ひずみ測定装置およびひずみゲージ判別方法
【課題】 複数の接続端子に対するひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、当該ひずみゲージの種類を簡易、確実且つ迅速に判別する。
【解決手段】 ひずみ測定装置３１において、マイコン４０が各スイッチＳＷ１〜ＳＷ９をオン／オフ制御して、接続端子Ａ〜Ｂ間に定電流源Ｉからの定電流を流し、電圧Ｖａｂを求めてデータＸとする。次いで、接続端子Ａ〜Ｃ間についても定電流を流し、電圧Ｖａｃを求めてデータＹとする。これら電圧値のデータＸ〜データＹ、定電流に基づき、接続端子Ａ〜Ｃ間に接続されているのが一般のひずみゲージであるのか、測温抵抗体付きのひずみゲージ１であるのかを判別する。
【解決手段】 ひずみ測定装置３１において、マイコン４０が各スイッチＳＷ１〜ＳＷ９をオン／オフ制御して、接続端子Ａ〜Ｂ間に定電流源Ｉからの定電流を流し、電圧Ｖａｂを求めてデータＸとする。次いで、接続端子Ａ〜Ｃ間についても定電流を流し、電圧Ｖａｃを求めてデータＹとする。これら電圧値のデータＸ〜データＹ、定電流に基づき、接続端子Ａ〜Ｃ間に接続されているのが一般のひずみゲージであるのか、測温抵抗体付きのひずみゲージ１であるのかを判別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の複数個所に取り付けられた複数のひずみゲージから得られる検出データに基づいて各個所のひずみを測定するひずみ測定装置および上記各個所に取り付けられたひずみゲージの種類を判別するひずみゲージ判別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ひずみゲージには、ゲージベース上にゲージ抵抗（ゲージグリッドと称されている。）が添着された一般のひずみゲージの他に、近来、ゲージベース上にゲージ抵抗と共に測温抵抗体が添着された測温抵抗体付きのひずみゲージが用いられるようになってきた。以下、単にひずみゲージと称するときは、上記した一般のひずみゲージと測温抵抗体付きのひずみゲージの両方を意味するものとする。
図８は、従来のひずみ計測システムの構成を示す概略図である。この例の従来のひずみ計測システムは、複数のひずみゲージ１１、１２、・・・と、複数のケーブル２１、２２、２３、・・・と、ひずみ測定装置３とを有している。図８に示すひずみゲージ１は、ポリイミド系樹脂のフィルムからなるゲージベース１１上に、厚さ数μｍを有し、銅・ニッケル系合金またはニッケル・クロム系合金からなり、蛇行状の抵抗箔（ゲージ抵抗）Ｒａが接着されて構成されていると共に、ゲージベース１１上には、ゲージ抵抗Ｒａの近傍に、白金からなる測温抵抗体Ｒｐｔが形成されている。ゲージ抵抗Ｒａは、その一端がゲージタブ１２ａに一体に連接されると共に、その他端がゲージタブ１２ｃに一体に連接されている。ゲージタブ１２ａには図示せぬリード線およびゲージ端子を介してケーブル２１の一端が接続され、ゲージタブ１２ｃには図示せぬリード線およびゲージ端子を介してケーブル２３の一端が接続されている。
【０００３】
また、測温抵抗体Ｒｐｔは、その一端がゲージタブ１２ｃに接続されていると共に、その他端がゲージタブ１２ｂに接続されている。ゲージタブ１２ｂには、図示せぬリード線およびゲージ端子を介してケーブル２２の一端が接続されている。尚、上述した図示しないゲージ端子は、リード線とケーブルとの接続部に使用するもので、ケーブルが多少引っ張られても、直接ひずみゲージに力が伝わらず、ゲージタブおよびリード線の剥離や断線などを防止する。
ケーブル２１の他端はひずみ測定装置３のチャンネルＣＨ１の接続端子Ａに接続され、ケーブル２２の他端はひずみ測定装置３のチャンネルＣＨ１の接続端子Ｂに接続され、ケーブル２３の他端はひずみ測定装置３のチャンネルＣＨ１の接続端子Ｃに接続されている。また、チャンネルＣＨ１の接続端子Ａはリード線４１を介してチャンネルＣＨ２の接続端子Ａと接続され、チャンネルＣＨ１の接続端子Ｂはリード線４２を介してチャンネルＣＨ２の接続端子Ｄと接続され、チャンネルＣＨ１の接続端子Ｃはリード線４３を介してチャンネルＣＨ２の接続端子Ｂと接続されている。ひずみ測定装置３は、ひずみ測定回路５および温度測定回路６を有している。ひずみ測定回路５はチャンネルＣＨ１の接続端子Ａ、ＢおよびＣと接続され、温度測定回路６はチャンネルＣＨ２の接続端子Ａ、ＢおよびＤと接続されている。以下、５個の接続端子Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ毎に一般のひずみゲージまたは測温抵抗体付きのひずみゲージが測定目的に応じて接続されることになる。５個の接続端子Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ毎に１つのチャンネルを構成している。以下、この技術を第１の従来例と呼ぶ。
【０００４】
また、従来のひずみ測定装置には、４個のゲージ抵抗からなるひずみゲージブリッジとひずみゲージブリッジの一方の出力端子に白金からなる測温抵抗体を接続させた検出部（４ゲージ法測定モードの測温抵抗体付き４線式）と、この検出部に接続され、測温モードとひずみ変換モードを切り換えながら検出部から供給される各種計測データを処理する測定部とからなるものもある。測定部は、定電流ブリッジ電源と、ひずみゲージブリッジの各入力端子を定電流ブリッジ電源または接地回路との接続状態に切り換える第１および第２のスイッチ回路と、測温抵抗体の端子とひずみゲージブリッジの他方の出力端子が接続された差動増幅器と、単一の測温用定電流回路と、測温用定電流回路を差動増幅器の非反転入力端子または反転入力端子、若しくは自己のオフ端子との接続状態に切り換える第３スイッチ回路を具備している（例えば、特許文献１参照。）。以下、この技術を第２の従来例と呼ぶ。
【０００５】
【特許文献１】実開平６−４６３３７号公報（請求項１，［０００３］〜［０００６］，［００１３］〜［００１７］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した第１の従来例では、図８に示すように、測温抵抗体付きのひずみゲージ１にあっては、ひずみ測定専用のひずみ測定回路５と温度測定専用の温度測定回路６とをそれぞれ設ける必要があるため、１個の測温抵抗体付きのひずみゲージ１について２チャンネル必要となる。すなわち、１チャンネルでひずみ測定と温度測定の両方を行うことができないため、同一の測温抵抗体付きのひずみゲージ１に接続される隣接する２つのチャンネルを構成する接続端子同士をリード線４（４１、４２、４３）で接続する手間が必要であり、また接続間違いを起こしやすいという問題があった。さらに、１個の測温抵抗体付きのひずみゲージ１について２チャンネル必要となるため、ひずみ測定装置３との間を中継する接続器にはそのチャンネル数の半分の個数の測温抵抗体付きのひずみゲージ１しか接続することができないという問題があった。
また、測定対象の個所の中には、温度変化や温度勾配が比較的少ない個所がある。このような個所では、同じ１ゲージ法測定モードの３線式ひずみゲージでも、図９に示す測温抵抗体が付いていない一般のひずみゲージ２１を使用することになる。図９に示す一般のひずみゲージ２１が図８に示す測温抵抗体付きのひずみゲージ１と異なる点は、測温抵抗体Ｒｐｔが設けられていない点と、ゲージタブとしては、ゲージタブ１２ｂが設けられておらず、ゲージタブ１２ａおよび１２ｃのみが設けられている点である。この一般のひずみゲージ２１をひずみ測定装置３に接続する場合には、温度測定を行わないため、チャンネルは１つで良い。
【０００７】
また、ひずみ測定装置３では、接続端子と内部回路との接続は固定されている。したがって、測定に先立ち、ひずみ測定装置３の各チャンネルに接続されたひずみゲージの種類を確認し、チャンネル、測定個所、ひずみゲージ抵抗値等と共にひずみゲージの種類をメモに記録しておき、それに合わせてひずみ測定装置３へのケーブルの接続を変更しなければならなかった。このように、ひずみ測定装置３へのケーブルの接続を変更する作業は、煩雑で且つ間違え易い作業であり、測定に際し大きな負担となっている。
一方、ひずみ測定は、ひずみ測定装置から離れた場所に設置したひずみゲージに長尺のケーブルを介してひずみ測定装置を接続し、遠隔地のひずみを測定しなければならないことも多い。また、ケーブルに接続されたひずみゲージ自体は、地中やコンクリート中に埋設されることもあり、接続状態を容易に視認することができない場合も少なくない。このため、従来は、ケーブルを介してひずみゲージを接続した際に、ひずみゲージごとに、上述したように、その種類をメモに記録しておく必要があった。
特に、ダム等のように大きな建造物や施設、あるいは工事現場等の多数の個所に、ひずみゲージおよびひずみゲージ式変換器等を含む種々のセンサを多数設置し、それぞれ複数の接続端子からなる各チャンネル毎の接続端子にケーブルを介して接続し、これら多チャンネルの接続端子を有する多チャンネル測定器にスキャナを使用して選択的に走査接続して測定を行なう多点観測システムにおいては、予め個々のひずみゲージ毎に多チャンネル測定器への接続状態を変更しなければならない。このような多点観測システムでは、保守または測定対象の変動によるセンサの除去や追加に伴うチャンネルの変更および増減、並びに多チャンネル測定器の交換の都度、各チャンネルの接続状態の変更設定を行なう必要がある。
【０００８】
したがって、各チャンネルの接続状態等を記録したメモ等を長期間にわたって保管しておかなければならず、しかも各チャンネルの接続状態の変更設定作業も極めて煩雑である。また、ひずみゲージとケーブルを含んだ測定系の断線等の状態を測定器側からチェックすることが行なわれているが、従来は、断線の有無のような、測定系の正常／異常のみを判断するものであった。したがって、測定系の特定の接続端子間の正確な抵抗値を検知するためには、テスター等を用いて個々に抵抗値を測定する必要があり、このため、ダム等の建造物の観測システムの保守のために必要な測定系のひずみゲージの抵抗値および絶縁抵抗値の経時変化の測定は、個々にテスター等を用いて測定しなければならないが、この作業が煩雑で数百個所に設定された各ひずみゲージをそれぞれ測定するには、膨大な時間を要するため、年間１〜２回程度しか行なわれておらず、経時変化を観測する上で、充分な測定は行なわれていなかった。
上述したように、従来は、ひずみゲージを接続した測定系のひずみゲージの種類やひずみゲージの抵抗値等を、予めメモ等に記録しておくか、個々に確認するかして、測定器側に該当するチャンネルの接続状態を設定あるいは変更する必要があり、接続状態の変更作業が、煩雑であるばかりか、誤認等による誤接続も生じがちであった。しかも、このことは、多チャンネルの測定系を選択的に走査接続する多点観測システムにおいては、接続状態の変更作業を著しく煩雑化する原因にもなっていた。
【０００９】
一方、上記した第２の従来例では、上記したひずみゲージの種類の判別はもちろんのこと、多チャンネル測定についても何ら考慮されていないため、上記した第１の従来例の場合以上の問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、複数の接続端子に接続される複数種類のひずみゲージにより選択的に測定を行なうひずみゲージ測定装置において、前記複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に判別することを可能とすると共に、測温抵抗体付きのひずみゲージであっても１チャンネルでひずみ測定と温度測定を可能とし、少ないチャンネル数で多くのひずみゲージの接続を可能とするひずみ測定装置およびひずみゲージ判別方法を提供することを目的としている。
本発明の請求項１の目的は、特に、複数の接続端子に対するひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に判別し、計測システム全体のコストの低減化を図ることを可能とするひずみ測定装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の請求項２の目的は、特に、接続端子に接続されたひずみゲージが、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージであるのか測温抵抗体付きのひずみゲージであるのかを的確に判別し得るひずみ測定装置を提供することにある。
本発明の請求項３の目的は、特に、少ないチャンネル数で多くのひずみゲージの接続を可能とするひずみ測定装置を提供することにある。
本発明の請求項４の目的は、特に、測温抵抗体付きのひずみゲージであっても接続状態を変更することなく、ひずみと温度の両方を測定することを可能とするひずみ測定装置を提供することにある。
