JP3940970B2 - Strain measurement module - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種物体のひずみを測定するためのひずみ測定モジュール、及びそのひずみの多点測定を行う多点ひずみ測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
機械、土木、建築等の分野では、機械や構造物等の物体のひずみ量を測定する場合、一般にひずみゲージを用いた測定が行われている。そして、機械や構造物等の物体のひずみ測定においては、該物体の複数部位のひずみ測定を行う多点測定が一般的に行われている。尚、本願明細書では、特に付言しない限り、通常の意味でのひずみの他、物体の応力をも含めて「ひずみ」と言い、通常の意味でのひずみは原則として参照符号ε（添字付も含む）を付するものとする。
【０００３】
この種のひずみ測定は、通常、図７に示すようなホイートストンブリッジ回路を用いて行われる。すなわち、図７は、例えば１ゲージ法による従来の基本的な測定システムを示しており、ひずみゲージａが、図示しない物体の測定部位に貼着され、接続線ｃ1 ，ｃ2 を介してひずみ測定器Ａに接続される。この場合、ひずみ測定器Ａ内には、３辺に固定抵抗値の抵抗ｂ1 ，ｂ2 ，ｂ3 を有するホイートストンブリッジ回路ｈが備えられ、このホイートストンブリッジ回路ｈの残りの一辺にひずみゲージａが接続される。そして、ひずみ測定に際しては、ホイートストンブリッジ回路ｈの一対の対角点間に、ひずみ測定器Ａに備えたブリッジ電源回路ｄから入力電圧Ｖ（一定電圧）を印可し、残りの一対の対角点間に物体のひずみ量に応じた測定信号としての出力電圧Δｅを生成する。このとき、接続線ｃ1 ，ｃ2 の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 が十分に小さいとすると、前記出力電圧Δｅは、ひずみゲージａ及び抵抗ｂ1 ，ｂ2 ，ｂ3 のそれぞれの抵抗値Ｒａ，Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 と入力電圧Ｖとを用いて次式（１）により表される。
【０００４】
Δｅ＝［（ＲａＲ2 −Ｒ1 Ｒ3 ）／（Ｒａ＋Ｒ1 ）（Ｒ2 ＋Ｒ3 ）］Ｖ……（１）
この場合、ひずみゲージａの通常時の抵抗値をＲとしたとき、Ｒ1 ＝Ｒ2 ＝Ｒ3 ＝Ｒとするのが一般的で、このとき、物体のひずみに伴うひずみゲージａの抵抗値の変化分をΔＲ（Ｒａ＝Ｒ＋ΔＲ）とすると、ΔＲ≪Ｒであることを考慮して、式（１）は次式（２）に書き換えられる。
【０００５】
Δｅ＝（ΔＲ／４Ｒ）Ｖ ……（２）
また、ひずみゲージａの抵抗値Ｒ及びその変化分ΔＲと、該ひずみゲージａを貼着した物体の測定部位のひずみ量ε（ここでは引っ張りあるいは圧縮方向での通常の意味でのひずみ量）との間には、次の関係式（３）が成立し、
ε＝（ΔＲ／Ｒ）／Ｋ ……（３）
但し、Ｋはひずみゲージａのゲージ率
この関係式（３）と前記式（２）とから次式（４）あるいは（４）’が得られる。
【０００６】
Δｅ＝（Ｖ／４）Ｋε ……（４）
ε＝（４／ＶＫ）Δｅ ……（４）’
従って、ホイートストンブリッジ回路ｈの出力電圧Δｅは、ひずみゲージａを貼着した物体の測定部位のひずみ量εに比例し、ひずみ測定器Ａ側では、該出力電圧Δｅによって、ひずみ量εを測定することができることとなる。尚、物体の応力はこれをσとしたとき、一般にひずみ量εとの間に次式（５）の比例関係が成り立つので、
σ＝Ｅε ……（５）
但し、Ｅ：物体のヤング率
出力電圧Δｅによって、該応力も測定できる。これがひずみ測定の基本的な手法である。
【０００７】
尚、上記で説明した測定手法以外にも、２個のひずみゲージを物体の測定部位に貼着する２ゲージ法や４個のひずみゲージを物体の測定部位に貼着する４ゲージ法等の手法もあるが、いずれの手法においても、基本的には、物体に貼着したひずみゲージを含めて構成したホイートストンブリッジ回路によって、物体のひずみ量に比例した測定信号を生成するものである。
【０００８】
また、前述の多点測定では、例えば図８に示すような測定システムが従来から用いられている。すなわち、機械、建造物等の物体の複数の測定部位あるいは、複数の物体にそれぞれ貼着したひずみゲージａ，ａ，…が多点測定機能を有するひずみ測定器Ａ’あるいは該ひずみ測定器Ａ’によって制御されるスイッチボックスＢにそれぞれ接続線ｃを介して接続される。そして、ひずみ測定器Ａ’は自身に接続された各測定点のひずみゲージａに順次通電せしめて該測定点のひずみ量に応じた測定信号を生成させ、さらには、スイッチボックスＢに接続された各測定点のひずみゲージａに該スイッチボックスＢを介して順次通電せしめて該測定点のひずみ量に応じた測定信号を生成させ、各測定点毎の測定信号を取得する。さらに、ひずみ測定器Ａは、取得した測定信号に基づき、各測定点毎のひずみ量を把握し、これにより多点ひずみ測定を行う。尚、この場合、例えば１ゲージ法によるひずみ測定に関しては、ひずみ測定器ＡやスイッチボックスＢに、各測定点のひずみゲージａと併せて前記図７に示したようなホイートストンブリッジ回路を構成するための抵抗が各測定点のひずみゲージａに対して切換接続可能に設けられ、その切換接続を各測定点について順次行いつつ、多点ひずみ測定が行われる。
【０００９】
しかしながら、前述のような従来のひずみ測定システムでは、ひずみゲージをひずみ測定器あるいはスイッチボックスに接続する接続線に起因して次のような不都合を生じるものであった。
【００１０】
例えば前記図７に示した１ゲージ法による測定システムにおいて、接続線ｃ1 ，ｃ2 の抵抗値ｒ1 ，ｒ2 を考慮すると、ホイートストンブリッジ回路ｈの出力電圧Δｅ（測定信号）は、式（１）中のＲａ（＝Ｒ＋ΔＲ）をＲａ＋ｒ1 ＋ｒ2 で置き換えた式で表され、さらに前述の如くＲ1 ＝Ｒ2 ＝Ｒ3 ＝Ｒとした場合、出力電圧Δｅは次式（２）’で表される。
【００１１】
Δｅ＝［（ΔＲ＋ｒ1 ＋ｒ2 ）／２（２Ｒ＋ΔＲ＋ｒ1 ＋ｒ2 ）］Ｖ……（２）’
この式（２）’から明らかなように、ひずみゲージをひずみ測定器やスイッチボックスに接続する接続線の抵抗はひずみ測定の測定感度や零点（ひずみ量の基準とする出力電圧Δｅで、これは、一般にひずみゲージを物体に貼着した当初の出力電圧Δｅが用いられる）、ひいては測定精度に影響を及ぼし、このことは２ゲージ法や４ゲージ法等の他のひずみ測定手法についても同様である。
【００１２】
このため、従来は、ひずみゲージをひずみ測定器やスイッチボックスに接続する接続線の線径や長さ（接続線の抵抗値は基本的には接続線の線径や長さによって定まる）によって、ひずみ測定器の設定値を調整することでひずみ測定時に得られる測定信号をひずみ測定器側で補正したり、あるいは、ひずみ測定器で最終的にひずみ量等のデータ値を得た後に、測定者が補正表を参照する等して該データ値を補正することが一般に行われている。
【００１３】
しかしながら、例えば前述のような多点測定では、測定点が広範囲に及ぶと、ひずみゲージをひずみ測定器あるいはスイッチボックスに接続する接続線が長いものとならざるを得ず、該接続線の抵抗値が比較的大きなものとなりやすい。また、ひずみ量の一点測定を行う場合であっても、測定環境上、接続線が長いものとならざるを得ない場合もある。そして、このように接続線が長いものとなって、その抵抗値が比較的大きくなると、前述のような補正を行っても、十分な測定感度や測定精度を確保することが困難なものとなっていた。
【００１４】
また、接続線の抵抗値は、環境温度の影響を受けるため、特に接続線が長く、その抵抗値が比較的大きい場合には、接続線の線径や長さによって、測定信号等の補正を行っただけでは、環境温度の変化によって零点移動や測定感度の変動を生じ、長期的なひずみ測定や広範囲にわたる多点ひずみ測定を安定した測定精度で行うことが困難なものとなっていた。尚、この場合、１ゲージ法では、公知の１ゲージ３線法を用いることで、零点移動をある程度抑制することはできるものの、測定感度の変動を抑制することはできない。また、４ゲージ法では接続線の抵抗値の影響を排除するために定電流法を用いることもあるが、この手法は４ゲージ法に限られる。
【００１５】
さらに、従来の測定システムでは、ひずみゲージの微小な抵抗変化に応じた信号（アナログ信号）をひずみ測定器側でひずみゲージとの接続線を介して受けるものであるため、接続線に混入する外乱ノイズや接続線の劣化等の影響を受けやすく、これも測定誤差の大きな要因となっていた。特に、構造物等のひずみ測定では、接続線を地中に埋設したり、長期測定を行う場合が多々あり、このような場合には、接続線の劣化によって、その絶縁性が低下し、外乱ノイズが大幅に増加したりして、測定に重大な支障をきたすことがしばしばあった。
【００１６】
このように従来の測定システムでは、ひずみゲージをひずみ測定器あるいはスイッチボックスに接続する接続線が測定精度や測定の安定性等に悪影響を及ぼし易いものとなっていた。
【００１７】
また、特に構造物等の多点測定では、測定点の個数は数百、場合によっては数千に及ぶことがあり、このような多点測定では、前述のように接続線の線径や長さによって、測定信号や最終的に得られたデータ値を補正するためには、測定点毎にその補正を行わなければならず、また、各測定点のひずみゲージの温度特性等を考慮した補正や、物体の温度に応じた熱的なひずみ特性を考慮した補正を各測定点毎に行わなければならない場合も多々ある。また、測定システムの設置にあたっては、測定点毎にひずみゲージとひずみ測定器あるいはスイッチボックスとの間の接続線の配線処理を行わなければならず、また、屋外で長期的な測定を行う場合には、測定点毎のひずみゲージの防水等、該ひずみゲージを保護するためのコーティング処理を施さなければならない。
【００１８】
従って、従来の多点ひずみ測定では、これらの作業に膨大な時間や労力、コストを要すると共に、接続線の誤接続等の不都合も生じやすいものとなっていた。
【００１９】
さらに、従来の多点ひずみ測定では、各測定点のひずみゲージによって、順次、ひずみ量に応じた測定信号を生成して、該測定信号をひずみ測定器に取り込むため、特に測定点数の多い測定では、各測定点毎のひずみ量の測定タイミングの比較的大きな時間差を生じ、その時間差内に測定環境の変化等が生じる場合には、同一の測定環境条件で各測定点のひずみ量を測定することができないものとなっていた。
【００２０】
【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、接続線による測定精度や測定の安定性等への悪影響を排除して、精度のよいひずみ測定を安定して行うことを可能とし、さらには、ひずみ測定に際しての準備作業や測定データの処理の容易化を図ることができるひずみ測定モジュールを提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明のひずみ測定モジュールは、かかる目的を達成するために、物体に貼着されるひずみゲージと、少なくとも該ひずみゲージにより前記物体のひずみ量に応じた測定信号を生成させるための測定信号生成用回路と、該測定信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、該測定信号のデジタルデータ、又は、該デジタルデータから所定の処理を経て生成してなるデジタルデータを測定出力データとして外部に出力するデータ出力処理手段とを一体的にモジュール化してなるモジュール本体部とを有する。
そして、本発明は、さらに前記ひずみゲージの物体への貼着面を除いて該ひずみゲージを被覆して設けられた保護用コーティング部材と、前記モジュール本体部を底部に収容した有底筒状の筐体とを有し、前記ひずみゲージが前記筐体の開口端に位置するように前記コーティング部材を前記筐体に挿脱可能に嵌挿することにより該コーティング部材が該筐体を介して前記モジュール本体部に着脱自在に装着されると共に、その装着状態で前記モジュール本体部に設けられた電極に接触して前記ひずみゲージを前記モジュール本体部に電気的に接続せしめる接続部が前記コーティング部材の外面部に設けられていることを特徴とする。
【００２３】
かかる本発明によれば、少なくとも前記測定信号生成用回路、Ａ／Ｄ変換手段及びデータ出力処理手段を一体的にモジュール化してなるモジュール本体部を前記物体に貼着されるひずみゲージにその近傍で接続するので、該ひずみゲージによって生成される前記測定信号は、該ひずみゲージの近傍でモジュール本体部のＡ／Ｄ変換手段によってデジタルデータに変換される。この場合、モジュール本体部をひずみゲージに接続する接続線は短いもので済むため、前記測定信号は、該接続線の抵抗値や外乱ノイズ等の影響をほとんど受けることなく、デジタルデータに変換される。そして、該デジタルデータ、又は該デジタルデータから所定の処理を経て生成してなるデジタルデータが測定出力データとして前記モジュール本体部のデータ出力処理手段によって外部に出力される。このとき、該測定出力データはデジタルデータであるため、それを有線及び無線のいずれの方式で出力しても、該測定出力データは接続線や外乱ノイズ等の影響を受け難い。従って、該測定出力データによって物体のひずみ測定を精度よく行うことが可能となる。
【００２４】
よって、本発明によれば、接続線による測定精度や測定の安定性等への悪影響を排除して、精度のよいひずみ測定を安定して行うことが可能となる。
【００２６】
また、本発明のひずみ測定モジュールによれば、ひずみゲージをコーティング部材と共にモジュール本体部に装着した状態で、該ひずみゲージを物体に貼着することで、ひずみゲージのコーティング処理及び前記モジュール本体部の設置というようなひずみ測定のための準備作業を容易に行うことができる他、ひずみ測定の終了後に、ひずみゲージをこれを被覆するコーティング部材と共にモジュール本体部から取り外して、該モジュール本体部を再利用することができる。そして、その再利用に際しては、前記接続部を外面部に有するコーティング部材により被覆したひずみゲージを該コーティング部材と共にモジュール本体部に装着することで、ひずみゲージのモジュール本体部への電気的な接続も容易に行うことができる。
【００２８】
また、本発明のひずみ測定モジュールでは、前記物体の温度を検出する温度センサを備え、前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記温度センサの検出信号をデジタルデータに変換する手段を含み、前記データ出力処理手段は、該温度センサの検出信号のデジタルデータを外部に出力する手段を含む。
【００２９】
これによれば、ひずみ測定に際して、測定データの補正等のために必要となることが多い物体の温度のデータを、前記測定出力データと共に、デジタルデータにより得ることができる。
【００３０】
