ひずみ測定システム

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【発明の名称】	ひずみ測定システム
【発明者】	【氏名】小澤卓郎
【要約】	【課題】ひずみゲージをブリッジ回路に組み込むためのリード線の抵抗値の影響を排除してひずみ測定を行う処理を簡単な構成で自動的に効率よく行うことができる１ゲージ３線法によるひずみ測定システムを提供する。【解決手段】ひずみゲージ１のひずみを生じていない状態におけるブリッジ８の出力電圧ｅ₀及びリード線３の電圧ｅ_r2と、抵抗体７を有する辺の電圧Ｖ₄と、ひずみ測定時のブリッジ回路８の出力電圧ｅとを電圧検出手段３５を介して検出する。ブリッジ回路８の出力電圧ｅ（又はｅ，ｅ₀）から把握されるひずみ測定値に、電圧ｅ_r2の検出値を用いた次式（１）により求まる補正係数ｘを乗算してなる値をリード線２，３の抵抗値の影響を排除したひずみ測定値として求める。

【特許請求の範囲】
【請求項１】物体に生じるひずみに応じた抵抗値変化を生じるように該物体に貼着されるひずみゲージの両端に結線された一対のリード線が接続され、その接続状態で該ひずみゲージを一辺に有し、且つ他の三辺に所定抵抗値の抵抗体を有するブリッジ回路を形成する抵抗回路と、該抵抗回路に前記ひずみゲージを接続して成る前記ブリッジ回路にその電源電圧を付与すべく該抵抗回路に接続されたブリッジ電源回路と、前記ひずみゲージの一方のリード線側の一端に結線されたサブリード線が接続されると共に前記抵抗回路に接続され、前記ブリッジ電源回路から電源電圧を付与した前記ブリッジ回路の出力電圧を前記サブリード線を介して検出するブリッジ出力検出手段とを備え、該ブリッジ出力検出手段により検出された前記ブリッジ回路の出力電圧に基づき前記物体のひずみ測定を行う１ゲージ３線法によるひずみ測定システムにおいて、前記抵抗回路に接続したひずみゲージのひずみを生じていない状態において前記ブリッジ電源回路から前記ブリッジ回路にその電源電圧を付与したときに前記一対のリード線のうちの前記サブリード線側の一方のリード線に生じる電圧ｅ_r2を前記サブリード線を介して検出するリード線電圧検出手段と、前記物体のひずみ測定時に前記ブリッジ出力検出手段により検出された前記ブリッジ回路の出力電圧に基づき把握される前記物体のひずみの測定値に、前記リード線電圧検出手段により検出された電圧ｅ_r2を用いた次式（１）により求まる補正係数ｘを乗算してなる値を、前記リード線の抵抗値の影響を排除したひずみ測定値として求める演算処理手段とを備えたことを特徴とするひずみ測定システム。
【数１】

但し、上式（１）において、Ｖ：前記ブリッジ回路の電源電圧、Ｒ₃：前記ブリッジ回路の各辺のうち、前記ひずみゲージを有する辺に該ひずみゲージの他端側のリード線を介して隣接する辺に存する抵抗体の抵抗値、Ｒ₄：前記ブリッジ回路の各辺のうち、前記ひずみゲージを有する辺の対辺に存する抵抗体の抵抗値、ｅ₀：前記ひずみゲージのひずみを生じていない状態において前記ブリッジ出力検出手段により検出された前記ブリッジ回路の出力電圧。
【請求項２】前記ブリッジ電源回路から前記ブリッジ回路にその電源電圧を付与した状態で、前記ブリッジ回路の各辺のうち、前記ひずみゲージを有する辺に該ひずみゲージの他端側のリード線を介して隣接する辺に生じる電圧Ｖ₃と、前記ひずみゲージを有する辺の対辺に生じる電圧Ｖ₄とのいずれか一方を検出する辺電圧検出手段を具備し、前記演算処理手段は、前記式（１）により求まる前記補正係数ｘとして、前記辺電圧検出手段により検出された前記電圧Ｖ₃又はＶ₄を用いた次式（２），（３）のいずれか一つの式により求まる値を用いることを特徴とする請求項１記載のひずみ測定システム。
【数２】

【数３】

【請求項３】前記ブリッジ出力検出手段と前記リード線電圧検出手段とは共通の電圧検出手段により構成され、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記リード線に生じる電圧ｅ_r2とを切替自在に前記電圧検出手段に入力するスイッチ回路を具備したことを特徴とする請求項１記載のひずみ測定システム。
【請求項４】前記ブリッジ出力検出手段と前記リード線電圧検出手段と前記辺電圧検出手段とは共通の電圧検出手段により構成され、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記リード線に生じる電圧ｅ_r2と、前記ブリッジ回路の辺に生じる電圧Ｖ₃又はＶ₄とを切替自在に前記電圧検出手段に入力するスイッチ回路を具備したことを特徴とする請求項２記載のひずみ測定システム。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ひずみ測定システムに関し、より詳しくは１ゲージ３線法によるひずみ測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】物体に生じるひずみの測定方法としては、ひずみに応じた抵抗値変化を生じるひずみゲージを物体に貼着すると共に、このひずみゲージと複数の抵抗体とにより該ひずみゲージを一辺に有し、且つ残りの三辺に抵抗体を有するブリッジ回路（詳しくはホイートストンブリッジ回路）を構成し、このブリッジ回路を用いてひずみ測定を行うものが一般に知られている。尚、物体に生じるひずみと応力とは周知の如く比例関係にあるので、本明細書では、特にことわらない限り、「ひずみ」は本来の意味でのひずみの他、応力も含むものとし、本来の意味でのひずみには、原則として参照符号ε（添え字付を含む）を付するものとする。
【０００３】上記のように物体に貼着されるひずみゲージを一辺に組み込んだブリッジ回路を用いるひずみ測定手法としては、例えば１ゲージ３線法が知られている。
【０００４】図１は、この１ゲージ３線法による測定手法を説明するための回路図であり、この手法では、物体に貼着されるひずみゲージ１の両端にあらかじめ一対のリード線２，３が結線されると共に、さらにひずみゲージ１の一端（図ではリード線３側）にもう一つのサブリード線４が結線されている（このために３線法といわれる）。
【０００５】そして、測定に際しては、ひずみゲージ１が、図示のように抵抗体５，６，７を相互に接続してなる抵抗回路に前記リード線２，３を介して接続され、これにより、ひずみゲージ１を一辺に有し、且つ残りの３辺に抵抗体５，６，７をそれぞれ有するブリッジ回路８が構成される。
【０００６】尚、ブリッジ回路８の３辺の抵抗体５，６，７は、基本的には、それぞれの抵抗値Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄が測定対象の物体に生じるひずみとは無関係に一定となるような抵抗素子（例えば固定抵抗値の抵抗素子）により構成される。また、通常、抵抗体５，６，７の抵抗値Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄は、ひずみゲージ１のひずみを生じていない状態における基準抵抗値（ひずみゲージ１の公称抵抗値）をＲ₀としたとき、Ｒ₀＝Ｒ₂＝Ｒ₃＝Ｒ₄とされる。
【０００７】このブリッジ回路８を用いたひずみ測定に際しては、前記リード線２と抵抗体６との接続部位もしくはこれと同電位の部分と、前記抵抗体５と抵抗体７との接続部位もしくはこれと同電位の部分とを一対の電源入力部Ｉ₁，Ｉ₂として、これらの電源入力部Ｉ₁，Ｉ₂間にブリッジ回路８の電源電圧Ｖが付与される。
【０００８】また、ブリッジ回路８の電源入力部Ｉ₁，Ｉ₂間に電源電圧Ｖを付与した状態で、ひずみゲージ１のサブリード線４を結線した一端と、前記抵抗体６と抵抗体７との接続部位もしくはこれと同電位の部分とを、ブリッジ回路８の一対の出力部Ｏ₁，Ｏ₂として、前記出力部Ｏ₁，Ｏ₂間に生じる出力電圧ｅが図示を省略する増幅回路やＡ／Ｄ変換回路等を介して検出される。尚、この場合、出力部Ｏ₁（ひずみゲージ１の一端）の電位はサブリード線４を介して抽出される。
【０００９】このとき、ブリッジ回路８に組み込まれるひずみゲージ１のリード線２，３のそれぞれの抵抗値ｒ₁，ｒ₂が無視できる程、十分に小さいとし、さらに、ブリッジ回路８の電源電圧ＶをＶ＝２［Ｖ］、ひずみゲージ１のゲージ率ＫをＫ＝２とすると、周知のように、ひずみゲージ１を貼着した物体に生じるひずみε（本来の意味でのひずみ）と、ブリッジ回路８の出力電圧ｅとの間には、次の関係式（４）が成り立つ。
【００１０】
【数４】