本発明の請求項５の目的は、特に、複数の接続端子に対するひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に自動的に判別することを可能とするひずみ測定装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の請求項６の目的は、特に、複数の接続端子に対するひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に自動的に判別することを可能とするひずみ測定装置を提供することにある。
本発明の請求項７の目的は、特に、接続端子に接続されたひずみゲージが、一般のひずみゲージと測温抵抗体付きのひずみゲージのいずれであっても何の支障もなくひずみを測定することを可能とするひずみ測定装置を提供することにある。
本発明の請求項８の目的は、特に、測温抵抗体付きのひずみゲージであっても接続状態を変更することなく、ひずみと温度の両方を測定することを可能とするひずみ測定装置を提供することにある。
本発明の請求項９の目的は、特に、複数の接続端子に対するひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に判別することを可能とするひずみゲージ判別方法を提供することにある。
本発明の請求項１０の目的は、特に、接続端子に接続されたひずみゲージが、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージであるのか測温抵抗体付きのひずみゲージであるのかを的確に判別し得るひずみゲージ判別方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、上述した目的を達成するために、
異なる種類のひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の電圧値を検出し、前記電圧値に基づいて前記ひずみゲージの種類を判別する種類判別手段と、
前記種類判別手段による判別結果に基づいて、前記種類に応じた計測を行なうひずみ計測手段と
を具備することを特徴としている。
請求項２に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、請求項１の装置であって、
前記異なる種類のひずみゲージは、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージと、ゲージ抵抗と測温抵抗体からなる測温抵抗体付きのひずみゲージの少なくとも二種類からなることを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、請求項１または請求項２の装置であって、
前記種類判別手段は、
前記ひずみゲージに給電するための定電流源と、
前記複数の接続端子の中から前記２つの接続端子を選択して前記電圧値を計測する電圧計測手段と、
前記電圧計測手段により計測された前記電圧値より求めた抵抗値に基づいて、前記ひずみゲージの種類を判別する判別手段と
を含むことを特徴としている。
請求項４に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の装置であって、
前記測温抵抗体の抵抗値と温度に関する抵抗・温度変換テーブルを有し、
前記計測手段は、
前記ひずみゲージが前記測温抵抗体付きのひずみゲージであると判別された場合には、前記抵抗・温度変換テーブルを参照して、計測された前記測温抵抗体の抵抗値を温度に変換することを特徴としている。
【００１４】
請求項５に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、上述した目的を達成するために、
ゲージ抵抗と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第１のリード線と、各一端が前記ゲージ抵抗の他端にそれぞれ接続された第２および第３のリード線とを有する一般のひずみゲージと、直列接続されたゲージ抵抗および測温抵抗体と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第４のリード線と、その一端が前記測温抵抗体の一端に接続された第５のリード線と、その一端が前記ゲージ抵抗の他端と前記測温抵抗体の他端との接続点に接続された第６のリード線とを有する測温抵抗体付きのひずみゲージが接続可能であり、
前記第１または第４のリード線の各他端が第１のケーブルを介して接続される第１の接続端子と、
前記第２または第５のリード線の各他端が第２のケーブルを介して接続される第２の接続端子と、
前記第３または第６のリード線の各他端が第３のケーブルを介して接続される第３の接続端子と、
所定の電流値の定電流を出力する定電流源と、
前記第１の接続端子と前記定電流源との間に介挿された第１のスイッチと、
前記第２の接続端子を接地するための第２のスイッチと、
前記第３の接続端子を接地するための第３のスイッチと、
前記第１および第２のスイッチをオンすると共に前記第３のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の接続端子間の第１の電圧値を検出し、前記第１および第３のスイッチをオンすると共に前記第２のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第３の接続端子間の第２の電圧値を検出し、前記第１および第２の電圧値と前記電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を判別する判別手段と
を具備することを特徴としている。
【００１５】
請求項６に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、上述した目的を達成するために、
ゲージ抵抗と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第１のリード線と、各一端が前記ゲージ抵抗の他端にそれぞれ接続された第２および第３のリード線とを有する一般のひずみゲージと、直列接続されたゲージ抵抗および測温抵抗体と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第４のリード線と、その一端が前記測温抵抗体の一端に接続された第５のリード線と、その一端が前記ゲージ抵抗の他端と前記測温抵抗体の他端との接続点に接続された第６のリード線とを有する測温抵抗体付きのひずみゲージが接続可能であり、
前記第１または第４のリード線の各他端が第１のケーブルを介して接続される第１の接続端子と、
前記第２または第５のリード線の各他端が第２のケーブルを介して接続される第２の接続端子と、
前記第３または第６のリード線の各他端が第３のケーブルを介して接続される第３の接続端子と、
所定の電圧値の定電圧を出力する定電圧源と、
所定の電流値の定電流を出力する定電流源と、
その非反転入力端子に前記定電圧が印加された第１の差動増幅器と、
その非反転入力端子が前記第３の接続端子に接続され、その反転入力端子が前記第１の差動増幅器の反転入力端子に接続された第２の差動増幅器と、
その入力端子が前記第１の接続端子に接続された第１のボルテージフォロアと、
その入力端子が前記第２の接続端子に接続された第２のボルテージフォロアと、
その出力端子が第１の電圧出力端子に接続された第３のボルテージフォロアと、
その出力端子が第２の電圧出力端子に接続された第４のボルテージフォロアと、
その一端が前記第２の差動増幅器の反転入力端子に接続され、その他端が接地された第１のダミー固定抵抗と、
その一端が前記第２の差動増幅器の出力端子に接続された第２のダミー固定抵抗と、
その一端が前記第１のボルテージフォロアの出力端子に接続され、その他端が前記第２のダミー固定抵抗の他端に接続された第３のダミー固定抵抗と、
その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記第１の差動増幅器の出力端子に接続された第１のスイッチと、
その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記定電流源に接続された第２のスイッチと、
その一端が前記第２の接続端子と接続され、その他端が接地された第３のスイッチと、
その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が前記第２の差動増幅器の反転入力端子に接続された第４のスイッチと、
その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が接地された第５のスイッチと、
その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記第３のボルテージフォロアの入力端子に接続された第６のスイッチと、
その一端が前記第２のダミー固定抵抗の他端と前記第３のダミー固定抵抗の他端との接続点に接続され、その他端が前記第３のボルテージフォロアの入力端子に接続された第７のスイッチと、
その一端が前記第２のボルテージフォロアの出力端子と接続され、その他端が前記第４のボルテージフォロアの入力端子に接続された第８のスイッチと、
その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が前記第４のボルテージフォロアの入力端子に接続された第９のスイッチと、
前記第２、第３、第６および第８のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第１、第４、第５、第７および第９のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第１の電圧値を検出し、前記第２、第５、第６および第９のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第１、第３、第４、第７および第８のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第２の電圧値を検出し、前記第１および第２の電圧値と前記電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を判別する判別・計測手段と
を具備することを特徴としている。
【００１６】
請求項７に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、請求項６の装置であって、
前記判別・計測手段は、
前記第１、第４、第７および第８のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第２、第３、第５、第６および第９のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電圧を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第３の電圧値を検出し、前記第３の電圧値に基づいて、ひずみを求めることを特徴としている。
請求項８に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、請求項７の装置であって、
前記測温抵抗体の抵抗値と温度に関する抵抗・温度変換テーブルを有し、
前記判別・計測手段は、
前記ひずみゲージが前記測温抵抗体付きのひずみゲージであると判別した場合には、前記抵抗・温度変換テーブルを参照して、計測された前記測温抵抗体の抵抗値を温度に変換することを特徴としている。
【００１７】
請求項９に記載した本発明に係るひずみゲージ判別方法は、上述した目的を達成するために、
測定対象に取り付けられた異なる種類のひずみゲージから得られる検出データに基づいて前記測定対象のひずみを測定する際に、前記測定対象に取り付けられた前記ひずみゲージの種類を判別するひずみゲージ判別方法であって、
前記ひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の第１の電圧値を検出する第１の計測ステップと、
前記ひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から前記第１の計測ステップとは異なる２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の第２の電圧値を検出する第２の計測ステップと、
前記第１および第２の電圧値と前記給電した電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記ひずみゲージの種類を判別する種類判別ステップと
を有することを特徴としている。
請求項１０に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、請求項９の方法であって、
