JP3792229B2 - 搬送波型ひずみ測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、抵抗式ひずみゲージを含むブリッジ回路の電源として交流電源電圧を用いる搬送波型ひずみ測定方法に関する。

物体に生じるひずみを抵抗式ひずみゲージ（ひずみに応じて抵抗値が変化するひずみゲージ）を用いて測定する場合、物体に貼着するひずみゲージの微小な抵抗値変化を検出するために、通常、そのひずみゲージを含むブリッジ回路（詳しくはホイートストンブリッジ回路）が用いられる。そして、このブリッジ回路に電源電圧を付与しつつ、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた電圧信号をブリッジ回路から出力させ、この電圧信号を増幅してなる電圧信号に基づいてひずみ測定を行うようにしている。

この場合、ブリッジ回路の電源電圧として、交流電圧を使用する搬送波型のひずみ測定方法が一般に知られている。この搬送波型のひずみ測定方法では、前記ブリッジ回路から出力される電圧信号、ひいてはこの電圧信号を交流増幅器で増幅してなる電圧信号は、電源電圧と同一周波数の搬送波（キャリア）をひずみゲージの抵抗値変化に応じて振幅変調したものとなり、この電圧信号（詳しくはその電圧信号のうちの抵抗成分）から、搬送波成分を除去することで、ひずみゲージの抵抗値変化に応じた測定値信号を得るようにしている。

ところで、ひずみゲージは通常、ブリッジ回路にリード線などの接続線を介して組み込まれる。また、ブリッジ回路は、これに電源電圧を付与したり、該ブリッジ回路の出力電圧信号を処理する測定器にリード線などの接続線を介して接続される。そして、これらの接続線は、測定環境等の制約上、比較的長いものとならざるを得ない場合が多々ある。この場合、交流電圧を使用する搬送波型のひずみ測定方法では、接続線間に存在する浮遊容量がブリッジ回路の出力電圧信号に影響を及ぼし、ひずみ測定の誤差要因となることが一般に知られている。また、ブリッジ回路に組み込まれる接続線の抵抗値もひずみ測定の誤差要因となることが一般に知られている。例えば、ひずみゲージのひずみが生じていない状態（無ひずみ状態）でも、ブリッジ回路に組み込まれる接続線の抵抗値や、浮遊容量の影響、あるいはそれらの変化の影響によってブリッジ回路の不平衡（初期不平衡）を生じ、該ブリッジ回路の出力電圧信号から測定されるひずみ値は０にならない。

この場合、上記浮遊容量等によるブリッジ回路の初期不平衡の影響を補償する手法として、実願昭６１−１６９４５４号のマイクロフィルム（特許文献１）に見られるものが知られている。この特許文献１の技術は、ひずみゲージの無ひずみ状態において、ブリッジ回路の出力電圧信号を入力する交流増幅器の出力電圧信号から抵抗成分と容量成分とを検波し、それらの成分を０にするような調整信号（抵抗成分および容量成分を打ち消すような調整信号）を、交流増幅器に付加的に入力するようにしたものである。なお、上記抵抗成分、容量成分は、それぞれ交流電圧信号を複素数表現したときの実数成分、虚数成分に相当するものであり、容量成分は、抵抗成分から９０°の位相遅れを生じる信号成分である。かかる特許文献１の技術によれば、ブリッジ回路の初期不平衡の影響を補償することが可能である。

一方、特許文献１に見られる技術のようにブリッジ回路の初期不平衡の影響を補償する手法では、前記交流増幅回路の出力電圧信号から、抵抗成分と容量成分とを検波する場合、ブリッジ回路の電源である交流電源電圧と同相の成分を抵抗成分として検波し、且つ、該交流電源電圧に対して９０°の位相差（位相遅れ）を有する成分を容量成分として検波することが通例である。また、実際のひずみ測定時においても、ブリッジ回路の出力電圧信号のうち、ひずみ測定信号（ひずみゲージの抵抗値変化に応じた信号）の元となる抵抗成分は、交流電源電圧と同相の成分として検波するのが通例である。

しかしながら、このように抵抗成分の検波を行う測定手法では、実際のひずみ測定時における前記浮遊容量の影響を十分に排除することが困難であることが本願発明者等の検討により判明した。

すなわち、特許文献１に見られるような技術では、ひずみゲージの無ひずみ状態におけるブリッジ回路の見かけ上の出力電圧信号（交流増幅器の出力電圧信号から把握されるブリッジ回路の出力電圧信号）は、抵抗成分、容量成分ともに０にすることはできるものの、浮遊容量自体が無くなるわけではない。このため、実際のひずみ測定時においては、ブリッジ回路と測定器との間の接続線間の浮遊容量あるいはその変化の影響によって、ブリッジ回路の出力電圧信号、ひいては、交流増幅器の出力電圧信号はブリッジ回路に付与する交流電源電圧に対して位相ずれを生じる。そして、この位相ずれのために、交流増幅器の出力電圧信号のうち、交流電源電圧と同相の成分は、真の抵抗成分に対して誤差を生じる。したがって、この交流電源電圧と同相の成分を抵抗成分として検波しても、その抵抗成分から把握されるひずみ測定値は、浮遊容量の影響で誤差を伴うものとなっていた。
実願昭６１−１６９４５４号のマイクロフィルム

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、抵抗式ひずみゲージを含むブリッジ回路の初期不平衡の影響を補償しつつ、ブリッジ回路と測定器との間の接続線間の浮遊容量などによる位相のずれの影響を補償し、ひずみゲージのひずみに応じた抵抗値変化に伴う実際の抵抗成分を精度よく検波することができる搬送波型ひずみ測定方法を提供することを目的とする。

本発明の搬送波型ひずみ測定方法は、かかる目的を達成するために、抵抗式ひずみゲージを含むブリッジ回路に交流電源電圧を付与しつつ、該ブリッジ回路の出力電圧信号を交流増幅器に入力して増幅すると共に、該交流増幅器の出力電圧信号から、前記交流電源電圧に対して所定の位相関係を有する信号成分を前記ブリッジ回路の抵抗値変化に応じた抵抗成分として検波し、その検波した抵抗成分から前記ひずみゲージのひずみ値に応じたひずみ測定信号を生成するようにした搬送波型ひずみ測定方法において、前記ひずみゲージの無ひずみ状態での前記ブリッジ回路の出力電圧信号を前記交流増幅器に入力しつつ、該交流増幅器の出力電圧信号の抵抗成分と該抵抗成分に対して９０°の位相差を有する容量成分とが零になるように該交流増幅器に付加的に入力する初期不平衡補償信号を決定する初期不平衡調整ステップと、この初期不平衡補償信号の決定後に、前記ブリッジ回路に固定抵抗値の抵抗体を接続して、該ブリッジ回路の出力電圧信号と前記初期不平衡補償信号とを前記交流増幅器に入力しつつ、前記交流増幅器の出力電圧信号の前記交流電源電圧に対する位相のずれ量を決定する位相ずれ決定ステップとを備え、この位相ずれの決定後に、前記固定抵抗値の抵抗体を前記ブリッジ回路から切り離してひずみ測定を行う時に、前記交流増幅器の出力電圧信号のうち、前記位相ずれ決定ステップで決定したずれ量だけ前記交流電源電圧に対して位相差を有する信号成分を前記ブリッジ回路の抵抗値変化に応じた抵抗成分として検波するようにしたことを特徴とするものである。