【００１１】従って、ブリッジ回路８の出力電圧ｅを検出することで、この出力電圧ｅから物体のひずみεを前記式（４）に基づいて測定することができる。尚、ひずみεが十分に小さいと考えられる場合には、式（４）の右辺の分母項を無視し、ε＝ｅとしてひずみεを測定する場合もある。また、物体のひずみεと応力σとの間には、σ＝Ｅ・ε（但しＥ：物体のヤング率）なる関係が成り立つので、式（５）の右辺に物体のヤング率Ｅを乗算することで、前記出力電圧ｅから物体の応力を測定することもできる。これが、１ゲージ３線法によるひずみ測定の手法である。
【００１２】このような１ゲージ３線法によるひずみ測定手法では、ひずみゲージ１のリード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂が環境温度の影響で変化しても、それらの抵抗値ｒ₁，ｒ₂の変化が両リード線２，３で同じであれば、ブリッジ回路８の出力電圧ｅは変化しない。このため、１ゲージ３線法は、ひずみゲージ１を抵抗体５，６，７の抵抗回路に接続するリード線２，３の抵抗値変化によるひずみ測定への影響を排除する上で有効な測定手法として用いられている。
【００１３】尚、ひずみゲージを使用したひずみ測定手法としては、上記のような１ゲージ３線法の他、１ゲージ２線法や２ゲージコモンダミー法等も知られているが、基本的にはいずれの手法も、前述のようなブリッジ回路によって物体のひずみに伴うひずみゲージの抵抗値変化を電圧信号に変換してひずみ測定を行うものである。
【００１４】また、前述のような測定手法によるひずみ測定を行うシステムにあっては、ひずみゲージ１と併せてブリッジ回路８を構成するための抵抗体５，６，７をあらかじめ回路基盤上で回路パターン等により相互に接続した抵抗回路や、ブリッジ回路８にその電源電圧Ｖを付与する電源回路、ブリッジ回路８の出力電圧を検出するための増幅回路、Ａ／Ｄ変換回路等を具備したひずみ測定装置が用いられ、この装置にひずみゲージ１のリード線２，３及びサブリード線４を接続することで、前記ブリッジ回路８を含む測定回路を構成するようにしている。そして、この装置によって得られたブリッジ回路８の出力電圧の検出データから、該装置に備えたマイクロコンピュータや、該装置とは別のパーソナルコンピュータ等によって前記式（５）に基づく演算処理を行うことで、ひずみ測定を行うようにしている。
【００１５】ところで、前述の測定手法において、ひずみゲージ１を抵抗体５，６，７の抵抗回路に接続するリード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂が比較的大きい場合には、ブリッジ回路８の出力電圧ｅは該リード２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂の影響を受け、ブリッジ回路８の出力電圧ｅの検出データだけからひずみ測定を行うようにしても精度の良い測定を行うことができない。一方、リード線２，３は通常、同じ線種で同じ長さのもの（同じ抵抗値のもの）が使用されている。このとき、前記１ゲージ３線法にあっては、リード線２，３のそれぞれの抵抗値ｒ₁，ｒ₂をｒ₁＝ｒ₂＝ｒとおくと、この抵抗値ｒを用いた次式（５）により求まる値ｘ（以下、補正係数ｘという）をブリッジ回路８の出力電圧ｅにより把握されるひずみの測定値に乗算して該測定値を補正することで、リード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂（＝ｒ）の影響を排除することが一般的に行われている。
【００１６】
【数５】

【００１７】ここで、式（５）中のＲ₀はひずみゲージ１の前記基準抵抗値である。
【００１８】このようにしてリード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂の影響を排除するために、従来の１ゲージ３線法による測定手法では、リード線２，３の一方の抵抗値ｒ₁又はｒ₂（＝ｒ）を該リード線２，３の線種や長さ等に基づき求め、さらにその求めた抵抗値ｒを用いて前記式（５）の演算により前記補正係数ｘを求めるようにしていた。あるいは、リード線２，３の線種や長さ等からあらかじめ作成された換算表を用いて前記補正係数ｘを求めるようにしていた。そして、このようにして求めた補正係数ｘを、ひずみ測定器によってブリッジ回路８の出力電圧ｅに基づき得られたひずみ測定値に乗算することで、リード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂の影響を排除したひずみ測定値を得るようにしていた。
【００１９】しかしながら、上記のようにしてリード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂の影響を排除するためのひずみ測定値の補正作業は人的作業に負うところが大きく、手間暇を要するものとなっていた。特に、物体の多数部位あるいは多数の物体についての多点ひずみ測定を行う場合には、それぞれの測定点については、通常、各測定点のひずみゲージ１の両端に結線されたリード線２，３の長さや線種を同じとし、そのリード線２の抵抗値ｒ₁とリード線３の抵抗値ｒ₂とが同一（ｒ₁＝ｒ₂＝ｒ）とされるものの、その一対のリード線２，３の長さを測定点同士で比較すると、その長さが測定点毎に異なる場合も多々ある。つまり、各測定点に対応するリード線２及び３の抵抗値ｒが、測定点同士で互いに異なる場合も多々ある。そして、このような場合には、測定点毎に各別の補正係数ｘによるひずみ測定値の補正を行わなければならず、リード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂の影響を排除するための補正作業に多大な労力を要するものとなっていた。
【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、１ゲージ３線法によるひずみ測定システムにおいて、ひずみゲージをブリッジ回路に組み込むためのリード線の抵抗値の影響を排除してひずみ測定を行う処理を簡単な構成で自動的に効率よく行うことができるひずみ測定システムを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】まず、本発明を説明する前に、本発明の基本的な考え方を前記図１を参照して説明しておく。
【００２２】ひずみゲージ１のひずみを生じていない状態（ひずみゲージ１の抵抗値Ｒ_G＝基準抵抗値Ｒ₀の状態）において、１ゲージ３線法におけるブリッジ回路８の電源入力部Ｉ₁，Ｉ₂間に電源電圧Ｖを付与したときに、ブリッジ回路８の出力部Ｏ₁，Ｏ₂間に生じる出力電圧ｅをｅ₀、ひずみゲージ１に流れる電流ｉ（詳しくはブリッジ回路８のひずみゲージ１を有する辺と抵抗体５を有する辺とに流れる電流ｉ）をｉ₀とおく。
【００２３】このとき、次の関係式（６）が成立する。
【００２４】
【数６】