前記異なる種類のひずみゲージは、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージと、ゲージ抵抗と測温抵抗体からなる測温抵抗体付きのひずみゲージの少なくとも二種類からなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数の接続端子に接続される複数種類のひずみゲージにより選択的に測定を行なうひずみゲージ測定装置において、前記複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に判別することを可能とすると共に、測温抵抗体付きのひずみゲージであっても１チャンネルでひずみ測定と温度測定を可能とし、少ないチャンネル数で多くのひずみゲージの接続を可能とするひずみ測定装置およびひずみゲージ判別方法を提供することができる。
すなわち、本発明の請求項１のひずみ測定装置によれば、異なる種類のひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の電圧値を検出し、前記電圧値に基づいて前記ひずみゲージの種類を判別する種類判別手段と、前記種類判別手段による判別結果に基づいて、前記種類に応じた計測を行なうひずみ計測手段とを具備することにより、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に判別し、計測システム全体のコストの低減化を図ることができる。
【００１９】
本発明の請求項２のひずみ測定装置によれば、請求項１の装置であって、前記異なる種類のひずみゲージは、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージと、ゲージ抵抗と測温抵抗体からなる測温抵抗体付きのひずみゲージの少なくとも二種類からなることにより、接続端子に接続されたひずみゲージが、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージであるのか測温抵抗体付きのひずみゲージであるのかを的確に判別することができる。
本発明の請求項３のひずみ測定装置によれば、請求項１または請求項２の装置であって、前記種類判別手段は、前記ひずみゲージに給電するための定電流源と、前記複数の接続端子の中から前記２つの接続端子を選択して前記電圧値を計測する電圧計測手段と、前記電圧計測手段により計測された前記電圧値より求めた抵抗値に基づいて、前記ひずみゲージの種類を判別する判別手段とを含むことにより、少ないチャンネル数で多くのひずみゲージの接続が可能となる。
本発明の請求項４のひずみ測定装置によれば、請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の装置であって、前記測温抵抗体の抵抗値と温度に関する抵抗・温度変換テーブルを有し、前記計測手段は、前記ひずみゲージが前記測温抵抗体付きのひずみゲージであると判別された場合には、前記抵抗・温度変換テーブルを参照して、計測された前記測温抵抗体の抵抗値を温度に変換することにより、測温抵抗体付きのひずみゲージであっても接続状態を変更することなく、ひずみと温度の両方を測定することが可能となる。
【００２０】
本発明の請求項５のひずみ測定装置によれば、ゲージ抵抗と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第１のリード線と、各一端が前記ゲージ抵抗の他端にそれぞれ接続された第２および第３のリード線とを有する一般のひずみゲージと、直列接続されたゲージ抵抗および測温抵抗体と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第４のリード線と、その一端が前記測温抵抗体の一端に接続された第５のリード線と、その一端が前記ゲージ抵抗の他端と前記測温抵抗体の他端との接続点に接続された第６のリード線とを有する測温抵抗体付きのひずみゲージが接続可能であり、前記第１または第４のリード線の各他端が第１のケーブルを介して接続される第１の接続端子と、前記第２または第５のリード線の各他端が第２のケーブルを介して接続される第２の接続端子と、前記第３または第６のリード線の各他端が第３のケーブルを介して接続される第３の接続端子と、所定の電流値の定電流を出力する定電流源と、前記第１の接続端子と前記定電流源との間に介挿された第１のスイッチと、前記第２の接続端子を接地するための第２のスイッチと、前記第３の接続端子を接地するための第３のスイッチと、前記第１および第２のスイッチをオンすると共に前記第３のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の接続端子間の第１の電圧値を検出し、前記第１および第３のスイッチをオンすると共に前記第２のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第３の接続端子間の第２の電圧値を検出し、前記第１および第２の電圧値と前記電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を判別する判別手段とを具備することにより、複数の接続端子に対するひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に自動的に判別することが可能となる。
【００２１】
本発明の請求項６のひずみ測定装置によれば、ゲージ抵抗と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第１のリード線と、各一端が前記ゲージ抵抗の他端にそれぞれ接続された第２および第３のリード線とを有する一般のひずみゲージと、直列接続されたゲージ抵抗および測温抵抗体と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第４のリード線と、その一端が前記測温抵抗体の一端に接続された第５のリード線と、その一端が前記ゲージ抵抗の他端と前記測温抵抗体の他端との接続点に接続された第６のリード線とを有する測温抵抗体付きのひずみゲージが接続可能であり、前記第１または第４のリード線の各他端が第１のケーブルを介して接続される第１の接続端子と、前記第２または第５のリード線の各他端が第２のケーブルを介して接続される第２の接続端子と、前記第３または第６のリード線の各他端が第３のケーブルを介して接続される第３の接続端子と、所定の電圧値の定電圧を出力する定電圧源と、所定の電流値の定電流を出力する定電流源と、その非反転入力端子に前記定電圧が印加された第１の差動増幅器と、その非反転入力端子が前記第３の接続端子に接続され、その反転入力端子が前記第１の差動増幅器の反転入力端子に接続された第２の差動増幅器と、その入力端子が前記第１の接続端子に接続された第１のボルテージフォロアと、その入力端子が前記第２の接続端子に接続された第２のボルテージフォロアと、その出力端子が第１の電圧出力端子に接続された第３のボルテージフォロアと、その出力端子が第２の電圧出力端子に接続された第４のボルテージフォロアと、その一端が前記第２の差動増幅器の反転入力端子に接続され、その他端が接地された第１のダミー固定抵抗と、その一端が前記第２の差動増幅器の出力端子に接続された第２のダミー固定抵抗と、その一端が前記第１のボルテージフォロアの出力端子に接続され、その他端が前記第２のダミー固定抵抗の他端に接続された第３のダミー固定抵抗と、その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記第１の差動増幅器の出力端子に接続された第１のスイッチと、その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記定電流源に接続された第２のスイッチと、その一端が前記第２の接続端子と接続され、その他端が接地された第３のスイッチと、その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が前記第２の差動増幅器の反転入力端子に接続された第４のスイッチと、その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が接地された第５のスイッチと、その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記第３のボルテージフォロアの入力端子に接続された第６のスイッチと、その一端が前記第２のダミー固定抵抗の他端と前記第３のダミー固定抵抗の他端との接続点に接続され、その他端が前記第３のボルテージフォロアの入力端子に接続された第７のスイッチと、その一端が前記第２のボルテージフォロアの出力端子と接続され、その他端が前記第４のボルテージフォロアの入力端子に接続された第８のスイッチと、その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が前記第４のボルテージフォロアの入力端子に接続された第９のスイッチと、前記第２、第３、第６および第８のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第１、第４、第５、第７および第９のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第１の電圧値を検出し、前記第２、第５、第６および第９のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第１、第３、第４、第７および第８のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第２の電圧値を検出し、前記第１および第２の電圧値と前記電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を判別する判別・計測手段とを具備することにより、複数の接続端子に対するひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に自動的に判別することが可能となる。
【００２２】
本発明の請求項７のひずみ測定装置によれば、請求項６の装置であって、前記判別・計測手段は、前記第１、第４、第７および第８のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第２、第３、第５、第６および第９のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電圧を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第３の電圧値を検出し、前記第３の電圧値に基づいて、ひずみを求めることにより、接続端子に接続されたひずみゲージが、一般のひずみゲージと測温抵抗体付きのひずみゲージのいずれであっても何の支障もなくひずみを測定することが可能となる。
本発明の請求項８のひずみ測定装置によれば、請求項７の装置であって、前記測温抵抗体の抵抗値と温度に関する抵抗・温度変換テーブルを有し、前記判別・計測手段は、前記ひずみゲージが前記測温抵抗体付きのひずみゲージであると判別した場合には、前記抵抗・温度変換テーブルを参照して、計測された前記測温抵抗体の抵抗値を温度に変換することにより、測温抵抗体付きのひずみゲージであっても接続状態を変更することなく、ひずみと温度の両方を測定することが可能となる。
【００２３】
本発明の請求項９のひずみゲージ判別方法によれば、測定対象に取り付けられた異なる種類のひずみゲージから得られる検出データに基づいて前記測定対象のひずみを測定する際に、前記測定対象に取り付けられた前記ひずみゲージの種類を判別するひずみゲージ判別方法であって、前記ひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の第１の電圧値を検出する第１の計測ステップと、前記ひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から前記第１の計測ステップとは異なる２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の第２の電圧値を検出する第２の計測ステップと、前記第１および第２の電圧値と前記給電した電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記ひずみゲージの種類を判別する種類判別ステップとを有することにより、複数の接続端子に対するひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に判別することが可能となる。
【００２４】
本発明の請求項１０のひずみ測定装置によれば、前記異なる種類のひずみゲージは、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージと、ゲージ抵抗と測温抵抗体からなる測温抵抗体付きのひずみゲージの少なくとも二種類からなることにより、接続端子に接続されたひずみゲージが、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージであるのか測温抵抗体付きのひずみゲージであるのかを的確に判別し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施の形態に基づき、図面を参照して本発明のひずみ測定装置を詳細に説明する。
