を、該物体に貼着するひずみゲ
ージの交換後であっても精度よく行うことができるひず
み測定方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願発明者等は、物体に
貼着するひずにゲージを測定途中で交換する場合につい
て、詳細に検討した結果、次のことを知見した。

【００１６】例えば長さＬ₀ の物体に生じるひずみを測
定すべく該物体に無ひずみ状態のひずみゲージを貼着し
た場合を想定する。このとき、該物体が、その長さ方向
に圧縮又は引っ張り荷重を受けて、その長さがΔＬ₁ だ
け変化したとすると、該物体のひずみε₁ は、次式
（３）に示すように物体の長さの当初の長さＬ₀ （ひず
み測定の開始時点の物体の長さＬ₀ ）に対する変化分Δ
Ｌ₁ の比として定義される。

【００１７】

【数３】

【００１８】尚、このひずみε₁ と、長さＬ₀ の状態で
物体に貼着したひずみゲージの抵抗値との間には、次式
（４）の関係式が成立する。

【００１９】

【数４】

【００２０】ここで、式（４）において、Ｋはひずみゲ
ージのゲージ率、Ｒ₀ はひずみゲージの無ひずみ状態で
の抵抗値（ひずみゲージの公称抵抗値）、ΔＲは物体の
長さの変化分ΔＬ₁ に応じたひずみゲージの抵抗値の変
化分である。

【００２１】ひずみゲージを用いたひずみ測定では、上
記の抵抗値変化分ΔＲに相当する測定信号を該ひずみゲ
ージを含む回路によって生成する。そして、その測定信
号から上記（４）の関係式を基礎として、ひずみε₁ を
測定する。

【００２２】次に、上記のように物体の長さがＬ₀ から
ΔＬ₁ だけ変化した状態で、物体に貼着するひずみゲー
ジを新たなものに交換したとする。つまり、物体の長さ
が（Ｌ₀ ＋ΔＬ₁ ）の状態で、先に物体に貼着していた
ひずみゲージを剥がし、それと同じ箇所に無ひずみ状態
の新たなひずみゲージを貼着したとする。そして、この
ひずみゲージの交換後に物体の長さがさらにΔＬ₂ だけ
変化したとすると、物体の長さの当初の長さＬ₀ からの
変化分は（ΔＬ₁ ＋ΔＬ₂ ）であるから、この状態にお
ける物体のひずみ測定の開始時点からのひずみは、これ
をε₂ とおくと、次式（５）により表される。

【００２３】

【数５】

【００２４】また、交換後の新たなひずみゲージは、物
体の長さが（Ｌ₀ ＋ΔＬ₁ ）の状態において無ひずみ状
態で貼着されたものであるから、その新たなひずみゲー
ジを用いて、交換前のひずみゲージの場合と同様に測定
されるひずみは、これをΔε ₂ とおくと、次式（６）に
より表される。

【００２５】

【数６】

【００２６】すなわち、ひずみゲージの交換後に新たな
ひずみゲージを用いて測定されるひずみΔε₂ は、その
交換時点（新たなひずみゲージの貼着時点）における物
体の長さ（Ｌ₀ ＋ΔＬ₁ ）に対する、該交換時点からの
物体の長さの変化分ΔＬ₂ の比である。

【００２７】このことからひずみ測定途中でひずみゲー
ジを交換した場合には、従来のように、交換前のひずみ
ゲージを用いて最後に把握された物体のひずみ（これ
は、式（３）により表されるひずみε₁ に相当する）
に、交換後のひずみゲージを用いて把握される物体のひ
ずみ（これは式（６）により表されるひずみΔε₂ に相
当する）を前記式（２）のように加算しても、測定開始
時点からの物体のひずみε ₂ を正しく把握することはで
きないことが判る。実際、式（３）により表されるひず
みε₁ に、式（６）により表されるひずみΔε₂ を加算
しても、式（５）により表される本来の測定すべきひず
みε₂ を得ることはできない。

【００２８】一方、前記式（６）によって、ΔＬ₂ ＝Δ
ε₂ ・（Ｌ₀ ＋ΔＬ₁ ）であるから、これを式（５）に
代入して整理すると、次式（７）が得られる。

【００２９】

【数７】

【００３０】そして、この式（７）において、（ΔＬ₁
／Ｌ₀ ）は、式（３）に示したように、物体の長さが
（Ｌ₀ ＋ΔＬ₁ ）の状態でのひずみε₁ であり、このひ
ずみε ₁ は、交換前のひずみゲージを用いて最後（交換
の直前）に把握されるひずみである。