また、本発明のひずみ測定モジュールでは、前記測定信号をＡ／Ｄ変換手段によって変換してなるデジタルデータをそのまま前記測定出力データとして前記データ出力処理手段によって外部に出力するようにしてもよいが、前記物体の温度を検出する温度センサを備えた場合にあっては、前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記温度センサの検出信号をデジタルデータに変換する手段を含み、前記データ出力処理手段は、前記温度センサの検出信号のデジタルデータにより示される前記物体の温度に基づき前記測定出力データを補正して出力する手段を含むことが好ましい。
【００３１】
すなわち、ひずみ測定では、ひずみゲージによって得られる測定信号に基づく測定値に対してひずみゲージの温度特性や物体の温度特性、あるいは物体の熱ひずみ等を考慮した補正を行う必要を生じる場合があり、このような場合に、前記モジュール本体部のデータ出力処理手段によって、前記温度センサの検出信号のデジタルデータにより示される前記物体の温度に基づき前記測定出力データを補正する処理を行って、それを外部に出力することで、該測定出力データから直ちに所望のデータを得ることができる。このため、特に本発明のひずみ測定モジュールを用いて複数の物体又は物体の複数部位についての多点ひずみ測定を行う場合には、各測定点に対応するモジュール本体部のデータ出力処理手段から得られる測定出力データの後処理を容易なものとすることができる。また、上記のような補正処理は、各測定点毎のモジュール本体部のデータ出力処理手段によって各測定点毎に独立的に行われるため、各測定点について補正処理を効率よく行うことができる。
【００３２】
尚、前記測定出力データの補正に際しては、上記のような温度に応じた補正の他、ひずみゲージのゲージ率等、ひずみゲージに固有の特性値に基づく補正や、ひずみゲージを物体に貼着した当初の測定信号のデジタルデータに基づく零点補正（当初の測定信号のレベルを基準とする補正）等をデータ出力処理手段により行うようにしてもよい。
【００３３】
また、ひずみ測定では、物体に貼着するひずみゲージとして、少なくとも３個以上のひずみゲージから成るロゼットゲージを用い、それらの各ひずみゲージによりそれぞれ生成した測定信号のデータからロゼット解析処理の演算によって、物体の主ひずみ量や剪断ひずみ量、主ひずみの方向を測定する場合がある。
【００３４】
そこで、本発明のひずみ測定モジュールでは、前記ひずみゲージが少なくとも３個以上のひずみゲージから成るロゼットゲージである場合に、前記測定信号生成用回路は、該ロゼットゲージの各ひずみゲージ毎に前記測定信号を生成させる手段を含み、前記データ出力処理手段は、各ひずみゲージ毎の前記測定信号のデジタルデータから前記物体の主ひずみ量、剪断ひずみ量、及び主ひずみの方向のうちの少なくとも一つを、前記測定出力データとしてロゼット解析処理により求める手段を含む。
【００３５】
これによれば、モジュール本体部の前記データ出力処理手段は、各ひずみゲージ毎の前記測定信号のデジタルデータから前記物体の主ひずみ量、剪断ひずみ量、及び主ひずみの方向のうちの少なくとも一つを、ロゼット解析処理により求めた上で、それを測定出力データとして外部に出力するので、物体の主ひずみ量や剪断ひずみ量、主ひずみの方向というような所望のデータを該測定出力データから直ちに得ることができる。特にこのようなひずみ測定モジュールを用いて複数の物体又は物体の複数部位についての多点ひずみ測定を行う場合には、各測定点に対応するモジュール本体部のデータ出力処理手段から得られる測定出力データの後処理を容易なものとすることができる。また、上記のようなロゼット解析処理は、各測定点毎のモジュール本体部のデータ出力処理手段によって各測定点毎に独立的に行われるため、各測定点についてロゼット解析処理を効率よく行うことができる。
【００５２】
本発明のひずみ測定モジュール及びこれを用いた多点ひずみ測定システムに関連する参考例としての第１の実施形態を図１乃至図３を参照して説明する。図１は本実施形態における多点ひずみ測定システムの全体構成を示すシステム構成図、図２は図１のシステムで用いるひずみ測定モジュールの回路構成図、図３は図２のひずみ測定モジュールの構造を示す断面図である。尚、図１における括弧内の参照符号は、後述する第２の実施形態に対応するもので、以下の第１の実施形態の説明では使用しない。
【００５３】
図１を参照して、本実施形態の多点ひずみ測定システムは、例えば建造物、機械等の物体（図示しない）の複数部位のひずみ量を例えば１ゲージ法で測定するものであり、物体の各部位（各測定点）にそれぞれ貼着される複数のひずみゲージ１，１，…と、各測定点のひずみゲージ１にそれぞれモジュール本体部２を接続して成る複数のひずみ測定モジュール３，３，…と、各ひずみ測定モジュール３で後述のように生成される測定出力データを収集・処理する測定データ処理装置４とを備えている。
【００５４】
この場合、本実施形態では、各測定点のひずみゲージ１及びひずみ測定モジュール３の組は、複数のグループＧ，Ｇ，…に分類され、各グループＧに属する各ひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２が各グループＧ毎に共通の副通信線５に接続されている。これらの副通信線５は、すべてのグループＧ，Ｇ，…について共通の主通信線６に合流しており、この主通信線６が前記測定データ処理装置４に接続されている。これにより、各ひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２は、それが属するグループＧに共通の副通信線５とすべてのグループＧ，Ｇ，…について共通の主通信線６とを介して測定データ処理装置４との間で後述するようなデータの通信を行うことができるようになっている。
【００５５】
尚、本実施形態では上記のようなグループ分けを行っているが、すべてのひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２を単一の共通通信線を介して測定データ処理装置４に接続するようにしてもよい（このことは後述する他の実施形態でも同様である）。
【００５６】
前記各ひずみ測定モジュール３は、所要の回路を１チップマイコン等を用いて小型にモジュール化して成るモジュール本体部２を、ひずみゲージ１にその近傍で接続したものであり、図２に示すような回路構成を具備する。
【００５７】
すなわち、モジュール本体部２は、これに接続するひずみゲージ１と併せてホイートストンブリッジ回路７を構成するよう相互に接続された３個の抵抗８，８，８と、そのホイートストンブリッジ回路７の一対の対角点間に入力電圧Ｖ（一定電圧）を印可するブリッジ電源回路９と、その入力電圧Ｖの印可時にホイートストンブリッジ回路７の残りの一対の対角点間の生成される出力電圧Δｅ、すなわち、測定点のひずみ量に応じた測定信号を増幅する増幅器１０と、該増幅器１０の出力をそのレベルを表すデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器１１（Ａ／Ｄ変換手段）とを具備する。ここで、本発明の構成に対応させると、前記ホイートストンブリッジ回路７、ブリッジ電源回路９及び増幅器１０は、測定信号生成用回路１２を構成するものである。
【００５８】
尚、ホイートストンブリッジ回路７の各抵抗８の抵抗値は、例えばひずみゲージ１の通常時の抵抗値と同一とされている。
【００５９】
さらに、モジュール本体部２は、その統括的な動作制御や演算処理を行う制御回路（ＣＰＵ）１３と、この制御回路１３用のプログラムや各種データを記憶保持する記憶回路１４（記憶手段）と、前記測定データ処理装置４との間のデータの送受を行うインターフェース回路１５とを具備する。
【００６０】
ここで、制御回路１３は、記憶回路１４及びインターフェース回路１５と併せてデータ出力処理手段１６を構成するもので、その動作の詳細は後述するが、基本的には、前記測定データ処理装置４から与えられる指令に応じてＡ／Ｄ変換器１１から前記測定信号Δｅのデジタルデータを取得して所要の測定出力データを生成し、それをインターフェース回路１５から前記副通信線５及び主通信線６を介して測定データ処理装置４に出力せしめる。
【００６１】
また、記憶回路１４は、制御回路１３用のプログラム等をあらかじめ記憶保持したＲＯＭと、制御回路１３により生成される測定出力データ等を記憶保持するＲＡＭと、制御回路１３が測定出力データを生成するために使用するパラメータデータ等を記憶保持するＥＥＰＲＯＭとにより構成されている。この場合、ＥＥＰＲＯＭには、あらじめ各ひずみ測定モジュール３に固有の識別データ（ＩＤコード）やモジュール本体部２に後述の如く接続されるひずみゲージ１に固有のゲージ率Ｋの値等が記憶保持されている。
【００６２】
さらに、本実施形態では、各ひずみ測定モジュール３の動作電源電力を一括的に測定データ処理装置４から前記主通信線６及び副通信線５を介して各ひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２に供給するようにしており、このため、モジュール本体部２は、これに接続された副通信線５から動作電源電力を抽出してそれを上記の制御回路１３等の各回路に供給する主電源回路１７（電源手段）を備えている。
【００６３】
本実施形態の各ひずみ測定モジュール３では、ひずみゲージ１と上記のような回路構成を具備したモジュール本体部２とは、図３に示すような構造で接続されている。
すなわち、各ひずみ測定モジュール３のひずみゲージ１は、物体への貼着面を除いて、防水等のための保護用のコーティング部材１８により被覆され、このコーティング部材１８はブロック状に形成されている。そして、ひずみゲージ１はそのコーティング部材１８を介してモジュール本体部２に装着されると共に、該ひずみゲージ１から導出された接続線１９がモジュール本体部２にハンダ付け等により結線されている。さらに、これらのモジュール本体部２及びコーティング部材１８は、有底筒状の筐体２０の開口端にひずみゲージ１を位置させて、該筐体２０内に収容されている。このような構造により、ひずみゲージ１は、モジュール本体部２に一体的に装着されると共に、該モジュール本体部２（詳しくは前記ホイートストンブリッジ回路７の一辺）が、ひずみゲージ１にその近傍で電気的に接続されている。
【００６４】
尚、前記測定データ処理装置４は、マイコンを用いて構成されたもので、その動作の詳細は後述するが、基本的には、各ひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２に前記主通信線６及び副通信線５を介して電源電力を供給しつつ所定の指令与えて、測定出力データを生成・出力させ、該測定出力データを収集する。そして、その収集した測定出力データにより示される測定値を図示しない表示器に表示したり、図示しない記録装置に記録したりする。
【００６５】
次に、本実施形態の多点ひずみ測定システムの作動（ひずみ測定モジュールの作動を含む）を説明する。
【００６６】
本実施形態のシステムにより建造物、機械等の物体の複数部位について多点ひずみ測定を行う際には、物体の各部位（各測定点）に、前記各ひずみ測定モジュール３に備えたひずみゲージ１を図示しない接着剤に貼着する（図３参照）。この場合、前述の如くひずみゲージ１はコーティング部材１８により被覆されており、また、該コーティング部材１８と共に各ひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２に一体的に装着されているので、ひずみゲージ１を物体の各部位に貼着することで、該ひずみゲージ１の防水等のためのコーティング処理と、モジュール本体部２の設置が行われることとなる。
【００６７】
さらに、各測定点のひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２と、前記測定データ処理装置４と、前記副通信線５及び主通信線６を介して接続する。
【００６８】
このような準備作業の終了後、前記測定データ処理装置４の所定の操作を行うことで、該測定データ処理装置４は、主通信線５及び副通信線６を介して各測定点のひずみ測定モジュール３に電源電力を供給しつつ、各ひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２に初期設定処理を行わしめるための所定の初期設定動作指令を送出する。この初期設定動作指令は、主通信線５及び副通信線６を介してすべてのひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２に与えられ、この時、該モジュール本体部２では、次のような初期設定処理が行われる。
【００６９】
すなわち、各ひずみ測定モジュール３の制御回路１３は、インターフェース回路１５を介して前記初期設定動作指令を受け取ると、前記ブリッジ電源回路９からホイートストンブリッジ回路７に入力電圧Ｖを印可させて、測定点のひずみ量に応じた前記測定信号Δｅを生成させる。そして、制御回路１３は、この測定信号Δｅのレベルを増幅器１０により増幅したものをＡ／Ｄ変換器１１によりデジタルデータに変換させ、その測定信号Δｅのデジタルデータ、すなわち、測定信号Δｅの初期値をひずみ測定の零点（ひずみ量の基準とする測定信号Δｅのレベル）を表すデータとして記憶回路１４のＥＥＰＲＯＭに記憶保持させる。
【００７０】
このようにして、各ひずみ測定モジュール３における初期設定処理を行った後、各測定点のひずみ量を測定する際には、前記測定データ処理装置４の所定の操作を行うことで、該測定データ処理装置４は、各測定点のひずみ測定モジュール３に電源電力を供給しつつ、各ひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２に測定出力データを生成させるための所定の測定開始指令を送出する。この測定開始指令は、主通信線６及び副通信線５を介してすべてのひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２にほぼ同時に与えられ、この時、該モジュール本体部２では、次のような処理が行われる。
【００７１】
すなわち、各ひずみ測定モジュール３の制御回路１３は、インターフェース回路１５を介して前記初期設定動作指令を受け取ると、前記ブリッジ電源回路９からホイートストンブリッジ回路７に入力電圧Ｖを印可させて、前記測定信号Δｅを生成させる。そして、制御回路１３は、この測定信号Δｅのレベルを増幅器１０により増幅したものをＡ／Ｄ変換器１１によりデジタルデータに変換させ、その測定信号Δｅのデジタルデータを取得する。さらに、制御回路１３は、取得したデジタルデータにより示される今現在の測定信号Δｅのレベルから先にＥＥＰＲＯＭに記憶保持しておいた測定信号Δｅの初期値を減算することで、零点補正を行い、その零点補正を行った測定信号Δｅのレベルから、例えば前記式（４）’の演算を行うことで、測定点のひずみ量ε（通常の意味でのひずみ量）を算出する。この場合、この算出に際しては、ＥＥＰＲＯＭにあらかじめ記憶保持されたゲージ率Ｋの値（この値はひずみゲージ１に固有の特性値である）を用いる。そして、制御回路１３は、求めたひずみ量εを測定出力データ（デジタルデータ）として、記憶回路１４のＲＡＭに記憶保持させる。