図１は、本発明の一つの実施の形態に係るひずみ計測システムの回路構成を示している。この実施の形態のひずみ計測システムは、測温抵抗体付きのひずみゲージ１と、ケーブル２１〜２３と、ひずみ測定装置３１とを有している。図１において、ひずみゲージ１およびケーブル２１〜２３は、図８に示すひずみゲージ１およびケーブル２１〜２３と同一であるが、図１では等価回路で示している。ゲージ抵抗Ｒａの抵抗値としては、例えば、１２０Ω、２４０Ω、３５０Ωまたは１ｋΩ等であり、測温抵抗体Ｒｐｔの抵抗値としては、例えば、２０Ω（−１９６℃のとき）〜３３０Ω（＋６５２℃のとき）である。また、ケーブル２１〜２３は、図１ではそれぞれ主として長さに応じて変化する抵抗値ｒ１〜ｒ３なるケーブル抵抗を有している。
【００２６】
ひずみ測定装置３１は、接続端子Ａ〜Ｃと、スイッチＳＷ１〜ＳＷ９と、電源Ｅｉｎと、定電流源Ｉと、差動増幅器ＯＰ１〜ＯＰ６と、ダミー固定抵抗Ｒｂ〜Ｒｄと、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと略す。）４０とから構成されている。なお、図１では、説明を簡単にするために、１個の測温抵抗体付きのひずみゲージ１だけがひずみ測定装置３１に接続される例を示しているが、ひずみ測定装置３１には、実際には、複数の測温抵抗体付きのひずみゲージ１や、図９に示す一般のひずみゲージ２１が多数接続される。また、多数の測温抵抗体付きのひずみゲージ１または一般のひずみゲージ２１は、多数の測定個所に添着されるが、この場合、多数の測温抵抗体付きのひずみゲージ１または一般のひずみゲージ２１とひずみ測定装置３１とは、一対一で接続されるのではなく、スキャナと称される多点切換器を介して、計測目的に応じて１台または複数台のひずみ測定装置３１で測定を行うのが一般的である。
測温抵抗体付きのひずみゲージ１のゲージ抵抗Ｒａは、その一端がゲージタブ１２ａに一体に連接されると共に、その他端がゲージタブ１２ｃに一体に連接され、かつ、測温抵抗体Ｒｐｔの一端に接続されている。ゲージタブ１２ａは、図示せぬリード線、ゲージ端子およびケーブル２１を介してひずみ測定装置３１の接続端子Ａに接続されている。ゲージタブ１２ｃは、図示せぬリード線およびケーブル２３を介してひずみ測定装置３１の接続端子Ｃに接続されている。また、測温抵抗体Ｒｐｔは、その他端がゲージタブ１２ｂに接続されている。ゲージタブ１２ｂは、図示せぬリード線、ゲージ端子およびケーブル２２を介してひずみ測定装置３１の接続端子Ｂに接続されている。
【００２７】
スイッチＳＷ１〜ＳＷ９は、例えば、フォトモスリレーやメカニカルなリレーからなり、マイコン４０から供給される制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９によりそれぞれオン／オフされる。スイッチＳＷ１は、その一端が接続端子Ａ、スイッチＳＷ２の一端、スイッチＳＷ６の一端および差動増幅器ＯＰ２の非反転入力端子にそれぞれ接続され、その他端が差動増幅器ＯＰ１の出力端子に接続されている。スイッチＳＷ２の他端は、定電流源Ｉに接続されている。スイッチＳＷ３は、その一端が接続端子Ｂおよび差動増幅器ＯＰ３の非反転入力端子にそれぞれ接続され、その他端が接地されている。スイッチＳＷ４は、その一端が接続端子Ｃ、スイッチＳＷ５の一端、スイッチＳＷ９の一端および差動増幅器ＯＰ４の非反転入力端子にそれぞれ接続され、その他端が差動増幅器ＯＰ１の反転入力端子、差動増幅器ＯＰ４の反転入力端子およびダミー固定抵抗Ｒｂの一端にそれぞれ接続されている。スイッチＳＷ５の他端は、接地されている。スイッチＳＷ６の他端は、スイッチＳＷ７の一端および差動増幅器ＯＰ５の非反転入力端子にそれぞれ接続されている。スイッチＳＷ７の他端は、ダミー固定抵抗Ｒｃの一端およびダミー固定抵抗Ｒｄの一端にそれぞれ接続されている。
【００２８】
スイッチＳＷ８は、その一端が差動増幅器ＯＰ３の反転入力端子および出力端子にそれぞれ接続され、その他端がスイッチＳＷ９の他端および差動増幅器ＯＰ６の非反転入力端子にそれぞれ接続されている。
定電圧電源Ｅｉｎは、差動増幅器ＯＰ１の非反転入力端子と接地との間に所定のブリッジ励振電圧を印加している。定電流源Ｉは、スイッチＳＷ２がオンされたとき、スイッチＳＷ２、ケーブル２１および図示せぬリード線を介して測温抵抗体付きのひずみゲージ１に所定の定電流（例えば、１ｍＡ）を流す。差動増幅器ＯＰ１は、スイッチＳＷ１およびＳＷ４が共にオンされたとき、ブリッジ励振用の電源増幅器として機能して、ゲージ抵抗Ｒａおよびダミー固定抵抗Ｒｂ〜Ｒｄで構成されるホイートストンブリッジにブリッジ励振電圧を供給する。
差動増幅器ＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ５およびＯＰ６は、それぞれボルテージフォロアを構成しており、例えば、１０００ＧΩ程度の高い入力インピーダンスを有しているため、電流はほとんど流れない。また、差動増幅器ＯＰ５およびＯＰ６は、出力バッファとして機能し、これらの非反転入力端子間に供給される電圧を第１の電圧出力端子ＥＯＵＴ１と第２の電圧出力端子ＥＯＵＴ２との間に出力電圧Ｖとして出力する。差動増幅器ＯＰ４は、その出力端子がダミー固定抵抗Ｒｃの他端に接続されており、ひずみ測定時にスイッチＳＷ４がオンされることにより、反転入力端子と非反転入力端子との間にスイッチＳＷ４のオン抵抗ＲＳＷ４が挿入され、ゲージ抵抗Ｒａに流れる電流Ｉとオン抵抗ＲＳＷ４との乗算結果である電圧Ｅ４を出力する。ダミー固定抵抗Ｒｂは、所定の抵抗値を有しており、他端が接地されている。ダミー固定抵抗ＲｃおよびＲｄは、それぞれ所定の抵抗値を有している。
【００２９】
マイコン４０は、ＣＰＵ（中央処理装置）４１と、ＲＯＭ４２と、ＲＡＭ４３と、ポート４４とから概略構成されている。ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２に記憶されているひずみ測定プログラム等に基づいて、共に後述する種類判別処理やひずみ測定処理等を実行することにより、ひずみ測定装置３１の各部を制御する。すなわち、例えば、ひずみ測定プログラムが読み出されると、ＣＰＵ４１に読み込まれ、ＣＰＵ４１の動作を制御する。ＣＰＵ４１は、ひずみ測定プログラムが起動されると、ひずみ測定プログラムの制御により、先ず、種類判別処理を実行し、次いで、ひずみ測定処理を実行するのである。種類判別処理は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ９に制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９を供給して所定のスイッチＳＷをオンまたはオフすることにより、接続端子Ａ〜Ｃに接続されているひずみゲージの種類を判別する。一方、ひずみ測定処理は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ９に制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９を供給して所定のスイッチＳＷをオンまたはオフすることにより、種類判別処理の判別結果に基づいてひずみゲージの種類に応じたひずみ測定を行なう。ＲＯＭ４２には、ＣＰＵ４１が実行すべきひずみ測定プログラム等の各種プログラムおよびスイッチ制御テーブルや抵抗・温度変換テーブル等の各種データが予め記憶されている。ＲＡＭ４３は、ＣＰＵ４１が上記したひずみ測定プログラムを実行する際に作業用として用いられる。ポート４４は、ＣＰＵ４１から供給される制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９、検出データや外部から供給されるデータのいずれかを選択して入出力する。
【００３０】
ここで、図２にスイッチ制御テーブルの構成の一例を示す。図２において、「ひずみ測定」とは、ひずみを測定する動作モードを意味し、「判別モード１」とは、接続端子Ａ〜Ｃに接続されたひずみゲージの種類を判別する「判別モード」のうち、接続端子Ａと接続端子Ｂとの間の電圧Ｖａｂを測定する動作モードを意味し、「判別モード２」とは、「判別モード」のうち、接続端子Ａと接続端子Ｃとの間の電圧Ｖａｃを測定する動作モードを意味している。
また、図３は、ひずみ測定装置３１に測温抵抗体付きのひずみゲージ１が接続された場合の「判別モード」における一部等価回路、図４は、ひずみ測定装置３１に一般のひずみゲージ２１が接続された場合の「判別モード」における一部等価回路を示している。
次に、上記構成のひずみ計測システムの動作について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。接続端子Ａ〜Ｃに測温抵抗体付きのひずみゲージ１または一般のひずみゲージ２１が接続された状態において、ひずみ測定装置３１に電源が投入されると、ＣＰＵ４１は、所定の初期化処理を実行した後、図５に示すステップＳ１へ進む。この所定の初期化処理としては、例えば、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４３のすべての記憶内容をクリアしたりする。
【００３１】
ステップＳ１では、ＣＰＵ４１は、接続端子Ａと接続端子Ｂとの間の電圧Ｖａｂを測定する処理を行った後、ステップＳ２へ進む。この電圧Ｖａｂ測定処理は、まず、ＲＯＭ４２に記憶されている図２に示すスイッチ制御テーブルを参照して、「判別モード１」に対応したスイッチＳＷ１〜ＳＷ９のオン／オフを制御するための制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９を生成し、ポート４４を介してスイッチＳＷ１〜ＳＷ９に供給する。これにより、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ７およびＳＷ９がオフすると共に、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ６およびＳＷ８がオンするので、接続端子Ａ〜Ｃに測温抵抗体付きのひずみゲージ１が接続されている場合には、図６（ａ）に等価回路で示すように、接続端子Ａと接続端子Ｂとの間には、抵抗値ｒ１を有するケーブル２１、ゲージ抵抗Ｒａ、測温抵抗体Ｒｐｔおよび抵抗値ｒ２を有するケーブル２２が直列に接続され、これらに定電流源ＩからオンされたスイッチＳＷ２を介して所定の電流値の定電流が供給される。このとき、接続端子Ｂは、オンされたスイッチＳＷ３を介して接地される。したがって、電圧Ｖａｂは、式（１）で表される。
【００３２】
Ｖａｂ＝Ｉ×（ｒ１＋Ｒａ＋Ｒｐｔ＋ｒ２） ・・・（１）
一方、接続端子Ａ〜Ｃに一般のひずみゲージ２１が接続されている場合には、図７（ａ）に等価回路で示すように、接続端子Ａと接続端子Ｂとの間には、抵抗値ｒ１を有するケーブル２１、ゲージ抵抗Ｒａおよび抵抗値ｒ２を有するケーブル２２が直列に接続され、これらに定電流源ＩからオンされたスイッチＳＷ２を介して所定の電流値の定電流が供給される。このとき、接続端子Ｂは、オンされたスイッチＳＷ３を介して接地される。したがって、電圧Ｖａｂは、式（２）で表される。
Ｖａｂ＝Ｉ×（ｒ１＋Ｒａ＋ｒ２） ・・・（２）
ステップＳ２では、ＣＰＵ４１は、ステップＳ１の処理で求めた電圧ＶａｂをデータＸとした後、ステップＳ３へ進む。
ステップＳ３では、ＣＰＵ４１は、接続端子Ａと接続端子Ｃとの間の電圧Ｖａｃを測定する処理を行った後、ステップＳ４へ進む。この電圧Ｖａｃ測定処理は、まず、ＲＯＭ４２に記憶されている図２に示すスイッチ制御テーブルを参照して、「判別モード２」に対応したスイッチＳＷ１〜ＳＷ９のオン／オフを制御するための制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９を生成し、ポート４４を介してスイッチＳＷ１〜ＳＷ９に供給する。
【００３３】
これにより、スイッチＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ７およびＳＷ８がオフすると共に、スイッチＳＷ２、ＳＷ５、ＳＷ６およびＳＷ９がオンするので、接続端子Ａ〜Ｃに測温抵抗体付きのひずみゲージ１が接続されている場合には、図６（ｂ）に等価回路で示すように、接続端子Ａと接続端子Ｃとの間には、抵抗値ｒ１を有するケーブル２１、ゲージ抵抗Ｒａおよび抵抗値ｒ３を有するケーブル２３が直列に接続され、これらに定電流源ＩからオンされたスイッチＳＷ２を介して所定の電流値の定電流が供給される。このとき、接続端子Ｃは、オンされたスイッチＳＷ５を介して接地される。したがって、電圧Ｖａｃは、式（３）で表される。
Ｖａｃ＝Ｉ×（ｒ１＋Ｒａ＋ｒ３） ・・・（３）
一方、接続端子Ａ〜Ｃに一般のひずみゲージ２１が接続されている場合には、図７（ｂ）に等価回路で示すように、接続端子Ａと接続端子Ｃとの間には、抵抗値ｒ１を有するケーブル２１、ゲージ抵抗Ｒａおよび抵抗値ｒ３を有するケーブル２３が直列に接続され、これらに定電流源ＩからオンされたスイッチＳＷ２を介して所定の電流値の定電流が供給される。このとき、接続端子Ｃは、オンされたスイッチＳＷ５を介して接地される。したがって、電圧Ｖａｃは、式（４）で表される。
