JP3681359B2 - ひずみ測定方法及び多点ひずみ測定システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
図８は、１ゲージ２線法による測定方法を説明するための回路図である。この方法では、ひずみゲージ１の両端に一対のリード線２，３が結線されている。ひずみゲージ１は、抵抗体Ｒ_２〜Ｒ_４を接続してなる抵抗回路にリード線２，３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。ただし抵抗体Ｒ_２〜Ｒ_４の抵抗値はひずみゲージの基準抵抗値と同一である。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。
【０００４】
しかし、図８に示す回路では、リード線２，３の両者とひずみゲージ１とがブリッジ回路の同じ辺に組み込まれるため、環境温度の変化によりリード線２，３の抵抗が変化すると、ひずみゲージ１のひずみが変化しなくても出力電圧ｅが変化してしまう。そこで、図９に示すように、ひずみゲージ１に結線するリード線を１本追加し、温度変化に伴うブリッジ回路の不平衡を是正することが広く用いられている（１ゲージ３線法）。この方法では、ひずみゲージ１の両端に一対のリード線２，３が結線されると共に、ひずみゲージ１の一端にもう一つのリード線４が結線されている。そして、ひずみ測定する際には、ブリッジ回路の電源入力部Ａ，Ｃ間に電源電圧Ｖを付与した状態で、ひずみゲージ１のリード線４を結線した一端と、抵抗体Ｒ_３、Ｒ_４の接続点Ｄとの間に生じる出力電圧ｅが検出される。この方法では、リード線２，３がブリッジ回路の隣り合う辺に組み込まれることとなるので、リード線２，３の抵抗値が環境温度により同じように変化する限り、ブリッジ回路の平衡が保たれる。
【０００５】
図１０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Ｒ_３、Ｒ_４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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した１ゲージ法および２ゲージ法では、１ゲージ２線法はもちろん、１ゲージ３線法及び２ゲージ法であっても、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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
本発明はかかる背景に鑑み、個々の測定点のひずみ測定を１つのひずみゲージを使用して行う場合に、該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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１２】
まず説明の便宜上、２ゲージ法でひずみを算出する方法を図１を参照して説明する。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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
Ｃ＝Ｒ₁／Ｒ₂・・・・・・・・・・（３）
【００１６】
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。
【００１７】
Ｃ₀＝Ｒ₁₀／Ｒ₂₀・・・・・・・・・・（４）
【００１８】
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Ｃ_εは、次式で表される。
【００１９】
Ｃ_ε＝Ｒ_{1 ε}／Ｒ_{2 ε}・・・・・・・・・・（５）
【００２０】
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。
【００２１】
ε₁＝（１／Ｋ₁）・（Ｒ_{1 ε}−Ｒ₁₀）／Ｒ₁₀・・・・・・・・・・（６）
【００２２】
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Ｒ_{1 ε}を求めると次式が得られる。
【００２３】
Ｒ_{1 ε}＝Ｒ₁₀・（Ｋ₁・ε₁＋１）・・・・・・・・・・（７）
【００２４】
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Ｒ_{2 ε}を求めると次式が得られる。
【００２５】
Ｒ_{2 ε}＝Ｒ₂₀・（Ｋ₂・ε₂＋１）・・・・・・・・・・（８）
【００２６】
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。
【００２７】
Ｃ_ε＝Ｃ₀（Ｋ₁・ε₁＋１）／（Ｋ₂・ε₂＋１）・・・・・・・・・・（９）
【００２８】
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。
【００２９】
ε₂＝ａ・ε₁・・・・・・・・・・（１０）
【００３０】
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。
【００３１】
ε₁＝（Ｃ_ε−Ｃ₀）／（Ｋ₁・Ｃ₀−ａ・Ｋ₂・Ｃ_ε）・・・・・・・・・・（１１）
【００３２】
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Ｃ_ε、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。