【００７２】
これにより、各ひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２では、ほぼ同時に、各測定点毎の測定信号Δｅに基づく測定出力データが生成されて記憶保持されることとなる。
【００７３】
次いで、前記測定データ処理装置４の所定の操作を行うことで、該測定データ処理装置４は、各測定点のひずみ測定モジュール３に電源電力を供給しつつ、各ひずみ測定モジュール３毎に固有の前記識別データ（ＩＤコード）を択一的に（例えば順番に）選択し、その選択した識別データを含む所定の出力動作指令を送出する。この出力動作指令は、各ひずみ測定モジュール３において前述の如く生成・記憶された測定出力データを出力させるための指令で、すべてのひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２に主通信線６及び副通信線５を介して与えられる。
【００７４】
この時、各ひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２では、次のような処理が行われる。
【００７５】
すなわち、モジュール本体部２の制御回路１３は、インターフェース回路１５を介して前記出力動作指令を受け取ると、該指令に含まれる識別データを記憶回路１４のＥＥＰＲＯＭに記憶保持されている識別データと照合し、それらが合致していない場合には待機する。そして、それらが合致している場合には、制御回路１３は、記憶回路１４のＲＡＭに先に記憶保持した前記測定出力データをインターフェース回路１５を介して送出する。従って、各ひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２は、該ひずみ測定モジュール３に固有の識別データを含む出力動作指令が与えられた場合にのみ測定出力データを送出する。
【００７６】
前記測定データ処理装置４は上記のようにして各ひずみ測定モジュール３から送出される測定出力データを受け取り、これにより、各ひずみ測定モジュール３から各測定点毎の測定出力データを時分割的に収集する。
【００７７】
そして、測定データ処理装置４は、このようにして収集した各測定点毎の測定出力データにより示される各測定点毎のひずみ量を図示しない表示器に表示したり、記録装置に記録し、以上により、多点ひずみ測定が行われることとなる。
【００７８】
尚、長期的な測定を行う場合には、前述のような各ひずみ測定モジュール３における測定出力データの生成や出力が適宜の時間間隔をおいて繰り返される。
【００７９】
このような本実施形態の測定システムでは、各ひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２は、ひずみゲージ１にその近傍で接続されているため、その接続線１９は極めて短いものでよく、従って、該接続線１９の抵抗値や外乱ノイズ等の影響をほとんど受けずに測定点のひずみ量に応じた測定信号Δｅを生成して、これをデジタルデータに変換することができる。そして、そのデジタルデータに基づく前記測定出力データを各ひずみ測定モジュール３から測定データ処理装置４に送出するに際しては、該測定出力データはデジタルデータであるため、それが、各ひずみ測定モジュール３と測定データ処理装置４とを接続する前記副通信線５や主通信線６の抵抗値や外乱ノイズ等の影響を受けることもほとんどない。
【００８０】
従って、接続線による測定精度や測定の安定性への悪影響を排除して、各測定点のひずみ量の測定を精度よく行うことができると共に、その測定を安定して行うことができる。
【００８１】
また、本実施形態では、各ひずみ測定モジュール３は、ひずみゲージ１と、これを被覆するコーティング部材１８と、モジュール本体部２とを一体構造としているため、ひずみゲージ１を物体の測定点に貼着することで、該ひずみゲージ１のコーティング処理とモジュール本体部２の設置とが行われるため、各測定点毎の準備作業を容易に行うことができる。さらに、本実施形態では、測定データ処理装置４による各測定点毎の測定出力データの収集は、各ひずみ測定モジュール３に固有の識別データを用いて時分割的に行うことができるので、そのデータ収集を効率よく行うことができると同時に、各ひずみ測定モジュール３と測定データ処理装置４とは、共通の主通信線６や副通信線５により接続すればよいため、それらの配線処理も簡単に行うことができる。
【００８２】
また、本実施形態では、各ひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２において、測定データ処理装置４からの測定開始指令に応じて、測定信号Δｅのデジタルデータ取得して、それに基づく測定出力データを記憶回路１４に記憶保持するので、同時刻における各測定点毎の測定信号Δｅに基づく測定出力データを得ることができる。
【００８３】
さらに、本実施形態では、各ひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２において、測定信号Δｅのデータの零点補正やひずみ量εの算出を行って測定出力データを生成するため、測定データ処理装置４側で各測定点毎に初期設定を行ったり、ひずみ量εを算出したりする必要がなく、測定に際しての初期設定や後処理を容易に行うことができる。しかも、上記の零点補正やひずみ量εの算出は、各ひずみ測定モジュール３のモジュール本体部２において独立に並列処理的に行われるので、各測定点毎の該零点補正やひずみ量εの算出を効率よく行うことができる。
【００８５】
次に、本発明の実施形態である第２の実施形態を図４を参照して説明する。尚、本実施形態は、前記第１の実施形態のものとひずみ測定モジュールの構造の一部のみが相違するもので、同一部分については第１の実施形態と同一の参照符号及び図面を用いて詳細な説明を省略する。
【００８６】
図４は本実施形態におけるひずみ測定モジュール２１の構造を示す断面図であり、このひずみ測定モジュール２１では、物体に貼着されるひずみゲージ１は、前記第１の実施形態と同様、ブロック状のコーティング部材１８により被覆されている。そして、このコーティング部材１８が、モジュール本体部２（この回路構成は図２の通り）を底部に収容した有底筒状の筐体２０に挿脱自在とされ、このコーティング部材１８を、ひずみゲージ１が筐体２０の開口端の位置するように筐体２０内にモジュール本体部２に向かって嵌挿することで、ひずみゲージ１がコーティング部材１８と共に筐体２０を介してモジュール本体部２に着脱自在に装着されるようになっている。
【００８７】
この場合、ひずみゲージ１から導出された接続線１９は、コーティング部材１８のモジュール本体部２に対面する外面部に取着された電極片２２に結線されている。この電極片２２は、ひずみゲージ１をモジュール本体部２に電気的に接続させる接続部を構成するものであり、前述の如くコーティング部材１８を筐体２０内に嵌挿して装着した状態で、モジュール本体部２にあらかじめ設けられた電極片２３に接触し、これにより、ひずみゲージ１をモジュール本体部２に電気的に接続する。尚、モジュール本体部２の電極片２３は、本実施形態では前記図２に示したホイートストンブリッジ回路７の一辺に導通している。
【００８８】
このようなひずみ測定モジュール２１を用いた本実施形態の多点ひずみ測定システムは前記第１の実施形態と同一構成で（図１参照）、各測定点のひずみ測定は、ひずみ測定モジュール２１のモジュール本体部２に、各測定点に貼着したひずみゲージ１をこれを被覆したコーティング部材１８と共に装着した状態で、第１の実施形態と全く同様に行われる。
【００８９】
この場合、本実施形態では、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる他、次のような作用効果を奏する。
【００９０】
すなわち、本実施形態のひずみ測定モジュール２１では、前述の如く、ひずみゲージ１をコーティング部材１８と共に、モジュール本体部２に着脱自在に装着しているため（図４参照）、測定の終了後に、各ひずみ測定モジュール２１の前記筐体２０からコーティング部材１８を抜脱することで、該コーティング部材１８及びこれにより被覆されたひずみゲージ１を取り外すことができる。そして、このようにコーティング部材１８及びひずみゲージ１を取り外せば、ひずみ測定モジュール２１のモジュール本体部２を再利用することができる。しかもその再利用に際しては、図４に示すようにひずみゲージ１をコーティング部材１８により被覆した状態で、該コーティング部材１８を筐体２０に嵌挿して装着するだけで、ひずみゲージ１のモジュール本体部２への電気的な接続も、前記電極片２２，２３の接触によって直ちに行うことができる。
【００９１】
尚、本実施形態では、ひずみゲージ１をモジュール本体部２に電気的に接続させる接続部として、接触型の電極片２２を用いたものを示したが、例えばひずみゲージ１を被覆するコーティング部材１８をモジュール本体部２に装着した時に、該モジュール本体部２に嵌合・接続するようなコネクタにより前記接続部を構成するようにしてもよい。
【００９２】
また、本実施形態では、ひずみゲージ１をコーティング部材１８により被覆して、モジュール本体部２に着脱自在に装着するものを示したが、室内における測定や短期的な測定の場合等、ひずみゲージ１のコーティング処理を行う必要のない場合には、ひずみゲージ１をその近傍で例えばコネクタを介してモジュール本体部２に着脱自在に接続するようにしてもよい。そして、この場合には、モジュール本体部２の設置は、例えば適宜の取付部材を用いて該モジュール本体部２をひずみゲージ１の近傍の適所に取り付けることで行うようにすればよい。
【００９３】
また、以上説明した第１及び第２の実施形態では、通常の意味でのひずみ量εの多点測定を行うものを示したが、各ひずみ測定モジュール３，２１のモジュール本体部２において、測定信号Δｅのデジタルデータからひずみ量εを求め、そのひずみ量εから例えば前記式（５）の演算により各測定点の応力を測定出力データとして算出し、各測定点の応力を測定するようにしてもよい。この場合、応力を求めるために必要な物体のヤング率は、例えば各ひずみ測定モジュール３，２１の記憶回路１４のＥＥＰＲＯＭに記憶しておけばよい。
【００９４】
また、第１及び第２の実施形態では、各ひずみ測定モジュール３，２１において測定信号Δｅのデジタルデータからひずみ量を求めて、それを測定出力データとして測定データ処理装置４に出力するようにしたが、測定信号Δｅのデジタルデータをそのまま測定データ処理装置に出力して、該測定データ処理装置において、測定信号Δｅのデジタルデータから各測定点毎のひずみ量（応力を含む）を算出するようにしてもよい。このようにしても、接続線の影響を排除して精度のよい安定した測定を行うことができる。
【００９５】
次に、本発明の第３の実施形態を図５を参照して説明する。尚、本実施形態は、前記第１あるいは第２の実施形態のものとひずみ測定モジュールの構成及び機能の一部のみが相違するもので、同一構成部分については第１あるいは第２の実施形態と同一の参照符号及び図面を用いて詳細な説明を省略する。
【００９６】
図５は本実施形態におけるひずみ測定モジュール２４の回路構成を示すものであり、このひずみ測定モジュール２４では、物体の測定点に貼着するひずみゲージ１をその近傍でモジュール本体部２５に接続している他、その物体の温度を検出すべく該物体にひずみゲージ１の近傍で取り付けられる温度センサ２６（例えば熱電対）を備え、この温度センサ２６がモジュール本体部２５に接続されている。
【００９７】
この場合、モジュール本体部２５は、前記図２に示した回路構成、すなわち前記ホイートストンブイッジ回路７（抵抗８，８，８を含む）、ブリッジ電源回路９、増幅器１０、Ａ／Ｄ変換器１１、制御回路１３、記憶回路１４、インターフェース回路１５、及び主電源回路１７に加えて、切替器２７を備えている。この切替器２７は、ひずみゲージ１に接続するホイートストンブリッジ回路７で生成される測定信号Δｅを増幅器１０により増幅したものと、温度センサ２６の検出信号（以下、温度検出信号という）とが入力され、それらの測定信号Δｅ及び温度検出信号とを制御回路１３の制御により選択的に切り替えてＡ／Ｄ変換器１１に出力し、デジタルデータに変換させるようにしている。
【００９８】
そして、本実施形態では、制御回路１３は、詳細は後述するが、測定信号Δｅのデジタルデータから把握されるひずみ量を温度検出信号のデジタルデータにより示される温度に応じて補正することで測定出力データを生成するようにしている。
【００９９】
尚、本実施形態におけるひずみ測定モジュール２４の構造に関しては、例えば前記第２の実施形態と同様に、ひずみゲージ１と温度センサ２６との両者をブロック状のコーティング部材により被覆してモジュール本体部２５に着脱自在に装着することが好ましい。
【０１００】
このようなひずみ測定モジュール２４を用いた本実施形態における多点ひずみ測定システムの構成は、基本的には第１の実施形態のシステム構成と同一で、例えば前記図１に示した各ひずみ測定モジュール３を本実施形態のひずみ測定モジュール２４で置き換えた形の構成とされる。従って、本実施形態での説明では、ひずみ測定モジュールを除くシステム構成については、図１と同一の参照符号を使用する。
【０１０１】
本実施形態の多点ひずみ測定システムでは、各測定点のひずみ測定モジュール２４のモジュール本体部２５では、前記第１の実施形態で説明した測定データ処理装置４から前記測定開始指令が与えられたとき、次のように測定出力データが生成される。
【０１０２】
すなわち、モジュール本体部２５の制御回路１３は、前記切替器２７をホイートストンブリッジ回路７側及び温度センサ２６側に順次切替えて、前記測定信号Δｅ及び温度検出信号を順次Ａ／Ｄ変換器１１によりデジタルデータに変換させ、それらのデンジタルデータを取得する。
【０１０３】
次いで、制御回路１３は、前記第１の実施形態で説明したように例えば前記式（４）’によりひずみ量εを求める。ここで、例えば物体の温度が比較的大きく変化するような測定環境条件では（このような条件下での測定では一般に、ひずみゲージ１として所謂、高温ひずみゲージが用いられる）、測定信号Δｅのデータから得られるひずみ量εには、物体に作用する外部応力によるものの他、物体の熱ひずみやひずみゲージ１自身の熱ひずみ等による成分が含まれる。また、ひずみゲージ１の温度特性等に起因して、測定感度も変化する。
【０１０４】
そこで、本実施形態では、各ひずみ測定モジュール２４の制御回路１３は、前記温度検出信号のデジタルデータにより示される温度ｔを用いて、次式（６）の補正演算を行うことで、外部応力による真のひずみ量εx を求める。
【０１０５】
εx ＝（ε−温度ｔにおける見掛けひずみ）・ｋ(t) ……（６）