かかる本発明によれば、ひずみゲージの無ひずみ状態において前記初期不平衡調整ステップで決定した初期不平衡補償信号をブリッジ回路の出力電圧信号と共に前記交流増幅器に入力した状態では、該交流増幅器の出力電圧信号が零になるので、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間の浮遊容量や該リード線の抵抗値の影響が補償され、ブリッジ回路の初期平衡が採れた状態となる。そして、この状態で、前記位相ずれ決定ステップで、ブリッジ回路に抵抗体を接続したとき、該ブリッジ回路の抵抗値のみが変化するので、この抵抗体の接続時における交流増幅器の出力電圧信号は、ブリッジ回路の正味の抵抗値変化に応じた信号となる。この場合、該信号は、一般に、ブリッジ回路と交流増幅器とを接続する信号線等の浮遊容量の影響でブリッジ回路の交流電源電圧に対して位相ずれを生じ、その位相のずれ量が位相ずれステップにおいて決定される。

そして、ひずみ測定時には、前記抵抗体を切り離したブリッジ回路の出力電圧信号が入力される交流増幅器の出力電圧信号のうち、位相ずれ決定ステップで決定したずれ量だけブリッジ回路の交流電源電圧に対して位相差を有する信号成分が検波される。この場合、その検波する信号成分は、前記位相ずれステップでの交流増幅器の出力電圧信号、すなわち、ブリッジ回路の正味の抵抗値変化に応じた信号と同相の信号成分であるので（ブリッジ回路と交流増幅器とを接続する信号線などの浮遊容量の影響が補償される）、該信号成分は、ブリッジ回路の抵抗値変化（ひずみゲージの抵抗値変化）に応じた実際の抵抗成分となる。

従って、本発明の搬送波型ひずみ測定方法によれば、抵抗式ひずみゲージを含むブリッジ回路の初期不平衡の影響を補償しつつ、ブリッジ回路と測定器との間の接続線間の浮遊容量などによる位相のずれの影響を補償し、ひずみゲージのひずみに応じた抵抗値変化に伴う実際の抵抗成分を精度よく検波することができる。ひいては、その検波した抵抗成分から生成されるひずみ測定信号を基に、精度のよいひずみ測定を行うことができる。

かかる本発明では、前記位相ずれ決定ステップにおける交流増幅器の出力電圧信号から、前記交流電源電圧に対してある位相差を有する信号成分を検波するようにしつつ、その位相差を変化させるようにしたとき、その位相差が交流電源電圧と交流増幅器の出力電圧信号との位相差にほぼ合致したとき、検波される信号成分の直流成分がほぼ最大となる。あるいは、変化させる位相差が交流電源電圧に対して９０°の位相差（位相遅れ）を有する任意の信号と交流増幅器の出力電圧信号との位相差にほぼ合致したとき、検波される信号成分の直流成分がほぼ０になる。

そこで、本発明では、前記位相ずれ決定ステップは、前記交流増幅器の出力電圧信号のうち、前記交流電源電圧に対して所定の位相差を有する信号成分を検波しつつ、該所定の位相差を変化させる可変位相検波ステップを備える。そして、該可変位相検波ステップで検波される信号成分の直流成分がほぼ最大となるときの前記所定の位相差を前記位相のずれ量として決定することが好ましい。あるいは、該可変位相検波ステップで検波される信号成分の直流成分がほぼ０になるときの前記所定の位相差と９０°の位相差との差分を前記位相のずれ量として決定することが好ましい。

このように前記位相のずれ量を決定することで、その位相のずれ量を容易に決定できる。また、前記可変位相検波ステップで検波される信号成分の直流成分を基に位相のずれ量を決定することで、ブリッジ回路の出力電圧信号に含まれることがあるノイズ成分の影響を少なくして、決定する位相のずれ量の信頼性を高めることができる。

また、本発明では、前記位相ずれ決定ステップにおいて、前記ブリッジ回路のうち、前記ひずみゲージを含む辺以外の辺に前記抵抗体を並列に接続するようにしたことが好ましい。これによれば、ブリッジ回路に前記抵抗体を接続したり、切り離したりする上で必要となるスイッチの抵抗値がひずみ測定時にブリッジ回路の出力電圧信号に影響を及ぼすような事態を回避することができるので、該スイッチの抵抗値を考慮したりする必要がないと共に、該スイッチとして比較的安価なものを使用することができる。

本発明の第１実施形態を図１〜図７を参照して以下に説明する。図１は本実施形態におけるひずみ測定システムの全体構成を示すブロック図であり、図中、１はひずみに応じた抵抗値変化を生じる抵抗式ひずみゲージ、２はひずみゲージ１を接続するブリッジボックス、３はブリッジボックス２内に収容された回路との間で電源電圧や電気信号の送受を行うひずみ測定器である。

ブリッジボックス２には、固定抵抗値の抵抗体４ａ，４ｂ，４ｃを直列に接続してなる抵抗回路が収容されており、この抵抗回路にひずみゲージ１をこれにあらかじめ結線されたリード線１ａ，１ｂを介して接続することで、該ひずみゲージ１を一辺に含むブリッジ回路５を構成するようにしている。この場合、抵抗体４ａ，４ｂ，４ｃのそれぞれの抵抗値はひずみゲージ１の公称抵抗値（ひずみを生じていない状態での抵抗値）と同一の抵抗値とされている。そして、ブリッジボックス２のケーシングには、ブリッジ回路５の電源電圧ｅin（交流電圧）を外部から入力するための一対の電源入力端子６ａ，６ｂと、ブリッジ回路５の出力電圧信号ｅoutを外部に取り出すための一対の出力端子６ｃ，６ｄが設けられ、これらの端子６ａ〜６ｄが、ブリッジボックス２内でブリッジ回路５に接続されている。

さらに、ブリッジボックス２の内部では、ブリッジ回路５の一辺、例えば抵抗体４ｂにより構成された辺に、スイッチ７を介して固定抵抗値の抵抗体８が並列接続されている。このスイッチ７は、本実施形態では、ラッチリレー（自己保持型のリレー）の接点スイッチであり、該スイッチ７をソレノイド９ａを介して開閉駆動するリレー駆動回路９がブリッジボックス２に内臓されている。そして、リレー駆動回路８を外部から動作制御するための一対の制御端子６ｅ，６ｆがスイッチボックス２のケーシングに設けられ、これらの制御端子６ｅ，６ｆがリレー駆動回路９に導通している。なお、スイッチ７は、初期状態では開成している。