【００２５】そして、この式（６）から次式（７）、（８）が得られる。
【００２６】
【数７】

【００２７】
【数８】

【００２８】ここで、式（７）の両辺をそれぞれ式（８）の両辺で除算すると、次式（９）が得られる。
【００２９】
【数９】

【００３０】この式（９）において、その分母に現れるｉ₀・ｒ₁はリード線２に生じる電圧である。そして、このとき、リード線３にもリード線２と同じ電流ｉ₀が流れるので、リード線２，３のそれぞれの抵抗値ｒ₁，ｒ₂が同じで、ｒ₁＝ｒ₂＝ｒであれば、リード線２に生じる電圧ｉ₀・ｒ₁は、リード線３に生じる電圧ｅ_r2（＝ｉ₀・ｒ₂）に等しい。また、このとき、式（９）の演算結果は、前記式（５）により定義した補正係数ｘに他ならない。
【００３１】従って、該補正係数ｘは、リード線３に生じる電圧ｅ_r2を用いて、次式（１０）により表される。
【００３２】
【数１０】

【００３３】一方、前記ブリッジ回路８を構成するための抵抗体５，６，７から成る抵抗回路等を具備した１ゲージ３線法によるひずみ測定装置では、リード線３と共にひずみゲージ１の一端に結線された前記サブリード線４が該装置に接続されるので、リード線３のひずみゲージ１側の一端の電位は、該装置の内部においてサブリード線４を介して抽出することができる。また、前記抵抗回路に接続するリード線３の電位は該抵抗回路から抽出することができる。従って、リード線３に生じる電圧ｅ_r2は、ひずみゲージ１に新たなリード線を結線したりすることなく、サブリード線４を介して検出することができ、この検出した電圧ｅ_r2と、ひずみゲージ１のひずみを生じていない状態で検出したブリッジ回路８の出力電圧ｅ₀とを用いて前記式（１０）の右辺の演算を行うことで、リード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂の影響を排除するための補正係数ｘを決定することができる。
【００３４】尚、式（１０）で用いる抵抗体６の抵抗値Ｒ₃や抵抗体７の抵抗値Ｒ₄は、例えばこれらの抵抗体６，７を構成する抵抗素子の公称抵抗値や、該抵抗体６，７のあらかじめ計測してなる抵抗値を使用すればよい。また、式（１０）中の電源電圧Ｖは、ブリッジ回路８に付与すべき電圧としてあらかじめ定められた値、あるいは該電源電圧Ｖのあらかじめ計測してなる値を使用すればよい。
【００３５】さらに、前記式（１０）の右辺の分母及び分子に現れるＶ・Ｒ₃／（Ｒ₃＋Ｒ₄）は、ブリッジ回路８に電源電圧Ｖを付与したときに、該ブリッジ回路８の抵抗体６を有する辺に生じる電圧Ｖ₃である。また、ブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺に生じる電圧をＶ₄としたとき、Ｖ₃＝Ｖ－Ｖ₄である。
【００３６】そして、上記電圧Ｖ₃あるいはＶ₄を用いれば、前記式（１０）は次式（１１）あるいは（１２）に書き換えることができる。
【００３７】
【数１１】