【００３１】従って、ひずみゲージの交換後には、物体
のひずみ測定の開始時点からのひずみε₂ は、次式
（８）によって正しく求めることができる。

【００３２】

【数８】

【００３３】これが本発明によるひずみ測定の原理であ
る。

【００３４】そこで、本発明のひずみ測定方法は、前記
の目的を達成するために、物体の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したひずみゲージを含
む回路により該ひずみゲージの抵抗値に応じた測定信号
を生成し、その測定信号に基づき前記物体のひずみを測
定するひずみ測定方法において、その測定途中で前記ひ
ずみゲージを新たなひずみゲージに交換したときに、該
ひずみゲージの交換後にひずみ測定の開始時からの物体
のひずみを測定するための方法であって、前記交換前の
ひずみゲージを含む回路の測定信号に基づき最後に把握
された前記物体のひずみε₁ と、前記交換後のひずみゲ
ージを含む回路の測定信号に基づき把握される該交換時
点からの前記物体のひずみΔε₂ とから前記の式（８）
の演算により求まる値ε₂ をひずみ測定の開始時点から
の前記物体のひずみε₂ として測定することを特徴とす
る。

【００３５】かかる発明によれば、式（８）の演算によ
り求まる値ε₂ をひずみ測定の開始時点からの前記物体
のひずみε₂ として測定することで、測定途中でひずみ
ゲージを交換した場合に、その交換後も、ひずみ測定の
開始時点からの物体のひずみε₂ を精度よく測定するこ
とができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を図１乃至図
３を参照して説明する。図１は本発明の実施形態を適用
するひずみ測定装置の回路構成図、図２は図１の装置の
要部の回路構成図、図３は図１の装置の作動を説明する
ためのフローチャートである。

【００３７】図１を参照して、本実施形態のひずみ測定
装置１０は、所謂１ゲージ３線法によるひずみ測定（よ
り詳しくは圧縮・引張ひずみの測定）を行うものであ
り、物体に貼着するひずみゲージ１ａの両端にあらかじ
め結線された一対のリード線２ａ，３ａをそれぞれ接続
する接続端子１１，１２と、ひずみゲージ１ａのリード
線３ａ側の一端に該リード線３ａと共に結線されたサブ
リード線４ａを接続する接続端子１３とが備えられてい
る。

【００３８】尚、図中、参照符号１ｂを付したものは、
後述する測定途中でひずみゲージ１ａに代えてひずみ測
定装置１０に接続するひずみゲージであり、このひずみ
ゲージ１ｂにも、ひずみゲージ１ａと同様に接続端子１
１〜１３に接続するための三本のリード線２ｂ，３ｂ，
４ｂが結線されている。以下の説明においては、ひずみ
ゲージ１ａ，１ｂを特に区別する必要がないときは、そ
れらをひずみゲージ１と総称し、また、これと同様に、
リード線２ａ，２ｂをリード線２、リード線３ａ，３ｂ
をリード線２、サブリード線４ａ，４ｂをサブリード線
４と総称する。

【００３９】上記ひずみ測定装置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１
５とから構成されている。

【００４０】測定ユニット１４は、ひずみゲージ１と併
せて図２に示すブリッジ回路（ホイートストンブリッジ
回路）１６を構成するための抵抗体１７，１８，１９を
内蔵している。

【００４１】これらの抵抗体１７，１８，１９は例えば
固定抵抗値の抵抗素子により構成されたもので、ひずみ
ゲージ１のリード線２，３をそれぞれ接続端子１１，１
２に接続したとき、ひずみゲージ１を一辺に有し、且つ
残りの三辺に抵抗体１７，１８，１９を有するブリッジ
回路１６が構成されるように、図示しない回路基盤に形
成された回路パターンを介して相互に接続されていると
共に、前記接続端子１１，１２に接続されている。

【００４２】上記ブリッジ回路１６は、ひずみゲージ１
の抵抗値に応じた測定信号を生成するものであり、該ブ
リッジ回路１６の一対の電源入力部Ｉ₁ ，Ｉ₂ 間に電源
電圧Ｖ（一定電圧）を付与したとき、該ブリッジ回路１
６の一対の出力部Ｏ₁ ，Ｏ₂間に、ひずみゲージ１の抵
抗値に応じた出力電圧ｅ（測定信号）を生成する。

【００４３】ここで、ブリッジ回路１６の一対の電源入
力部Ｉ₁ ，Ｉ₂ は図２に示す如く、ひずみゲージ１のリ
ード線２と抵抗体１８との接続部位もしくはこれと同電
位の部分、並びに、抵抗体１７と抵抗体１９との接続部
位もしくはこれと同電位の部分である。また、ブリッジ
回路１６の一対の出力部Ｏ₁ ，Ｏ₂ は、前記リード線３
及びサブリード線４を結線したひずみゲージ１の一端、
並びに、前記抵抗体１７と抵抗体１８との接続部位もし
くはこれと同電位の部分である。

【００４４】尚、抵抗体１７，１８，１９のそれぞれの
抵抗値Ｒ₂ 〜Ｒ₄ は、通常は、ブリッジ回路１６に組み
込まれるひずみゲージ１の無ひずみ状態においてブリッ
ジ回路１６が平衡する（出力電圧ｅが「０」もしくは微
小なものとなる）ように、測定器に接続すべきひずみゲ
ージの無ひずみ状態における基準抵抗値（公称抵抗値）
に等しいものとされる。但し、本実施形態では、ひずみ
測定に際して検出可能な出力電圧ｅをブリッジ回路１６
が生成し得るものであれば、抵抗体１７，１８，１９の
それぞれの抵抗値Ｒ₂ 〜Ｒ₄ は、必ずしも上記のように
設定しておく必要はない。