ひずみ測定器３は、前記端子６ａ〜６ｆに接続ケーブル１０を介して接続されている。この接続ケーブル１０は、ブリッジボックス２の電源入力端子６ａ，６ｂに接続された一対の信号線１０ａ，１０ｂと、前記出力端子６ｃ，６ｄに接続された一対の電源線１０ｃ，１０ｄと、前記制御端子６ｅ，６ｆに接続された一対の制御信号線１０ｅ，１０ｆを含んでおり、これらの導線１０ａ〜１０ｆを図示しないチューブやバンドにより束ねて構成されている。

前記ひずみ測定器３は、前記ブリッジ回路５の出力電圧信号ｅoutを入力する交流増幅器１１を備えると共に、ブリッジ回路５の電源電圧ｅin（交流電圧）の周波数と同一周波数の正弦波信号を発生する発振回路１２と、その正弦波信号を増幅してなるブリッジ回路５の電源電圧ｅin（以下、ブリッジ電源電圧ｅinという）を出力するブリッジ電源出力回路１３とを備えている。図２では詳細な図示を省略するが、交流増幅器１１は、その入力側が前記接続ケーブル１０の一対の信号線１０ｃ，１０ｄ（図１参照）を介して前記ブリッジ回路５に接続され、該信号線１０ｃ，１０ｄを介してブリッジ回路５の出力電圧信号ｅoutが入力される。また、ブリッジ電源出力回路１３は、その出力側が、前記接続ケーブル１０の一対の電源線１０ａ，１０ｂ（図１参照）を介してブリッジ回路５に接続され、該電源線１０ａ，１０ｂを介してブリッジ電源電圧ｅinをブリッジ回路５に付与する。

また、ひずみ測定器３は、交流増幅器１１の出力電圧信号から後述する０°基準位相信号と同相の信号成分を抵抗成分（０°位相成分）として検波する０°位相検波回路１４と、上記０°基準位相信号に対して９０°の位相差（位相遅れ）を有する９０°基準位相信号と同相の信号成分を容量成分（９０°位相成分）として検波する９０°位相検波回路１５と、これらの位相検波回路１４，１５で検波された信号成分からそれぞれブリッジ電源電圧と同一の周波数を含む高周波成分を除去する（直流成分を抽出する）ローパスフィルタ１６，１７と、０°位相検波回路１４側のローパスフィルタ１６の出力（直流成分）を増幅する直流増幅器１８と、この直流増幅器１８の出力をひずみゲージ１のひずみ値（ひずみゲージ１を貼着する測定対象物体のひずみ値）を示すひずみ測定信号として外部に出力する出力回路１９と、前記ブリッジ電源出力回路１３の出力（ブリッジ電源電圧ｅin）を基に前記０°基準位相信号を発生する位相調整回路２０と、この位相調整回路２０が発生する０°基準位相信号の位相を９０°ずらす（９０°遅らせる）ことで、前記９０°基準位相信号を発生する移相回路２１とを備えている。

ここで、前記位相調整回路２０が発生する０°基準位相信号および移相回路２１が発生する９０°基準位相信号は、それぞれ図３の２段目、３段目のグラフで示すような矩形波であり、その周波数はブリッジ電源電圧ｅinと同一である。そして、０°位相検波回路１４は、０°基準位相信号のレベルが正のレベルである期間では、交流増幅器１１の出力電圧信号をそのまま出力し、０°基準位相信号のレベルが負のレベルである期間では、交流増幅器１１の出力電圧信号の極性を反転させて出力するようにしている。同様に、９０°位相検波回路１５は、９０°基準位相信号のレベルが正のレベルである期間では、交流増幅器１１の出力電圧信号をそのまま出力し、０°基準位相信号のレベルが負のレベルである期間では、交流増幅器１１の出力電圧信号の極性を反転させて出力するようにしている。

例えば、図３の１段目（最上段）のグラフで例示する交流増幅器１１の出力電圧信号（この例では正弦波）が０°基準位相信号および９０°基準位相信号と図示のような位相関係にあるとき（図３の例では、交流増幅器１１の出力電圧信号と０°基準位相信号とは同相である）、０°位相検波回路１４の出力、９０°位相検波回路１５の出力はそれぞれ図３の４段目、５段目のグラフで示すような波形の信号となる。また、例えば図４の１段目（最上段）のグラフで例示する交流増幅器１１の出力電圧信号（この例では正弦波）が０°基準位相信号および９０°基準位相信号と図示のような位相関係にあるとき（図４の例では、交流増幅器１１の出力電圧信号は、０°基準位相信号に対して角度α°の位相遅れを生じている）、０°位相検波回路１４の出力、９０°位相検波回路１５の出力はそれぞれ図４の４段目、５段目のグラフで示すような波形の信号となる。

なお、一般的に周期信号の位相は、その信号の角周波数と時間（ある任意の時刻０からの経過時間）との積に、時刻０における初期位相を加算したものであるから、図３の横軸位相の値を表す軸であると共に、時間軸でもある。

補足すると、ひずみ測定器３からブリッジ回路５までの全回路が抵抗成分のみにより構成されており、あるいは、その全回路の容量成分が抵抗成分に比して十分に小さいと仮定した場合、交流増幅器１１に入力するブリッジ回路５の出力電圧信号ｅout（以下、ブリッジ出力ｅoutということがある）、ひいては交流増幅器１１の出力電圧信号は、前記ブリッジ電源出力回路１３が発生するブリッジ電源電圧ｅinとほぼ同相の信号になる。従って、位相調整回路２０からブリッジ電源電圧ｅinと同相の０°基準位相信号を発生するようにすれば、０°位相検波回路１４の出力は、ブリッジ回路５の抵抗値変化に応じた抵抗成分となる。但し、特に、前記ひずみゲージ１とブリッジボックス２との間のリード線１ａ，１ｂが長い場合には、そのリード線１ａ，１ｂ間の浮遊容量がブリッジ回路５に実質的に組み込まれることとなる。また、ブリッジボックス２とひずみ測定器３との間の接続ケーブル１０が長い場合には、この接続ケーブル１０の信号線１０ｃ，１０ｄの間や電源線１０ａ，１０ｂの間にも浮遊容量が組み込まれることとなる。そして、これらの浮遊容量の影響によって、ブリッジ出力ｅout、ひいては交流増幅器１１の出力電圧信号のうちの、ブリッジ回路５の抵抗値変化に応じた抵抗成分は、ブリッジ電源電圧ｅinに対して位相のずれを生じる。従って、交流増幅器１１の出力電圧信号から、ブリッジ回路５の抵抗値変化のみに起因する真の抵抗成分（またはそれとほぼ同等の抵抗成分）を０°位相検波回路１４で抽出するためには、前記０°基準位相信号の位相をブリッジ電源電圧ｅinの位相に対して適切にずらしてやる必要がある。このため、前記位相調整回路２０は、後述する位相コントロール回路２８からの指令信号を受けて、ブリッジ電源電圧ｅinに対する０°基準位相信号の位相を調整し得るようになっている。