【００３４】
Ｖａｃ＝Ｉ×（ｒ１＋Ｒａ＋ｒ２） ・・・（４）
ステップＳ４では、ＣＰＵ４１は、ステップＳ３の処理で求めた電圧ＶａｃをデータＹとした後、ステップＳ５へ進む。
ステップＳ５では、ＣＰＵ４１は、抵抗値Ｒを式（５）により計算した後、ステップＳ６へ進む。
Ｒ＝（Ｘ−Ｙ）／Ｉ ・・・（５）
すなわち、接続端子Ａ〜Ｃに測温抵抗体付きのひずみゲージ１が接続されている場合には、式（５）にデータＸとして式（１）が、データＹとして式（３）が代入されるので、抵抗値Ｒは、式（６）で表される。
Ｒ＝Ｒｐｔ＋ｒ２−ｒ３ ・・・（６）
一方、接続端子Ａ〜Ｃに一般のひずみゲージ２１が接続されている場合には、式（５）にデータＸとして式（２）が、データＹとして式（４）が代入されるので、抵抗値Ｒは、式（７）で表される。
【００３５】
Ｒ＝ｒ２−ｒ３ ・・・（７）
ステップＳ６では、ＣＰＵ４１は、ステップＳ５で求めた抵抗値Ｒが基準抵抗値ＲＲＥＦより小さいか否かを判断する。この判断結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ７へ進み、この判断結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１０へ進む。基準抵抗値ＲＲＥＦとしては、配線抵抗等より高く、測温抵抗体Ｒｐｔの抵抗値の下限値より低い値に設定する。今の場合、測温抵抗体Ｒｐｔの抵抗値の下限値が２０Ωであるので、例えば、ここでは、基準抵抗値ＲＲＥＦを１５Ωとする。また、ケーブル２１〜２３の長さおよび材質が等しいならば、式（８）が成立すると考えて良い。
ｒ１≒ｒ２≒ｒ３ ・・・（８）
したがって、接続端子Ａ〜Ｃに測温抵抗体付きのひずみゲージ１が接続されている場合には、式（６）に式（８）を代入して、式（９）となる。
Ｒ≒Ｒｐｔ ・・・（９）
すなわち、抵抗値Ｒは、測温抵抗体Ｒｐｔの抵抗値にほぼ等しいので、基準抵抗値ＲＲＥＦより大きい。したがって、ステップＳ６の判断結果は「ＮＯ」となり、ＣＰＵ４１は、ステップＳ７へ進む。式（９）から分かるように、判別モードでは、ゲージ抵抗Ｒａの変動やケーブル２１〜２３の抵抗値ｒ１〜ｒ３の変動の影響を受けることはない。
【００３６】
一方、接続端子Ａ〜Ｃに一般のひずみゲージ２１が接続されている場合には、式（７）に式（８）を代入して、式（１０）となる。
【００３７】
Ｒ≒０ ・・・（１０）
すなわち、抵抗値Ｒは、ほぼゼロに等しいので、基準抵抗値ＲＲＥＦより小さい。したがって、ステップＳ６の判断結果は「ＹＥＳ」となり、ＣＰＵ４１は、ステップＳ１０へ進む。
ステップＳ７では、ＣＰＵ４１は、接続端子Ａ〜Ｃには、測温抵抗体付きのひずみゲージ１が接続されていると判定した後、ステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、ＣＰＵ４１は、測温抵抗体付きのひずみゲージ１が取り付けられている測定箇所のひずみを測定する処理を行った後、ステップＳ９へ進む。このひずみ測定処理は、まず、ＲＯＭ４２に記憶されている図２に示すスイッチ制御テーブルを参照して、「ひずみ測定」に対応したスイッチＳＷ１〜ＳＷ９のオン／オフを制御するための制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９を生成し、ポート４４を介してスイッチＳＷ１〜ＳＷ９に供給する。これにより、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５、ＳＷ６およびＳＷ９がオフすると共に、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７およびＳＷ８がオンするので、差動増幅器ＯＰ１は、ブリッジ励振用の電源増幅器として機能して、オンされたスイッチＳＷ１、ケーブル２１、ボルテージフォロアとして機能する差動増幅器ＯＰ２、オンされたスイッチＳＷ４および差動増幅器ＯＰ４を介して、ゲージ抵抗Ｒａおよびダミー固定抵抗Ｒｂ〜Ｒｄで構成されるホイートストンブリッジにブリッジ励振電圧を供給する。
【００３８】
ひずみに応じた電圧は、オンされたスイッチＳＷ７および出力バッファとして機能する差動増幅器ＯＰ５の出力端子が接続された第１の電圧出力端子ＥＯＵＴ１と、ボルテージフォロアとして機能する差動増幅器ＯＰ３、オンされたスイッチＳＷ８および出力バッファとして機能する差動増幅器ＯＰ６の出力端子が接続された第２の電圧出力端子ＥＯＵＴ２との間に出現する。このとき、測温抵抗体付きのひずみゲージ１を構成する測温抵抗体Ｒｐｔには、図示せぬリード線、ゲージ端子およびケーブル２２を介して、ボルテージフォロアとして機能し、１０００ＧΩ程度の高い入力インピーダンスを有する差動増幅器ＯＰ３が接続されるため、電流はほとんど流れない。したがって、測温抵抗体付きのひずみゲージ１をひずみ測定装置３１の接続端子Ａ〜Ｃに対して一般のひずみゲージ２１と同一の接続状態で接続しても、ひずみ測定において何ら支障はない。
ステップＳ９では、ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２に記憶されている図示せぬ抵抗・温度変換テーブルを参照して、ステップＳ８の処理で得られた測温抵抗体Ｒｐｔの抵抗値を温度に変換（ノーマライズ）した後、一連の処理を終了する。
【００３９】
一方、ステップＳ１０では、ＣＰＵ４１は、接続端子Ａ〜Ｃには、一般のひずみゲージ２１が接続されていると判定した後、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１では、ＣＰＵ４１は、一般のひずみゲージ２１が取り付けられている測定箇所のひずみを測定する処理を行った後、一連の処理を終了する。このひずみ測定処理は、まず、ＲＯＭ４２に記憶されている図２に示すスイッチ制御テーブルを参照して、「ひずみ測定」に対応したスイッチＳＷ１〜ＳＷ９のオン／オフを制御するための制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９を生成し、ポート４４を介してスイッチＳＷ１〜ＳＷ９に供給する。これにより、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５、ＳＷ６およびＳＷ９がオフすると共に、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７およびＳＷ８がオンするので、差動増幅器ＯＰ１は、ブリッジ励振用の電源増幅器として機能して、オンされたスイッチＳＷ１、ケーブル２１、ボルテージフォロアとして機能する差動増幅器ＯＰ２、オンされたスイッチＳＷ４および差動増幅器ＯＰ４を介して、ゲージ抵抗Ｒａおよびダミー固定抵抗Ｒｂ〜Ｒｄで構成されるホイートストンブリッジにブリッジ励振電圧を供給する。ひずみに応じた電圧は、オンされたスイッチＳＷ７および出力バッファとして機能する差動増幅器ＯＰ５の出力端子が接続された第１の電圧出力端子ＥＯＵＴ１と、ボルテージフォロアとして機能する差動増幅器ＯＰ３、オンされたスイッチＳＷ８および出力バッファとして機能する差動増幅器ＯＰ６の出力端子が接続された第２の電圧出力端子ＥＯＵＴ２との間に出現する。したがって、一般のひずみゲージ２１をひずみ測定装置３１の接続端子Ａ〜Ｃに対して測温抵抗体付きのひずみゲージ１と同一の接続状態で接続しても、同様にひずみ測定を行なうことができる。
【００４０】
このように、本発明の上述の実施の形態によれば、１ゲージ法測定モードにおいて測温抵抗体が付いていない一般の３線式のひずみゲージと、１ゲージ法測定モードにおいて測温抵抗体付きの３線式のひずみゲージとを測定器側で判別することができると共に、１チャンネルでひずみ測定と温度測定の両方を行うことができる。したがって、本発明の上述の実施の形態によれば、従来のように、同一のひずみゲージに接続される隣接する２つのチャンネルを構成する接続端子同士をリード線で接続する手間は不要となり、作業の効率化を図ることができる。また接続間違いを起こすことがないので、信頼性の高い計測データを得ることができる。１個のひずみゲージは１つのチャンネルがあれば良いため、接続端子および切換器は、少ないチャンネル数で多くのひずみゲージを接続することができる。この結果、ひずみ計測システム全体のコストを低減することができる。
また、ひずみ測定装置３１では、高入力インピーダンスのボルテージフォロアやバッファを使用しているので、接続端子Ｂに接続されるリード線２２や測温抵抗体Ｒｐｔに電流がほとんど流れない。したがって、図１に示す回路構成によればひずみ測定に悪い影響を及ぼすことは少なく、従来の手法をそのまま利用して１ゲージ法測定モードの３線式のひずみゲージを用いたひずみ測定を行なうことができる。
【００４１】
また、一般の３線式のひずみゲージと、測温抵抗体付きの３線式のひずみゲージとを測定器側で判別することができるので、従来のように、測定に先立ち、ひずみゲージの種類をメモに記録しておき、それに合わせてひずみ測定装置へのケーブルの接続を変更する必要がなく、且つ種類の判別結果を用いてひずみの自動測定が可能となり、したがって、作業の効率化を著しく向上させることができる。
以上、この実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計の変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、上述した実施の形態では、ひずみ測定装置には、１ゲージ法測定モードの、測温抵抗体が付いていない一般の３線式のひずみゲージと、測温抵抗体付きの３線式のひずみゲージとが混在して接続される例を示したが、これに限定されない。すなわち、ひずみゲージの測定モードとしては、１ゲージ法測定モード、２ゲージ法測定モードおよび４ゲージ法測定モードなどがあり、１ゲージ法測定モードでは、２線式、３線式、測温抵抗体付きの３線式があり、２ゲージ法測定モードでは、３線式、４ゲージ法測定モードでは、４線式、測温抵抗体付きの４線式がある。したがって、これら各種のひずみゲージが接続されるように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係るひずみ計測システムの構成を示す回路構成図である。
【図２】ひずみゲージの種類判別処理およびひずみ測定処理におけるスイッチのオン／オフ制御を行うための制御テーブルの一例を示す図である。
【図３】図１のひずみ測定装置に測温抵抗体付きのひずみゲージが接続されている場合においてそのひずみゲージの種類判別を説明するための模式的な一部等価回路図である。
【図４】図１のひずみ測定装置に一般のひずみゲージが接続されている場合においてそのひずみゲージの種類判別を説明するための模式的な一部等価回路図である。
【図５】図１のひずみ測定装置において、ひずみゲージの種類判別およびひずみ測定処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】この図の（ａ）、（ｂ）は、図１のひずみ測定装置に接続されたひずみゲージが測温抵抗体付きのひずみゲージである場合に、その種類判別を説明するための２種の模式的な一部等価回路図である。
【図７】この図の（ａ）、（ｂ）は、図１のひずみ測定装置に接続されたひずみゲージが一般のひずみゲージである場合に、その種類判別を説明するための２種の模式的な一部等価回路図である。
【図８】従来のひずみ計測システムの一例の構成を模式的に示す概略図である。
【図９】一般的なひずみゲージの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１１，１２ 測温抵抗体付きのひずみゲージ
２１〜２３ ケーブル
３，３１ ひずみ測定装置
４１〜４３ リード線
５ ひずみ測定回路
６ 温度測定回路
１１ ゲージベース
１２ａ〜１２ｃ ゲージタブ
２１ 一般のひずみゲージ
４０ マイクロコンピュータ（マイコン）
４１ ＣＰＵ
４２ ＲＯＭ
４３ ＲＡＭ
４４ ポート
Ａ〜Ｃ 接続端子
Ｅｉｎ 定電圧電源
ＥＯＵＴ１ 第１の電圧出力端子
ＥＯＵＴ２ 第２の電圧出力端子
Ｉ 定電流電源
ＯＰ１〜ＯＰ６ 差動増幅器
ｒ１〜ｒ３ 抵抗値
Ｒａ ゲージ抵抗
Ｒｂ〜Ｒｄ ダミー固定抵抗
Ｒｐｔ 測温抵抗体
ＳＣ１〜ＳＣ９ 制御信号
ＳＷ１〜ＳＷ９ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象の複数個所に取り付けられた複数のひずみゲージから得られる検出データに基づいて各個所のひずみを測定するひずみ測定装置および上記各個所に取り付けられたひずみゲージの種類を判別するひずみゲージ判別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ひずみゲージには、ゲージベース上にゲージ抵抗（ゲージグリッドと称されている。）が添着された一般のひずみゲージの他に、近来、ゲージベース上にゲージ抵抗と共に測温抵抗体が添着された測温抵抗体付きのひずみゲージが用いられるようになってきた。以下、単にひずみゲージと称するときは、上記した一般のひずみゲージと測温抵抗体付きのひずみゲージの両方を意味するものとする。