ここで、式（６）における見掛けひずみは、物体に外部応力による真のひずみが生じていない状態で、物体の熱ひずみやひずみゲージ１自身の熱ひずみ等、外部応力以外の要因に起因して現れる測定信号Δｅから把握されるひずみ量（通常の意味でのひずみ量）であり、この見掛けひずみの温度ｔにおける値は、例えば各ひずみ測定モジュール２４毎に記憶回路１４のＥＥＰＲＯＭにあらかじめ記憶保持しておいたデータテーブルや演算式等を用いて、前記温度検出信号に基づく温度ｔから求める。また、式（６）におけるｋ(t) は、測定感度の補正を行うための係数（温度ｔの関数）で、この補正係数ｋ(t) の値も、各ひずみ測定モジュール２４毎に記憶回路１４のＥＥＰＲＯＭにあらかじめ記憶保持しておいたデータテーブルや演算式等を用いて、温度検出信号に基づく温度ｔから求める。
【０１０６】
尚、ＥＥＰＲＯＭに記憶保持する内容は、用途や必要性に応じて随時、書き直すようにしてもよい。
【０１０７】
そして、各ひずみ測定モジュール２４の制御回路１３は、上記のようにして求めた真のひずみ量εx のデータ（デジタルデータ）を測定出力データとして記憶回路１４のＲＡＭに記憶保持させ、その記憶保持した測定出力データを、前記第１の実施形態と同様に、測定データ処理装置４から各ひずみ測定モジュール２４毎の識別データを含む前記出力操作指令が与えられたときに、測定データ処理装置４に前記副通信線５及び主通信線６を介して出力する（この場合、必要に応じて前記温度検出信号のデジタルデータをも出力するようにしてもよい）。
【０１０８】
これにより測定データ処理装置４側では、各測定点毎の物体の真のひずみ量εx を示すデータが得られることとなる。
【０１０９】
このような本実施形態によれば、前記第１あるいは第２の実施形態と同様の作用効果を奏する他、各測定点のひずみ測定モジュール２４において、物体の温度ｔに応じた補正処理が行われるため、測定データ処理装置４側で各測定点毎に温度に応じた補正処理を行う必要がなくなって、後処理が極めて容易なものとなる。しかも、各測定点毎の物体の温度ｔに応じた補正処理は、各ひずみ測定モジュール２４において、独立に並列処理的に行われるので、該補正処理を効率よく行うことができる。
【０１１０】
尚、本実施形態では、物体の温度ｔに応じた補正処理を前述の如く行うようにしたが、例えば物体の熱ひずみのみによる影響を除去して真のひずみ量εx を求めるような場合には、記憶回路１４のＥＥＰＲＯＭに物体の線膨張係数（／°Ｃ）をあらかじめ記憶保持しておくと共に、前記第１の実施形態で説明したような初期設定処理の際に、物体の温度ｔの初期値を記憶回路１４に記憶保持しておき、測定時に、温度ｔの初期値と現在値との偏差、並びに上記線膨張係数から、物体の熱ひずみを求め、それを前記ひずみ量εから減算することで、真のひずみ量εx を求めるようにしてもよい。
【０１１１】
また、本実施形態では、真のひずみ量εx （通常の意味でのひずみ量）を測定出力データとして求めるようにしたが、例えば物体のヤング率Ｅを温度ｔの関数として、あらかじめ記憶回路１４のＥＥＰＲＯＭにデータテーブルや演算式等により記憶しておくと共に、測定時の温度検出信号に基づく温度ｔからその温度ｔにおけるヤング率Ｅを求め、その求めたヤング率Ｅを真のひずみ量εx に乗算することで、物体の測定点に作用した外部応力を求めるようにしてもよい。そして、その求めた外部応力を測定出力データとしてひずみ測定モジュール２４のモジュール本体部２５から出力するようにしてもよい。
【０１１２】
さらには、物体の測定点に作用する応力があらかじめ判っているような場合（例えば応力が一定である場合）には、本実施形態の場合と逆に、各測定点のひずみ測定モジュールにおいて、物体の熱ひずみを測定出力データとして求めるようにすることも可能である。
【０１１３】
また、本実施形態では、各ひずみ測定モジュール２４において、物体の温度ｔに応じた補正処理を行うようにしたが、各ひずみ測定モジュール２４のモジュール本体部２５から測定信号Δｅのデジタルデータあるいは、これに基づくひずみ量εのデータと共に、温度検出信号のデジタルデータを測定データ処理装置４に出力し、測定データ処理装置４側で前述のような補正処理を行うようにしてもよい。このようにした場合であっても、各ひずみ測定モジュール２４から測定データ処理装置４に与えられるデータはデジタルデータであるため、それらの間の接続線（前記副通信線５や主通信線６）による影響を排除して、精度の良い測定を安定して行うことが可能である。
【０１１４】
また、物体の温度が比較的大きく変化するような測定環境条件で本実施形態のひずみ測定モジュール２４を用いて測定を行う場合には、モジュール本体部２５は、温度の影響を受け難い構造としたり、あるいは温度の影響を受け難い箇所に設置することが好ましい。
【０１１５】
また、以上説明した第１乃至第３の実施形態では、１ゲージ法による測定について説明したが、２ゲージ法や４ゲージ法を用いてもよい。この場合、第１乃至第３の実施形態では１ゲージ法を用いているため、３個の抵抗８，８，８をモジュール本体部２，２５に備えたが、例えば２ゲージ法による測定では、２個のひずみゲージと併せてホイートストンブリッジ回路を構成するために２個の抵抗を備えておけばよく、また、例えば４ゲージ法による測定では、４個のひずみゲージにおってホイートストンブリッジ回路を構成するため、抵抗を備えておく必要はない。
【０１１６】
次に、本発明の第４の実施形態を図６を参照して説明する。尚、本実施形態は、前記第１あるいは第２の実施形態のものとひずみ測定モジュールの構成及び機能の一部のみが相違するもので、同一構成部分については第１あるいは第２の実施形態と同一の参照符号及び図面を用いて詳細な説明を省略する。
【０１１７】
図６は本実施形態におけるひずみ測定モジュール２８の回路構成を示すものであり、このひずみ測定モジュール２８では、物体の測定点に貼着するひずみゲージは３個のひずみゲージ１ａ，１ｂ，１ｃから成るロゼットゲージ２９で、これをその近傍でモジュール本体部３０に接続している。尚、本実施形態のロゼットゲージ２９は、３個のひずみゲージ１ａ，１ｂ，１ｃを４５°ずつ方位角をずらして物体に貼着する所謂、直角ロゼットを採用している。
【０１１８】
この場合、モジュール本体部３０は、前記図２に示した回路構成、すなわち前記ホイートストンブイッジ回路７（抵抗８，８，８を含む）、ブリッジ電源回路９、増幅器１０、Ａ／Ｄ変換器１１、制御回路１３、記憶回路１４、インターフェース回路１５、及び主電源回路１７に加えて、切替器３１を備えている。この切替器３１は、ロゼットゲージ２９の３個のひずみゲージ１ａ，１ｂ，１ｃと抵抗８，８，８との間に介装され、前記ホイートストンブリッジ回路７を構成すべきひずみゲージ１ａ，１ｂ，１ｃ（抵抗８，８，８に導通させるひずみゲージ１ａ，１ｂ，１ｃ）を、制御回路１３の制御により選択的に順次切り替えるようにしている。
【０１１９】
そして、本実施形態では、制御回路１３は、詳細は後述するが、ロゼットゲージ２９の各ひずみゲージ１ａ，１ｂ，１ｃを切替器３１を介して順次抵抗８，８，８に導通させて、各ひずみゲージ１毎に測定信号Δｅを生成させ、それらの測定信号Δｅのデジタルデータから各測定点の物体の主ひずみ量、剪断ひずみ量及び主ひずみの方向を測定出力データとして求めるようにしている。
【０１２０】
尚、本実施形態におけるひずみ測定モジュール２８の構造に関しては、例えば前記第２の実施形態と同様に、ロゼットゲージ２９をブロック状のコーティング部材により被覆してモジュール本体部３０に着脱自在に装着することが好ましい。
【０１２１】
このようなひずみ測定モジュール２８を用いた本実施形態における多点ひずみ測定システムの構成は、基本的には第１の実施形態のシステム構成と同一で、例えば前記図１に示した各ひずみ測定モジュール３を本実施形態のひずみ測定モジュール２８で置き換えた形の構成とされる。従って、本実施形態での説明では、ひずみ測定モジュールを除くシステム構成については、図１と同一の参照符号を使用する。
【０１２２】
本実施形態の多点ひずみ測定システムでは、各測定点のひずみ測定モジュール２８のモジュール本体部３０では、前記第１の実施形態で説明した測定データ処理装置４から前記測定開始指令が与えられたとき、次のように測定出力データが生成される。
【０１２３】
すなわち、モジュール本体部３０の制御回路１３は、前記切替器２９を順次切替えて、各ひずみゲージ１ａ，１ｂ，１ｃ毎に前記測定信号Δｅを生成させ、それをＡ／Ｄ変換器１１により変換させたデジタルデータを取得する。
【０１２４】
次いで、制御回路１３は、各ひずみゲージ１ａ，１ｂ，１ｃ毎の測定信号Δｅのデータから、前記第１の実施形態の場合と同様に、各ひずみゲージ１ａ，１ｂ，１ｃに対応するひずみ量εa ，εb ，εc を求める。
【０１２５】
さらに制御回路１３は、上記のひずみ量εa ，εb ，εc から、次式（７）〜（１０）の公知の演算（ロゼット解析処理）により、各測定点における物体に最大剪断ひずみ量γmax 、主ひずみ量の最大値εmax 及び最小値εmin 、並びにひずみゲージ１ａから主ひずみの方向までの角度ψp （ひずみゲージ１ａの方向と主ひずみの方向とがなす角度）を求める。
【０１２６】
γmax ＝［２｛（εa −εc ）2 ＋（εb −εc ）2 ｝］1/2 ……（７）
εmax ＝（εa ＋εb ＋γmax ）／２ ……（８）
εmin ＝（εa ＋εb −γmax ）／２ ……（９）
ψp ＝（１／２）ｔａｎ-1［（２εc −εa −εb ）／（εa −εb ）］……（１０）
そして、制御回路１３は、このようにして求めた最大剪断ひずみ量γmax 、主ひずみ量の最大値εmax 及び最小値εmin 、並びにひずみゲージ１ａから主ひずみの方向までの角度ψp のデータを測定出力データとして記憶回路１４のＲＡＭに記憶保持させ、それを、前記第１の実施形態と同様に、前記測定データ処理装置４からの出力動作指令に応じて該測定データ処理装置４に出力する。
【０１２７】
これにより、測定データ処理装置４では、各測定点毎の、最大剪断ひずみ量γmax 、主ひずみ量の最大値εmax 及び最小値εmin 、並びにひずみゲージ１ａから主ひずみの方向までの角度ψp のデータが得られることとなる。
【０１２８】
このような本実施形態によれば、前記第１あるいは第２の実施形態と同様の作用効果を奏する他、各測定点のひずみ測定モジュール２８において、ロゼット解析処理が行われるため、測定データ処理装置４側で各測定点毎に最大剪断ひずみ量γmax 、主ひずみ量の最大値εmax 及び最小値εmin 、並びにひずみゲージ１ａから主ひずみの方向までの角度ψp を求めるための処理を行う必要がなくなって、後処理が極めて容易なものとなる。しかも、各測定点毎のロゼット解析処理は、各ひずみ測定モジュール２８において、独立に並列処理的に行われるので、該ロゼット解析処理を効率よく行うことができる。
【０１２９】
尚、本実施形態では、ロゼットゲージ２９として直角ロゼットを用いたが、この他にも、３個のひずみゲージを用いたデルタロゼットや、測定精度をより高めるために４個のひずみゲージを用いた二重直角ロゼット、Ｔデルタロゼットが知られており、これらの方式を採用するようにしてもよい。
【０１３０】
また、本実施形態では、各測定点毎に最大剪断ひずみ量γmax 、主ひずみ量の最大値εmax 及び最小値εmin 、並びにひずみゲージ１ａから主ひずみの方向までの角度ψp のすべてを求めるようにしたが、必要に応じてこれらのうちの一部を省略する（例えば最大剪断ひずみ量γmax は求めない等）ようにしてもよい。
【０１３１】
また、本実施形態では、最大剪断ひずみ量γmax や、主ひずみ量の最大値εmax 及び最小値εmin を測定出力データとして求めるようにしたが、最大剪断応力や、主応力の最小値、最大値をロゼット解析処理（この場合の演算式はここでは省略するが公知である）により、各ひずみ測定モジュールにおいて測定出力データとして求めるようにしてもよい。
【０１３２】
さらに、本実施形態において、前記第３の実施形態と同様に各ひずみ測定モジュール２８に温度センサを備え、検出温度に基づく補正処理を行って主ひずみ量等を求めるようにしてもよい。
【０１３３】
また、以上説明した第１乃至第４の各実施形態では、ひずみ測定モジュール３，２１，２４，２８を測定データ処理装置４に共通の通信線５，６を介して接続するようにしたが、単に接続線の影響を排除して精度のよい安定した測定を行う上では、各ひずみ測定モジュール３，２１，２４，２８を各別の通信線を介して測定データ処理装置に接続するようにしてもよい。さらには、各ひずみ測定モジュール３，２１，２４，２８と測定データ処理装置４との間の通信を無線で行うようにしてもよい。
【０１３４】
また、第１乃至第４の各実施形態では、建造物等の物体の複数部位のひずみ量を測定するものを示したが、複数の物体についてのひずみ量の多点測定を行う場合にも、本発明のひずみ測定モジュールや多点ひずみ測定システムを適用することができることはもちろんである。
【０１３５】
また、前記第１乃至第４の各実施形態では、各ひずみ測定モジュール３，２１，２４，２８の電源電力を測定データ処理装置４から一括して供給するようにしたが、各ひずみ測定モジュール３，２１，２４，２８毎に電源電池を内蔵するようにしてもよい。
【０１３６】
また、前記第１乃至第４の各実施形態では、各ひずみ測定モジュール３，２１，２４，２８を多点ひずみ測定に適用したものを示したが、本発明のひずみ測定モジュールは、物体のひずみ量の単点測定を行う場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連する参考例としての第１の実施形態と本発明の実施形態である第２の実施形態とにおける多点ひずみ測定システムの全体構成を示すシステム構成図。
【図２】参考例としての第１の実施形態において図１のシステムで用いるひずみ測定モジュールの回路構成図。
【図３】図２のひずみ測定モジュールの構造を示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるひずみ測定モジュールの構造を示す断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態におけるひずみ測定モジュールの回路構成図。
【図６】本発明の第４の実施形態におけるひずみ測定モジュールの回路構成図。
【図７】１ゲージ法によるひずみ測定の原理を説明するための回路図。
【図８】従来の多点ひずみ測定システムの構成図。
【符号の説明】
１，１ａ〜１ｃ…ひずみゲージ、２，２５，３０…モジュール本体部、３，２１，２４，２８…ひずみ測定モジュール、４…測定データ処理装置、５，６…通信線、１１…Ａ／Ｄ変換器、１２…測定信号生成用回路、１４…記憶回路（記憶手段）、１６…データ出力処理手段、１７…主電源回路（電源手段）、１８…コーティング部材、２２…電極片（接続部）、２６…温度センサ、２９…ロゼットゲージ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a strain measurement module for measuring strain of various objects, and a multipoint strain measurement system for performing multipoint measurement of the strain.