さらに、ひずみ測定器３は、０°位相検波回路１４側のローパスフィルタ１６の出力（直流成分）がほぼ０であるか否か（より詳しくは、ローパスフィルタ１６の出力レベルが０近傍の所定の範囲内に収まっているか否か）を判断する判別回路２２（以下、０°位相側判別回路２２という）と、この０°位相側判別回路２２の出力と位相調整回路２０が発生する０°基準位相信号とを基に、交流増幅器１１に付加的に入力する初期不平衡補償信号（詳細は後述する）を発生する０°位相バランス回路２３を制御するバランスコントロール回路２４と、９０°位相検波回路１５側のローパスフィルタ１７の出力（直流成分）がほぼ０であるか否か（より詳しくは、ローパスフィルタ１７の出力レベルが０近傍の所定の範囲内に収まっているか否か）を判断する判別回路２５（以下、９０°位相側判別回路２５という）と、この９０°位相側判別回路２５の出力と移相回路２１が発生する９０°基準位相信号とを基に、交流増幅器１１に付加的に入力する初期不平衡補償信号（詳細は後述する）を発生する９０°位相バランス回路２６を制御するバランスコントロール回路２７と、９０°位相側判別回路２５の出力に応じて位相調整回路２０に０°基準位相信号の位相を調整するための指令信号を出力する位相コントロール回路２８とを備えている。補足すると、０°位相側判別回路２２および９０°位相側判別回路２５がそれぞれバランスコントロール回路２４，２７に出力する信号には、各ローパスフィルタ１６，１７の出力レベルを示す信号も含まれる。

また、ひずみ測定器３には、ブリッジボックス２のリレー駆動回路９の制御信号を前記接続ケーブル１０の制御信号線１０ｅ，１０ｆ（図１参照）を介して該リレー駆動回路９に出力するリレー制御回路２９と、ひずみ測定器３内の各回路に動作用電源を供給する電源回路３０とが備えられている。電源回路３０は、外部の交流電源あるいは電池から各回路の動作用電源を生成する。

次に、実施形態の装置の作動を説明する。まず、ひずみ測定を開始しようとするとき、ブリッジ回路５の初期不平衡を補償するための処理（以下、初期不平衡補償処理という）をひずみ測定器３の所要の動作によって行う。ひずみ測定を開始する前のひずみゲージ１が無ひずみ状態であっても、前記リード線１ａ，１ｂの抵抗値やこれらのリード線１ａ，１ｂ間の浮遊容量の影響によって、一般には、ブリッジ回路５が不平衡状態となっており、ブリッジ回路５にブリッジ電源電圧ｅinを付与した状態でのブリッジ出力ｅoutは一般には０にならない。この場合、ひずみゲージ１が無ひずみ状態であっても、ブリッジ出力ｅoutからひずみ測定器３の交流増幅器１１、０°位相検波回路１４およびローパスフィルタ１６を介して得られる直流電圧のレベルは０にならないので、この直流電圧から把握されるひずみ測定値に誤差を生じることとなる。このような不具合を解消するための処理が前記初期不平衡補償処理であり、この処理は、本発明における初期不平衡調整ステップに相当するものである。

この初期不平衡補償処理を以下に詳説すると、まず、ひずみ測定を開始しようとするときの、ひずみゲージ１の無ひずみ状態において、ひずみ測定器３の図示しない操作パネル等の所定の操作によって、ブリッジ電源出力回路１３からブリッジ電源電圧ｅoutが出力され、それがブリッジ回路５に付与される。そして、この時のブリッジ出力ｅout（以下、これを初期不平衡ブリッジ出力ｅoutということがある）がひずみ測定器３の交流増幅器１１で増幅された後、０°位相検波回路１４および９０°位相検波回路１５に入力される。この場合、０°位相検波回路１４には、ブリッジ電源出力回路１３が出力しているブリッジ電源電圧ｅinと同相の０°基準位相信号が位相調整回路２０から与えられ、また、９０°位相検波回路１５には、０°基準位相信号に対して９０°の位相差（位相遅れ）を有する、すなわちブリッジ電源電圧ｅinに対して９０°の位相遅れを有する９０°基準位相信号が移相回路２１から与えられる。従って、０°位相検波回路１４は、初期不平衡ブリッジ出力ｅoutに対応（比例）する交流増幅器１１の出力電圧信号のうち、ブリッジ電源電圧ｅinと同相の信号成分を検波し、９０°位相検波回路１５は、交流増幅器１１のうち、ブリッジ電源電圧ｅinに対して９０°の位相遅れを有する信号成分を検波することとなる。

この動作を図６の複素平面上のベクトル図で説明すると、初期不平衡ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号を複素表現したときのベクトルは例えば図中のＶ0で表される。ここで、同図中の実軸１（実数軸１）は、ブリッジ電源電圧ｅinと同相の軸であり、虚軸１（虚数軸１）はブリッジ電源電圧ｅinに対して９０°の位相差を有する軸である。ベクトルＶ0の大きさ（長さ）が初期不平衡ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号の振幅に相当し、実軸１に対するベクトルＶ0の角度αが交流増幅器１１の出力電圧信号のブリッジ電源電圧ｅinに対する位相差（位相の遅れ分）に相当する。位相差αは、主に、前記リード線１ａ，１ｂの間の浮遊容量や、前記接続ケーブル１０の信号線１０ｃ，１０ｄの間の浮遊容量、電源線１０ａ，１０ｂの間の浮遊容量などの容量成分によって発生する位相差である。なお、同図中の実軸２および虚軸２については後述する。

この場合、０°位相基準信号はブリッジ電源電圧ｅinと同相であるので、初期不平衡ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号のうち、前記０°位相検波回路１４で検波される信号成分は、ベクトルＶ0の、実軸１方向の成分ベクトルＶ0xであり、前記９０°位相検波回路１５で検波される信号成分は、ベクトルＶ0の、虚軸１方向の成分ベクトルＶ0yである。