【００４５】また、測定ユニット１４には、ブリッジ回
路１６の電源電圧Ｖを外部から入力するための一対の電
源入力端子２０，２１と、ブリッジ回路１６の一対の出
力部Ｏ₁ ，Ｏ₂ に生成される出力電圧ｅ、及びブリッジ
回路１６の抵抗体１９を有する辺に生じる電圧Ｖ₄ のい
ずれかを外部に出力するための一対の出力端子２２，２
３とが備えられている。

【００４６】そして、電源入力端子２０，２１は、それ
ぞれブリッジ回路１６の電源入力部Ｉ₁ ，Ｉ₂ に接続さ
れ、出力端子２２，２３はそれぞれブリッジ回路１６の
出力端子Ｏ₁ ，Ｏ₂ に接続されている。

【００４７】コントロールユニット１５は、前記測定ユ
ニット１４の一対の電源入力端子２０，２１に接続され
て、該電源入力端子２０，２１を介してブリッジ回路１
６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２４と、測定ユニッ
ト１４の一対の出力端子２２，２３に接続されて、該出
力端子２２，２３間に発生するブリッジ回路１６の出力
電圧ｅを増幅する増幅回路２５と、この増幅回路２５の
出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路２６と、後述の各
種データ処理や制御処理を行う制御回路２７と、後述の
各種データや制御回路２７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２８と、制御回路２７によ
り表示回路２９を介して駆動され、ひずみ測定値等を表
示する表示器３０と、制御回路２７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３１と、コントロールユニット１５全体
の電源電圧を商用電源等から生成する主電源回路３２と
を備えている。尚、制御回路２７はマイクロプロセッサ
等により構成され、また、記憶回路２８は、ＲＯＭ，Ｒ
ＡＭ，ＥＥＰＲＯＭ等により構成されたものである。ま
た、コントロールユニット１５の電源として電池を使用
するようにしてもよい。

【００４８】この場合、本実施形態のひずみ測定装置１
０では、コントロールユニット２４の制御回路２７は、
後述の如く検出されるブリッジ回路１６の出力電圧ｅの
データ等から例えば次式（９）の演算を行うことで、ひ
ずみゲージ１を貼着する物体のひずみε（より正確には
ひずみゲージ１を物体に貼着した時点からのひずみ）を
求めるようにしている。

【００４９】

【数９】

【００５０】ここで、この式（９）において、Ｖは前述
の通りブリッジ回路１６の電源電圧であり、Ｋはひずみ
ゲージ１のゲージ率、Ｒ₀ はひずみゲージ１の無ひずみ
状態における基準抵抗値（ひずみゲージ１の公称抵抗
値）である。また、Ｒ₃ ，Ｒ₄はそれぞれ抵抗体１８，
１９の抵抗値である。また、ｒはブリッジ回路１６にお
けるひずみゲージ１と同じ辺に組み込まれるリード線の
抵抗値であり、これは、本実施形態の１ゲージ３線法に
よる測定ではリード線２の抵抗値ｒ₁ である。

【００５１】また、ｅ₀ はブリッジ回路１６に組み込ま
れるひずみゲージ１の無ひずみ状態において該ブリッジ
回路１６に電源電圧Ｖを付与したときに該ブリッジ回路
１６が出力部Ｏ₁ ，Ｏ₂ 間に生成する出力電圧（以下、
これを初期不平衡出力電圧ｅ ₀ という）である。さら
に、ｅはひずみゲージ１を測定対象の物体に貼着した状
態でブリッジ回路１６に電源電圧Ｖを付与したとき（ひ
ずみ測定時）にブリッジ回路１６が出力部Ｏ₁ ，Ｏ₂ 間
に生成する出力電圧である。

【００５２】尚、上記式（９）に基づくひずみの測定手
法は、本願出願人が先に特願平９−３４１７１５号にて
提案した技術であり、その詳細についてはここでは説明
を省略するが、式（９）の右辺の大括弧内の演算項は、
ブリッジ回路１６の初期不平衡出力電圧ｅ₀ が比較的大
きい場合に、その影響を排除して、ひずみ測定時のブリ
ッジ回路１６の出力電圧ｅからひずみを把握するための
演算項である。そして、この大括弧内の演算結果に乗算
する（Ｒ₀ ＋ｒ）／Ｒ₀ の項は、ひずみゲージ１のリー
ド線２，３の抵抗値が比較的大きい場合に、その影響を
排除すべく大括弧内の演算結果を補正するための項であ
る。