[0002]
[Prior art]
In the fields of machinery, civil engineering, architecture, etc., when measuring the strain amount of an object such as a machine or a structure, measurement using a strain gauge is generally performed. In measuring strain of an object such as a machine or a structure, multipoint measurement is generally performed in which strain measurement is performed on a plurality of parts of the object. In the specification of this application, unless otherwise specified, in addition to the strain in the normal sense, the stress including the stress of the object is referred to as “strain”. Included).
[0003]
This type of strain measurement is usually performed using a Wheatstone bridge circuit as shown in FIG. That is, FIG. 7 shows a conventional basic measurement system using, for example, the 1 gauge method, in which a strain gauge a is attached to a measurement site of an object (not shown), and a strain measuring instrument is connected via connection lines c1 and c2. Connected to A. In this case, the strain measuring instrument A includes a Wheatstone bridge circuit h having fixed resistances b1, b2, and b3 on three sides, and a strain gauge a is connected to the other side of the Wheatstone bridge circuit h. The When measuring strain, an input voltage V (constant voltage) is applied from a bridge power supply circuit d provided in the strain measuring device A between a pair of diagonal points of the Wheatstone bridge circuit h, and the remaining pair of diagonal points. In the meantime, an output voltage Δe is generated as a measurement signal corresponding to the amount of strain of the object. At this time, assuming that the resistance values r1 and r2 of the connection lines c1 and c2 are sufficiently small, the output voltage Δe has the resistance values Ra, R1, R2, R3 of the strain gauge a and the resistances b1, b2, and b3, respectively. It is expressed by the following equation (1) using the input voltage V.
[0004]
Δe = [(RaR 2 −R 1 R 3) / (Ra + R 1) (R 2 + R 3)] V (1)
In this case, assuming that the normal resistance value of the strain gauge a is R, it is general that R1 = R2 = R3 = R. At this time, the change in the resistance value of the strain gauge a due to the strain of the object. Is ΔR (Ra = R + ΔR), the equation (1) is rewritten into the following equation (2) in consideration of ΔR << R.
[0005]
Δe = (ΔR / 4R) V (2)
Further, the resistance value R of the strain gauge a and its change ΔR, the strain amount ε (here, the strain amount in the normal direction in the tension or compression direction) of the measurement site of the object to which the strain gauge a is attached, and The following relational expression (3) holds,
ε = (ΔR / R) / K (3)
Where K is the gauge factor of strain gauge a
From this relational expression (3) and the above expression (2), the following expression (4) or (4) 'is obtained.
[0006]
Δe = (V / 4) Kε (4)
ε = (4 / VK) Δe (4) ′
Therefore, the output voltage Δe of the Wheatstone bridge circuit h is proportional to the strain amount ε at the measurement site of the object to which the strain gauge a is attached, and on the strain measuring device A side, the strain amount ε is measured by the output voltage Δe. Will be able to. Note that when the stress of the object is σ, generally, the proportional relationship of the following equation (5) is established between the amount of strain and ε.
σ = Eε (5)
Where E: Young's modulus of the object
The stress can also be measured by the output voltage Δe. This is the basic technique for strain measurement.
[0007]
In addition to the measurement method described above, a method such as a 2-gauge method in which two strain gauges are attached to a measurement site of an object or a 4-gauge method in which four strain gauges are attached to a measurement site of an object. However, in either method, basically, a measurement signal proportional to the amount of strain of the object is generated by a Wheatstone bridge circuit configured to include a strain gauge attached to the object.
[0008]
In the above-mentioned multipoint measurement, for example, a measurement system as shown in FIG. 8 is conventionally used. That is, a plurality of measurement sites of an object such as a machine or a building or strain gauges a, a,. Are connected to the switch box B controlled by the above-described connection line c. Then, the strain measuring instrument A ′ sequentially energizes the strain gauges a at each measurement point connected to itself to generate a measurement signal corresponding to the strain amount at the measurement point, and further connected to the switch box B. The strain gauge a at each measurement point is sequentially energized via the switch box B to generate a measurement signal corresponding to the amount of strain at the measurement point, thereby obtaining a measurement signal for each measurement point. Furthermore, the strain measuring instrument A grasps the amount of strain at each measurement point based on the acquired measurement signal, and thereby performs multipoint strain measurement. In this case, for example, with respect to strain measurement by the 1 gauge method, a Wheatstone bridge circuit as shown in FIG. 7 is configured in the strain measuring instrument A and the switch box B together with the strain gauge a at each measurement point. Are provided so as to be capable of switching connection with respect to the strain gauge a at each measurement point, and multipoint strain measurement is performed while sequentially performing the switching connection for each measurement point.
[0009]
However, the conventional strain measuring system as described above has the following disadvantages due to the connection line connecting the strain gauge to the strain measuring instrument or the switch box.
[0010]
For example, in the measurement system based on the 1 gauge method shown in FIG. 7, when the resistance values r1 and r2 of the connection lines c1 and c2 are taken into account, the output voltage Δe (measurement signal) of the Wheatstone bridge circuit h is expressed by the following equation (1). When Ra (= R + ΔR) is replaced by Ra + r1 + r2, and when R1 = R2 = R3 = R as described above, the output voltage Δe is expressed by the following equation (2) ′.
[0011]
Δe = [(ΔR + r 1 + r 2) / 2 (2R + ΔR + r 1 + r 2)] V (2) ′
As is clear from this equation (2) ', the resistance of the connecting line connecting the strain gauge to the strain measuring instrument or the switch box is the measurement sensitivity of the strain measurement and the zero point (the output voltage Δe as a reference for the strain amount). In general, the initial output voltage Δe when a strain gauge is attached to an object is used), which in turn affects the measurement accuracy, and this also applies to other strain measurement methods such as the 2-gauge method and the 4-gauge method. .
[0012]
For this reason, conventionally, depending on the wire diameter and length of the connecting wire connecting the strain gauge to the strain measuring instrument and switch box (the resistance value of the connecting wire is basically determined by the wire diameter and length of the connecting wire) After adjusting the set value of the strain measuring instrument to correct the measurement signal obtained at the time of strain measurement, or finally obtaining the data value such as strain amount with the strain measuring instrument, In general, the data value is corrected by referring to a correction table.
[0013]
However, in the multipoint measurement as described above, for example, when the measurement points are in a wide range, the connection line connecting the strain gauge to the strain measuring device or the switch box must be long, and the resistance value of the connection line Tends to be relatively large. In addition, even when a single strain measurement is performed, the connection line may be long due to the measurement environment. If the connection line becomes long and the resistance value becomes relatively large in this way, it becomes difficult to ensure sufficient measurement sensitivity and measurement accuracy even with the above-described correction. It was.
[0014]
Also, since the resistance value of the connection line is affected by the environmental temperature, especially when the connection line is long and the resistance value is relatively large, the measurement signal etc. is corrected depending on the wire diameter and length of the connection line. Only by doing it, the zero point movement and the measurement sensitivity change were caused by the change of the environmental temperature, and it was difficult to perform long-term strain measurement and wide-range multipoint strain measurement with stable measurement accuracy. In this case, in the 1-gauge method, the zero-point movement can be suppressed to some extent by using the known 1-gauge 3-wire method, but the variation in measurement sensitivity cannot be suppressed. In the 4-gauge method, the constant current method may be used to eliminate the influence of the resistance value of the connection line, but this method is limited to the 4-gauge method.
[0015]
Furthermore, in the conventional measurement system, a signal (analog signal) corresponding to a minute change in resistance of the strain gauge is received via the connection line with the strain gauge on the strain measuring instrument side, so that disturbances mixed in the connection line This is easily affected by noise and connection line degradation, which is also a major factor in measurement errors. In particular, in strain measurement of structures, etc., there are many cases in which connection wires are buried in the ground or long-term measurements are performed. Often the noise increased significantly, causing serious problems in the measurement.
[0016]
As described above, in the conventional measurement system, the connection line connecting the strain gauge to the strain measuring instrument or the switch box is liable to adversely affect the measurement accuracy, measurement stability, and the like.
[0017]
In particular, in multi-point measurement of structures and the like, the number of measurement points may be several hundred, and in some cases, several thousand. In such multi-point measurement, the wire diameter and length of the connecting wire as described above. Therefore, in order to correct the measurement signal and the finally obtained data value, the correction must be performed for each measurement point, and the correction considering the temperature characteristics of the strain gauge at each measurement point. In addition, there are many cases in which correction in consideration of thermal strain characteristics according to the temperature of the object must be performed for each measurement point. Also, when installing the measurement system, it is necessary to perform wiring processing of the connection line between the strain gauge and the strain measuring instrument or switch box for each measurement point, and when performing long-term measurements outdoors. Must be coated to protect the strain gauge, such as waterproofing the strain gauge at each measurement point.
[0018]
Therefore, in the conventional multipoint strain measurement, these operations require enormous time, labor, and cost, and inconveniences such as erroneous connection of connection lines are likely to occur.
[0019]
Furthermore, in conventional multi-point strain measurement, a measurement signal corresponding to the amount of strain is sequentially generated by a strain gauge at each measurement point, and the measurement signal is taken into a strain measuring instrument. If there is a relatively large time difference in the measurement timing of the strain amount at each measurement point, and the measurement environment changes within the time difference, measure the strain amount at each measurement point under the same measurement environment conditions. It was impossible.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
In view of such a background, the present invention eliminates adverse effects on measurement accuracy and measurement stability due to connection lines, and enables stable strain measurement with high accuracy, and further, preparation for strain measurement. It is an object of the present invention to provide a strain measurement module capable of facilitating work and processing of measurement data.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
  Strain measuring module of the present inventionLeIn order to achieve such an object, a strain gauge affixed to an object, a measurement signal generating circuit for generating a measurement signal corresponding to the strain amount of the object by at least the strain gauge, and the measurement signal A / D conversion means for converting into digital data, and data output processing means for outputting to the outside as measurement output data digital data of the measurement signal or digital data generated through a predetermined process from the digital data And a module main body formed by modularizing the module.
  AndThe present inventionAnd a protective coating member provided so as to cover the strain gauge except for a surface to which the strain gauge is attached to an object, and a bottomed cylindrical casing housing the module main body at the bottom. The coating member can be detachably attached to the module main body through the casing by inserting the coating member into the casing so that the strain gauge is positioned at the opening end of the casing. And a connecting portion that is in contact with an electrode provided in the module main body portion and electrically connects the strain gauge to the module main body portion is provided on the outer surface portion of the coating member. It is characterized by being.
[0023]
According to the present invention, the module main body formed by modularizing at least the measurement signal generation circuit, the A / D conversion means, and the data output processing means is provided in the vicinity of the strain gauge attached to the object. Since the connection is made, the measurement signal generated by the strain gauge is converted into digital data by the A / D conversion means of the module main body in the vicinity of the strain gauge. In this case, since the connection line for connecting the module main unit to the strain gauge is short, the measurement signal is converted into digital data with little influence from the resistance value of the connection line, disturbance noise, or the like. . Then, the digital data or digital data generated through a predetermined process from the digital data is output to the outside as measurement output data by the data output processing means of the module main body. At this time, since the measurement output data is digital data, the measurement output data is hardly affected by connection lines, disturbance noise, etc., regardless of whether the measurement output data is output by wire or wireless. Therefore, it is possible to accurately measure the strain of the object using the measurement output data.
[0024]
Therefore, according to the present invention, it is possible to stably perform accurate strain measurement by eliminating adverse effects on the measurement accuracy, measurement stability, and the like due to the connection line.
[0026]
  Also, The present inventionNohiAccording to the shear measurement module, the strain gauge is attached to the object with the strain gauge attached to the module body together with the coating member.And hiBesides the strain gauge coating process and the installation of the module main body, it is possible to easily perform the preparatory work for strain measurement, and after the strain measurement is completed, the module main body together with the coating member covering the strain gauge. And the module main body can be reused. When reusing, the strain gauge covered with the coating member having the connection portion on the outer surface is attached to the module main body together with the coating member, so that the strain gauge can be electrically connected to the module main body. It can be done easily.
[0028]
The strain measurement module of the present invention further includes a temperature sensor for detecting the temperature of the object, and the A / D conversion means includes means for converting a detection signal of the temperature sensor into digital data, and the data output processing The means includes means for outputting digital data of a detection signal of the temperature sensor to the outside.
[0029]
According to this, it is possible to obtain, with digital data, the temperature data of an object that is often required for correction of measurement data or the like during strain measurement, together with the measurement output data.