初期不平衡補償処理では、上述のように初期不平衡ブリッジ出力ｅoutが交流増幅器１１に入力されつつ、バランスコントロール回路２４が、判別回路２２で判別される０°位相側ローパスフィルタ１６の出力（直流成分）のレベルが０になるように、換言すれば、交流増幅器１１の出力電圧信号のうち、ブリッジ電源電圧ｅinと同相の信号成分（０°位相成分）、ひいては０°位相検波回路１４の出力が定常的に０レベルの信号になるように、０°位相バランス回路２３から初期不平衡補償信号（以下、０°位相初期不平衡補償信号という）を交流増幅器１１に付加的に入力させる。この動作は、初期不平衡ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号としての図６のベクトルＶ0の実軸１方向の成分ベクトルＶ0xと１８０°位相の異なるベクトルＶb0x、すなわち、成分ベクトルＶ0xと重畳（加算）したときに該成分ベクトルＶ0xを打ち消すようなベクトルＶb0xの出力電圧信号を交流増幅器１１の出力側に発生させる信号を、０°位相初期不平衡補償信号として交流増幅器１１に付加的に入力することを意味している。この場合、０°位相初期不平衡補償信号の大きさ（振幅）は、判別回路２２からバランスコントロール回路２４に与えられる０°位相側ローパスフィルタ１６の出力レベルに応じて決定され、該補償信号の位相は、０°基準位相信号に対して１８０°の位相差を有するように決定される。より具体的には、初期不平衡ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号が前記図４に例示したように０°基準位相信号に対して角度αの位相遅れを有する場合、交流増幅器１１の出力電圧信号の０°位相成分（ブリッジ電源電圧ｅinと同相の成分）は、図５の第４段目のグラフに実線で示すような波形となる。このとき、０°位相初期不平衡補償信号は、同図の第４段面のグラフに２点鎖線で示すように、実線の波形と１８０°の位相差を有する波形の信号となる。

なお、本実施形態においては、初期不平衡補償処理では、０°位相側ローパスフィルタ１６の出力は、判別回路２２にのみ入力され、直流増幅器１８には入力されないようになっている。これは後述する位相ずれ補償処理においても同様である。

上記したバランスコントロール回路２４の制御処理が実行されるのと並行して、これと同様の制御処理がバランスコントロール回路２７でも実行される。すなわち、バランスコントロール回路２７は、判別回路２５で判別される９０°位相側ローパスフィルタ１７の出力（直流成分）のレベルが０になるように、換言すれば、交流増幅器１１の出力電圧信号のうち、ブリッジ電源電圧ｅinに対して９０°の位相遅れを有する信号成分（９０°位相成分）、ひいては９０°位相検波回路１５の出力が定常的に０レベルの信号になるように、９０°位相バランス回路２６から初期不平衡補償信号（以下、９０°位相初期不平衡補償信号という）を交流増幅器１１に付加的に入力させる。この動作は、初期不平衡ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号としての図６のベクトルＶ0の虚軸１方向の成分ベクトルＶ0yと１８０°位相の異なるベクトルＶb0y、すなわち、成分ベクトルＶ0yと重畳（加算）したときに該成分ベクトルＶ0yを打ち消すようなベクトルＶb0yの出力電圧信号を交流増幅器１１の出力側に発生させる信号を、９０°位相初期不平衡補償信号として交流増幅器１１に付加的に入力することを意味している。この場合、９０°位相初期不平衡補償信号の大きさ（振幅）は、判別回路２５からバランスコントロール回路２７に与えられる０°位相側ローパスフィルタ１７の出力レベルに応じて決定され、該補償信号の位相は、９０°基準位相信号に対して１８０°の位相差を有するように決定される。より具体的には、初期不平衡ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号が前記図４に例示したように０°基準位相信号に対して角度αの位相遅れを有する場合、交流増幅器１１の出力電圧信号の９０°位相成分（ブリッジ電源電圧ｅinに対して９０°の位相遅れを有する成分）は、図５の第５段目のグラフに実線で示すような波形となる。このとき、０°位相初期不平衡補償信号は、同図の第５段面のグラフに２点鎖線で示すように、実線の波形と１８０°の位相差を有する波形の信号となる。

上記のように０°位相初期不平衡補償信号と９０°位相初期不平衡補償信号とを交流増幅器１１に付加的に入力することは、０°位相初期不平衡補償信号に対応する図６のベクトルＶb0xと９０°位相初期不平衡補償信号に対応する図６のベクトルＶb0yとを合成してなるベクトルＶb0の出力電圧信号を交流増幅器１１の出力側に付加的に発生させることと等価である。この場合、このベクトルＶb0は初期不平衡ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号を表すベクトルＶ0と大きさが同じで且つ１８０°位相が相違するものとなるので、該ベクトルＶb0の出力電圧信号がベクトルＶ0の出力電圧信号に重畳されることで、交流増幅器１１の出力電圧信号は定常的に０レベルの信号となる。

これにより、ひずみゲージ１の無ひずみ状態での交流増幅器１１の出力電圧信号が０となるように０°位相および９０°位相初期不平衡補償信号が決定され、ブリッジ回路５の初期不平衡の影響が補償されることとなる。そして、以後は、バランスコントロール回路２４，２７は、その決定した初期不平衡補償信号を継続的に各バランス回路２３，２６から交流増幅器１１に入力させるように各バランス回路２３，２６を動作させる。

なお、交流増幅器１１が複数段のアンプを備えるような場合には、０°位相初期不平衡補償信号や９０°位相初期不平衡補償信号は、必ずしも初段のアンプに入力する必要はなく、２段目以降のアンプに入力するようにしてもよい。

補足すると、交流増幅器１１の出力電圧信号のうち、ブリッジ回路５の抵抗値の平衡状態からのずれに応じた実際の抵抗成分は、特に接続ケーブル１０における前記浮遊容量の影響によって、ブリッジ電源出力回路１３が発生するブリッジ電源電圧ｅinに対して位相遅れを生じる。例えば図６に示す如く、初期不平衡ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号のベクトルＶ0のうち、実際の抵抗成分はブリッジ電源電圧ｅinと同相の実軸１に対して角度θの位相遅れを有する成分ベクトルＶ0rで表される。同様に、ベクトルＶ0のうち、実際の容量成分（抵抗成分と９０°の位相差を有する成分）はブリッジ電源電圧ｅinと９０°の位相差を有する虚軸１に対して角度θの位相遅れを有する成分ベクトルＶ0cで表される。図６に示した実軸２は、交流増幅器１１の出力電圧信号のうち、実際の抵抗成分と同相の軸を示しており、虚軸２は、実軸２に対して９０°の位相差を有する軸（実際の容量成分と同相の軸）を示している。

従って、前述した初期不平衡補償処理において、０°位相検波回路１４および９０°位相検波回路１５がそれぞれ検波する信号成分は、一般には、初期不平衡ブリッジ出力ｅoutの実際の抵抗成分、容量成分を表すものとはならない。