【００３８】
【数１２】

【００３９】従って、ブリッジ回路８の前記出力電圧ｅ₀やリード線３の電圧ｅ_r2の他、さらに上記電圧Ｖ₃あるいはＶ₄を検出するようにすれば、それらの検出値を用いて前記式（１１）あるいは式（１２）により前記補正係数ｘを決定することができる。
【００４０】以上説明した内容を基礎として本発明を以下に説明する。尚、以下の本発明の説明において、括弧（）内の参照符号は、本発明の理解の便宜のために付した図１の参照符号である。
【００４１】本発明のひずみ測定システムは、前記の目的を達成するために、物体に生じるひずみに応じた抵抗値変化を生じるように該物体に貼着されるひずみゲージ（１）の両端に結線された一対のリード線（２，３）が接続され、その接続状態で該ひずみゲージ（１）を一辺に有し、且つ他の三辺に所定抵抗値の抵抗体（５，６，７）を有するブリッジ回路（８）を形成する抵抗回路と、該抵抗回路に前記ひずみゲージ（１）を接続して成る前記ブリッジ回路（８）にその電源電圧を付与すべく該抵抗回路に接続されたブリッジ電源回路と、前記ひずみゲージ（１）の一方のリード線（３）側の一端に結線されたサブリード線（４）が接続されると共に前記抵抗回路に接続され、前記ブリッジ電源回路から電源電圧を付与した前記ブリッジ回路（８）の出力電圧を前記サブリード線（４）を介して検出するブリッジ出力検出手段とを備え、該ブリッジ出力検出手段により検出された前記ブリッジ回路（８）の出力電圧に基づき前記物体のひずみ測定を行う１ゲージ３線法によるひずみ測定システムにおいて、前記抵抗回路に接続したひずみゲージ（１）のひずみを生じていない状態において前記ブリッジ電源回路から前記ブリッジ回路（８）にその電源電圧を付与したときに前記一対のリード線（２，３）のうちの前記サブリード線（４）側の一方のリード線（３）に生じる電圧ｅ_r2を前記サブリード線（４）を介して検出するリード線電圧検出手段と、前記物体のひずみ測定時に前記ブリッジ出力検出手段により検出された前記ブリッジ回路（８）の出力電圧に基づき把握される前記物体のひずみの測定値に、前記リード線電圧検出手段により検出された電圧ｅ_r2を用いた前記の式（１０）により求まる補正係数ｘを乗算してなる値を、前記リード線の抵抗値の影響を排除したひずみ測定値として求める演算処理手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００４２】ここで、式（１０）で用いる前記電圧ｅ_r2 以外のパラメータを改めて定義すると、次の通りである。
【００４３】Ｖ：前記ブリッジ回路（８）の電源電圧、Ｒ₃：前記ブリッジ回路（８）の各辺のうち、前記ひずみゲージ（１）を有する辺に該ひずみゲージ（１）の他端側のリード線（２）を介して隣接する辺に存する抵抗体（６）の抵抗値、Ｒ₄：前記ブリッジ回路（８）の各辺のうち、前記ひずみゲージ（１）を有する辺の対辺に存する抵抗体（７）の抵抗値、ｅ₀：前記ひずみゲージ（１）のひずみを生じていない状態において前記ブリッジ出力検出手段により検出された前記ブリッジ回路（８）の出力電圧。
【００４４】かかる本発明によれば、前記リード線電圧検出手段によって、前記サブリード線（４）側の一方のリード線（３）の電圧ｅ_r2を検出することで、前記リード線（２，３）の抵抗値を別途把握したりすることなく、該リード線（２，３）の抵抗値の影響を排除するための前記補正係数ｘを前記式（１０）に基づいて決定することができる。そして、このように電圧ｅ_r2の検出値を用いて決定される補正係数ｘをブリッジ回路（８）の出力電圧に基づき把握される前記物体のひずみの測定値に乗算してなる値を求める処理を前記演算処理手段によって行うことで、リード線（２，３）を抵抗値を把握せずともリード線（２，３）の抵抗値の影響を排除したひずみ測定値を得ることができる。また、この場合、このような処理を行うために必要なリード線（３）の電圧ｅ_r2の検出は、１ゲージ３線法のひずみ測定においてひずみゲージ（１）に結線されている前記サブリード線（４）を介して行われるので、該電圧ｅ_r2の検出のために、ひずみゲージ（１）に新たなリード線を結線したりする必要も無い。
【００４５】従って、本発明によれば、ひずみゲージをブリッジ回路に組み込むためのリード線の抵抗値の影響を排除してひずみ測定を行う処理を簡単な構成で自動的に効率よく行うことができる。
【００４６】尚、前記演算処理手段は、例えばマイクロコンピュータやパーソナルコンピュータにより構成すればよい。
【００４７】かかる本発明においては、好ましくは、前記ブリッジ電源回路から前記ブリッジ回路（８）にその電源電圧を付与した状態で、前記ブリッジ回路（８）の各辺のうち、前記ひずみゲージを有する辺に前記該ひずみゲージ（１）の他端側のリード線（２）を介して隣接する辺に生じる電圧Ｖ₃と、前記ひずみゲージ（１）を有する辺の対辺に生じる電圧Ｖ₄とのいずれか一方を検出する辺電圧検出手段を具備し、前記演算処理手段は、前記式（１０）により求まる前記補正係数ｘとして、前記辺電圧検出手段により検出された前記電圧Ｖ₃又はＶ₄を用いた前記の式（１１），（１２）のいずれか一つの式により求まる値を用いる。
【００４８】このように辺電圧検出手段によって、前記電圧Ｖ₃又はＶ₄を検出するようにすることで、それらの電圧Ｖ₃，Ｖ₄を検出するブリッジ回路（８）の辺に存する抵抗体（６，７）の抵抗値Ｒ₃，Ｒ₄が判らなかったり、あるいは、該抵抗体（６，７）の抵抗値の精度が低いような場合でも、式（１１），（１２）に基づいて前記補正係数ｘを適正に決定することができ、リード線（２，３）の影響を排除したひずみ測定値を適正に得ることができる。
【００４９】また、前述の如くブリッジ出力検出手段及びリード線電圧検出手段を備えた本発明では、それらの検出手段を各別に構成してもよいが、好ましくは、前記ブリッジ出力検出手段と前記リード線電圧検出手段とを共通の電圧検出手段により構成し、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記リード線に生じる電圧ｅ_r2とを切替自在に前記電圧検出手段に入力するスイッチ回路を具備する。
【００５０】同様に、ブリッジ出力検出手段及びリード線電圧検出手段に加えてさらに、前記辺電圧検出手段を備えた本発明にあっては、それらの検出手段を各別に構成してもよいが、好ましくは、前記ブリッジ出力検出手段と前記リード線電圧検出手段と前記辺電圧検出手段とを共通の電圧検出手段により構成し、前記ブリッジ回路の出力電圧と、前記リード線に生じる電圧ｅ_r2と、前記ブリッジ回路の辺に生じる電圧Ｖ₃又はＶ₄とを切替自在に前記電圧検出手段に入力するスイッチ回路を具備する。
【００５１】このように前記スイッチ回路を備えて、ブリッジ出力検出手段や、リード線電圧検出手段、辺電圧検出手段を共通の電圧検出手段により構成することで、回路構成を安価で簡略なものとすることができる。
【００５２】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態を図２及び図３を参照して説明する。図２は本実施形態のひずみ測定システムとしてのひずみ測定装置の回路構成図、図３は該ひずみ測定システムによる演算処理を示すフローチャートである。尚、本実施形態の説明において図１と同一構成部分については、図１と同一の参照符号を用いる。
【００５３】図２を参照して、本実施形態のひずみ測定装置１０には、図示しない物体に貼着するひずみゲージ１の両端にあらかじめ結線されたリード線２，３と、リード線３と共にひずみゲージ１の一端にあらかじめ結線されたサブリード線４とをそれぞれ接続する接続端子１１，１２，１３が備えられている。尚、リード線２，３はその線種や長さが同一のものとされ、リード線２，３のそれぞれの抵抗値ｒ₁，ｒ₂は同一（ｒ₁＝ｒ₂＝ｒ）とされている。
【００５４】このひずみ測定装置１０は、その構成を大別すると測定ユニット１４とコントロールユニット１５とにより構成されている。尚、測定ユニット１４とコントロールユニット１５とは、必ずしも一体的に構成する必要はなく、別体に構成してもよい。
【００５５】測定ユニット１４は、前記ひずみゲージ１と併せてブリッジ回路８を構成するための抵抗体５，６，７を有する抵抗回路を具備している。この抵抗回路は、ひずみゲージ１のリード線２，３をそれぞれ接続端子１１，１２に接続したとき、図１に示したブリッジ回路８が構成されるように、抵抗体５，６，７を、図示しない回路基盤に形成された回路パターンによって相互に接続すると共に接続端子１１，１２に接続している。尚、抵抗体５，６，７は、例えば固定抵抗値の抵抗素子により構成さたものである。
【００５６】また、測定ユニット１４には、ブリッジ回路８の一対の電源入力部Ｉ₁，Ｉ₂に付与する電源電圧Ｖを外部から入力するための一対の電源入力端子１６，１７と、電源電圧Ｖの付与時にブリッジ回路８の一対の出力部Ｏ₁，Ｏ₂間に発生する出力電圧ｅ等を外部に出力するための一対の出力端子１８，１９と、出力端子１８に接続された一対のスイッチ素子２０，２１、並びに出力端子１９に接続された一対のスイッチ素子２２，２３により構成されたスイッチ回路２４とが備えられている。
【００５７】この場合、電源入力端子１６，１７は、それぞれブリッジ回路８の電源入力部Ｉ₁，Ｉ₂に接続されている。
【００５８】また、一対の出力端子１８，１９のうち、出力端子１８は、ブリッジ回路８の一つの出力部Ｏ₁であるひずみゲージ１の一端がサブリード線４を介して接続される接続端子１３と、ブリッジ回路８の電源入力部Ｉ₂とにそれぞれ前記スイッチ回路２４のスイッチ素子２０，２１を介して接続されている。
【００５９】さらに、出力端子１９は、ブリッジ回路８の他方の出力部Ｏ₂と、リード線３が接続される接続端子１２とにそれぞれスイッチ回路２４のスイッチ素子２２，２３を介して接続されている。
【００６０】このような回路構成によって、ブリッジ回路８の電源入力部Ｉ₁，Ｉ₂間に電源電圧Ｖを付与した状態で、次の表１に示すようにスイッチ素子２０～２３のＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替えを行うことで、出力端子１８，１９間には、ブリッジ回路８の出力電圧ｅと、リード線３に生じる電圧ｅ_r2と、ブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺に生じる電圧Ｖ₄とが切替自在に発生する。
【００６１】
【表１】