図８は、従来のひずみ計測システムの構成を示す概略図である。この例の従来のひずみ計測システムは、複数のひずみゲージ１１、１２、・・・と、複数のケーブル２１、２２、２３、・・・と、ひずみ測定装置３とを有している。図８に示すひずみゲージ１は、ポリイミド系樹脂のフィルムからなるゲージベース１１上に、厚さ数μｍを有し、銅・ニッケル系合金またはニッケル・クロム系合金からなり、蛇行状の抵抗箔（ゲージ抵抗）Ｒａが接着されて構成されていると共に、ゲージベース１１上には、ゲージ抵抗Ｒａの近傍に、白金からなる測温抵抗体Ｒｐｔが形成されている。ゲージ抵抗Ｒａは、その一端がゲージタブ１２ａに一体に連接されると共に、その他端がゲージタブ１２ｃに一体に連接されている。ゲージタブ１２ａには図示せぬリード線およびゲージ端子を介してケーブル２１の一端が接続され、ゲージタブ１２ｃには図示せぬリード線およびゲージ端子を介してケーブル２３の一端が接続されている。
【０００３】
また、測温抵抗体Ｒｐｔは、その一端がゲージタブ１２ｃに接続されていると共に、その他端がゲージタブ１２ｂに接続されている。ゲージタブ１２ｂには、図示せぬリード線およびゲージ端子を介してケーブル２２の一端が接続されている。尚、上述した図示しないゲージ端子は、リード線とケーブルとの接続部に使用するもので、ケーブルが多少引っ張られても、直接ひずみゲージに力が伝わらず、ゲージタブおよびリード線の剥離や断線などを防止する。
ケーブル２１の他端はひずみ測定装置３のチャンネルＣＨ１の接続端子Ａに接続され、ケーブル２２の他端はひずみ測定装置３のチャンネルＣＨ１の接続端子Ｂに接続され、ケーブル２３の他端はひずみ測定装置３のチャンネルＣＨ１の接続端子Ｃに接続されている。また、チャンネルＣＨ１の接続端子Ａはリード線４１を介してチャンネルＣＨ２の接続端子Ａと接続され、チャンネルＣＨ１の接続端子Ｂはリード線４２を介してチャンネルＣＨ２の接続端子Ｄと接続され、チャンネルＣＨ１の接続端子Ｃはリード線４３を介してチャンネルＣＨ２の接続端子Ｂと接続されている。ひずみ測定装置３は、ひずみ測定回路５および温度測定回路６を有している。ひずみ測定回路５はチャンネルＣＨ１の接続端子Ａ、ＢおよびＣと接続され、温度測定回路６はチャンネルＣＨ２の接続端子Ａ、ＢおよびＤと接続されている。以下、５個の接続端子Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ毎に一般のひずみゲージまたは測温抵抗体付きのひずみゲージが測定目的に応じて接続されることになる。５個の接続端子Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥ毎に１つのチャンネルを構成している。以下、この技術を第１の従来例と呼ぶ。
【０００４】
また、従来のひずみ測定装置には、４個のゲージ抵抗からなるひずみゲージブリッジとひずみゲージブリッジの一方の出力端子に白金からなる測温抵抗体を接続させた検出部（４ゲージ法測定モードの測温抵抗体付き４線式）と、この検出部に接続され、測温モードとひずみ変換モードを切り換えながら検出部から供給される各種計測データを処理する測定部とからなるものもある。測定部は、定電流ブリッジ電源と、ひずみゲージブリッジの各入力端子を定電流ブリッジ電源または接地回路との接続状態に切り換える第１および第２のスイッチ回路と、測温抵抗体の端子とひずみゲージブリッジの他方の出力端子が接続された差動増幅器と、単一の測温用定電流回路と、測温用定電流回路を差動増幅器の非反転入力端子または反転入力端子、若しくは自己のオフ端子との接続状態に切り換える第３スイッチ回路を具備している（例えば、特許文献１参照。）。以下、この技術を第２の従来例と呼ぶ。
【０００５】
【特許文献１】実開平６−４６３３７号公報（請求項１，［０００３］〜［０００６］，［００１３］〜［００１７］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した第１の従来例では、図８に示すように、測温抵抗体付きのひずみゲージ１にあっては、ひずみ測定専用のひずみ測定回路５と温度測定専用の温度測定回路６とをそれぞれ設ける必要があるため、１個の測温抵抗体付きのひずみゲージ１について２チャンネル必要となる。すなわち、１チャンネルでひずみ測定と温度測定の両方を行うことができないため、同一の測温抵抗体付きのひずみゲージ１に接続される隣接する２つのチャンネルを構成する接続端子同士をリード線４（４１、４２、４３）で接続する手間が必要であり、また接続間違いを起こしやすいという問題があった。さらに、１個の測温抵抗体付きのひずみゲージ１について２チャンネル必要となるため、ひずみ測定装置３との間を中継する接続器にはそのチャンネル数の半分の個数の測温抵抗体付きのひずみゲージ１しか接続することができないという問題があった。
また、測定対象の個所の中には、温度変化や温度勾配が比較的少ない個所がある。このような個所では、同じ１ゲージ法測定モードの３線式ひずみゲージでも、図９に示す測温抵抗体が付いていない一般のひずみゲージ２１を使用することになる。図９に示す一般のひずみゲージ２１が図８に示す測温抵抗体付きのひずみゲージ１と異なる点は、測温抵抗体Ｒｐｔが設けられていない点と、ゲージタブとしては、ゲージタブ１２ｂが設けられておらず、ゲージタブ１２ａおよび１２ｃのみが設けられている点である。この一般のひずみゲージ２１をひずみ測定装置３に接続する場合には、温度測定を行わないため、チャンネルは１つで良い。
【０００７】
また、ひずみ測定装置３では、接続端子と内部回路との接続は固定されている。したがって、測定に先立ち、ひずみ測定装置３の各チャンネルに接続されたひずみゲージの種類を確認し、チャンネル、測定個所、ひずみゲージ抵抗値等と共にひずみゲージの種類をメモに記録しておき、それに合わせてひずみ測定装置３へのケーブルの接続を変更しなければならなかった。このように、ひずみ測定装置３へのケーブルの接続を変更する作業は、煩雑で且つ間違え易い作業であり、測定に際し大きな負担となっている。
一方、ひずみ測定は、ひずみ測定装置から離れた場所に設置したひずみゲージに長尺のケーブルを介してひずみ測定装置を接続し、遠隔地のひずみを測定しなければならないことも多い。また、ケーブルに接続されたひずみゲージ自体は、地中やコンクリート中に埋設されることもあり、接続状態を容易に視認することができない場合も少なくない。このため、従来は、ケーブルを介してひずみゲージを接続した際に、ひずみゲージごとに、上述したように、その種類をメモに記録しておく必要があった。
特に、ダム等のように大きな建造物や施設、あるいは工事現場等の多数の個所に、ひずみゲージおよびひずみゲージ式変換器等を含む種々のセンサを多数設置し、それぞれ複数の接続端子からなる各チャンネル毎の接続端子にケーブルを介して接続し、これら多チャンネルの接続端子を有する多チャンネル測定器にスキャナを使用して選択的に走査接続して測定を行なう多点観測システムにおいては、予め個々のひずみゲージ毎に多チャンネル測定器への接続状態を変更しなければならない。このような多点観測システムでは、保守または測定対象の変動によるセンサの除去や追加に伴うチャンネルの変更および増減、並びに多チャンネル測定器の交換の都度、各チャンネルの接続状態の変更設定を行なう必要がある。
【０００８】
したがって、各チャンネルの接続状態等を記録したメモ等を長期間にわたって保管しておかなければならず、しかも各チャンネルの接続状態の変更設定作業も極めて煩雑である。また、ひずみゲージとケーブルを含んだ測定系の断線等の状態を測定器側からチェックすることが行なわれているが、従来は、断線の有無のような、測定系の正常／異常のみを判断するものであった。したがって、測定系の特定の接続端子間の正確な抵抗値を検知するためには、テスター等を用いて個々に抵抗値を測定する必要があり、このため、ダム等の建造物の観測システムの保守のために必要な測定系のひずみゲージの抵抗値および絶縁抵抗値の経時変化の測定は、個々にテスター等を用いて測定しなければならないが、この作業が煩雑で数百個所に設定された各ひずみゲージをそれぞれ測定するには、膨大な時間を要するため、年間１〜２回程度しか行なわれておらず、経時変化を観測する上で、充分な測定は行なわれていなかった。
上述したように、従来は、ひずみゲージを接続した測定系のひずみゲージの種類やひずみゲージの抵抗値等を、予めメモ等に記録しておくか、個々に確認するかして、測定器側に該当するチャンネルの接続状態を設定あるいは変更する必要があり、接続状態の変更作業が、煩雑であるばかりか、誤認等による誤接続も生じがちであった。しかも、このことは、多チャンネルの測定系を選択的に走査接続する多点観測システムにおいては、接続状態の変更作業を著しく煩雑化する原因にもなっていた。
【０００９】
一方、上記した第２の従来例では、上記したひずみゲージの種類の判別はもちろんのこと、多チャンネル測定についても何ら考慮されていないため、上記した第１の従来例の場合以上の問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、複数の接続端子に接続される複数種類のひずみゲージにより選択的に測定を行なうひずみゲージ測定装置において、前記複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に判別することを可能とすると共に、測温抵抗体付きのひずみゲージであっても１チャンネルでひずみ測定と温度測定を可能とし、少ないチャンネル数で多くのひずみゲージの接続を可能とするひずみ測定装置およびひずみゲージ判別方法を提供することを目的としている。
本発明の請求項１の目的は、特に、複数の接続端子に対するひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に判別し、計測システム全体のコストの低減化を図ることを可能とするひずみ測定装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の請求項２の目的は、特に、接続端子に接続されたひずみゲージが、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージであるのか測温抵抗体付きのひずみゲージであるのかを的確に判別し得るひずみ測定装置を提供することにある。
本発明の請求項３の目的は、特に、少ないチャンネル数で多くのひずみゲージの接続を可能とするひずみ測定装置を提供することにある。
本発明の請求項４の目的は、特に、測温抵抗体付きのひずみゲージであっても接続状態を変更することなく、ひずみと温度の両方を測定することを可能とするひずみ測定装置を提供することにある。
本発明の請求項５の目的は、特に、複数の接続端子に対するひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に自動的に判別することを可能とするひずみ測定装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の請求項６の目的は、特に、複数の接続端子に対するひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に自動的に判別することを可能とするひずみ測定装置を提供することにある。
本発明の請求項７の目的は、特に、接続端子に接続されたひずみゲージが、一般のひずみゲージと測温抵抗体付きのひずみゲージのいずれであっても何の支障もなくひずみを測定することを可能とするひずみ測定装置を提供することにある。
本発明の請求項８の目的は、特に、測温抵抗体付きのひずみゲージであっても接続状態を変更することなく、ひずみと温度の両方を測定することを可能とするひずみ測定装置を提供することにある。
本発明の請求項９の目的は、特に、複数の接続端子に対するひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に判別することを可能とするひずみゲージ判別方法を提供することにある。
本発明の請求項１０の目的は、特に、接続端子に接続されたひずみゲージが、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージであるのか測温抵抗体付きのひずみゲージであるのかを的確に判別し得るひずみゲージ判別方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、上述した目的を達成するために、
異なる種類のひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の電圧値を検出し、前記電圧値に基づいて前記ひずみゲージの種類を判別する種類判別手段と、
前記種類判別手段による判別結果に基づいて、前記種類に応じた計測を行なうひずみ計測手段と
を具備することを特徴としている。
請求項２に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、請求項１の装置であって、