[0030]
In the strain measurement module of the present invention, digital data obtained by converting the measurement signal by the A / D conversion means may be output to the outside as the measurement output data by the data output processing means. In the case where a temperature sensor for detecting the temperature of the object is provided, the A / D conversion means includes means for converting a detection signal of the temperature sensor into digital data, and the data output processing means It is preferable to include means for correcting and outputting the measurement output data based on the temperature of the object indicated by the digital data of the detection signal of the temperature sensor.
[0031]
That is, in strain measurement, it may be necessary to correct the measured value based on the measurement signal obtained by the strain gauge in consideration of the temperature characteristics of the strain gauge, the temperature characteristics of the object, or the thermal strain of the object. In such a case, the data output processing means of the module body performs a process of correcting the measurement output data based on the temperature of the object indicated by the digital data of the detection signal of the temperature sensor, To output desired data immediately from the measurement output data. For this reason, in particular, when performing multipoint strain measurement for a plurality of objects or a plurality of parts of an object using the strain measurement module of the present invention, it is obtained from the data output processing means of the module main body corresponding to each measurement point. Post-processing of measurement output data can be facilitated. Further, since the correction process as described above is performed independently for each measurement point by the data output processing means of the module main body for each measurement point, the correction process can be efficiently performed for each measurement point.
[0032]
In addition, when correcting the measurement output data, in addition to the correction according to the temperature as described above, correction based on characteristic values inherent to the strain gauge such as the gauge rate of the strain gauge, and a strain gauge attached to the object Zero point correction (correction based on the level of the original measurement signal) based on the digital data of the original measurement signal may be performed by the data output processing means.
[0033]
In strain measurement, a rosette gauge composed of at least three strain gauges is used as a strain gauge to be attached to an object. From the measurement signal data generated by each strain gauge, calculation of rosette analysis processing is performed. There are cases where the principal strain amount, shear strain amount, and principal strain direction of an object are measured.
[0034]
Therefore, in the strain measurement module of the present invention, when the strain gauge is a rosette gauge composed of at least three strain gauges, the measurement signal generating circuit is configured to output the measurement signal for each strain gauge of the rosette gauge. The data output processing means includes at least one of a principal strain amount, a shear strain amount, and a principal strain direction of the object from digital data of the measurement signal for each strain gauge. Means for obtaining the measured output data by rosette analysis processing.
[0035]
According to this, the data output processing means of the module main body part is at least one of the main strain amount, the shear strain amount, and the main strain direction of the object from the digital data of the measurement signal for each strain gauge. Is obtained by the rosette analysis process and is output as measurement output data to the outside. Therefore, desired data such as the principal strain amount, shear strain amount, and principal strain direction of the object are immediately obtained from the measurement output data. Obtainable. In particular, when performing multipoint strain measurement for a plurality of objects or a plurality of parts of the object using such a strain measurement module, measurement output data obtained from the data output processing means of the module main body corresponding to each measurement point Post-processing can be facilitated. Further, since the rosette analysis process as described above is independently performed for each measurement point by the data output processing means of the module main body for each measurement point, the rosette analysis process can be efficiently performed for each measurement point. it can.
[0052]
  Strain measuring module of the present invention and multi-point strain measuring system using the sameAs a reference example related toA first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. 1 is a system configuration diagram showing the overall configuration of the multipoint strain measurement system in the present embodiment, FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a strain measurement module used in the system of FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram of the structure of the strain measurement module of FIG. It is sectional drawing shown. The reference numerals in parentheses in FIG. 1 correspond to the second embodiment described later, and are not used in the following description of the first embodiment.
[0053]
With reference to FIG. 1, the multipoint strain measurement system of the present embodiment measures strain amounts of a plurality of parts of an object (not shown) such as a building or a machine, for example, by a 1 gauge method. A plurality of strain gauges 1, 1,... Attached to each part (each measurement point), and a plurality of strain measurement modules 3, 3 each having a module body 2 connected to the strain gauge 1 at each measurement point. ,... And a measurement data processing device 4 that collects and processes measurement output data generated by each strain measurement module 3 as described later.
[0054]
In this case, in this embodiment, the set of the strain gauge 1 and the strain measurement module 3 at each measurement point is classified into a plurality of groups G, G,..., And the module main body of each strain measurement module 3 belonging to each group G 2 is connected to a common sub-communication line 5 for each group G. These sub-communication lines 5 are joined to a common main communication line 6 for all groups G, G,..., And the main communication line 6 is connected to the measurement data processing device 4. As a result, the module main body 2 of each strain measurement module 3 processes the measurement data via the sub communication line 5 common to the group G to which it belongs and the main communication line 6 common to all the groups G, G,. Data communication can be performed with the device 4 as will be described later.
[0055]
In the present embodiment, the grouping as described above is performed. However, the module main body 2 of all the strain measurement modules 3 is connected to the measurement data processing device 4 through a single common communication line. (This also applies to other embodiments described later).
[0056]
Each of the strain measurement modules 3 is a module body 2 formed by making a required circuit into a small module using a one-chip microcomputer or the like and connected to the strain gauge 1 in the vicinity thereof, as shown in FIG. A circuit configuration is provided.
[0057]
That is, the module main body 2 includes three resistors 8, 8, 8 connected to form a Wheatstone bridge circuit 7 together with the strain gauge 1 connected thereto, and a pair of the Wheatstone bridge circuit 7. A bridge power supply circuit 9 that applies an input voltage V (constant voltage) between diagonal points, and an output voltage Δe generated between the other pair of diagonal points of the Wheatstone bridge circuit 7 when the input voltage V is applied, that is, And an amplifier 10 for amplifying a measurement signal corresponding to the distortion amount at the measurement point, and an A / D converter 11 (A / D conversion means) for converting the output of the amplifier 10 into digital data representing the level. . Here, in accordance with the configuration of the present invention, the Wheatstone bridge circuit 7, the bridge power supply circuit 9, and the amplifier 10 constitute a measurement signal generation circuit 12.
[0058]
Note that the resistance value of each resistor 8 of the Wheatstone bridge circuit 7 is the same as the resistance value of the strain gauge 1 at normal time, for example.
[0059]
Further, the module main body 2 includes a control circuit (CPU) 13 that performs overall operation control and arithmetic processing, a storage circuit 14 (storage means) that stores and holds programs for the control circuit 13 and various data, And an interface circuit 15 for transmitting / receiving data to / from the measurement data processing device 4.
[0060]
Here, the control circuit 13 constitutes the data output processing means 16 together with the storage circuit 14 and the interface circuit 15, and the details of the operation will be described later, but basically, from the measurement data processing device 4. In response to a given command, digital data of the measurement signal Δe is acquired from the A / D converter 11 to generate required measurement output data, which is transmitted from the interface circuit 15 to the sub communication line 5 and the main communication line 6. And output to the measurement data processing device 4.
[0061]
The storage circuit 14 includes a ROM that stores and holds a program for the control circuit 13 in advance, a RAM that stores and holds measurement output data generated by the control circuit 13, and the control circuit 13 generates measurement output data. Therefore, it is configured by an EEPROM that stores and holds parameter data and the like used for this purpose. In this case, the EEPROM stores, in advance, identification data (ID code) unique to each strain measurement module 3, a value of the gauge factor K unique to the strain gauge 1 connected to the module body 2 as described later, and the like. Is retained.
[0062]
Furthermore, in this embodiment, the operation power supply power of each strain measurement module 3 is collectively transferred from the measurement data processing device 4 to the module main body 2 of each strain measurement module 3 via the main communication line 6 and the sub communication line 5. For this reason, the module main body 2 extracts the operating power from the sub-communication line 5 connected thereto, and supplies it to each circuit such as the control circuit 13 described above. 17 (power supply means).
[0063]
In each strain measurement module 3 of the present embodiment, the strain gauge 1 and the module main body 2 having the circuit configuration as described above are connected in a structure as shown in FIG.
That is, the strain gauge 1 of each strain measurement module 3 is covered with a protective coating member 18 for waterproofing, etc., except for the surface attached to the object, and the coating member 18 is formed in a block shape. . The strain gauge 1 is attached to the module main body 2 via the coating member 18, and the connection wire 19 led out from the strain gauge 1 is connected to the module main body 2 by soldering or the like. Further, the module main body 2 and the coating member 18 are accommodated in the casing 20 with the strain gauge 1 positioned at the open end of the bottomed cylindrical casing 20. With such a structure, the strain gauge 1 is integrally attached to the module body 2 and the module body 2 (specifically, one side of the Wheatstone bridge circuit 7) is electrically connected to the strain gauge 1 in the vicinity thereof. Connected.
[0064]
The measurement data processing device 4 is configured using a microcomputer, and the details of the operation will be described later. Basically, the main communication line 6 is connected to the module main body 2 of each strain measurement module 3. A predetermined command is given while supplying power via the auxiliary communication line 5 to generate and output measurement output data, and the measurement output data is collected. Then, the measurement value indicated by the collected measurement output data is displayed on a display (not shown) or recorded on a recording device (not shown).
[0065]
Next, the operation of the multipoint strain measurement system of this embodiment (including the operation of the strain measurement module) will be described.
[0066]
When multipoint strain measurement is performed on a plurality of parts of an object such as a building or a machine by the system of the present embodiment, the strain gauge 1 provided in each strain measurement module 3 at each part (each measurement point) of the object. Is attached to an adhesive (not shown) (see FIG. 3). In this case, as described above, the strain gauge 1 is covered with the coating member 18, and the strain gauge 1 is attached to the module main body 2 of each strain measurement module 3 together with the coating member 18. By sticking to each part of the object, the coating process for waterproofing the strain gauge 1 and the installation of the module body 2 are performed.
[0067]
Further, the module main body 2 of the strain measurement module 3 at each measurement point, the measurement data processing device 4, and the sub communication line 5 and the main communication line 6 are connected.
[0068]
After completion of such preparatory work, the measurement data processing device 4 performs strain measurement at each measurement point via the main communication line 5 and the sub communication line 6 by performing a predetermined operation of the measurement data processing device 4. While supplying power to the module 3, a predetermined initial setting operation command for performing the initial setting process is sent to the module main body 2 of each strain measurement module 3. This initial setting operation command is given to the module main body 2 of all the strain measurement modules 3 via the main communication line 5 and the sub communication line 6. At this time, the module main body 2 performs the following initial setting. Processing is performed.
[0069]
That is, when the control circuit 13 of each strain measurement module 3 receives the initial setting operation command via the interface circuit 15, it applies the input voltage V from the bridge power supply circuit 9 to the Wheatstone bridge circuit 7, and The measurement signal Δe corresponding to the strain amount is generated. Then, the control circuit 13 converts the level of the measurement signal Δe amplified by the amplifier 10 into digital data by the A / D converter 11, and the digital data of the measurement signal Δe, that is, the initial value of the measurement signal Δe. Are stored and held in the EEPROM of the storage circuit 14 as data representing the zero point of strain measurement (the level of the measurement signal Δe as a strain amount reference).
[0070]
In this way, after performing the initial setting process in each strain measurement module 3, when measuring the strain amount at each measurement point, the measurement data processing device 4 is subjected to a predetermined operation to thereby measure the measurement data. The processing device 4 sends a predetermined measurement start command for causing the module main body 2 of each strain measurement module 3 to generate measurement output data while supplying power to the strain measurement module 3 at each measurement point. This measurement start command is given to the module main body portions 2 of all the strain measurement modules 3 almost simultaneously via the main communication line 6 and the sub communication line 5, and at this time, the module main body portion 2 performs the following processing. Is done.
[0071]
In other words, when the control circuit 13 of each strain measurement module 3 receives the initial setting operation command via the interface circuit 15, it applies the input voltage V from the bridge power supply circuit 9 to the Wheatstone bridge circuit 7, and the measurement signal Δe is generated. Then, the control circuit 13 converts the level of the measurement signal Δe amplified by the amplifier 10 into digital data by the A / D converter 11 and acquires the digital data of the measurement signal Δe. Further, the control circuit 13 performs zero point correction by subtracting the initial value of the measurement signal Δe previously stored in the EEPROM from the current measurement signal Δe level indicated by the acquired digital data, From the level of the measurement signal Δe subjected to the zero point correction, for example, the amount of strain ε (the amount of strain in a normal sense) at the measurement point is calculated by performing the calculation of the equation (4) ′. In this case, for this calculation, the value of the gauge factor K stored in advance in the EEPROM (this value is a characteristic value unique to the strain gauge 1) is used. Then, the control circuit 13 stores the obtained strain amount ε in the RAM of the storage circuit 14 as measurement output data (digital data).
[0072]
Thereby, in the module main body 2 of each strain measurement module 3, measurement output data based on the measurement signal Δe for each measurement point is generated and stored and held almost simultaneously.
[0073]
Next, by performing a predetermined operation of the measurement data processing device 4, the measurement data processing device 4 supplies power to the strain measurement module 3 at each measurement point, and is specific to each strain measurement module 3. The identification data (ID code) is selected alternatively (for example, in order), and a predetermined output operation command including the selected identification data is transmitted. This output operation command is a command for outputting the measurement output data generated and stored in each strain measurement module 3 as described above, and the main communication line 6 and the sub-communication are transmitted to the module main body 2 of all the strain measurement modules 3. Is provided via line 5.
[0074]
At this time, the following processing is performed in the module body 2 of each strain measurement module 3.
[0075]
That is, when the control circuit 13 of the module body 2 receives the output operation command via the interface circuit 15, the control circuit 13 compares the identification data included in the command with the identification data stored and held in the EEPROM of the storage circuit 14. If they do not match, wait. If they match, the control circuit 13 sends the measurement output data previously stored in the RAM of the storage circuit 14 via the interface circuit 15. Therefore, the module main body 2 of each strain measurement module 3 sends measurement output data only when an output operation command including identification data unique to the strain measurement module 3 is given.
[0076]
The measurement data processor 4 receives the measurement output data sent from each strain measurement module 3 as described above, and thereby collects the measurement output data for each measurement point from each strain measurement module 3 in a time-sharing manner. To do.
[0077]
Then, the measurement data processing device 4 displays the strain amount for each measurement point indicated by the measurement output data for each measurement point collected in this manner on a display (not shown) or records it on a recording device. Thus, multipoint strain measurement is performed.