【００６２】すなわち、スイッチ素子２０～２３をそれぞれＯＮ状態、ＯＦＦ状態、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態にすると、出力端子１８にはブリッジ回路８の出力部Ｏ₁であるひずみゲージ１の一端の電位がサブリード線４及びスイッチ素子２０を介して付与され、出力端子１９には出力部Ｏ₂の電位が付与される。このため、出力端子１８，１９間にはブリッジ回路８の出力電圧ｅが発生する。
【００６３】また、スイッチ素子２０～２３をそれぞれＯＮ状態、ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態、ＯＮ状態にすると、出力端子１８にはブリッジ回路８の出力部Ｏ₁であるひずみゲージ１の一端の電位がサブリード線４及びスイッチ素子２０を介して付与され、出力端子１９にはリード線３が接続された接続端子１２の電位が付与される。このため、出力端子１８，１９間にはリード線３に生じる電圧ｅ_r2が発生する。
【００６４】さらに、スイッチ素子２０～２３をそれぞれＯＦＦ状態、ＯＮ状態、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態にすると、出力端子１８にはブリッジ回路８の電源入力部Ｉ₂の電位が付与され、出力端子１９には出力部Ｏ₂の電位が付与される。このため、出力端子１８，１９間にはブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺に生じる電圧Ｖ₄が発生する。
【００６５】尚、２５はスイッチ素子２０～２３の断接動作を行わしめる制御信号を後述するコントロールユニット１５の制御回路２９からスイッチ回路２４に付与するための制御端子である。
【００６６】コントロールユニット１５は、測定ユニット１４の一対の電源入力端子１６，１７に接続されて、該電源入力端子１６，１７を介してブリッジ回路８の電源入力部Ｉ₁，Ｉ₂間に付与する電源電圧Ｖ（定電圧）を生成するブリッジ電源回路２６と、測定ユニット１４の一対の出力端子１８，１９に接続されて、該出力端子１８，１９間に発生する電圧（ｅ又はｅ_r2又はＶ₄）を増幅する増幅回路２７と、この増幅回路２７の出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路２８と、後述の各種データ処理や制御処理を行う制御回路２９（演算処理手段）と、後述の各種データや制御回路２９が行う処理に必要なプログラム等を記憶保持する記憶回路３０と、制御回路２９により表示回路３１を介して駆動され、ひずみ測定値等を表示する表示器３２と、制御回路２９がコントロールユニット１５の外部の図示しない操作器やパーソナルコンピュータ等との間で各種データの授受を行うためのインターフェース回路３３と、コントロールユニット１５全体の電源電圧を商用電源等から生成する主電源回路３４とを備えている。
【００６７】尚、制御回路２９はマイクロプロセッサ等により構成され、また記憶回路３０はＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等により構成されたものである。コントロールユニット１５の電源としては商用電源の他、電池を使用するようにしてもよい。また、本発明の構成に対応させると、前記増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８は、ブリッジ出力検出手段、リード線電圧検出手段及び辺電圧検出手段を共通化した電圧検出手段３５を構成するものである。
【００６８】この場合、本実施形態のひずみ測定装置１０では、従来の測定手法の場合と同様に、ブリッジ回路８の電源電圧Ｖを２［Ｖ］とし、測定ユニット１４に接続するひずみゲージ１としてゲージ率ＫがＫ＝２のものを用いる。また、抵抗体５，６，７の抵抗値Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄はひずみゲージ１の基準抵抗値Ｒ₀に等しいものとされている。
【００６９】そして、コントロールユニット１５の制御回路２９は、後述の如くひずみゲージ１のひずみを生じていない状態において増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して検出されるブリッジ回路８の出力電圧ｅ₀（以下、これを初期不平衡出力電圧ｅ₀という）、リード線３に生じる電圧ｅ_r2、及びブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺に生じる電圧Ｖ₄の検出データ、並びにひずみゲージ１を貼着する物体のひずみ測定時に増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して検出されるブリッジ回路８の出力電圧ｅの検出データ等を用いて次式（１３）の演算処理を行うようにしている。そして、この演算処理により、ひずみゲージ１を貼着する物体のひずみε（本来の意味でのひずみ）を求めるようにしている。
【００７０】
【数１３】