前記異なる種類のひずみゲージは、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージと、ゲージ抵抗と測温抵抗体からなる測温抵抗体付きのひずみゲージの少なくとも二種類からなることを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、請求項１または請求項２の装置であって、
前記種類判別手段は、
前記ひずみゲージに給電するための定電流源と、
前記複数の接続端子の中から前記２つの接続端子を選択して前記電圧値を計測する電圧計測手段と、
前記電圧計測手段により計測された前記電圧値より求めた抵抗値に基づいて、前記ひずみゲージの種類を判別する判別手段と
を含むことを特徴としている。
請求項４に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の装置であって、
前記測温抵抗体の抵抗値と温度に関する抵抗・温度変換テーブルを有し、
前記計測手段は、
前記ひずみゲージが前記測温抵抗体付きのひずみゲージであると判別された場合には、前記抵抗・温度変換テーブルを参照して、計測された前記測温抵抗体の抵抗値を温度に変換することを特徴としている。
【００１４】
請求項５に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、上述した目的を達成するために、
ゲージ抵抗と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第１のリード線と、各一端が前記ゲージ抵抗の他端にそれぞれ接続された第２および第３のリード線とを有する一般のひずみゲージと、直列接続されたゲージ抵抗および測温抵抗体と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第４のリード線と、その一端が前記測温抵抗体の一端に接続された第５のリード線と、その一端が前記ゲージ抵抗の他端と前記測温抵抗体の他端との接続点に接続された第６のリード線とを有する測温抵抗体付きのひずみゲージが接続可能であり、
前記第１または第４のリード線の各他端が第１のケーブルを介して接続される第１の接続端子と、
前記第２または第５のリード線の各他端が第２のケーブルを介して接続される第２の接続端子と、
前記第３または第６のリード線の各他端が第３のケーブルを介して接続される第３の接続端子と、
所定の電流値の定電流を出力する定電流源と、
前記第１の接続端子と前記定電流源との間に介挿された第１のスイッチと、
前記第２の接続端子を接地するための第２のスイッチと、
前記第３の接続端子を接地するための第３のスイッチと、
前記第１および第２のスイッチをオンすると共に前記第３のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の接続端子間の第１の電圧値を検出し、前記第１および第３のスイッチをオンすると共に前記第２のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第３の接続端子間の第２の電圧値を検出し、前記第１および第２の電圧値と前記電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を判別する判別手段と
を具備することを特徴としている。
【００１５】
請求項６に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、上述した目的を達成するために、
ゲージ抵抗と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第１のリード線と、各一端が前記ゲージ抵抗の他端にそれぞれ接続された第２および第３のリード線とを有する一般のひずみゲージと、直列接続されたゲージ抵抗および測温抵抗体と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第４のリード線と、その一端が前記測温抵抗体の一端に接続された第５のリード線と、その一端が前記ゲージ抵抗の他端と前記測温抵抗体の他端との接続点に接続された第６のリード線とを有する測温抵抗体付きのひずみゲージが接続可能であり、
前記第１または第４のリード線の各他端が第１のケーブルを介して接続される第１の接続端子と、
前記第２または第５のリード線の各他端が第２のケーブルを介して接続される第２の接続端子と、
前記第３または第６のリード線の各他端が第３のケーブルを介して接続される第３の接続端子と、
所定の電圧値の定電圧を出力する定電圧源と、
所定の電流値の定電流を出力する定電流源と、
その非反転入力端子に前記定電圧が印加された第１の差動増幅器と、
その非反転入力端子が前記第３の接続端子に接続され、その反転入力端子が前記第１の差動増幅器の反転入力端子に接続された第２の差動増幅器と、
その入力端子が前記第１の接続端子に接続された第１のボルテージフォロアと、
その入力端子が前記第２の接続端子に接続された第２のボルテージフォロアと、
その出力端子が第１の電圧出力端子に接続された第３のボルテージフォロアと、
その出力端子が第２の電圧出力端子に接続された第４のボルテージフォロアと、
その一端が前記第２の差動増幅器の反転入力端子に接続され、その他端が接地された第１のダミー固定抵抗と、
その一端が前記第２の差動増幅器の出力端子に接続された第２のダミー固定抵抗と、
その一端が前記第１のボルテージフォロアの出力端子に接続され、その他端が前記第２のダミー固定抵抗の他端に接続された第３のダミー固定抵抗と、
その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記第１の差動増幅器の出力端子に接続された第１のスイッチと、
その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記定電流源に接続された第２のスイッチと、
その一端が前記第２の接続端子と接続され、その他端が接地された第３のスイッチと、
その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が前記第２の差動増幅器の反転入力端子に接続された第４のスイッチと、
その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が接地された第５のスイッチと、
その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記第３のボルテージフォロアの入力端子に接続された第６のスイッチと、
その一端が前記第２のダミー固定抵抗の他端と前記第３のダミー固定抵抗の他端との接続点に接続され、その他端が前記第３のボルテージフォロアの入力端子に接続された第７のスイッチと、
その一端が前記第２のボルテージフォロアの出力端子と接続され、その他端が前記第４のボルテージフォロアの入力端子に接続された第８のスイッチと、
その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が前記第４のボルテージフォロアの入力端子に接続された第９のスイッチと、
前記第２、第３、第６および第８のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第１、第４、第５、第７および第９のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第１の電圧値を検出し、前記第２、第５、第６および第９のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第１、第３、第４、第７および第８のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第２の電圧値を検出し、前記第１および第２の電圧値と前記電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を判別する判別・計測手段と
を具備することを特徴としている。
【００１６】
請求項７に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、請求項６の装置であって、
前記判別・計測手段は、
前記第１、第４、第７および第８のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第２、第３、第５、第６および第９のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電圧を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第３の電圧値を検出し、前記第３の電圧値に基づいて、ひずみを求めることを特徴としている。
請求項８に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、請求項７の装置であって、
前記測温抵抗体の抵抗値と温度に関する抵抗・温度変換テーブルを有し、
前記判別・計測手段は、
前記ひずみゲージが前記測温抵抗体付きのひずみゲージであると判別した場合には、前記抵抗・温度変換テーブルを参照して、計測された前記測温抵抗体の抵抗値を温度に変換することを特徴としている。
【００１７】
請求項９に記載した本発明に係るひずみゲージ判別方法は、上述した目的を達成するために、
測定対象に取り付けられた異なる種類のひずみゲージから得られる検出データに基づいて前記測定対象のひずみを測定する際に、前記測定対象に取り付けられた前記ひずみゲージの種類を判別するひずみゲージ判別方法であって、
前記ひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の第１の電圧値を検出する第１の計測ステップと、
前記ひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から前記第１の計測ステップとは異なる２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の第２の電圧値を検出する第２の計測ステップと、
前記第１および第２の電圧値と前記給電した電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記ひずみゲージの種類を判別する種類判別ステップと
を有することを特徴としている。
請求項１０に記載した本発明に係るひずみ測定装置は、請求項９の方法であって、
前記異なる種類のひずみゲージは、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージと、ゲージ抵抗と測温抵抗体からなる測温抵抗体付きのひずみゲージの少なくとも二種類からなることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数の接続端子に接続される複数種類のひずみゲージにより選択的に測定を行なうひずみゲージ測定装置において、前記複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に判別することを可能とすると共に、測温抵抗体付きのひずみゲージであっても１チャンネルでひずみ測定と温度測定を可能とし、少ないチャンネル数で多くのひずみゲージの接続を可能とするひずみ測定装置およびひずみゲージ判別方法を提供することができる。
すなわち、本発明の請求項１のひずみ測定装置によれば、異なる種類のひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の電圧値を検出し、前記電圧値に基づいて前記ひずみゲージの種類を判別する種類判別手段と、前記種類判別手段による判別結果に基づいて、前記種類に応じた計測を行なうひずみ計測手段とを具備することにより、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に判別し、計測システム全体のコストの低減化を図ることができる。
【００１９】
本発明の請求項２のひずみ測定装置によれば、請求項１の装置であって、前記異なる種類のひずみゲージは、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージと、ゲージ抵抗と測温抵抗体からなる測温抵抗体付きのひずみゲージの少なくとも二種類からなることにより、接続端子に接続されたひずみゲージが、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージであるのか測温抵抗体付きのひずみゲージであるのかを的確に判別することができる。
本発明の請求項３のひずみ測定装置によれば、請求項１または請求項２の装置であって、前記種類判別手段は、前記ひずみゲージに給電するための定電流源と、前記複数の接続端子の中から前記２つの接続端子を選択して前記電圧値を計測する電圧計測手段と、前記電圧計測手段により計測された前記電圧値より求めた抵抗値に基づいて、前記ひずみゲージの種類を判別する判別手段とを含むことにより、少ないチャンネル数で多くのひずみゲージの接続が可能となる。