【００３３】
Ｃ₀＝Ｒ₁₀／Ｒ₂₀＝ｉ・Ｒ₁₀／（ｉ・Ｒ₂₀）＝Ｖ₁₀／Ｖ₂₀・・・・・・・・・・（１２）
【００３４】
Ｃ_ε＝Ｒ_{1 ε}／Ｒ_{2 ε}＝ｉ・Ｒ_{1 ε}／（ｉ・Ｒ_{2 ε}）＝Ｖ_{1 ε}／Ｖ_{2 ε}・・・・・・・・・・（１３）
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３８】
次に１ゲージ法での測定に関して説明する。図２に示すように、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、５が結線されている。ひずみゲージ１はリード線５を介して基準抵抗体Ｒ_Sに直列に接続されている。ひずみゲージ１と基準抵抗体Ｒ_Sにはリード線２，５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する。尚、回路１１、１２については後述する。
【００３９】
この場合のひずみゲージ１と基準抵抗体Ｒ_Sとの直列回路は、図１のひずみゲージ１′を一定抵抗値の基準抵抗体Ｒ_Sで置き換えた回路と等価である。そして、基準抵抗体Ｒ_Sはひずみを生じないので式（１１）でａ＝０となる。従って、このようなひずみゲージ１と基準抵抗体Ｒ_Sとの直列回路においてひずみεを求める場合には、式（１１）において、ａ＝０とすれば、次式が得られる。
【００４０】
ε＝（１／Ｋ）・（Ｃ_ε／Ｃ₀−１）・・・・・・・・・・（１４）
【００４１】
ただしＫはひずみゲージ１のゲージ率である。また、抵抗比Ｃ_ε、Ｃ₀は、Ｃ_ε＝Ｒ_{1 ε}／Ｒ_S、Ｃ₀＝Ｒ₁₀／Ｒ_Sである。
【００４２】
次に、ひずみゲージ１と基準抵抗体Ｒ_Sとの直列回路に電流供給電圧Ｅによって、リード線２，５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、ひずみゲージ１に電圧Ｖ₁が生じ、基準抵抗体Ｒ_Sに電圧Ｖ₂が生じるとすると、式（１４）の右辺に示される抵抗比Ｃ_ε、Ｃ₀は、前記の式（１２）、（１３）のように電圧Ｖ₁，Ｖ₂で表される。従って、ひずみゲージ１および基準抵抗体Ｒ_Sに生じる電圧Ｖ₁，Ｖ₂をひずみゲージ１および基準抵抗体Ｒ_S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（１４）で表されるひずみεを把握することができる。そして、電圧Ｖ₁は、リード線２，５の抵抗とは無関係であると共に、リード線３，４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に電流をほとんど流すことなく検出できる。
【００４３】
また、基準抵抗体Ｒ_Sは物体に貼着する必要のないものであるので、任意の箇所（例えば測定器内）に配置することができ、基準抵抗体Ｒ_Sに生じる電圧Ｖ₂はその近傍で配線パターンなど適宜の導体線を介して抽出できる。
【００４４】
さらに、高入力インピーダンスのアンプ等を使用することで、ひずみゲージ１および基準抵抗体Ｒ_Sに流れる電流に影響を及ぼすことなく電圧Ｖ₂を検出できる。従って、ひずみゲージ１の抵抗値と基準抵抗体Ｒ_Sとの抵抗比Ｃ＝Ｒ₁／Ｒ_Sと、それらに生じる電圧Ｖ₁，Ｖ₂の比Ｖ₁／Ｖ₂とが等しくなるように電圧Ｖ₁，Ｖ₂を検出できる。
【００４５】
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。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ひずみゲージ１を物体に貼着して、該物体のひずみを測定する方法（１ゲージ法）であって、一定抵抗値の基準抵抗体Ｒsと前記ひずみゲージ１とを直列に接続し、前記ひずみゲージ１あらかじめ結線された電流供給用リード線２，５を介して、前記基準抵抗体Ｒsとひずみゲージ１と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ひずみゲージ１に生じた電圧を、前記ひずみゲージ１の各端部に前記電流供給用リード線２，５は別にあらかじめ結線された電圧抽出用リード線３，４を介して抽出すると共に、前記基準抵抗体Ｒsに生じた電圧を該基準抵抗体Ｒsの近傍で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ひずみゲージ１に生じた電圧を前記電圧抽出用リード線３，４を介して抽出すると共に、前記基準抵抗体Ｒsに生じた電圧を該基準抵抗体Ｒsの近傍で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、前記ひずみゲージの抵抗値およびその変化量並びに前記基準抵抗体の抵抗値を未知数としたまま、前記の式（１４）により表される値εを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。さらに、本発明のひずみ測定方法では、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は、それぞれ、ひずみゲージに生じる電圧と基準抵抗体に生じる電圧との差を検出する電圧差検出ステップと、前記基準抵抗体に生じた電圧とあらかじめ定められた一定値の基準入力電圧とを入力する回路によって、該基準抵抗体に生じる電圧に応じて該電圧が前記基準入力電圧の値に等しくなるように前記電流供給ステップで前記ひずみゲージと基準抵抗体との直列回路に流す電流を制御するステップとを有する。そして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、前記あらかじめ定められた基準入力電圧の値とから、前記式（１４）により表される値εを求める。