但し、初期不平衡補償処理は、結果的に交流増幅器１１の出力電圧信号が０になるように０°基準位相信号と同相の０°位相初期不平衡補償信号と９０°基準位相信号と同相の９０°位相初期不平衡補償信号を決定して、交流増幅器１１に付加的に入力する処理であり、これらの初期不平衡補償信号を合成してなる信号、すなわち、図６のベクトルＶb0に対応する信号は、初期不平衡ブリッジ出力ｅoutの実際の抵抗成分、容量成分によらずに、該初期不平衡ブリッジ出力ｅout（図６のベクトルＶ0）に対して一義的に定まる。より一般的にいえば、０°基準位相信号および９０°基準位相信号がブリッジ電源電圧ｅinに対してどのような位相差を有していても、前記したように０°位相検波回路１４の出力が０になるように０°位相初期不平衡補償信号を決定すると共に、９０°位相検波回路１５の出力が０になるように９０°位相初期不平衡補償信号を決定することで、それらの補償信号を合成してなる信号によって交流増幅器１１が発生する出力電圧信号は、初期不平衡ブリッジ出力ｅoutに対応する図６のベクトルＶ0に対して１８０°位相の異なるものとして一義的に定まるベクトルＶb0となる。

従って、前記した初期不平衡補償処理では、０°基準位相信号の位相をブリッジ電源電圧ｅinと同相にしたが、初期不平衡補償処理で使用する０°基準位相信号は、ブリッジ電源電圧ｅinと同相にする必要はなく、該ブリッジ電源電圧ｅinと任意の位相差を有するものであってもよい。

なお、ブリッジ電源電圧ｅinに対する初期不平衡ブリッジ出力ｅoutの位相、すなわち、図６の角度αは、リード線１ａ，１ｂ間の浮遊容量や接続ケーブル１０の浮遊容量、リード線１ａ，１ｂの抵抗値などが総合的に影響して定まるものであるので、初期不平衡ブリッジ出力ｅoutの実際の抵抗成分のブリッジ電源電圧ｅinに対する位相差（図６の角度θ）を該初期不平衡ブリッジ出力ｅoutから把握することは一般にはできない。

上述したように初期不平衡補償処理が実行された後、これに続いて、ブリッジ回路５の抵抗値変化（容量成分の変化を伴わない抵抗値変化）によるブリッジ出力ｅoutの実際の抵抗成分がブリッジ電源電圧ｅinに対して生じる位相遅れの影響を補償するための処理（以下、位相ずれ補償処理という）がひずみ測定器３の所要の動作によって行われる。精度のよいひずみ測定を行うためには、ブリッジ出力ｅoutから、ひずみゲージ１の抵抗値変化に伴う実際の抵抗成分を０°位相検波回路１４で検波する必要がある。この場合、前記したようにブリッジ回路５の抵抗値変化に応じたブリッジ出力ｅoutの実際の抵抗成分は、特に接続ケーブル１０における前記浮遊容量の影響によって、ブリッジ電源出力回路１３が発生するブリッジ電源電圧ｅinに対して位相遅れを生じるので、その位相遅れ分だけ、０°基準位相信号の位相をブリッジ電源電圧ｅinからずらすように決定する必要がある。位相ずれ補償処理は、このように０°基準位相信号の位相（詳しくはブリッジ電源電圧ｅinに対する位相差）を決定する処理であり、本発明における位相ずれ決定処理に相当するものである。

この位相ずれ補償処理を以下に詳説すると、まず、前記リレー制御回路２９から、ブリッジボックス２のリレー駆動回路９に制御信号が与えられ、これに応じてリレー駆動回路９がソレノイド９ａを介してスイッチ７を開成状態から閉成させる。なお、本実施形態では、ラッチリレーを使用しているので、リレー駆動回路９からソレノイド９ａに一時的に通電するだけでスイッチ７は開成状態から閉成し、その閉成状態が維持される。また、ひずみゲージ１は初期不平衡補償処理のときと同様に無ひずみ状態である。

これにより、ブリッジ回路５の一辺（前記抵抗体４ｂにより構成される辺）に抵抗体８がスイッチ７を介して並列に接続されることとなる。従って、ブリッジ回路５の抵抗値が強制的に変化させられる。この場合、抵抗体８の抵抗値は、それをブリッジ回路５に接続したときのブリッジ回路５の抵抗値変化（ひいてはブリッジ出力ｅoutの振幅変化）が、ひずみゲージ１の通常的なひずみ（例えばひずみゲージ１で測定可能なひずみ値の範囲内の中間的な値のひずみ）によって生じるブリッジ回路５の抵抗値変化と同程度になるような抵抗値にあらかじめ定めておけばよい。なお、抵抗体８は、実質的に容量成分等を含まない抵抗体として機能するものであれば、その抵抗値は必ずしも高精度なものである必要はない。

そして、上記のように抵抗体８をブリッジ回路５に接続した状態で、ひずみ測定器３のブリッジ電源出力回路１３からブリッジ電源電圧ｅinを付与しつつ、ブリッジ出力ｅoutをひずみ測定器３の交流増幅器１１に入力する。また、これと並行して、交流増幅器１１には、前記初期不平衡補償処理によって決定された０°位相初期不平衡補償信号と９０°位相初期不平衡補償信号とがそれぞれ各バランス回路２３，２６から付加的に入力される。

この場合、前記初期不平衡補償処理によって、ブリッジ回路５の初期不平衡は補償されているので、この時のブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号は、抵抗体８の接続によるブリッジ回路５の抵抗値変化に応じたものとなる。別の言い方をすれば、この時のブリッジ出力ｅout（以下、位相ずれ補償時ブリッジ出力ｅoutということがある）に対応（比例）する交流増幅器１１の出力電圧信号そのものが、ブリッジ回路５の抵抗値変化に応じた抵抗成分に相当するものとなる。但し、その抵抗成分は、前記接続ケーブル１０の浮遊容量の影響で、一般にはブリッジ電源電圧ｅinに対して位相遅れを有するものとなっている。

そこで、位相ずれ補償処理では、０°基準位相信号が前記位相ずれ補償時ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号と同相になるように０°基準位相信号の位相を決定する。

この処理は前記位相コントロール回路２８の動作を主体として次にように行われる。すなわち、位相コントロール回路２８は、判別回路２５の出力を監視しつつ、連続的に、もしくは、微小量ずつ、０°基準位相信号の位相をブリッジ電源電圧ｅinと同一の位相から変化させていくように、位相調整回路２０を制御する。なお、これに追従して、移相回路２１が発生する９０°基準位相信号も、０°基準位相信号との位相差（９０°）を維持しながら変化していくこととなる。