【００７１】尚、式（１３）中のｅ／（１－ｅ）の項は、前記式（４）の関係式に従って、ブリッジ回路８の出力電圧ｅから把握されるひずみ測定値を意味している。また、式（１３）中の大括弧［］内の項は、前記式（１２）により定まる補正係数ｘを意味している。従って、式（１３）の演算は、前記式（４）の関係式に従って、ブリッジ回路８の出力電圧ｅから把握されるひずみ測定値に、式（１２）により定まる補正係数ｘを乗算することで、リード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂（ｒ₁＝ｒ₂＝ｒ）の影響を排除したひずみεを求めることを意味している。
【００７２】そして、本実施形態では、このような演算処理を制御回路２９に行わしめるために、図３のフローチャートで示すような演算処理手順が記憶回路３０にプログラムされている。
【００７３】次に、本実施形態のひずみ測定装置１０の作動を具体的に説明する。
【００７４】本実施形態のひずみ測定装置１０では、ひずみ測定に先立って、あらかじめ、ブリッジ電源回路３２からブリッジ回路７に付与する電源電圧Ｖの値（本実施形態では２［Ｖ］）が、ひずみ測定装置１０の外部の適宜の操作器等から前記インターフェース回路３３及び制御回路２９を介して記憶回路３０に入力されて、該記憶回路３０に記憶保持される。尚、電源電圧Ｖの値は、ひずみ測定装置１０の製造段階で、記憶回路３０のＲＯＭ等に記憶保持させておくようにしてもよい。
【００７５】次いで、ひずみゲージ１を物体に貼着せずに、ひずみ測定装置１０の接続端子１１，１２，１３にそれぞれリード線２，３及びサブリード線４を接続した状態で、ひずみ測定装置１０の所定の操作等により、コントロールユニット１５を動作させる。
【００７６】このとき、コントロールユニット１５の制御回路２９は、まず、ブリッジ電源回路２６を起動して、該ブリッジ電源回路２６からブリッジ回路８の電源入力部Ｉ₁，Ｉ₂に電源入力端子１６，１７を介して電源電圧Ｖを付与させる。
【００７７】この状態において、制御回路２９は、測定ユニット１４のスイッチ素子２０～２３をそれぞれＯＮ状態、ＯＦＦ状態、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態に制御することで、ブリッジ回路８の出力部Ｏ₁，Ｏ₂間に発生する出力電圧ｅを前記出力端子１８，１９を介して増幅回路２７に入力させる。そして、制御回路２９は、この時ブリッジ回路８が生成した出力電圧ｅを、増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して与えられるデータによって認識し、その認識した出力電圧ｅの値をブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀として記憶回路３０に記憶保持させる。
【００７８】次いで、制御回路２９は、上記ように初期不平衡出力電圧ｅ₀を記憶回路３０に記憶保持させた後、スイッチ素子２０～２３をそれぞれＯＮ状態、ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態、ＯＮ状態に制御することで、リード線３に生じる電圧ｅ_r2を出力端子１８，１９を介して増幅回路２７に入力させる。そして、制御回路２９は、この時増幅回路２７に入力される電圧ｅ_r2を、増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して与えられるデータによって認識し、その認識した電圧ｅ_r2の値を記憶回路３０に記憶保持させる。
【００７９】尚、リード線３の電圧ｅ_r2の検出及びその記憶保持は、前記初期不平衡出力電圧ｅ₀の検出及びその記憶保持の前に行うようにしてもよい。
【００８０】さらに制御回路２９は、上記ように初期不平衡出力電圧ｅ₀及びリード線３の電圧ｅ_r2を記憶回路３０に記憶保持させた後、スイッチ素子２０～２３をそれぞれＯＦＦ状態、ＯＮ状態、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態に制御することで、ブリッジ回路８の抵抗体７を備えた辺に生じる電圧Ｖ₄を増幅回路２７に入力させる。そして、制御回路２９は、この時増幅回路２７に入力される電圧Ｖ₄を、増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して与えられるデータによって認識し、その認識した電圧Ｖ₄の値を記憶回路３０に記憶保持させる。尚、上記電圧Ｖ₄の検出及びその記憶保持は、ひずみゲージ１を物体に貼着した後に行うようにしてよく、あるいは、ひずみゲージ１をひずみ測定装置１０に接続する前に行うようにしてもよい。
【００８１】次に、ひずみゲージ１を図示しない物体に貼着した後、制御回路２９は、測定者の所定の操作等により指示されたタイミングや、あらかじめ設定されたタイムスケジュールに従って、次のようにひずみ測定を行う。
【００８２】制御回路２９は、ひずみ測定を行うタイミングにおいて、前記初期不平衡出力電圧ｅ₀を検出した場合と同様にして、ブリッジ電源回路２６からブリッジ回路８の電源入力部Ｉ₁，Ｉ₂に電源電圧Ｖを付与せしめた状態で、測定ユニット１４のスイッチ素子２０～２３をそれぞれＯＮ状態、ＯＦＦ状態、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態に制御することで、ブリッジ回路８の出力電圧ｅを増幅回路２７に入力させる。そして、制御回路２９は、この増幅回路２７に入力される出力電圧ｅの値を、該増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して与えられるデータによって認識し、その認識した出力電圧ｅの値を記憶回路３０に記憶保持させる。
【００８３】そして、制御回路２９は、記憶回路３０にあらかじめプログラムされた図３のフローチャートの処理を行うことで、物体のひずみε（本来の意味でのひずみ）を求める。
【００８４】すなわち、制御回路２９は、前述の如く記憶回路３０に記憶保持された、ブリッジ回路８の電源電圧Ｖ、ブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀、リード線３に生じた電圧ｅ_r2、ブリッジ回路８の抵抗体７を備えた辺の電圧Ｖ₄、及びひずみ測定時のブリッジ回路８の出力電圧ｅのデータを記憶回路３０から読み込む。
【００８５】そして、読み込んだ上記の各データの値を用いて、前記式（１３）の演算を行うことで、ひずみεを求める。
【００８６】尚、制御回路２９は、求めたひずみεの値を表示回路３１を介して表示器３３に表示させる。
【００８７】かかる本実施形態のひずみ測定装置１０では、ひずみゲージ１のひずみを生じていない状態において、ブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀とリード線３に生じる電圧ｅ_r2とを検出しておくことで、リード線２，３の長さや線種、抵抗値ｒ₁，ｒ₂等を把握せずとも、制御回路２９による前記式（１３）の演算処理によって、リード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂の影響を排除したひずみ測定を自動的に効率よく行うことができる。
【００８８】また、式（１３）の演算を行うために必要な初期不平衡出力電圧ｅ₀や、リード線３の電圧ｅ_r2等は、スイッチ回路２４のスイッチ素子２０～２３のＯＮ／ＯＦＦの切替制御だけで、共通の増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して検出することができるので、それらの検出のための回路構成を簡単で安価なものとすることができる。
【００８９】尚、本実施形態では、リード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂の影響を排除するための補正係数ｘとして、前記式（１２）により求まる補正係数ｘを用いたが、記憶回路３０に抵抗体６，７の抵抗値Ｒ₃，Ｒ₄をあらかじめ記憶保持させるようにしておき、それらの抵抗値Ｒ₃，Ｒ₄を用いた前記式（１０）により定まる補正係数ｘを用いるようにしてもよい。この場合には、ブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺の電圧Ｖ₄、あるいは抵抗体６を有する辺の電圧Ｖ₃を検出する必要はない。
【００９０】また、抵抗体７を有する辺の電圧Ｖ₄を検出することに代えて、抵抗体６を有する辺の電圧Ｖ₃を検出するようにしておき、その電圧Ｖ₃の検出値を用いた前記式（１１）により定まる補正係数ｘを使用してリード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂の影響を排除するようにしてもよい。
【００９１】次に、本発明の第２の実施形態を図４を参照して説明する。図４は本実施形態のひずみ測定システムとしてのひずみ測定装置による演算処理を示すフローチャートである。
【００９２】尚、本実施形態のひずみ測定装置は、図２に示した第１の実施形態のひずみ測定装置１０と回路構成は同一で、制御回路２９による演算処理のみが第１の実施形態のひずみ測定装置１０と相違するものであるので、本実施形態のひずみ測定装置の構成については、図２の参照符号を用いて説明を省略する。
【００９３】前述した第１の実施形態のひずみ測定装置では、ブリッジ回路８の出力電圧ｅに基づくひずみ測定値を、前記式（４）の関係式に基づいて把握するものであるため、基本的には、ひずみゲージ１のひずみを生じていない状態におけるブリッジ回路８の出力電圧ｅ、すなわち、初期不平衡出力電圧ｅ₀がｅ₀＝０もしくは微小なものであることを前提としている。
【００９４】しかるに、ブリッジ回路８を構成する抵抗体５，６，７の抵抗値Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄の精度誤差や、ひずみゲージ１の基準抵抗値Ｒ₀の精度誤差等の影響によって、初期不平衡出力電圧ｅ₀が比較的大きなものとなる場合がある。そして、このような場合には、リード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂が無視できる程、小さい場合（補正係数ｘ≒０の場合）であっても、式（４）の関係式に基づいたひずみ測定では、精度のよいひずみ測定を行うことができない。
【００９５】一方、本願発明者等は、初期不平衡出力電圧ｅ₀が比較的大きい場合で、リード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂が無視できる程、小さいときには、次式（１４）～（１７）のいずれかの演算により求まる値ε₁が初期不平衡出力電圧ｅ₀の影響を適正に排除してブリッジ回路８の出力電圧ｅから把握されるひずみε₁（本来の意味でのひずみ）であることを知見した（特願平９－３４１７１５号にて出願中）。
【００９６】
【数１４】

【００９７】
【数１５】

【００９８】
【数１６】

【００９９】
【数１７】

【０１００】ここで、式（１４）～（１７）で用いるパラメータを改めて説明すると次の通りである（図１及び図２参照）。
【０１０１】Ｋ：ひずみゲージ１のゲージ率、Ｖ…ブリッジ回路８の電源電圧、Ｒ₃…抵抗体６の抵抗値、Ｒ₄…抵抗体７の抵抗値、ｅ₀：ひずみゲージ１のひずみを生じていない状態におけるブリッジ回路８の出力電圧（＝初期不平衡出力電圧）、ｅ…ひずみ測定時のブリッジ回路８の出力電圧、Ｖ₃：ブリッジ回路８の抵抗体６を有する辺の電圧、Ｖ₄：ブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺の電圧。
【０１０２】さらに、特願平９－３４１７１５号にて説明している本願発明者等の知見によれば、リード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂が無視できない程、大きい場合には、式（１４）に求まるひずみε₁に、（Ｒ₀＋ｒ₁）／Ｒ₀なる値（但し、Ｒ₀：ひずみゲージ１の基準抵抗値）を乗算することで、ブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀の影響を排除するだけでなく、リード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂の影響をも排除したひずみ（本来の意味でのひずみ）を求めることができる。
【０１０３】この場合、リード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂が等しく、ｒ₁＝ｒ₂＝ｒである場合には、（Ｒ₀＋ｒ₁）／Ｒ₀は、リード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂の影響を排除するための前記補正係数ｘに他ならない。従って、前記式（１４）～（１７）のいずれかを用いてブリッジ回路８の出力電圧ｅから把握されるひずみε₁に、前記式（１０）、（１１）、（１２）のいずれかにより定まる補正係数ｘを乗算することで、ブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀の影響とリード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂の影響とを排除してなるひずみεを求めることができる。
【０１０４】本実施形態のひずみ測定装置１０は、以上説明した内容を基礎としてひずみ測定を行うものである。この場合、本実施形態では、ひずみ測定装置１０は、ブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺の電圧Ｖ₄を検出する回路構成となっているので、コントロールユニット１５の制御回路２９は、その検出する電圧Ｖ₄を用いた前記式（１６）によりブリッジ回路８の出力電圧ｅから把握されるひずみ測定値ε₁に、前記式（１２）により定まる補正係数ｘを乗算してなる値を初期不平衡出力電圧ｅ₀の影響とリード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂の影響とを排除してなるひずみεの測定値として求めるようにしている。
【０１０５】すなわち、コントロールユニット１５の制御回路２９は、ひずみゲージ１のひずみを生じていない状態において増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して検出されるブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀、リード線３に生じる電圧ｅ_r2、及びブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺に生じる電圧Ｖ₄の検出データ、並びにひずみゲージ１を貼着する物体のひずみ測定時に増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して検出されるブリッジ回路８の出力電圧ｅの検出データ等を用いて、次式（１８）の演算処理を行うことで、ひずみεを求めるようにしている。尚、この場合、式（１６）の分母と式（１２）の分子とには、同じ項（Ｖ－Ｖ₄＋ｅ₀）を有するため、式（１８）は、（Ｖ－Ｖ₄＋ｅ₀）の項が分母、分子で通約された形式となる。従って、式（１８）では、式（１２）により定まる補正係数ｘそのものに対応する項は形式的には現れない。
【０１０６】
【数１８】