【００４６】
かかる本発明によれば、ひずみゲージ１にあらかじめ結線された電流供給用リード線２，５を介して、基準抵抗体Ｒ_Sとひずみゲージ１との直列回路に電流を流す。ひずみ測定の基準とする初期状態および物体のひずみ測定時において、ひずみゲージ１に生じた電圧を、ひずみゲージ１にあらかじめ結線された電圧抽出用リード線３，４を介して抽出すると共に、基準抵抗体Ｒ_Sに生じた電圧を基準抵抗体Ｒ_Sの近傍で抽出する。電圧の抽出には、例えば、高入力インピーダンスのアンプを用いる。これにより、前述したように、前記電流供給用リード線２，５はもちろん電圧抽出用リード線３，４の抵抗値によらずにひずみゲージ１及び基準抵抗体Ｒ_Sに生じる電圧Ｖ₁，Ｖ₂を抽出できる。そして、初期状態およびひずみ測定時に抽出された電圧Ｖ₁，Ｖ₂に基づいて、前記の式（１４）により表される値εをひずみ測定値として決定することができる。
【００４７】
従って、ひずみゲージ１に結線された電流供給用リード線２，５や電圧抽出用リード線３，４の抵抗が測定値に影響を与えないようにしてひずみを測定することができる。つまり、各リード線の抵抗が異なった抵抗値に変化したとしても測定誤差が生じることがなくなる。例えば、日照により温度変化があるような屋外で長いリード線を使用した場合でも、正確で安定なひずみ測定ができる。
【００５０】
ところで本発明において、ひずみに応じたひずみゲージ１の抵抗値変化は微小であるので、ひずみゲージ１と基準抵抗体Ｒ_Ｓに生じた電圧Ｖ_１，Ｖ_２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Ｖ_１，Ｖ_２を測定する際に、電圧Ｖ_１，Ｖ_２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Ｖ_１、Ｖ_２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Ｖ_１とＶ_２の差はその中心的な値がＶ_１とＶ_２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、Ｖ_１とＶ_２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、Ｖ_１とＶ_２の電圧差を次式（１５）のとおりｅ′とする。
【００５１】
Ｖ₁−Ｖ₂＝ｅ′・・・・・・・・・・（１５）
【００５２】
式（１５）により、ひずみゲージ１と基準抵抗体Ｒ_Sとの抵抗比Ｃは次式（１６）または（１７）で表される。
【００５３】
Ｃ＝Ｖ₁／Ｖ₂＝（Ｖ₂＋ｅ′）／Ｖ₂＝１＋ｅ′／Ｖ₂・・・・・・・・・・（１６）
【００５４】
Ｃ＝Ｖ₁／Ｖ₂＝１／（１−ｅ′／Ｖ₁）・・・・・・・・・・（１７）
【００５５】
すなわち、抵抗比Ｃは、ひずみゲージ１に生じた電圧Ｖ_１または基準抵抗体Ｒ_Ｓに生じた電圧Ｖ_２と、Ｖ_１とＶ_２の電圧差ｅ′とにより表すことができる。従って、Ｖ_１とＶ_２の電圧差ｅ′を検出するようにした場合には、電圧Ｖ_１またはＶ_２と、その電圧差ｅ′により、ひずみを算出することができる。また、電圧差ｅ′を検出すると共にＶ ₂ をあらかじめ定めた一定の電圧値に保てば、それらの値から、前記式（１６）により抵抗比が判り、ひいては式（１４）によりひずみを算出できる。
【００５６】
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、ひずみゲージ１に生じる電圧と基準抵抗体Ｒ_Ｓに生じる電圧との差を検出する電圧差検出ステップと、前記基準抵抗体に生じた電圧とあらかじめ定められた一定値の基準入力電圧とを入力する回路によって、該基準抵抗体に生じる電圧が前記基準入力電圧の値に等しくなるように前記電流供給ステップで前記ひずみゲージと基準抵抗体との直列回路に流す電流を制御するステップとを有し、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、前記あらかじめ定められた基準入力電圧の値とから、前記の式（１４）により表される値εを求める。
【００５７】
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、ひずみゲージ１に生じる電圧と基準抵抗体Ｒ_Ｓに生じる電圧との電圧差を検出し、基準抵抗体Ｒ _s に生じた電圧Ｖ ₂ とあらかじめ定められた一定値の基準入力電圧Ｖとを入力する回路によって、該基準抵抗体Ｒ _s に生じる電圧が前記基準入力電圧Ｖの値に等しくなるように前記電流供給ステップで前記ひずみゲージ１と基準抵抗体Ｒ _s との直列回路に流す電流を制御する。そして、検出した電圧差とあらかじめ定められた基準入力電圧Ｖの値とから、式（１４）によりひずみを算出する。ひずみゲージ１に生じる電圧と基準抵抗体Ｒ_Ｓに生じる電圧との電圧差を測定する際には、ひずみゲージ１に生じる電圧または基準抵抗体Ｒ_Ｓに生じる電圧を単独で測定する場合に比べて、測定する電圧の中心的な値が小さくなるので、前述のように高精度で測定できる。また、ひずみゲージ１に生じた電圧Ｖ _１ および基準抵抗体Ｒ _Ｓ に生じた電圧Ｖ _２ 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、コストを低減できる。
【００７５】