【００５３】さらに、本実施形態のひずみ測定装置１０
では、コントロールユニット２４の制御回路２７は、後
述の如く測定途中でひずみゲージ１を新たなものに交換
した場合にあっては、その交換後には、交換前のひずみ
ゲージ１を用いたブリッジ回路１６の出力電圧ｅから前
記式（９）に基づき最後（交換の直前）に把握されるひ
ずみε（これに参照符号ε₁ を付する）と、交換後のひ
ずみゲージ１を用いたブリッジ回路１６の出力電圧ｅか
ら前記式（９）に基づき把握されるひずみε（これに参
照符号Δε₂ を付する）とから前記式（８）の演算を行
うことで、物体のひずみ測定の開始時（交換前のひずみ
ゲージ１を物体に貼着してひずみ測定を開始した時）か
らの物体のひずみε₂ を求めるようにしている。

【００５４】そして、コントロールユニット１５の記憶
回路２８には、上記のような演算処理を制御回路２７に
実行させるために図３のフローチャートに示すような処
理手順があらかじめプログラムされている。さらに、該
記憶回路２８には、ブリッジ回路１６の電源電圧Ｖ、抵
抗体１８，１９の抵抗値Ｒ₃ ，Ｒ₄ 等のデータがあらか
じめ記憶保持されている。

【００５５】次に、本実施形態のひずみ測定装置１０に
よるひずみ測定の作動を具体的に説明する。

【００５６】本実施形態のひずみ測定装置１０では、物
体のひずみ測定に先立って、次の処理が行われる。

【００５７】本実施形態のひずみ測定装置１０では、例
えばひずみゲージ１ａを用いてひずみ測定を開始すると
した場合、そのひずみ測定に先立って、あらかじめ、ひ
ずみゲージ１ａのゲージ率Ｋ（以下、これに参照符号Ｋ
ａを付する）の値及び基準抵抗値Ｒ₀ （以下、これに参
照符号Ｒ_0aを付する）と、ひずみゲージ１ａのリード線
２ａの抵抗値ｒ₁ （以下、これに参照符号ｒ_1aを付す
る）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３１及び制御回路２７を
介して記憶回路２８に入力され、該記憶回路２８に記憶
保持される。

【００５８】この場合、記憶回路２８に記憶保持させる
ひずみゲージ１ａのゲージ率Ｋａの値は、例えばその公
称値を使用する。また、ひずみゲージ１ａの基準抵抗値
Ｒ_0aは、その公称値や、該ひずみゲージ１ａについてあ
らかじめ実測してなる基準抵抗値を使用する。さらに、
リード線２ａの抵抗値ｒ₂ は、あらかじめ実測した抵抗
値、あるいは、リード線２ａの材質や長さ、太さ等から
求めた値を用いる。

【００５９】尚、ひずみ測定装置１０に使用すべきひず
みゲージ１のゲージ率Ｋや基準抵抗値Ｒ₀ があらかじめ
定められている場合には、それらのゲージ率Ｋや基準抵
抗値Ｒ₀ の値は、前記電源電圧Ｖや抵抗体１８，１９の
抵抗値Ｒ₃ ，Ｒ₄ 等と共に、ひずみ測定装置１０の製造
段階で記憶回路２８のＲＯＭに記憶保持させておくよう
にしてもよい。

【００６０】次いで、ひずみゲージ１ａを物体に貼着せ
ずに（ひずみゲージ１ａの無ひずみ状態で）、ひずみ測
定装置１０の接続端子１１〜１３にリード線２ａ〜４ａ
を介して接続してブリッジ回路１６を構成した後、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。

【００６１】このとき、コントロールユニット１５の制
御回路２７は、まず、ブリッジ電源回路２４を起動し
て、該ブリッジ電源回路２４からブリッジ回路１６の電
源入力部Ｉ₁ ，Ｉ₂ に電源入力端子２０，２１を介して
電源電圧Ｖを付与させる。

【００６２】この状態において、制御回路２７は、ブリ
ッジ回路１６の出力部Ｏ₁ ，Ｏ₂ 間に発生する出力電圧
ｅを前記出力端子２２，２３を介して増幅回路２５に入
力させる。そして、制御回路２７は、この時、ブリッジ
回路１６が生成した出力電圧ｅを、増幅回路２５及びＡ
／Ｄ変換回路２６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の値をブリッジ回路１６
の前記初期不平衡出力電圧ｅ₀ （以下、これに参照符号
ｅ_0aを付する）として記憶回路２８に記憶保持させる。

【００６３】次に、測定対象の物体（図示しない）のひ
ずみ測定を開始すべくひずみゲージ１ａを該物体に貼着
した後、制御回路２７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を行う。

【００６４】制御回路２７は、ひずみ測定を行うタイミ
ング（ひずみ測定時）において、前記初期不平衡出力電
圧ｅ_0aを検出した場合と同様にして、ブリッジ電源回路
２４からブリッジ回路１６の電源入力部Ｉ₁ ，Ｉ₂ に電
源電圧Ｖを付与せしめ、このときブリッジ回路１６が出
力部Ｏ₁ ，Ｏ₂ 間に生成する出力電圧ｅ（以下、これに
参照符号ｅ_a を付する）を増幅回路２５に入力させる。
そして、制御回路２７は、この増幅回路２５に入力され
る出力電圧ｅ_a の値を、該増幅回路２５及びＡ／Ｄ変換
回路２６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_a の値を記憶回路２８に記憶保持
させる。