【０１０７】そして、本実施形態では、このような演算処理を制御回路２９に行わしめるために、図４のフローチャートで示すような演算処理手順が記憶回路３０にプログラムされている。
【０１０８】上記のような演算処理を行う本実施形態のひずみ測定装置１０では、ひずみ測定に先立って、あらかじめ、ひずみゲージ１のゲージ率Ｋの値と、ブリッジ電源回路２６からブリッジ回路８に付与する電源電圧Ｖの値とが記憶回路３０に入力されて、該記憶回路３０に記憶保持される。
【０１０９】尚、上記のように記憶回路３０にあらかじめ記憶保持する電源電圧Ｖは、本実施形態のひずみ測定装置１０の製造段階で記憶回路３０のＲＯＭ等に記憶保持させておくようにしてもよい。また、本実施形態のひずみ測定装置１０に使用すべきひずみゲージ１のゲージ率Ｋがあらかじめ定められている場合には、該ゲージ率Ｋの値もひずみ測定装置１０の製造段階で記憶回路３０のＲＯＭ等に記憶保持させておくようにしてもよい。
【０１１０】次いで、ひずみ測定に際しては、前述の第１の実施形態と全く同様にして、ひずみゲージ１のひずみを生じていない状態におけるブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀及びリード線３の電圧ｅ_r2とが検出されて記憶回路３０に記憶保持され、また、ブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺の電圧Ｖ₄も検出されて記憶回路３０に記憶保持される。さらに、ひずみゲージ１を物体に貼着した状態におけるひずみ測定時のブリッジ回路８の出力電圧ｅが検出されて記憶回路３０に記憶保持される。
【０１１１】その後、制御回路２９は、記憶回路３０にあらかじめプログラムされた図４のフローチャートの処理を行うことで、物体のひずみε（本来の意味でのひずみ）を求める。
【０１１２】すなわち、制御回路２９は、前述の如く記憶回路３０に記憶保持された、ひずみゲージ１のゲージ率Ｋ、ブリッジ回路８の電源電圧Ｖ、ブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀、リード線３に生じた電圧ｅ_r2、ブリッジ回路８の抵抗体７を備えた辺の電圧Ｖ₄、及びひずみ測定時のブリッジ回路８の出力電圧ｅのデータを記憶回路３０から読み込む。
【０１１３】そして、読み込んだ上記の各データの値を用いて、前記式（１９）の演算を行うことで、ひずみεを求める。これにより、ブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀とリード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂との両者の影響を排除したひずみεの測定値が得られることとなる。
【０１１４】尚、制御回路２９は、求めたひずみεの値を表示回路３１を介して表示器３３に表示させる。
【０１１５】かかる本実施形態のひずみ測定装置１０では、リード線３に生じる電圧ｅ_r2とを検出しておくことで、前述の第１の実施形態と同様にリード線２，３の長さや線種、抵抗値ｒ₁，ｒ₂等を把握せずとも、制御回路２９による前記式（１９）の演算処理によって、リード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂の影響を排除したひずみ測定を自動的に効率よく行うことができると同時に、ブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀の影響も適正に排除することもできる。従って、ひずみ測定の精度を高めることができる。
【０１１６】また、前記第１の実施形態の場合と同様に、式（１９）の演算を行うために必要な初期不平衡出力電圧ｅ₀や、リード線３の電圧ｅ_r2等は、スイッチ回路２４の切替制御によって共通の増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して検出することができるので、それらの検出のための回路構成を簡単で安価なものとすることができる。
【０１１７】尚、本実施形態では、式（１６）により定まるひずみε₁に、式（１２）により定まる補正係数ｘを乗算してなる値をひずみεとして求めるものを示したが、記憶回路３０に抵抗体６，７の抵抗値Ｒ₃，Ｒ₄をあらかじめ記憶保持させるようにした場合には、式（１４）により定まるひずみε₁に、式（１０）により定まる補正係数ｘを乗算してなる値、すなわち、次式（１９）の演算により求まる値をひずみεとして求めるようにしてもよい。
【０１１８】
【数１９】

【０１１９】あるいは、抵抗体７を有する辺の電圧Ｖ₄に代えて、抵抗体６を有する辺の電圧Ｖ₃を検出するようにした場合には、式（１５）により定まるひずみε₁に、式（１１）により定まる補正係数ｘを乗算してなる値、すなわち、次式（２０）の演算により求まる値をひずみεとして求めるようにしてもよい。
【０１２０】
【数２０】