尚、前述の本発明の説明では、式（１４）の右辺におけるひずみゲージと基準抵抗体の抵抗比Ｃが、ひずみゲージと基準抵抗体にそれぞれ生じる電圧Ｖ_１，Ｖ_２で表せることを示し、それに基づいて本発明を説明したが、本発明は抵抗比Ｃ自体を電圧Ｖ_１，Ｖ_２から求めることを必須とするものではない。つまり、前記ひずみゲージ１の抵抗値およびその変化量並びに前記基準抵抗体Ｒ _s の抵抗値を未知数としたまま、Ｖ_１，Ｖ_２あるいはその差を用いて式（１４）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。
【００７７】
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、前記電流供給用リード線２，５及び電圧抽出用リード線３，４がそれぞれあらかじめ結線された複数のひずみゲージ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、各ひずみゲージ１の電流供給用リード線２，５および電圧抽出用リード線３，４が接続され、前記測定手段に接続するひずみゲージ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。
【００７８】
上記構成によれば、複数のひずみゲージ１には、電流供給用リード線２，５及び電圧抽出用リード線３，４があらかじめ結線される。測定手段は、例えば、ひずみゲージへの電流を供給するための回路、初期状態およびひずみ測定時の電圧を抽出するための回路、及びひずみ算出処理を実行するための回路と、基準抵抗とを備える。スイッチ手段は、例えば複数のスイッチ素子からなる。スイッチ素子は、各ひずみゲージ１の電流供給用リード線２，５および電圧抽出用リード線３，４が接続されるとともに、測定手段に結線され、測定手段に接続するひずみゲージ１を選択的に切り換えることができる。また、スイッチ素子の接点抵抗はリード線の抵抗の一部とみなされるので、リード線抵抗と同様に接点抵抗のひずみ測定への影響をなくすことができる。
【００８１】
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、各ひずみゲージ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。
【００８２】
上記構成によれば、スイッチ手段は、測定手段に接続された共通の信号線に結線された複数の測定用モジュールから構成される。測定用モジュールは、各ひずみゲージに対応したチャンネルを有し、チャンネル識別手段を備える。測定手段は、チャンネル制御手段により、チャンネルを指定する信号を測定用モジュールに供給する。測定用モジュールは、チャンネル識別手段により、チャンネルを指定する信号を識別し、識別した信号に基づいてスイッチを切り換える。従って、測定用モジュールを切り換えることができるので、各測定点においてひずみゲージに生じる電圧を抽出することにより各測定点におけるひずみを算出することができる。また、従来のように各測定点でブリッジ回路を形成する必要もないので、各測定点へのダミー抵抗の配置が不要になり、経済的なだけでなく、配置したダミー抵抗の安定性が測定に影響することもないので測定精度が向上する。
【００８５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）本発明の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。
【００８６】
このひずみ測定装置３０は、測定回路３１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３１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。
【００８７】
測定回路３１にはリード線２〜５を介してひずみゲージ１が接続されている。ひずみゲージ１は測定対象の物体（図示せず）に貼着され、ひずみに応じた抵抗値変化を生じる。ひずみゲージ１の両端には、あらかじめ２本ずつのリード線２〜５が結線されている。ひずみゲージ１の両端に結線された一対のリード線２、５が電流供給用のリード線として使用され、さらにひずみゲージ１の両端に結線されたもう一対のリード線３、４が電圧抽出用のリード線として用いられる。
【００８８】
測定回路３１は、前記図２に示したものと等価であり、基準抵抗体Ｒ_Sと、電圧差検出回路１１と、電圧安定化回路２１とを備えている。
【００８９】
基準抵抗体Ｒ_Sは、リード線５を介してひずみゲージ１と直列に接続されている。基準抵抗体Ｒ_Sは、基本的には、抵抗値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。
【００９０】
電圧差検出回路１１は、高入力インピーダンスのオペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３と抵抗体Ｒ_a〜Ｒ_dとを備えている。オペアンプｏｐ１，ｏｐ２の正入力にはそれぞれリード線３，４が接続され、オペアンプｏｐ３の正入力にはリード線５と基準抵抗体Ｒ_Sとの間の中点が接続されている。また、オペアンプｏｐ１の出力は抵抗体Ｒ_a、Ｒ_bの直列回路を介して基準抵抗体Ｒ_Sの一端（ひずみゲージ１と反対側の一端）に接続され、オペアンプｏｐ２、ｏｐ３の出力は抵抗体Ｒ_c、Ｒ_dの直列回路を介して相互に接続されている。
【００９１】