【００６５】そして、制御回路２７は、記憶回路２８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、物体のひずみε（測定開始時からのひ
ずみ）を求める。

【００６６】すなわち、制御回路２７は、まず、ひずみ
ゲージ１の交換が行われたことを示す後述のゲージ交換
データが記憶回路２８に記憶保持されているか否かを判
断する（ＳＴＥＰ１）。

【００６７】このとき、ひずみゲージ１の交換は未だ行
われていないので、ゲージ交換データが記憶回路２８に
記憶保持されていることはなく、この場合には、ＳＴＥ
Ｐ２に進む。

【００６８】ＳＴＥＰ２では、制御回路２７は、前述の
如く記憶回路２８に記憶保持された、ブリッジ回路１６
の電源電圧Ｖ、抵抗体１８，１９の抵抗値Ｒ₃ ，Ｒ₄ 、
ひずみゲージ１ａのゲージ率Ｋａ及び基準抵抗値Ｒ_0a、
リード線２ａの抵抗値ｒ_1a、ブリッジ回路１６の初期不
平衡出力電圧ｅ_0a及びひずみ測定時のブリッジ回路７の
出力電圧ｅ_a のデータを記憶回路２８から読み込む。

【００６９】そして、読み込んだ上記の各データの値を
用いて、前記式（９）の演算を行うことで、ひずみεを
求める（ＳＴＥＰ３）。この場合において、式（９）中
のＫ、ｅ₀ 、ｅ、Ｒ₀ 、ｒ は、それぞれ、図に示す如
くＫａ、ｅ_0a、ｅ_a 、Ｒ_0a、ｒ_1aに置き換える。

【００７０】このようにしてひずみεを求めた制御回路
２７は、そのひずみεの値を表示回路２９を介して表示
器３０に表示させると共に、記憶回路２８に記憶保持さ
せる（ＳＴＥＰ４）。

【００７１】このような処理がひずみ測定を行う適宜の
タイミングで繰り返され、その時々のひずみεの値のデ
ータが記憶回路２８に時系列的に記憶保持されていく。
尚、ひずみεの値のデータの記録は、ハードディスクや
フロッピディスク等に行うようにしてもよい。

【００７２】このようなひずみゲージ１ａを用いたひず
み測定中において、例えば上記のように得られたひずみ
εが、ひずみゲージ１ａの耐久限界に近い大きなものと
なった場合や、なんらかの原因でひずみゲージ１ａが破
損した場合には、ひずみゲージ１ａを新たなひずみゲー
ジ１ｂに交換して測定を継続する。

【００７３】この場合、ひずみゲージ１ａの交換に先立
って、まず、次の処理が行われる。

【００７４】すなわち、まず、新たなひずみゲージ１ｂ
のゲージ率Ｋ（以下、これに参照符号Ｋｂを付する）の
値及び基準抵抗値Ｒ₀ （以下、これに参照符号Ｒ_0bを付
する）と、ひずみゲージ１ｂのリード線２ｂの抵抗値ｒ
₂ （以下、これに参照符号ｒ _2bを付する）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３１及び制御回路２７を介して記憶回路２
８に入力され、該記憶回路２８に記憶保持される。

【００７５】尚、新たなひずみゲージ１ｂがひずみゲー
ジ１ａと同一特性のものである場合には、ひずみゲージ
１ｂのゲージ率Ｋｂや基準抵抗値Ｒ_0bは、既に記憶回路
２８に記憶されているひずみゲージ１ａのゲージ率Ｋａ
や基準抵抗値Ｒ_0aと等しいので、該ゲージ率Ｋｂや基準
抵抗値Ｒ_0bの入力処理を省略してもよい。さらに、新た
なひずみゲージ１ｂのリード線２ｂの長さや線種がひず
みゲージ１ａのリード線２ａの長さや線種と等しい場合
には、ひずみゲージ１ｂのリード線２ｂの抵抗値ｒ
_1bは、既に記憶回路２８に記憶されているひずみゲージ
１ａのリード線２ａの抵抗値ｒ_1aと等しいので、該抵抗
値ｒ_1bの入力処理も省略してもよい。

【００７６】次いで、ひずみゲージ１ａのリード線２ａ
〜４ａをひずみ測定装置１０から取り外すと共に、新た
なひずみゲージ１ｂを物体に貼着せずに（ひずみゲージ
１ｂの無ひずみ状態で）、ひずみ測定装置１０の接続端
子１１〜１３にリード線２ｂ〜４ｂを介して接続してブ
リッジ回路１６を構成した後、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。