この場合、０°基準位相信号が位相ずれ補償時ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号とほぼ同相になる時に、９０°位相側ローパスフィルタ１７の出力（９０°位相検波回路１５の出力の直流成分）がほぼ０になる。すなわち、前記図３に例示したように、交流増幅器１１の出力電圧信号が、０°基準位相信号と同相であるときには、９０°位相検波回路１５の出力は、正側と負側とで対称的な波形となるので、９０°位相側ローパスフィルタ１７の出力がほぼ０になる。そこで、本実施形態における位相コントロール回路２８は、０°基準位相信号の位相を変化させていく過程で、９０°位相側ローパスフィルタ１７の出力がほぼ０になったこと（詳しくは、該出力のレベルが０近傍の所定の範囲内に収まったこと）を判別回路２５の出力によって認識した時の０°基準位相信号のブリッジ電源電圧ｅinに対する位相差を位相ずれ補償時ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号のブリッジ電源電圧ｅinに対する位相差として決定する。そして、その位相差分だけブリッジ電源電圧ｅinに対して位相差を有する０°基準位相信号をひずみ測定時に０°位相検波回路１４に位相調整回路２０から出力させるべき０°基準位相信号として決定する。つまり、９０°位相側ローパスフィルタ１７の出力がほぼ０になる時の、０°基準位相信号の位相をひずみ測定時に使用すべき０°基準位相信号の位相として決定する。このように決定された０°基準位相信号は、位相ずれ補償時ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号、すなわち、ブリッジ出力ｅoutの抵抗成分に同相のものとなる。

この動作を図７の複素平面上のベクトル図で説明すると、同図中のベクトルＶεが、位相ずれ補償時ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号を表すベクトルである。この場合、０°基準位相信号がブリッジ出力電圧ｅinと同相である状態では、９０°位相検波回路１５が検波する信号成分は、虚軸１方向の成分ベクトルＶεy（≠０ベクトル）である。なお、実軸１および虚軸１は前記図６のものと同じであり、図示のベクトルＶεは、ブリッジ出力電圧ｅinと同相の実軸１に対して角度θの位相遅れを有している。また、図示の例では、０°基準位相信号がブリッジ出力電圧ｅinと同相である状態では、０°位相検波回路１４で検波される信号成分は、実軸１方向の成分ベクトルＶεxである。

そして、この状態から、０°基準位相信号の位相を変化させていくということは、実軸および虚軸を回転させていくことと同等であり、０°基準位相信号の位相がブリッジ電源電圧ｅinに対して角度θの位相遅れを有する位相まで変化したときに、図示の実軸２および虚軸２で示すように、位相ずれ補償時ブリッジ出力ｅoutに対応するベクトルＶεと実軸２とが同相になり、且つ、虚軸２がベクトルＶεと９０°の位相差を有するものとなる。このため、ベクトルＶεの、虚軸２方向の成分ベクトルは０になる。従って、９０°位相検波回路１５が検波する信号成分が０になるときの、０°基準位相信号の位相が、位相ずれ補償時ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号の位相と同相になる。

なお、位相ずれ補償処理で、前記のように０°基準位相信号の位相を変化させていくとき、０°基準位相信号が位相ずれ補償時ブリッジ出力ｅoutに対応する交流増幅器１１の出力電圧信号と同相になるときに、０°位相側ローパスフィルタ１６の出力レベルは、最大となり、０°基準位相信号の位相が交流増幅器１１の出力電圧信号からずれるにしたがって、０°位相側ローパスフィルタ１６の出力レベルは小さくなる。従って、位相ずれ補償処理で、０°基準位相信号の位相を決定するときには、０°位相側ローパスフィルタ１６の出力レベルが最大となるような０°基準位相信号の位相を、ひずみ測定時に位相調整回路２０から発生させる０°基準位相信号の位相として決定するようにしてもよい。この場合には、判別回路２５の出力に代えて、判別回路２２の出力を位相コントロール回路２８に入力するようにして、０°位相側ローパスフィルタ１６の出力レベルが最大となるときの０°基準位相信号の位相をひずみ測定時に使用すべき０°基準位相信号の位相として決定するようにすればよい。

補足すると、位相ずれ補償時ブリッジ出力ｅoutのブリッジ電源電圧ｅinに対する位相差は、原理的には、例えばブリッジ電源電圧ｅinのゼロクロス点（ｅinが０となる位相）と、位相ずれ補償時ブリッジ出力ｅoutのゼロクロス点（ｅoutが０となる位相）との差分として直接的に検出することも可能である。但し、一般には、ブリッジ出力ｅoutにはノイズ成分も多少なりとも含まれるため、位相ずれ補償時ブリッジ出力ｅoutのゼロクロス点を高精度に把握することは困難である。従って、位相ずれ補償時ブリッジ出力ｅoutと同相になる０°基準位相信号を決定する上では、前記したように０°位相側ローパスフィルタ１６の出力レベルが最大となり、あるいは、９０°位相側ローパスフィルタ１７の出力レベルがほぼ０となるような０°基準位相信号を位相ずれ補償時ブリッジ出力ｅoutと同相のものとして決定することが好ましい。

以上のようにして、０°基準位相信号の位相を決定することで、位相ずれ補償処理が完了する。

本実施形態では、上記位相ずれ補償処理に続いて、ひずみ測定器３のリレー制御回路２９からブリッジボックス２のリレー駆動回路９に制御信号を与え、前記スイッチ７を閉成状態から開成させる。そして、この状態で、再度、前記初期不平衡補償処理を実行した後、ひずみゲージ１を測定対象の物体（図示省略）に貼着した状態（物体のひずみと同じひずみがひずみゲージ１に生じる状態）で、実際のひずみ測定が開始される。この場合、再度の初期不平衡補償処理は、０°基準位相信号の位相を前記位相ずれ補償処理で決定した位相に固定した状態で行われる。そして、これに続くひずみ測定では、０°基準位相信号の位相を位相ずれ補償処理で決定した位相に維持し、また、再度の初期不平衡補償処理で決定された０°位相初期不平衡補償信号と９０°位相初期不平衡補償信号とをそれぞれ各バランス回路２３，２６から交流増幅器１１に付加的に入力しつつ、ブリッジ出力ｅoutが交流増幅器１１に入力される。そして、このときの０°位相側ローパスフィルタ１６の出力（これはひずみゲージ１の抵抗値変化に応じた実際の抵抗成分の直流成分に相当するものとなる）が直流増幅器１８および出力回路１９を介して出力され、その出力信号のレベルに基づいてひずみ測定値が求められる。

なお、本実施形態では、位相ずれ補償処理の後に初期不平衡補償処理を再度実行するようにしたが、この再度の初期不平衡補償処理は念のための処理であり、必ずしも実行する必要はない。従って、位相ずれ補償処理の後に直ちにひずみ測定を開始するようにしてもよい。

以上のようにして本実施形態は、ひずみ測定を開始しようとするときに、初期不平衡補償処理と位相ずれ補償処理とを順次実行するようにしたことによって、前記リード線１ａ，１ｂの間の浮遊容量や、前記接続ケーブル１０の信号線１０ｃ，１０ｄの間の浮遊容量、電源線１０ａ，１０ｂの間の浮遊容量の影響を適切に補償して、交流増幅器１１の出力電圧信号から、ひずみゲージ１の抵抗値変化に応じた実際の抵抗成分を０°位相検波回路１４で検波することができ、ひいては精度のよいひずみ測定を行うことができる。