電圧差検出回路１１は、ひずみゲージ１に生じた電圧Ｖ₁と基準抵抗体Ｒ_Sに生じた電圧Ｖ₂との差分ｅを検出する。この回路１１では、オペアンプｏｐ１，ｏｐ２，ｏｐ３はボルテージフォロア回路を形成し、ひずみゲージ１に生じた電圧Ｖ₁と基準抵抗体Ｒ_Sに生じた電圧Ｖ₂とリード線５に生じた電圧Ｖ₅の和Ｖ₁＋Ｖ₂＋Ｖ₅を固定抵抗Ｒ_a、Ｒ_bの直列回路に与え、リード線５に生じた電圧Ｖ₅を固定抵抗Ｒ_c、Ｒ_dの直列回路に与える。尚、固定抵抗Ｒ_a〜Ｒ_dの抵抗値は同一である（Ｒ_a＝Ｒ_b＝Ｒ_c＝Ｒ_d）。この電圧差検出回路１１の出力電圧ｅすなわち、固定抵抗Ｒ_a、Ｒ_bの直列回路の中点と、固定抵抗Ｒ_c、Ｒ_dの直列回路の中点との間の電圧は、次式（２０）で与えられる。
【００９２】
ｅ＝（Ｖ₁＋Ｖ₂＋Ｖ₅）・Ｒ_b／（Ｒ_a＋Ｒ_b）−Ｖ₂
−Ｖ₅・Ｒ_d／（Ｒ_c＋Ｒ_d）
＝（Ｖ₁−Ｖ₂）／２・・・・・・・・・・（２０）
【００９３】
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と共に、基準抵抗体Ｒ_Sとリード線５の間からオペアンプｏｐ３に流れる電流もほぼ０である。
【００９４】
電圧安定化回路２１は高入力インピーダンスのオペアンプｏｐ４から構成される。オペアンプｏｐ４の負入力は、リード線５と基準抵抗体Ｒ_Sとの間の中点に接続され、オペアンプｏｐ４の出力はリード線２に接続されている。また、測定回路３１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３２，３３が設けられており、オペアンプｏｐ４の正入力は電源入力端子３２に接続されている。さらに、電源入力端子３３は、基準抵抗体Ｒ_Sの一端（ひずみゲージ１と反対側の一端）に接続されている。従って、オペアンプｏｐ４は、基準抵抗体Ｒ_Sに生じる電圧Ｖ₂が電源入力端子３２，３３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及び基準抵抗体Ｒ_Sに流れる電流を制御する。また、測定回路３１には、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３４，３５が備えられている。
【００９５】
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。
【００９６】
基準電源回路４１は、測定回路３１の一対の電源入力端子３２，３３に接続されて、測定回路３１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３１の一対の出力端子３４，３５に接続されて、該出力端子３４，３５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。
【００９７】
上記構成のひずみ測定装置の作動を説明する。本実施形態のひずみ測定装置３０では、ひずみ測定に先立って、あらかじめ、前記基準入力電圧Ｖの値およびひずみゲージのゲージ率Ｋの値が、ひずみ測定装置３０の外部の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，Ｋはひずみ測定装置３０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。
【００９８】
そして、ひずみ測定の基準とする初期状態において、以下のように測定が行われる。まず、ひずみゲージ１が測定対象の物体（図示せず）に貼着される。ひずみ測定装置３０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３２，３３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３１に基準入力電圧Ｖを供給すると、電流供給用リード線２，５を介してひずみゲージ１と基準抵抗体Ｒ_Sにｏｐ４によってＶ₂＝Ｖとするように電流ｉが流れる。ひずみゲージ１の両端に生じた電圧Ｖ₁と基準抵抗体Ｒ_Sに生じた電圧Ｖ₂（＝Ｖ）との差に比例した電圧差検出回路１１の出力電圧ｅ（初期状態での出力電圧ｅ₀）は、出力端子３４，３５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、基準抵抗体Ｒ_Sに対するひずみゲージ１の抵抗の比（抵抗比）Ｃ（初期状態での抵抗比Ｃ₀）を求め、求めた抵抗比Ｃ₀を記憶回路４５に記憶保持させる。
【００９９】
Ｃ＝Ｖ₁／Ｖ₂＝１＋２・ｅ／Ｖ・・・・・・・・・・（２１）
【０１００】
尚、式（２１）は式（２０）とＶ₂＝Ｖという関係式に基づいて得られる。
【０１０１】
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や、あらかじめ設定されたタイムスケジュールに従って、次のようにひずみ測定を行う。制御回路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３２，３３に基準入力電圧Ｖを付与させる。そして、ひずみゲージ１の両端に生じた電圧Ｖ₁と基準抵抗体Ｒ_Sに生じた電圧Ｖ₂との差に比例した電圧差検出回路１１の出力電圧ｅ（ひずみ測定時の出力電圧ｅ_ε）は増幅回路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ｅ_ε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ｅ_εに基づいて、制御回路４４は前記の式（２１）により抵抗比Ｃ（ひずみ測定時の抵抗比Ｃ_ε）を求め、求めた抵抗比Ｃ_εを記憶回路４５に記憶保持させる。
【０１０２】