【００７７】このとき、コントロールユニット１５の制
御回路２７は、ひずみゲージ１ａに係わる初期不平衡出
力電圧ｅ_0aの検出の場合と同様にして、ブリッジ電源回
路２４からブリッジ回路１６の電源入力部Ｉ₁ ，Ｉ₂ に
電源電圧Ｖを付与させる。さらにこの状態において、制
御回路２７は、ブリッジ回路１６の出力電圧ｅを前記増
幅回路２５及びＡ／Ｄ変換回路２６を介して認識し、そ
の認識した出力電圧ｅの値をブリッジ回路１６の前記初
期不平衡出力電圧ｅ₀ （以下、これに参照符号ｅ_0bを付
する）として記憶回路２８に記憶保持させる。

【００７８】尚、ひずみゲージ１ａ，１ｂの基準抵抗値
Ｒ_0a，Ｒ_0bが共に等しく、且つリード線２ａ，３ａのそ
れぞれの抵抗値とリード線２ｂ，３ｂのそれぞれの抵抗
値とが各々等しい場合には、新たなひずみゲージ１ｂに
係わるブリッジ回路１６の初期不平衡出力電圧ｅ_0bは、
基本的には、既に記憶回路２８に記憶保持されているひ
ずみゲージ１ａに係わる初期不平衡出力電圧ｅ_0aに等し
いと考えられる。従って、この場合には、新たなひずみ
ゲージ１ｂに係わるブリッジ回路１６の初期不平衡出力
電圧ｅ_0bの検出及びその記憶保持を省略してもよい。

【００７９】次に、新たなひずみゲージ１ｂを用いたひ
ずみ測定を開始すべく、物体に貼着されているひずみゲ
ージ１ａを剥がし、それと同じ箇所でひずみゲージ１ｂ
を物体に貼着することで、ひずみゲージ１を交換する。
さらに、ひずみ測定装置１０の外部の適宜の操作器等か
ら、ひずみゲージ１を交換した旨を表すゲージ交換デー
タが前記インターフェース回路３１及び制御回路２７を
介して記憶回路２８に入力され、該記憶回路２８に記憶
保持される。また、このとき、制御回路２７は、ひずみ
ゲージ１ａを用いて測定されて記憶回路２８に記憶保持
されているひずみεの時系列データのうち、最新のもの
を交換前のひずみゲージ１ａを用いて把握された最後の
ひずみε₁ のデータ、すなわち、ひずみゲージ１の交換
直前に測定されたひずみε₁ のデータとして認識してお
く。

【００８０】この後、コントロールユニット１５の制御
回路２７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を行う。

【００８１】制御回路２７は、前述したひずみゲージ１
ａを用いた測定の場合と同様にして、ひずみ測定を行う
タイミング（ひずみ測定時）において、ブリッジ電源回
路２４からブリッジ回路１６に電源電圧Ｖを付与せし
め、このときブリッジ回路１６が出力部Ｏ₁ ，Ｏ₂ 間に
生成する出力電圧ｅ（以下、これに参照符号ｅ_b を付す
る）を増幅回路２５及びＡ／Ｄ変換回路２６を介して認
識する。そして、その認識した出力電圧ｅ_b の値を記憶
回路２８に記憶保持させる。

【００８２】そして、制御回路２７は、前記図３のフロ
ーチャートの処理を行うことで、物体のひずみ（ひずみ
ゲージ１ａを用いた測定開始時からのひずみ）を求め
る。

【００８３】すなわち、制御回路２７は、まず、前記ゲ
ージ交換データが記憶回路２８に記憶保持されているか
否かを判断する（ＳＴＥＰ１）。この場合、上記のよう
に記憶回路２８には、ゲージ交換データが記憶保持され
ているので、ＳＴＥＰ５に進む。

【００８４】このＳＴＥＰ５では、制御回路２７は、前
記ＳＴＥＰ２の場合と同様、ブリッジ回路１６の電源電
圧Ｖ、抵抗体１８，１９の抵抗値Ｒ₃ ，Ｒ₄ 、ひずみゲ
ージ１ｂのゲージ率Ｋｂ及び基準抵抗値Ｒ_0b、リード線
２ｂの抵抗値ｒ_1b、ブリッジ回路１６の初期不平衡出力
電圧ｅ_0b及びひずみ測定時のブリッジ回路７の出力電圧
ｅ_b のデータを記憶回路２８から読み込む。

【００８５】そして、読み込んだ上記の各データの値を
用いて、前記式（９）の演算を行うことで、ひずみΔε
₂ を求める（ＳＴＥＰ６）。この場合において、式
（９）中のＫ、ｅ₀ 、ｅ、Ｒ₀ 、ｒ は、それぞれ、図
に示す如くＫｂ、ｅ_0b、ｅ_b 、Ｒ _0b、ｒ_1bに置き換え
る。