[0078]
When long-term measurement is performed, the generation and output of measurement output data in each strain measurement module 3 as described above are repeated at appropriate time intervals.
[0079]
In such a measurement system of the present embodiment, the module main body 2 of each strain measurement module 3 is connected to the strain gauge 1 in the vicinity thereof, and therefore the connection line 19 may be very short. The measurement signal Δe corresponding to the strain amount at the measurement point can be generated without being affected by the resistance value of the connection line 19 or disturbance noise, and can be converted into digital data. When the measurement output data based on the digital data is sent from each strain measurement module 3 to the measurement data processing device 4, the measurement output data is digital data. The sub-communication line 5 and the main communication line 6 connected to the data processing device 4 are hardly affected by resistance values, disturbance noise, and the like.
[0080]
Therefore, it is possible to accurately measure the strain amount at each measurement point and stably perform the measurement while eliminating the adverse effect on the measurement accuracy and measurement stability due to the connection line.
[0081]
Moreover, in this embodiment, since each strain measurement module 3 has the strain gauge 1, the coating member 18 which coat | covers this, and the module main-body part 2 as integral structure, the strain gauge 1 is affixed on the measurement point of an object. By wearing, the coating process of the strain gauge 1 and the installation of the module main body 2 are performed, so that the preparation work for each measurement point can be easily performed. Furthermore, in the present embodiment, the collection of measurement output data for each measurement point by the measurement data processing device 4 can be performed in a time-sharing manner using identification data unique to each strain measurement module 3, and the data Collection can be performed efficiently, and at the same time, each strain measurement module 3 and measurement data processing device 4 need only be connected by a common main communication line 6 and sub-communication line 5. It can be carried out.
[0082]
In this embodiment, the module main body 2 of each strain measurement module 3 acquires digital data of the measurement signal Δe in response to a measurement start command from the measurement data processing device 4 and stores measurement output data based on the digital data. Since it is stored and held in the circuit 14, measurement output data based on the measurement signal Δe at each measurement point at the same time can be obtained.
[0083]
Furthermore, in the present embodiment, the module body 2 of each strain measurement module 3 performs the zero point correction of the data of the measurement signal Δe and the calculation of the strain amount ε to generate the measurement output data. Thus, it is not necessary to perform initial setting for each measurement point or to calculate the strain amount ε, and it is possible to easily perform initial setting and post-processing during measurement. Moreover, the zero point correction and the calculation of the strain amount ε are performed in parallel processing independently in the module main body 2 of each strain measurement module 3, so that the zero point correction and the strain amount ε for each measurement point are calculated. It can be done efficiently.
[0085]
  Next, the present inventionThe first embodimentA second embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, only a part of the structure of the strain measurement module is different from that of the first embodiment, and the same parts are denoted by the same reference numerals and drawings as those of the first embodiment. Detailed description is omitted.
[0086]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the strain measurement module 21 in this embodiment. In this strain measurement module 21, the strain gauge 1 attached to an object is a block-like shape as in the first embodiment. It is covered with a coating member 18. The coating member 18 can be inserted into and removed from a bottomed cylindrical casing 20 in which the module main body 2 (the circuit configuration is as shown in FIG. 2) is accommodated at the bottom. The strain gauge 1 is inserted into the module main body 2 via the casing 20 together with the coating member 18 by being inserted into the casing 20 toward the module main body 2 so that 1 is located at the opening end of the casing 20. It is designed to be detachable.
[0087]
In this case, the connecting wire 19 led out from the strain gauge 1 is connected to the electrode piece 22 attached to the outer surface portion facing the module main body portion 2 of the coating member 18. This electrode piece 22 constitutes a connection part for electrically connecting the strain gauge 1 to the module main body part 2, and in the state where the coating member 18 is fitted and mounted in the housing 20 as described above, The electrode piece 23 provided in the main body 2 is brought into contact with the electrode body 23, thereby electrically connecting the strain gauge 1 to the module main body 2. In this embodiment, the electrode piece 23 of the module main body 2 is electrically connected to one side of the Wheatstone bridge circuit 7 shown in FIG.
[0088]
The multipoint strain measurement system of this embodiment using such a strain measurement module 21 has the same configuration as that of the first embodiment (see FIG. 1), and strain measurement at each measurement point is performed by the module of the strain measurement module 21. This is performed in exactly the same manner as in the first embodiment with the strain gauge 1 attached to each measurement point attached to the main body 2 together with the coating member 18 covering the same.
[0089]
In this case, in the present embodiment, the same operational effects as those in the first embodiment can be obtained, and the following operational effects can be achieved.
[0090]
That is, in the strain measurement module 21 of the present embodiment, the strain gauge 1 is detachably attached to the module main body 2 together with the coating member 18 as described above (see FIG. 4). By removing the coating member 18 from the housing 20 of the strain measuring module 21, the coating member 18 and the strain gauge 1 covered thereby can be removed. And if the coating member 18 and the strain gauge 1 are removed in this way, the module main body 2 of the strain measurement module 21 can be reused. In addition, when reused, the module main body portion of the strain gauge 1 can be obtained simply by fitting and mounting the coating member 18 on the housing 20 in a state where the strain gauge 1 is covered with the coating member 18 as shown in FIG. The electrical connection to 2 can also be made immediately by the contact of the electrode pieces 22, 23.
[0091]
In the present embodiment, a contact type electrode piece 22 is used as a connection portion for electrically connecting the strain gauge 1 to the module main body 2. However, for example, a coating member 18 that covers the strain gauge 1 is used. The connector may be configured by a connector that fits and connects to the module body 2 when the module body 2 is mounted.
[0092]
In the present embodiment, the strain gauge 1 is covered with the coating member 18 and is detachably attached to the module main body 2. However, the strain gauge 1 is used for indoor measurement or short-term measurement. When it is not necessary to perform the coating process, the strain gauge 1 may be detachably connected to the module main body 2 via, for example, a connector in the vicinity thereof. In this case, the module main body 2 may be installed by attaching the module main body 2 to an appropriate position in the vicinity of the strain gauge 1 using an appropriate attachment member, for example.
[0093]
Further, in the first and second embodiments described above, the multi-point measurement of the strain amount ε in the normal sense is shown. However, in the module main body 2 of each strain measurement module 3, 21, the measurement is performed. The strain amount ε is obtained from the digital data of the signal Δe, and the stress at each measurement point is calculated as measurement output data from the strain amount ε by, for example, the calculation of Equation (5), and the stress at each measurement point is measured. Also good. In this case, the Young's modulus of the object necessary for obtaining the stress may be stored, for example, in the EEPROM of the storage circuit 14 of each strain measurement module 3, 21.
[0094]
In the first and second embodiments, the strain measurement modules 3 and 21 obtain the strain amount from the digital data of the measurement signal Δe and output it to the measurement data processing device 4 as measurement output data. However, the digital data of the measurement signal Δe is output as it is to the measurement data processing device, and the measurement data processing device calculates the strain amount (including stress) at each measurement point from the digital data of the measurement signal Δe. May be. Even in this case, accurate and stable measurement can be performed without the influence of the connection line.
[0095]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the first or second embodiment only in part of the configuration and function of the strain measurement module, and the same components are the same as those in the first or second embodiment. Detailed description will be omitted using the same reference numerals and drawings.
[0096]
FIG. 5 shows a circuit configuration of the strain measurement module 24 in this embodiment. In this strain measurement module 24, the strain gauge 1 attached to the measurement point of the object is connected to the module main body 25 in the vicinity thereof. In addition, in order to detect the temperature of the object, a temperature sensor 26 (for example, a thermocouple) attached to the object in the vicinity of the strain gauge 1 is provided, and the temperature sensor 26 is connected to the module main body 25.
[0097]
In this case, the module main body 25 has the circuit configuration shown in FIG. 2, that is, the Wheatstone bridge circuit 7 (including resistors 8, 8, 8), the bridge power supply circuit 9, the amplifier 10, and the A / D converter 11. In addition to the control circuit 13, the storage circuit 14, the interface circuit 15, and the main power supply circuit 17, a switch 27 is provided. The switch 27 receives a signal obtained by amplifying the measurement signal Δe generated by the Wheatstone bridge circuit 7 connected to the strain gauge 1 by the amplifier 10 and a detection signal of the temperature sensor 26 (hereinafter referred to as a temperature detection signal). The measurement signal Δe and the temperature detection signal are selectively switched under the control of the control circuit 13 and output to the A / D converter 11 for conversion into digital data.
[0098]
In this embodiment, the control circuit 13 corrects the distortion amount grasped from the digital data of the measurement signal Δe according to the temperature indicated by the digital data of the temperature detection signal, as will be described in detail later. The data is generated.
[0099]
  In addition, regarding the structure of the strain measurement module 24 in the present embodiment, for example,Same as the second embodimentFurther, both the strain gauge 1 and the temperature sensor 26 are covered with a block-shaped coating member, and the module body 25Arrive atIt is preferable to detachably attach.
[0100]
The configuration of the multi-point strain measurement system in this embodiment using such a strain measurement module 24 is basically the same as the system configuration of the first embodiment. For example, each strain measurement module shown in FIG. 3 is replaced with the strain measurement module 24 of the present embodiment. Therefore, in the description of the present embodiment, the same reference numerals as those in FIG. 1 are used for the system configuration excluding the strain measurement module.
[0101]
In the multipoint strain measurement system of this embodiment, when the measurement start command is given from the measurement data processing device 4 described in the first embodiment, the module main body 25 of the strain measurement module 24 at each measurement point. The measurement output data is generated as follows.
[0102]
That is, the control circuit 13 of the module main body 25 sequentially switches the switch 27 to the Wheatstone bridge circuit 7 side and the temperature sensor 26 side, and the A / D converter 11 sequentially converts the measurement signal Δe and the temperature detection signal. Convert them to data and get their digital data.
[0103]
Next, as described in the first embodiment, the control circuit 13 obtains the strain amount ε using, for example, the equation (4) ′. Here, for example, under measurement environment conditions in which the temperature of an object changes relatively large (a so-called high-temperature strain gauge is generally used as the strain gauge 1 in measurement under such conditions), data of the measurement signal Δe The strain amount ε obtained from the above includes components due to thermal strain of the object, thermal strain of the strain gauge 1 itself, and the like in addition to those due to external stress acting on the object. Moreover, due to the temperature characteristics of the strain gauge 1 and the like, the measurement sensitivity also changes.
[0104]
Therefore, in the present embodiment, the control circuit 13 of each strain measurement module 24 performs the correction calculation of the following equation (6) using the temperature t indicated by the digital data of the temperature detection signal, thereby causing an external stress. Find the true strain εx.
[0105]
εx = (apparent strain at ε-temperature t) · k (t) (6)
Here, the apparent strain in the equation (6) is caused by factors other than external stress such as thermal strain of the object and thermal strain of the strain gauge 1 itself in a state where the true strain due to the external stress is not generated in the object. The strain amount (strain amount in a normal sense) grasped from the measurement signal Δe that appears, and the value of this apparent strain at the temperature t is stored in advance in the EEPROM of the storage circuit 14 for each strain measurement module 24, for example. It is obtained from the temperature t based on the temperature detection signal, using the data table and arithmetic expression that have been set. Further, k (t) in equation (6) is a coefficient (function of temperature t) for correcting the measurement sensitivity, and the value of this correction coefficient k (t) is also stored in each storage module 24 for each strain measurement module 24. It is obtained from the temperature t based on the temperature detection signal by using a data table or an arithmetic expression stored in advance in the 14 EEPROM.
[0106]
The contents stored and held in the EEPROM may be rewritten as needed according to the application and necessity.
[0107]
Then, the control circuit 13 of each strain measurement module 24 stores and holds the data (digital data) of the true strain amount εx obtained as described above in the RAM of the storage circuit 14 as measurement output data. Similar to the first embodiment, when the output operation command including the identification data for each strain measurement module 24 is given from the measurement data processing device 4 to the measurement data processing device 4, the measurement output data is sent to the measurement data processing device 4. It outputs via the sub-communication line 5 and the main communication line 6 (In this case, you may make it also output the digital data of the said temperature detection signal as needed).
[0108]
As a result, on the measurement data processing device 4 side, data indicating the true strain amount εx of the object at each measurement point is obtained.
[0109]
According to this embodiment, in addition to the same effects as those of the first or second embodiment, the strain measurement module 24 at each measurement point performs correction processing according to the temperature t of the object. Therefore, it is not necessary to perform correction processing according to the temperature for each measurement point on the measurement data processing device 4 side, and post-processing is extremely easy. In addition, since the correction processing according to the temperature t of the object at each measurement point is performed independently and in parallel processing in each strain measurement module 24, the correction processing can be performed efficiently.
[0110]
In this embodiment, the correction process according to the temperature t of the object is performed as described above. However, for example, when the true strain amount εx is obtained by removing the influence of only the thermal strain of the object. The linear expansion coefficient (/ ° C) of the object is stored in advance in the EEPROM of the storage circuit 14 and the initial temperature t of the object is determined during the initial setting process as described in the first embodiment. The value is stored in the storage circuit 14, and at the time of measurement, the thermal strain of the object is obtained from the deviation between the initial value and the current value of the temperature t and the linear expansion coefficient, and is subtracted from the strain amount ε. Thus, the true strain amount εx may be obtained.
[0111]
In the present embodiment, the true strain amount εx (strain amount in a normal sense) is obtained as measurement output data. For example, the Young's modulus E of the object is used as a function of the temperature t in advance in the memory circuit 14. The data is stored in the EEPROM by a data table or an arithmetic expression, and the Young's modulus E at the temperature t is obtained from the temperature t based on the temperature detection signal at the time of measurement, and the true Young's modulus E is multiplied by the true strain amount εx. By doing so, the external stress acting on the measurement point of the object may be obtained. Then, the obtained external stress may be output as measurement output data from the module main body 25 of the strain measurement module 24.
[0112]
Furthermore, when the stress acting on the measurement point of the object is known in advance (for example, when the stress is constant), in the strain measurement module at each measurement point, the object is reversed in the case of this embodiment. It is also possible to obtain the thermal strain of the measurement output data.