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Ｋ、初期状態における抵抗比Ｃ_０、およびひずみ測定時の抵抗比Ｃ_ε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（１４）の演算を行うことで、ひずみε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。
【０１０３】
上述のように、本実施形態によれば、ひずみゲージに結線されたリード線２〜５の抵抗が測定値に影響を及ぼすことなくひずみを測定することができ、各リード線２〜５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という効果を奏する。
【０１０４】
本実施形態では基準抵抗体は１つとしたが、基準抵抗体を複数用いて、ひずみゲージの抵抗値に合わせて、切換手段により適切な抵抗値を選択するようにしてもよい。あるいは、電子可変抵抗などによって任意の値を設定するようにしてもよい。
【０１０６】
また、本実施形態では、制御回路４４は、初期状態のときに抵抗比Ｃ₀を算出するものとしたが、初期値の測定時には抵抗比Ｃ₀は求めずに電圧差検出回路の出力値ｅ₀を記憶しておき、ひずみ測定時に、初期状態の抵抗比Ｃ₀とひずみ測定時の抵抗比Ｃ_εをまとめて算出するようにしてもよい。
【０１２５】
（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６０を図５を参照して説明する。この実施形態は本発明の多点ひずみ測定装置の実施形態である。
【０１２６】
多点ひずみ測定装置６０は、ｎ個のチャンネルＣｈ１〜Ｃｈｎ分のスイッチ回路６１と、測定回路３１と、コントロールユニット４０とを備えている。この装置６０では、測定回路３１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３０と同一の参照番号を付与し、説明を省略する。
【０１２７】
各ひずみゲージ１の両端には、あらかじめ２本ずつのリード線２〜５が結線されている。ひずみゲージ１の両端に結線された一対のリード線２、５が電流供給用のリード線として使用され、ひずみゲージ１の両端に結線されたもう一対のリード線３、４が電圧抽出用のリード線として用いられる。スイッチ回路６１は、４つのスイッチ素子からなり、それらのスイッチ素子は一端が各ひずみゲージのリード線２〜５に各々結線されており、他端が測定回路３１に結線されている。この場合、各スイッチ回路６１の４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６１に対応するひずみゲージ１が測定回路３１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。
【０１２８】
上記構成の多点ひずみ測定装置６０は、次のように動作する。まず、ひずみ測定の基準とする初期状態において、以下のように測定が行われる。ｎ個のひずみゲージ１は測定対象の物体のｎ個の部位に貼着される。多点ひずみ測定装置６０の所定の操作等により、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６１に制御信号を供給する。選択されたスイッチ回路６１は、４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６１は、それぞれ４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３１に基準入力電圧Ｖを付与させる。選択したスイッチ回路６１により測定回路３１に接続されるひずみゲージ１には、測定回路３１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３１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６１に順次制御信号を供給し、選択したスイッチ回路６１に接続されるひずみゲージ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〜Ｃ_0nを記憶回路４５に記憶保持させる。
【０１２９】
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Ｃ_ε１〜Ｃ_εｎ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に保持されたゲージ率Ｋ、各チャンネル毎の初期状態における抵抗比Ｃ_０ｋおよびひずみ測定時の抵抗比Ｃ_εｋ（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（１４）の演算を行うことで、物体のｎ個の測定点におけるひずみε_１〜ε_ｎを求める。
【０１３０】
なお、ｎ個のひずみゲージ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個のひずみゲージが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、ひずみゲージを選択的に切り換えることにより、各測定点において、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、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測定に悪影響を及ぼさなくなる。また、測定点を切り換えるスイッチの接点抵抗が測定誤差の要因とならないので、接点抵抗ができるだけ小さなスイッチ素子を選択したり、接点抵抗の影響を補償する方策を採る必要がなく、その結果、コストを低減することができる。
【０１３６】