【００８６】このようにしてＳＴＥＰ６で求められるひ
ずみΔε₂ は、ひずみゲージ１をひずみゲージ１ａから
ひずみゲージ１ｂに交換した時点（より正確にはひずみ
ゲージ１ｂを物体に貼着した時点）を基準として、ひず
みゲージ１ｂを組み込んだブリッジ回路１６の出力電圧
ｅから把握される物体のひずみである。

【００８７】次いで、制御回路２７は、交換前のひずみ
ゲージ１ａを用いて把握された最後のひずみε₁ のデー
タ（交換直前の物体のひずみデータ）を記憶回路２８か
ら読み込んだ後（ＳＴＥＰ７）、そのひずみε₁ のデー
タと、ＳＴＥＰ６で求めたひずみΔε₂ のデータとを用
いて前記式（８）の演算を行う（ＳＴＥＰ８）。

【００８８】そして、制御回路２７は、このとき式
（８）により求められた値ε₂ を、物体のひずみ測定の
開始時（交換前のひずみゲージ１を物体に貼着してひず
み測定を開始した時）からの物体のひずみとして、表示
器３０に表示させると共に、記憶回路２８に記憶保持さ
せる（ＳＴＥＰ９）。

【００８９】このような処理がひずみゲージ１の交換後
もひずみ測定を行う適宜のタイミングで繰り返され、そ
の時々のひずみε₂ の値のデータが記憶回路２８に時系
列的に記憶保持されていく。尚、ひずみε₂ の値のデー
タの記録は、ひずみゲージ１の交換前のデータと同様、
ハードディスクやフロッピディスク等に行うようにして
もよい。

【００９０】以上、説明したようにして、ひずみゲージ
１の交換後には、交換前のひずみゲージ１ａを用いたブ
リッジ回路１６の出力電圧ｅに基づき最後に把握された
ひずみε₁ と、交換後のひずみゲージ１ｂを用いたブリ
ッジ回路１６の出力電圧ｅに基づき最後に把握されたΔ
ひずみε₁ （交換時点からの物体のひずみ）とから前記
式（８）の演算を行うことで、ひずみゲージ１の交換後
であっても、交換前の測定開始時からの物体のひずみを
精度よく継続的に測定することができる。

【００９１】特に本実施形態では、ひずみゲージ１ａを
用いたブリッジ回路１６の出力電圧ｅに基づくひずみε
₁ の把握と、ひずみゲージ１ｂを用いたブリッジ回路１
６の出力電圧ｅに基づくひずみΔε₂ の把握とは、前記
式（９）の演算を用いて行うようにしているため、各ひ
ずみゲージ１の基準抵抗値や抵抗体１６〜１８の抵抗値
のばらつき、リード線２，３の抵抗値等に起因してひず
みゲージ１の無ひずみ状態でブリッジ回路１６が生成す
る初期不平衡出力電圧ｅ₀ やリード線２，３の抵抗値の
影響を排除して精度よく行うことができる。この結果、
ひずみゲージ１の交換前はもちろん交換後においても、
物体のひずみの高精度な測定を行うことができる。

【００９２】尚、以上説明した実施形態では、ひずみゲ
ージ１の交換を一回だけ行った場合を例にとって説明し
たが、ひずみゲージを新たなものに交換する毎に、前述
の処理を繰り返せば、ひずみゲージの交換を複数回にわ
たって行う場合であっても、精度のよいひずみ測定を継
続的に行うことができる。

【００９３】また、前記実施形態では、式（９）の演算
に基づき、ひずみゲージ１の交換前のひずみε₁ と交換
後のひずみΔε₂ とを把握するようにしたが、いずれの
ひずみε₁ ，Δε₂ を把握する場合であっても、初期不
平衡出力電圧ｅ₀ が十分に微小である場合には、式
（９）の大括弧内の演算をｅ₀ ＝０（固定値）として行
うようにしてもよい。この場合において、ブリッジ回路
１６の電源電圧ＶをＶ＝２［ｖ］、ひずみゲージ１のゲ
ージ率ＫをＫ＝２とし、また、抵抗体１８，１９の抵抗
値Ｒ₃ ，Ｒ₄ をＲ₃ ＝Ｒ₄ に設定したとき、式（９）の
大括弧内の演算結果は、次式（１０）により求まる値
ε’となる。この式（１０）はひずみゲージを用いたひ
ずみ測定において、該ひずみゲージを含むブリッジ回路
の出力電圧からひずみを把握するための基本式として一
般的に用いられている式である。

【００９４】

【数１０】

【００９５】さらに、ひずみゲージ１のリード線２，３
の抵抗値が、ひずみゲージ１の基準抵抗値Ｒ₀ に対して
十分に小さい場合には、式（９）の右辺の（Ｒ₀ ＋ｒ）
／Ｒ ₀ の項を省略した演算式によりひずみε₁ ，Δε₂
を把握するようにしてもよい。