[0113]
In this embodiment, each strain measurement module 24 performs correction processing according to the temperature t of the object. However, the digital data of the measurement signal Δe from the module main body 25 of each strain measurement module 24 or The digital data of the temperature detection signal may be output to the measurement data processing device 4 together with the strain amount ε data based on the above, and the correction processing as described above may be performed on the measurement data processing device 4 side. Even in this case, since the data given from each strain measurement module 24 to the measurement data processing device 4 is digital data, the connection lines between them (the sub communication line 5 and the main communication line 6). Therefore, accurate measurement can be stably performed.
[0114]
Further, when measurement is performed using the strain measurement module 24 of the present embodiment under measurement environment conditions in which the temperature of the object changes relatively greatly, the module main body 25 has a structure that is not easily affected by temperature. Or it is preferable to install in a place which is not easily affected by temperature.
[0115]
In the first to third embodiments described above, the measurement by the 1 gauge method has been described, but the 2 gauge method or the 4 gauge method may be used. In this case, since the 1-gauge method is used in the first to third embodiments, the three resistors 8, 8, and 8 are provided in the module main bodies 2 and 25. For example, in the measurement by the 2-gauge method, In order to form a Wheatstone bridge circuit together with two strain gauges, it is only necessary to provide two resistors. For example, in the measurement by the 4-gauge method, a Wheatstone bridge circuit is composed of four strain gauges. Therefore, it is not necessary to provide a resistor.
[0116]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the first or second embodiment only in part of the configuration and function of the strain measurement module, and the same components are the same as those in the first or second embodiment. Detailed description will be omitted using the same reference numerals and drawings.
[0117]
FIG. 6 shows a circuit configuration of the strain measurement module 28 in this embodiment. In this strain measurement module 28, the strain gauges to be attached to the measurement points of the object are composed of three strain gauges 1a, 1b and 1c. A rosette gauge 29 is connected to the module main body 30 in the vicinity thereof. Note that the rosette gauge 29 of the present embodiment employs a so-called right-angle rosette in which the three strain gauges 1a, 1b, and 1c are attached to an object by shifting the azimuth by 45 degrees.
[0118]
In this case, the module main body 30 has the circuit configuration shown in FIG. 2, that is, the Wheatstone bridge circuit 7 (including resistors 8, 8, 8), the bridge power supply circuit 9, the amplifier 10, and the A / D converter 11. In addition to the control circuit 13, the memory circuit 14, the interface circuit 15, and the main power circuit 17, a switch 31 is provided. The switch 31 is interposed between the three strain gauges 1 a, 1 b, 1 c of the rosette gauge 29 and the resistors 8, 8, 8, and the strain gauges 1 a, 1 b, which should constitute the Wheatstone bridge circuit 7. 1c (strain gauges 1a, 1b, 1c conducted to the resistors 8, 8, 8) are selectively switched sequentially under the control of the control circuit 13.
[0119]
In the present embodiment, the control circuit 13 sequentially connects the strain gauges 1a, 1b, and 1c of the rosette gauge 29 to the resistors 8, 8, and 8 sequentially through the switch 31, as will be described in detail later. A measurement signal Δe is generated for each strain gauge 1, and the main strain amount, the shear strain amount, and the main strain direction of the object at each measurement point are obtained as measurement output data from the digital data of the measurement signal Δe.
[0120]
  In addition, regarding the structure of the strain measurement module 28 in the present embodiment, for example, the above-mentionedSame as the second embodimentFurther, the rosette gauge 29 is covered with a block-shaped coating member to cover the module main body 30.Arrive atPreferably removable.
[0121]
The configuration of the multipoint strain measurement system in the present embodiment using such a strain measurement module 28 is basically the same as the system configuration of the first embodiment. For example, each strain measurement module shown in FIG. 3 is replaced with the strain measurement module 28 of the present embodiment. Therefore, in the description of the present embodiment, the same reference numerals as those in FIG. 1 are used for the system configuration excluding the strain measurement module.
[0122]
In the multipoint strain measurement system of the present embodiment, when the measurement start command is given from the measurement data processing device 4 described in the first embodiment, the module main body 30 of the strain measurement module 28 at each measurement point. The measurement output data is generated as follows.
[0123]
That is, the control circuit 13 of the module main body 30 sequentially switches the switch 29 to generate the measurement signal Δe for each of the strain gauges 1a, 1b, 1c, and converts it by the A / D converter 11. Obtain digital data.
[0124]
Next, the control circuit 13 determines the strain amount εa corresponding to each strain gauge 1a, 1b, 1c from the data of the measurement signal Δe for each strain gauge 1a, 1b, 1c, as in the case of the first embodiment. , Εb, εc.
[0125]
Further, the control circuit 13 determines the maximum shear strain amount γmax, the main amount of the object at each measurement point from the strain amounts εa, εb, εc by a known calculation (rosette analysis process) of the following equations (7) to (10). The maximum value .epsilon.max and minimum value .epsilon.min of the strain amount and the angle .psi.p from the strain gauge 1a to the main strain direction (angle formed by the direction of the strain gauge 1a and the main strain direction) are obtained.
[0126]
γmax = [2 {(εa −εc)2+ (Εb −εc)2}]1/2...... (7)
εmax = (εa + εb + γmax) / 2 (8)
εmin = (εa + εb−γmax) / 2 (9)
ψp = (1/2) tan-1[(2εc−εa−εb) / (εa−εb)] (10)
Then, the control circuit 13 obtains the data of the maximum shear strain amount γmax, the maximum value εmax and the minimum value εmin of the main strain amount, and the angle ψp from the strain gauge 1a to the main strain direction thus obtained as the measurement output data. Is stored in the RAM of the storage circuit 14 and is output to the measurement data processing device 4 in accordance with an output operation command from the measurement data processing device 4 as in the first embodiment.
[0127]
Thereby, in the measurement data processing device 4, the data of the maximum shear strain amount γmax, the maximum value εmax and the minimum value εmin of the main strain amount, and the angle ψp from the strain gauge 1a to the main strain direction for each measurement point. Will be obtained.
[0128]
According to the present embodiment, since the rosette analysis process is performed in the strain measurement module 28 at each measurement point in addition to the same operational effects as the first or second embodiment, the measurement data processing apparatus It is no longer necessary to perform processing for determining the maximum shear strain amount γmax, the maximum value εmax and the minimum value εmin of the main strain amount, and the angle ψp from the strain gauge 1a to the main strain direction for each measurement point on the 4 side. The post-processing is extremely easy. In addition, since the rosette analysis process for each measurement point is independently performed in parallel processing in each strain measurement module 28, the rosette analysis process can be efficiently performed.
[0129]
In this embodiment, a right-angle rosette is used as the rosette gauge 29, but in addition to this, a delta rosette using three strain gauges and four strain gauges are used in order to further improve measurement accuracy. Double right angle rosettes and T delta rosettes are known and these schemes may be employed.
[0130]
In this embodiment, the maximum shear strain amount γmax, the maximum value εmax and the minimum value εmin of the main strain amount, and the angle ψp from the strain gauge 1a to the main strain direction are obtained for each measurement point. However, some of them may be omitted if necessary (for example, the maximum shear strain amount γmax is not obtained).
[0131]
In this embodiment, the maximum shear strain γmax and the maximum value εmax and the minimum value εmin of the main strain amount are obtained as measurement output data, but the maximum shear stress, the minimum value and the maximum value of the main stress are determined. You may make it obtain | require as measurement output data in each distortion | strain measurement module by a rosette analysis process (The arithmetic formula in this case is abbreviate | omitted here but is well-known.).
[0132]
Further, in the present embodiment, as in the third embodiment, each strain measurement module 28 may be provided with a temperature sensor, and correction processing based on the detected temperature may be performed to obtain the main strain amount and the like.
[0133]
In the first to fourth embodiments described above, the strain measurement modules 3, 21, 24, 28 are connected to the measurement data processing device 4 via the common communication lines 5, 6. In order to perform accurate and stable measurement simply by eliminating the influence of connection lines, each strain measurement module 3, 21, 24, 28 is connected to a measurement data processing device via a separate communication line. Also good. Further, communication between each of the strain measurement modules 3, 21, 24, 28 and the measurement data processing device 4 may be performed wirelessly.
[0134]
Further, in each of the first to fourth embodiments, the one that measures the strain amount of a plurality of parts of an object such as a building is shown, but when performing multipoint measurement of the strain amount of a plurality of objects, Of course, the strain measurement module and the multipoint strain measurement system of the present invention can be applied.
[0135]
Further, in each of the first to fourth embodiments, the power supply power of each of the strain measurement modules 3, 21, 24, 28 is collectively supplied from the measurement data processing device 4, but each strain measurement module 3 , 21, 24, 28 may include a power battery.
[0136]
In the first to fourth embodiments, the strain measurement modules 3, 21, 24, and 28 are applied to multipoint strain measurement. However, the strain measurement module of the present invention is a strain of an object. It can also be applied when performing single point measurement of quantity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the present invention.The first embodiment as a reference example related to the second embodiment and the second embodiment which is an embodiment of the present inventionThe system block diagram which shows the whole structure of the multipoint strain measurement system in FIG.
[Figure 2]As a reference exampleFIG. 2 is a circuit configuration diagram of a strain measurement module used in the system of FIG. 1 in the first embodiment.
3 is a cross-sectional view showing the structure of the strain measurement module of FIG. 2;
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structure of a strain measurement module according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a strain measurement module according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a strain measurement module according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram for explaining the principle of strain measurement by the 1 gauge method.
FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional multipoint strain measurement system.
[Explanation of symbols]
  DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1a-1c ... Strain gauge, 2, 25, 30 ... Module main-body part, 3, 21, 24, 28 ... Strain measurement module, 4 ... Measurement data processor, 5, 6 ... Communication line, 11 ... A / D Converter: 12 ... Measurement signal generation circuit, 14 ... Storage circuit (storage means), 16 ... Data output processing means, 17 ... Main power supply circuit (power supply means), 18 ... Coating member, 22 ... Electrode piece (connection part) , 26 ... temperature sensor, 29 ... rosette gauge.

Claims (4)

物体に貼着されるひずみゲージと、
少なくとも該ひずみゲージにより前記物体のひずみ量に応じた測定信号を生成させるための測定信号生成用回路と、該測定信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、該測定信号のデジタルデータ、又は、該デジタルデータから所定の処理を経て生成してなるデジタルデータを測定出力データとして外部に出力するデータ出力処理手段とを一体的にモジュール化してなるモジュール本体部と、
前記ひずみゲージの物体への貼着面を除いて該ひずみゲージを被覆して設けられた保護用コーティング部材と、
前記モジュール本体部を底部に収容した有底筒状の筐体とを有し、
前記ひずみゲージが前記筐体の開口端に位置するように前記コーティング部材を前記筐体に挿脱可能に嵌挿することにより該コーティング部材が該筐体を介して前記モジュール本体部に着脱自在に装着されると共に、その装着状態で前記モジュール本体部に設けられた電極に接触して前記ひずみゲージを前記モジュール本体部に電気的に接続せしめる接続部が前記コーティング部材の外面部に設けられていることを特徴とするひずみ測定モジュール。A strain gauge attached to the object,
A measurement signal generation circuit for generating a measurement signal corresponding to the amount of strain of the object by at least the strain gauge, A / D conversion means for converting the measurement signal into digital data, digital data of the measurement signal, Alternatively, a module main body united integrally with data output processing means for outputting digital data generated from the digital data through predetermined processing as measurement output data to the outside; and
A protective coating member provided so as to cover the strain gauge except the surface of the strain gauge attached to the object;
A bottomed cylindrical housing that houses the module body at the bottom;
The coating member can be detachably attached to the module main body through the casing by inserting the coating member in the casing so that the strain gauge is positioned at the opening end of the casing. A connecting portion is provided on the outer surface portion of the coating member that is attached and that contacts the electrode provided on the module main body portion in an attached state to electrically connect the strain gauge to the module main body portion. A strain measurement module characterized by that. 前記物体の温度を検出する温度センサを備え、前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記温度センサの検出信号をデジタルデータに変換する手段を含み、前記データ出力処理手段は、該温度センサの検出信号のデジタルデータを外部に出力する手段を含むことを特徴とする請求項１記載のひずみ測定モジュール。A temperature sensor for detecting the temperature of the object, wherein the A / D conversion means includes means for converting a detection signal of the temperature sensor into digital data, and the data output processing means is for detecting the detection signal of the temperature sensor. 2. The strain measurement module according to claim 1 , further comprising means for outputting digital data to the outside. 前記物体の温度を検出する温度センサを備え、前記Ａ／Ｄ変換手段は、前記温度センサの検出信号をデジタルデータに変換する手段を含み、前記データ出力処理手段は、前記温度センサの検出信号のデジタルデータにより示される前記物体の温度に基づき前記測定出力データを補正して出力する手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載のひずみ測定モジュール。A temperature sensor for detecting the temperature of the object, wherein the A / D conversion means includes means for converting the detection signal of the temperature sensor into digital data, and the data output processing means is for detecting the detection signal of the temperature sensor. 3. The strain measurement module according to claim 1 , further comprising means for correcting and outputting the measurement output data based on the temperature of the object indicated by the digital data. 前記ひずみゲージは少なくとも３個以上のひずみゲージから成るロゼットゲージであり、前記測定信号生成用回路は、該ロゼットゲージの各ひずみゲージ毎に前記測定信号を生成させる手段を含み、前記データ出力処理手段は、各ひずみゲージ毎の前記測定信号のデジタルデータから前記物体の主ひずみ量、剪断ひずみ量、及び主ひずみの方向のうちの少なくとも一つを、前記測定出力データとしてロゼット解析処理により求める手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のひずみ測定モジュール。The strain gauge is a rosette gauge composed of at least three strain gauges, and the measurement signal generation circuit includes means for generating the measurement signal for each strain gauge of the rosette gauge, and the data output processing means Means for obtaining at least one of the principal strain amount, the shear strain amount, and the principal strain direction of the object from the digital data of the measurement signal for each strain gauge by the rosette analysis process as the measurement output data. The strain measurement module according to claim 1 , wherein the strain measurement module is included.
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