【０１２１】次に、本発明の第３の実施形態を図５及び図６を参照して説明する。図５は本実施形態のひずみ測定システムのシステム構成図、図６は図５のシステムの要部の処理を示すフローチャートである。
【０１２２】図５を参照して、本実施形態のひずみ測定システムは、前記図２に示したひずみ測定装置１０と、パーソナルコンピュータ３６（以下、パソコン３６という）とにより構成したものであり、パソコン３６は、ひずみ測定装置１０のコントロールユニット１５と通信可能なように、該コントロールユニット１５の前記インターフェース回路３３（図２参照）に通信ケーブル３７を介して接続される。尚、パソコン３６としては、通常的なパソコンの他、所謂ワークステーションを使用してもよい。
【０１２３】この場合、ひずみ測定装置１０のコントロールユニット１５の制御回路２９（図２参照）は、前述のように検出して記憶回路３０に記憶保持したブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀、リード線３に生じる電圧ｅ_r2、ブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺の電圧Ｖ₄、及びひずみ測定時のブリッジ回路８の出力電圧ｅのデータを、パソコン３６との通信によって該パソコン３６に受け渡すようにしている。
【０１２４】尚、本実施形態では、ひずみ測定装置１０においてひずみεの算出を行う必要はなく、従って、前記記憶回路３０に、前記式（１３）あるいは式（１８）の演算処理のためのプログラムや、その演算処理に使用するブリッジ回路８の電源電圧Ｖ等のパラメータをあらかじめ記憶保持しておく必要はない。
【０１２５】パソコン３６は、通常のパソコンと同様、ディスプレイ３８、キーボード３９、フロッピディスクの装填スロット４０（以下、ＦＤスロット４０）等を備えており、ひずみ測定装置１０から通信ケーブル３７を介してブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀、リード線３に生じた電圧ｅ_r2、ブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺の電圧Ｖ₄、及びひずみ測定時のブリッジ回路８の出力電圧ｅのデータを入力可能とされている他、キーボード５６の操作によって、ブリッジ回路８の電源電圧Ｖ等のデータを入力可能とされている。
【０１２６】また、図中、４１はフロッピディスクであり、このフロッピディスク４１には、パソコン３６にひずみ測定の解析処理を行わしめるために、例えば図６のフローチャートに示すような処理を含むアプリケーションプログラムがあらかじめ記録されている。尚、本実施形態では、フロッピディスクのアプリケーションプログラムは、前述の第２の実施形態で説明した前記式（１８）の演算処理をパソコン３６に後述するように行わしめてひずみεを求めるようにしている。そして、本発明の構成に対応させると、パソコン３６は、上記アプリケーションプログラムを記録したフロッピディスク４１と併せて演算処理手段４２を構成するものである。
【０１２７】かかるひずみ測定システムでは、例えばひずみ測定装置１０を用いた測定、すなわち、ブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀、リード線３の電圧ｅ_r2、ブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺の電圧Ｖ₄、並びにひずみ測定時のブリッジ回路８の出力電圧ｅの検出及びその記憶保持の終了後に、ひずみ測定装置１０を通信ケーブル３７を介してパソコン３６に接続し、さらに、前記フロッピディスク４１をパソコン３６のＦＤスロット４０に装填して、該フロッピディスク４１のアプリケーションプログラムを起動する。
【０１２８】このとき、該アプリケーションプログラムは、パソコン３６に次のような処理を行わしめる。
【０１２９】すなわち図６を参照して、該アプリケーションプログラムは、パソコン３６に、ひずみゲージ１のゲージ率Ｋ及びブリッジ回路８の電源電圧Ｖのデータの入力要求をディスプレイ３８上で行わしめる（ＳＴＥＰ１）。
【０１３０】この入力要求に応じて上記のデータがキーボード３９を介して入力されると、次に、上記アプリケーションプログラムは、ひずみ測定装置１０の記憶回路３０に記憶されているブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀、リード線３の電圧ｅ_r2、及びブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺の電圧Ｖ₄のデータを通信ケーブル３７を介してパソコン３６に取り込ませる（ＳＴＥＰ２）。
【０１３１】さらに、該アプリケーションプログラムは、ひずみ測定装置１０によるひずみ測定時のブリッジ回路８の出力電圧ｅのデータ（この場合、このデータは、時間差をおいて検出された複数の出力電圧ｅの時系列データである）を記憶回路３０からパソコン３６に取り込ませる（ＳＴＥＰ３）。
【０１３２】そして、該アプリケーションプログラムは、ＳＴＥＰ１でパソコン３６に入力されたデータと、ＳＴＥＰ２，３でパソコン３６に取り込まれたデータとから、前記式（１８）の演算処理をパソコン３６に行わしめることで、ひずみ測定時のブリッジ回路８の出力電圧ｅの各データに対応するひずみεを算出させる（ＳＴＥＰ４）。
【０１３３】その後は、該アプリケーションプログラムは、算出したひずみεのデータの所定の解析処理や、ディスプレイ３８への表示処理等をパソコン３６に行わしめる。
【０１３４】かかる本実施形態のひずみ測定システムいおいても、リード線２，３の長さや線種、抵抗値ｒ₁，ｒ₂等を把握せずとも、パソコン３６による前記式（１９）の演算処理によって、リード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂の影響を排除したひずみ測定を自動的に効率よく行うことができると同時に、ブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀の影響も適正に排除して、ひずみ測定の精度を高めることができる。
【０１３５】また、ひずみ測定装置１０にあっては、初期不平衡出力電圧ｅ₀や、リード線３の電圧ｅ_r2等は、スイッチ回路２４の切替制御によって共通の増幅回路２７及びＡ／Ｄ変換回路２８を介して検出することができるので、それらの検出のための回路構成を簡単で安価なものとすることができる。
【０１３６】さらに前述のような演算処理をパソコン３６に行わしめるためのアプリケーションプログラムを携帯自在なフロッピディスク４１に記録しておくことで、パソコン３６を使用したひずみ測定の汎用性を高めることができる。
【０１３７】尚、本実施形態では、前記のアプリケーションプログラムをフロッピディスク４１に記録しておくようにしたが、パソコン３６がアクセス可能なものであれば、ＣＤ－ＲＯＭ等の他の記録媒体にアプリケーションプログラムを記録しておくようにしてもよい。
【０１３８】また、本実施形態では、ひずみ測定装置１０からパソコン３６への初期不平衡電圧ｅ₀等のデータの受け渡しを通信によって行うようにしたが、ひずみ測定装置１０側で、パソコン３６に受け渡すべきデータをフロッピディスク等の記録媒体に記録しておくことができるようにし、その記録媒体を介して該データをパソコン３６に受け渡すようにしてもよい。
【０１３９】また、本実施形態では、パソコン３６に式（１８）の演算処理を行わせることによって、ブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀とリード線２，３の抵抗値ｒ₁，ｒ₂との影響を排除したひずみεを求めるようにしたが、ブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀が十分に小さいような場合には、前記第１の実施形態で採用した式（１３）の演算処理によってひずみεを求めるようにしてもよい。あるいは、抵抗体６，７の抵抗値Ｒ₃，Ｒ₄をパソコン３６に入力するようにした場合には、式（１３）の大括弧［］内の演算を式（１０）の右辺の演算に置き換えた演算処理を行ってひずみεを求めたり、もしくは、前記式（１９）の演算処理によってひずみεを求めるようにしてもよい。
【０１４０】さらに、ひずみ測定装置１０側でブリッジ回路８の抵抗体６を有する辺の電圧Ｖ₃を検出して、その検出データをパソコン３６に受け渡すような場合には、式（１３）の大括弧［］内の演算を式（１１）の右辺の演算に置き換えた演算処理を行ってひずみεを求めたり、もしくは、前記式（２０）の演算処理によってひずみεを求めるようにしてもよい。
【０１４１】また、前述の各実施形態では、単一のひずみゲージ１を物体に貼着してひずみεの一点測定を行うものを示したが、物体の複数箇所もしくは複数の物体（以下、これらを測定点と称する）についての多点ひずみ測定を行う場合にも、本発明を適用することができる。この場合には、例えば各測定点に貼着するひずみゲージ１を測定ユニット１４の抵抗体５，６，７の抵抗回路等に適宜のスイッチ素子を介して切替自在に接続しておき、その切替接続を行うことで、各測定点毎にブリッジ回路８を構成させる。そして、各測定点毎に、前述した各実施形態の場合と同様に、ブリッジ回路８の初期不平衡出力電圧ｅ₀やリード線３の電圧ｅ_r2を各測定点のひずみゲージ１のひずみを生じていない状態で検出しておく。さらに、前述の各実施形態と同様に、ブリッジ回路８の抵抗体７を有する辺に生じる電圧Ｖ₄（これは、各測定点について共通である）を検出しておく。そして、これらの検出データと、各測定点毎のひずみ測定時のブリッジ回路８の出力電圧ｅの検出データとを用いて、制御回路２９やパソコン３６によって前述の各実施形態と同様の演算処理を行うことで、各測定点毎にひずみεを求めるようにすればよい。
【０１４２】また、前述の各実施形態では、本来の意味でのひずみεを測定するものを示したが、このひずみεに測定対象の物体のヤング率Ｅを乗算することで、物体の応力測定を行うようにしてもよい。

【出願人】	【識別番号】０００１５１５２０【氏名又は名称】株式会社東京測器研究所
【出願日】	平成９年（１９９７）１２月２５日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】佐藤辰彦（外１名）
【公開番号】	特開平１１－１８３１１２
【公開日】	平成１１年（１９９９）７月９日
【出願番号】	特願平９－３５７７５２