（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。この実施形態は本発明の多点ひずみ測定システムの実施形態である。
【０１３７】
多点ひずみ測定システムは、多点ひずみ測定装置８０と、ｎ個の測定モジュール９０と、測定モジュール９０に接続されたｎ個のひずみゲージ１とを備える。多点ひずみ測定装置８０は、測定回路３１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８０では、測定回路３１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３０と同一の参照番号を付与し、説明を省略する。
【０１３８】
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９０を選択するための制御信号を測定モジュール９０に供給する。各測定モジュール９０は、４つのスイッチ素子からなるスイッチ回路６１と、チャンネル識別回路９１とを備える。各測定モジュール９０は、一端が共通の信号線Ｌ₁〜Ｌ₄およびＬ_cで多点ひずみ測定装置８０に結線され、他端がひずみゲージ１に前記第１の実施形態のものと同様に結線されたリード線２〜５に接続されている。尚、信号線Ｌ_cは図面上では１本の線で表現されているが実際には２線以上の線から構成されている。信号線Ｌ₁〜Ｌ₄はそれぞれスイッチ回路６１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のリード線２〜５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８０から信号線Ｌ_c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。
【０１３９】
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は測定対象の物体のｎ個の部位に貼着され、各測定モジュール９０は適宜配置される。多点ひずみ測定装置８０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９０に制御信号を供給する。選択された測定モジュール９０では、チャンネル識別回路９１は、４つのスイッチ素子をオンさせる。この測定モジュール９０に接続されたひずみゲージ１は多点ひずみ測定装置８０に導通する。このとき、このひずみゲージ１は図４のものと同様に測定装置８０の測定回路３１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３１に基準入力電圧Ｖを付与させる。選択したモジュール９０には信号線Ｌ_１、Ｌ_４を介して電流が流れ、モジュール９０に接続されたひずみゲージ１の両端に電圧が生じ、信号線Ｌ_２、Ｌ_３により電圧が抽出される。制御回路４４は、電圧差検出回路１１（図３参照）の出力電圧ｅ_０に基づいて抵抗比Ｃ_０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９０に制御信号を順次供給し、選択したモジュール９０に接続されるひずみゲージ１に関して抵抗比Ｃ_０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９０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Ｃ_０１〜Ｃ_０ｎを記憶回路４５に記憶保持させる。
【０１４０】
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Ｃ_ε１〜Ｃ_εｎ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Ｋ、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Ｃ_０ｋ、Ｃ_εｋ（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（１４）の演算を行うことで、物体のひずみε_１１〜ε_１ｎを求める。なお、ｎ個のひずみゲージ１はｎ個の物体に貼着されるものとしてもよい。
【０１４１】
この実施形態によれば、各モジュールに結線された共通の信号線が長くてもその抵抗値がひずみ測定値に影響を及ぼさずに多点ひずみ測定を行うことができる。また、測定点を切り換えるスイッチの接点抵抗が測定誤差の要因とならないので、接点抵抗ができるだけ小さなスイッチ素子を選択したり、接点抵抗の影響を補償する方策を採る必要がなく、その結果、コストを低減することができる。
【０１４８】
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（１４）からひずみを求めている。しかし、本発明は、式（１４）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。１ゲージ法では、ひずみゲージと基準抵抗体に生じる電圧Ｖ_１、Ｖ_２あるいはそれらの差を用いて求めることができ、且つ、式（１４）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、１ゲージ法では、抵抗比Ｃの代わりに、基準抵抗体Ｒ_Ｓに対するひずみゲージの抵抗Ｒと基準抵抗体Ｒ_Ｓの差の割合（Ｒ−Ｒ_Ｓ）／Ｒ_Ｓ（以下これを抵抗差率Ｄとよぶ）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（１４）は、次式（２３）のように書き換えられる。