【００９６】また、本実施形態では、式（９）の演算を
行うために、抵抗体１８，１９の抵抗値Ｒ₃ ，Ｒ₄ をそ
のまま用いたが、式（９）の右辺の分母に現れるＲ₃ ／
（Ｒ ₃ ＋Ｒ₄ ）の項、Ｒ₄ ／（Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ）の項に代え
て、それらの項の値をあらかじめ求めてなる値（例えば
Ｒ₃ ＝Ｒ₄ の場合は、Ｒ₃ ／（Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ）＝Ｒ₄ ／
（Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ）＝１／２である）を用いてもよい。

【００９７】さらには、式（９）の右辺の分母に現れる
Ｖ・Ｒ₃ ／（Ｒ₃ ＋Ｒ₄ ）の項、Ｖ・Ｒ₄ ／（Ｒ₃ ＋Ｒ
₄ ）の項は、それぞれブリッジ回路１６における抵抗体
１８の辺の電圧Ｖ₃ （図２参照）、抵抗体１９の辺の電
圧Ｖ₄ （図２参照）であるから、それらの項の代わり
に、上記電圧Ｖ₃ ，Ｖ₄ の値を用いてもよい。この場合
において、電圧Ｖ₃ ，Ｖ₄ の値は、抵抗体１８，１９の
抵抗値Ｒ₃ ，Ｒ₄ とブリッジ回路１５の電源電圧Ｖの値
とからあらかじめ演算により求めた値を用いればよい
が、あるいは、ひずみ測定に際して実測した値を用いて
もよい。また、電圧Ｖ₃ ，Ｖ₄ の値のいずれかを一方を
実測し、他方は、実測した一方の値を電源電圧Ｖの値か
ら減算することで求めるようにしてもよい。

【００９８】また、前述の実施形態では、１ゲージ３線
法によるひずみ測定を例にとって説明したが、例えば１
ゲージ２線法によるひずみ測定についても本発明を適用
できる。この場合には、図２のブリッジ回路１６におい
て、ひずみゲージ１のリード線３と抵抗体１７との接続
部位と、抵抗体１８と１９との接続部位との間に発生す
る電圧をブリッジ回路１６の出力電圧として検出すれ
ば、１ゲージ３線法の場合と同様にひずみ測定を行うこ
とができる。但し、この場合において、式（９）の（Ｒ
₀ ＋ｒ）／Ｒ₀ の項を含む演算によりひずみεを把握す
る場合には、ｒの値として、ひずみゲージ１のリード線
２，３の両者の抵抗値の総和を用いることとなる。ま
た、前述の実施形態では、物体のひずみそのものを測定
する場合を例にとって説明したが、周知の如く、物体の
ひずみεと応力σとの間にはσ＝Ｅ・ε（Ｅ：物体のヤ
ング率）なる比例関係があるので、前述の如く測定した
ひずみε（ひずみゲージの交換後はε₂ ）に物体のヤン
グ率Ｅを乗算することで物体の応力を測定することもで
きる。

【００９９】また、前記実施形態では、物体の一部位に
おける単点のひずみ測定を行う場合について説明した
が、物体の複数部位あるいは複数の物体の多点ひずみ測
定を行う場合であっても本発明を適用できる。この場合
には、各測定点毎に前述の処理を行うようにすればよ
い。

【０１００】また、前記実施形態では、ひずみ測定器１
０においてひずみεを求める処理まで行うようにした
が、ひずみ測定器１０からブリッジ回路１６の出力電圧
ｅのデータや、前記ゲージ交換データ等を外部のパーソ
ナルコンピュータに受け渡すようにすれば、それらのデ
ータからひずみεを求める処理や、それを解析する処理
をパーソナルコンピュータに行わせるようにすることも
できる。

【０１０１】また、前記実施形態では、ひずみゲージ１
の抵抗値に応じた測定信号を生成する回路として、ブリ
ッジ回路１６を用いたが、該ひずみゲージ１の抵抗値に
応じた信号を生成し得る回路であれば、他の形式の回路
を使用してもよい。つまり、回路の生成信号からひずみ
ゲージの抵抗値を把握することで、前記式（４）の関係
式によりひずみを把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を適用するひずみ測定装置
の回路構成図。

【図２】図１の装置の要部の回路構成図。

【図３】図１の装置の作動を説明するためのフローチャ
ート。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…ひずみゲージ、１６…ブリッジ回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体の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したひずみゲージを含む回路により
   該ひずみゲージの抵抗値に応じた測定信号を生成し、そ
   の測定信号に基づき前記物体のひずみを測定するひずみ
   測定方法において、その測定途中で前記ひずみゲージを
   新たなひずみゲージに交換したときに、該ひずみゲージ
   の交換後にひずみ測定の開始時からの物体のひずみを測
   定するための方法であって、 前記交換前のひずみゲージを含む回路の測定信号に基づ
   き最後に把握された前記物体のひずみε₁ と、前記交換
   後のひずみゲージを含む回路の測定信号に基づき把握さ
   れる該交換時点からの前記物体のひずみΔε₂ とから次
   式（１）の演算により求まる値ε₂ をひずみ測定の開始
   時からの前記物体のひずみε₂ として測定することを特
   徴とするひずみ測定方法。 【数１】