次に、本発明の第２実施形態を図８を参照して説明する。なお、本実施形態は、ひずみゲージのブリッジ回路への組み込み構成のみが前記第１実施形態と相違するものであるので、第１実施形態と同一部分については、第１実施形態と同一の参照符号を用いて説明を省略する。

前記第１実施形態では、ひずみゲージ１をこれに結線された２つのリード線１ａ，１ｂを介してブリッジ回路５に組み込む、いわゆる２線式の測定手法を例にとって説明したが、本発明は、例えばひずみゲージを３つのリード線を介してブリッジ回路に組み込む、いわゆる３線式の測定手法にも適用することができる。第２実施形態は、この３線式の実施形態を示すものである。

この第２実施形態が第１実施形態と相違する点を説明すると、図８に示すように、ひずみゲージ１には、リード線１ａ，１ｂが結線されているほか、さらに、該ひずみゲージ１の一端、例えばリード線１ａ側の一端にリード線１ｃが結線されている。そして、これらのリード線１ａ〜１ｃを介してひずみゲージ１がブリッジボックス２’に接続される。この場合、ブリッジボックス２’の内部では、出力端子６ｃ，６ｄのうち、出力端子６ｃは、抵抗体４ａには直接的に接続されておらず、リード線１ｃに接続（導通）されるようになっている。これ以外の構成は、前記第１実施形態とまったく同一である。なお、上記の接続構成でひずみゲージ１をブリッジ回路５に組み込んだとき、リード線１ａ，１ｂは、ブリッジ回路５の各別の辺に組み込まれることとなる。

かかる本実施形態の装置では、ひずみ測定を開始しようとするときに、前記第１実施形態とまったく同様に初期不平衡補償処理および位相ずれ補償処理が実行され、これにより、リード線１ａ〜１ｃの間の浮遊容量や、接続コード１０の浮遊容量の影響を適切に補償することができる。

なお、前記各実施形態では、位相ずれ補償処理において、抵抗体８をブリッジ回路５に接続して、ブリッジ回路５の抵抗値変化を発生させるようにしたが、原理的には、ブリッジ回路５の容量成分を変化させるようにして、その時のブリッジ出力ｅoutに対して９０°の位相差（位相の進み）を有するように、ひずみ測定時に使用すべき０°基準位相信号の位相を決定する（具体的には、ブリッジ回路５の容量成分を変化させた時の０°位相側ローパスフィルタ１６の出力レベルがほぼ０になり、もしくは、９０°位相側ローパスフィルタ１７の出力レベルが最大になるように０°基準位相信号の位相を決定する）ようにしてもよい。但し、一般に容量成分を持つコンデンサは、抵抗成分も持つため、ブリッジ回路５の容量成分を変化させるためにコンデンサを該ブリッジ回路５に接続するようにしても、ブリッジ回路５の容量成分だけを変化させることは難しく、抵抗成分も変化してしまう。従って、位相ずれ補償処理において、ブリッジ回路にコンデンサを接続してブリッジ回路５の容量成分を変化させることは実用的でない。このため、本発明では、位相ずれ補償処理で、ブリッジ回路に抵抗体を接続するようにした。

本発明の第１実施形態におけるひずみ測定システムの全体構成を示すブロック図。 図１のひずみ測定システムのひずみ測定器の回路構成を示すブロック図。 図２のひずみ測定器の作動を説明するためのグラフ。 図２のひずみ測定器の作動を説明するためのグラフ。 図２のひずみ測定器における初期不平衡補償処理を説明するためのグラフ。 図２のひずみ測定器における初期不平衡補償処理を説明するためのベクトル図。 図２のひずみ測定器における位相ずれ補償処理を説明するためのベクトル図。 本発明の第２実施形態におけるひずみ測定システムの全体構成を示すブロック図。

符号の説明

１…ひずみゲージ、５…ブリッジ回路、７…抵抗体、１１…交流増幅器、ｅin…交流電源電圧、ｅout…ブリッジ回路の出力電圧信号。

Claims (4)

1. 抵抗式ひずみゲージを含むブリッジ回路に交流電源電圧を付与しつつ、該ブリッジ回路の出力電圧信号を交流増幅器に入力して増幅すると共に、該交流増幅器の出力電圧信号から、前記交流電源電圧に対して所定の位相関係を有する信号成分を前記ブリッジ回路の抵抗値変化に応じた抵抗成分として検波し、その検波した抵抗成分から前記ひずみゲージのひずみ値に応じたひずみ測定信号を生成するようにした搬送波型ひずみ測定方法において、
   前記ひずみゲージの無ひずみ状態での前記ブリッジ回路の出力電圧信号を前記交流増幅器に入力しつつ、該交流増幅器の出力電圧信号の抵抗成分と該抵抗成分に対して９０°の位相差を有する容量成分とが零になるように該交流増幅器に付加的に入力する初期不平衡補償信号を決定する初期不平衡調整ステップと、
   この初期不平衡補償信号の決定後に、前記ブリッジ回路に固定抵抗値の抵抗体を接続して、該ブリッジ回路の出力電圧信号と前記初期不平衡補償信号とを前記交流増幅器に入力しつつ、前記交流増幅器の出力電圧信号の前記交流電源電圧に対する位相のずれ量を決定する位相ずれ決定ステップとを備え、
   この位相ずれの決定後に、前記固定抵抗値の抵抗体を前記ブリッジ回路から切り離してひずみ測定を行う時に、前記交流増幅器の出力電圧信号のうち、前記位相ずれ決定ステップで決定したずれ量だけ前記交流電源電圧に対して位相差を有する信号成分を前記ブリッジ回路の抵抗値変化に応じた抵抗成分として検波するようにしたことを特徴とする搬送波型ひずみ測定方法。
2. 前記位相ずれ決定ステップは、前記交流増幅器の出力電圧信号のうち、前記交流電源電圧に対して所定の位相差を有する信号成分を検波しつつ、該所定の位相差を変化させる可変位相検波ステップを備え、該可変位相検波ステップで検波される信号成分の直流成分がほぼ最大となるときの前記所定の位相差を前記位相のずれ量として決定することを特徴とする請求項１記載の搬送波型ひずみ測定方法。
3. 前記位相ずれ決定ステップは、前記交流増幅器の出力電圧信号のうち、前記交流電源電圧に対して所定の位相差を有する信号成分を検波しつつ、該所定の位相差を変化させる可変位相検波ステップを備え、該可変位相検波ステップで検波される信号成分の直流成分がほぼ０になるときの前記所定の位相差と９０°の位相差との差分を前記位相のずれ量として決定することを特徴とする請求項１記載の搬送波型ひずみ測定方法。
4. 前記位相ずれ決定ステップにおいて、前記ブリッジ回路のうち、前記ひずみゲージを含む辺以外の辺に前記抵抗体を並列に接続するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の搬送波型ひずみ測定方法。

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