【０１４９】
ε＝（１／Ｋ）・（Ｄ_ε−Ｄ₀ ）／（１＋Ｄ₀）・・・・・・・・・・（２３）
【０１５０】
ただし、Ｄ_εはひずみ測定時の抵抗差率、Ｄ₀は測定の基準とする初期状態における抵抗差率、Ｋはひずみゲージのゲージ率をそれぞれ表すものとする。
【０１５４】
ここで、上記抵抗差率Ｄと電圧Ｖ_１、Ｖ_２との間には次式（２５）の関係がある。
【０１５５】
Ｄ＝（Ｖ₁−Ｖ₂）／Ｖ₂・・・・・・・・・・（２５）
【０１５６】
従って、この式（２５）を式（２３）に適用することでＶ_１，Ｖ_２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。
【０１５７】
また、上記実施の形態においては、ひずみ測定装置に１つのひずみゲージを接続する場合（１ゲージ法）を説明したが、これに限定されるものではなく、１ゲージ法と２ゲージ法を切換により両方とも実現可能なひずみ測定装置を構成してもよい。この場合の測定回路を図７に示す。（第４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ゲージ法の測定回路（第１の実施形態）になり、スイッチＳＷ１がオンで、ＳＷ２がオフの場合には、２ゲージ法の測定回路になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つのひずみゲージを用いた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】１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の実施形態に多点ひずみ測定装置を示す図。
【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１ゲージ２線法の測定回路を示す図。
【図９】従来の１ゲージ３線法の測定回路を示す図。
【図１０】従来の２ゲージ法の測定回路を示す図。
【符号の説明】
１，１′・・・ひずみゲージ、２〜８・・・リード線、１０，１１・・電圧差検出回路、２０，２１・・・電圧安定化回路、３０・・・ひずみ測定装置、６０，８０・・・多点ひずみ測定装置、６１・・・スイッチ回路、８１・・・チャンネル制御部、９０・・・測定モジュール、９１・・・チャンネル識別回路。

Claims (3)

1. 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して、該物体のひずみを測定する方法であって、
   一定抵抗値の基準抵抗体と前記ひずみゲージとを直列に接続し、前記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、前記基準抵抗体とひずみゲージと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ひずみゲージに生じた電圧を、前記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と共に、前記基準抵抗体に生じた電圧を該基準抵抗体の近傍で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と共に、前記基準抵抗体に生じた電圧を該基準抵抗体の近傍で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、前記ひずみゲージの抵抗値およびその変化量並びに前記基準抵抗体の抵抗値を未知数としたまま、次式（１）により表される値εをひずみ測定値として求めるひずみ算出ステップと、
   ε＝（１／Ｋ）・（Ｃ _ε ／Ｃ _０ −１）・・・・・・・・・・（１）
   ただし、Ｃ _ε ：ひずみ測定時の基準抵抗体に対するひずみゲージの抵抗比、Ｃ _０ ：初期状態における基準抵抗体に対するひずみゲージの抵抗比、Ｋ：ひずみゲージのゲージ率
   を有すると共に、
   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は、それぞれ、ひずみゲージに生じた電圧と基準抵抗体に生じる電圧との差を検出する電圧差検出ステップと、前記基準抵抗体に生じる電圧とあらかじめ定められた一定値の基準入力電圧とを入力する回路によって、該基準抵抗体に生じる電圧が前記基準入力電圧の値に等しくなるように前記電流供給ステップで前記ひずみゲージと基準抵抗体との直列回路に流す電流を制御するステップとを有し、
   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、前記あらかじめ定められた基準入力電圧の値とから、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ひずみ測定方法。
2. 請求項１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、
   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のひずみゲージと、
   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。
3. 前記スイッチ手段は、
   各ひずみゲージ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２に記載の多点ひずみ測定システム。

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