本発明の請求項４のひずみ測定装置によれば、請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の装置であって、前記測温抵抗体の抵抗値と温度に関する抵抗・温度変換テーブルを有し、前記計測手段は、前記ひずみゲージが前記測温抵抗体付きのひずみゲージであると判別された場合には、前記抵抗・温度変換テーブルを参照して、計測された前記測温抵抗体の抵抗値を温度に変換することにより、測温抵抗体付きのひずみゲージであっても接続状態を変更することなく、ひずみと温度の両方を測定することが可能となる。
【００２０】
本発明の請求項５のひずみ測定装置によれば、ゲージ抵抗と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第１のリード線と、各一端が前記ゲージ抵抗の他端にそれぞれ接続された第２および第３のリード線とを有する一般のひずみゲージと、直列接続されたゲージ抵抗および測温抵抗体と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第４のリード線と、その一端が前記測温抵抗体の一端に接続された第５のリード線と、その一端が前記ゲージ抵抗の他端と前記測温抵抗体の他端との接続点に接続された第６のリード線とを有する測温抵抗体付きのひずみゲージが接続可能であり、前記第１または第４のリード線の各他端が第１のケーブルを介して接続される第１の接続端子と、前記第２または第５のリード線の各他端が第２のケーブルを介して接続される第２の接続端子と、前記第３または第６のリード線の各他端が第３のケーブルを介して接続される第３の接続端子と、所定の電流値の定電流を出力する定電流源と、前記第１の接続端子と前記定電流源との間に介挿された第１のスイッチと、前記第２の接続端子を接地するための第２のスイッチと、前記第３の接続端子を接地するための第３のスイッチと、前記第１および第２のスイッチをオンすると共に前記第３のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の接続端子間の第１の電圧値を検出し、前記第１および第３のスイッチをオンすると共に前記第２のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第３の接続端子間の第２の電圧値を検出し、前記第１および第２の電圧値と前記電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を判別する判別手段とを具備することにより、複数の接続端子に対するひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に自動的に判別することが可能となる。
【００２１】
本発明の請求項６のひずみ測定装置によれば、ゲージ抵抗と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第１のリード線と、各一端が前記ゲージ抵抗の他端にそれぞれ接続された第２および第３のリード線とを有する一般のひずみゲージと、直列接続されたゲージ抵抗および測温抵抗体と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第４のリード線と、その一端が前記測温抵抗体の一端に接続された第５のリード線と、その一端が前記ゲージ抵抗の他端と前記測温抵抗体の他端との接続点に接続された第６のリード線とを有する測温抵抗体付きのひずみゲージが接続可能であり、前記第１または第４のリード線の各他端が第１のケーブルを介して接続される第１の接続端子と、前記第２または第５のリード線の各他端が第２のケーブルを介して接続される第２の接続端子と、前記第３または第６のリード線の各他端が第３のケーブルを介して接続される第３の接続端子と、所定の電圧値の定電圧を出力する定電圧源と、所定の電流値の定電流を出力する定電流源と、その非反転入力端子に前記定電圧が印加された第１の差動増幅器と、その非反転入力端子が前記第３の接続端子に接続され、その反転入力端子が前記第１の差動増幅器の反転入力端子に接続された第２の差動増幅器と、その入力端子が前記第１の接続端子に接続された第１のボルテージフォロアと、その入力端子が前記第２の接続端子に接続された第２のボルテージフォロアと、その出力端子が第１の電圧出力端子に接続された第３のボルテージフォロアと、その出力端子が第２の電圧出力端子に接続された第４のボルテージフォロアと、その一端が前記第２の差動増幅器の反転入力端子に接続され、その他端が接地された第１のダミー固定抵抗と、その一端が前記第２の差動増幅器の出力端子に接続された第２のダミー固定抵抗と、その一端が前記第１のボルテージフォロアの出力端子に接続され、その他端が前記第２のダミー固定抵抗の他端に接続された第３のダミー固定抵抗と、その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記第１の差動増幅器の出力端子に接続された第１のスイッチと、その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記定電流源に接続された第２のスイッチと、その一端が前記第２の接続端子と接続され、その他端が接地された第３のスイッチと、その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が前記第２の差動増幅器の反転入力端子に接続された第４のスイッチと、その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が接地された第５のスイッチと、その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記第３のボルテージフォロアの入力端子に接続された第６のスイッチと、その一端が前記第２のダミー固定抵抗の他端と前記第３のダミー固定抵抗の他端との接続点に接続され、その他端が前記第３のボルテージフォロアの入力端子に接続された第７のスイッチと、その一端が前記第２のボルテージフォロアの出力端子と接続され、その他端が前記第４のボルテージフォロアの入力端子に接続された第８のスイッチと、その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が前記第４のボルテージフォロアの入力端子に接続された第９のスイッチと、前記第２、第３、第６および第８のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第１、第４、第５、第７および第９のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第１の電圧値を検出し、前記第２、第５、第６および第９のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第１、第３、第４、第７および第８のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第２の電圧値を検出し、前記第１および第２の電圧値と前記電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を判別する判別・計測手段とを具備することにより、複数の接続端子に対するひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に自動的に判別することが可能となる。
【００２２】
本発明の請求項７のひずみ測定装置によれば、請求項６の装置であって、前記判別・計測手段は、前記第１、第４、第７および第８のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第２、第３、第５、第６および第９のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電圧を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第３の電圧値を検出し、前記第３の電圧値に基づいて、ひずみを求めることにより、接続端子に接続されたひずみゲージが、一般のひずみゲージと測温抵抗体付きのひずみゲージのいずれであっても何の支障もなくひずみを測定することが可能となる。
本発明の請求項８のひずみ測定装置によれば、請求項７の装置であって、前記測温抵抗体の抵抗値と温度に関する抵抗・温度変換テーブルを有し、前記判別・計測手段は、前記ひずみゲージが前記測温抵抗体付きのひずみゲージであると判別した場合には、前記抵抗・温度変換テーブルを参照して、計測された前記測温抵抗体の抵抗値を温度に変換することにより、測温抵抗体付きのひずみゲージであっても接続状態を変更することなく、ひずみと温度の両方を測定することが可能となる。
【００２３】
本発明の請求項９のひずみゲージ判別方法によれば、測定対象に取り付けられた異なる種類のひずみゲージから得られる検出データに基づいて前記測定対象のひずみを測定する際に、前記測定対象に取り付けられた前記ひずみゲージの種類を判別するひずみゲージ判別方法であって、前記ひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の第１の電圧値を検出する第１の計測ステップと、前記ひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から前記第１の計測ステップとは異なる２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の第２の電圧値を検出する第２の計測ステップと、前記第１および第２の電圧値と前記給電した電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記ひずみゲージの種類を判別する種類判別ステップとを有することにより、複数の接続端子に対するひずみゲージの接続状態を測定器側から検知し、複数の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を測定器側から簡易、確実且つ迅速に判別することが可能となる。
【００２４】
本発明の請求項１０のひずみ測定装置によれば、前記異なる種類のひずみゲージは、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージと、ゲージ抵抗と測温抵抗体からなる測温抵抗体付きのひずみゲージの少なくとも二種類からなることにより、接続端子に接続されたひずみゲージが、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージであるのか測温抵抗体付きのひずみゲージであるのかを的確に判別し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施の形態に基づき、図面を参照して本発明のひずみ測定装置を詳細に説明する。
図１は、本発明の一つの実施の形態に係るひずみ計測システムの回路構成を示している。この実施の形態のひずみ計測システムは、測温抵抗体付きのひずみゲージ１と、ケーブル２１〜２３と、ひずみ測定装置３１とを有している。図１において、ひずみゲージ１およびケーブル２１〜２３は、図８に示すひずみゲージ１およびケーブル２１〜２３と同一であるが、図１では等価回路で示している。ゲージ抵抗Ｒａの抵抗値としては、例えば、１２０Ω、２４０Ω、３５０Ωまたは１ｋΩ等であり、測温抵抗体Ｒｐｔの抵抗値としては、例えば、２０Ω（−１９６℃のとき）〜３３０Ω（＋６５２℃のとき）である。また、ケーブル２１〜２３は、図１ではそれぞれ主として長さに応じて変化する抵抗値ｒ１〜ｒ３なるケーブル抵抗を有している。
【００２６】
ひずみ測定装置３１は、接続端子Ａ〜Ｃと、スイッチＳＷ１〜ＳＷ９と、電源Ｅｉｎと、定電流源Ｉと、差動増幅器ＯＰ１〜ＯＰ６と、ダミー固定抵抗Ｒｂ〜Ｒｄと、マイクロコンピュータ（以下、マイコンと略す。）４０とから構成されている。なお、図１では、説明を簡単にするために、１個の測温抵抗体付きのひずみゲージ１だけがひずみ測定装置３１に接続される例を示しているが、ひずみ測定装置３１には、実際には、複数の測温抵抗体付きのひずみゲージ１や、図９に示す一般のひずみゲージ２１が多数接続される。また、多数の測温抵抗体付きのひずみゲージ１または一般のひずみゲージ２１は、多数の測定個所に添着されるが、この場合、多数の測温抵抗体付きのひずみゲージ１または一般のひずみゲージ２１とひずみ測定装置３１とは、一対一で接続されるのではなく、スキャナと称される多点切換器を介して、計測目的に応じて１台または複数台のひずみ測定装置３１で測定を行うのが一般的である。
測温抵抗体付きのひずみゲージ１のゲージ抵抗Ｒａは、その一端がゲージタブ１２ａに一体に連接されると共に、その他端がゲージタブ１２ｃに一体に連接され、かつ、測温抵抗体Ｒｐｔの一端に接続されている。ゲージタブ１２ａは、図示せぬリード線、ゲージ端子およびケーブル２１を介してひずみ測定装置３１の接続端子Ａに接続されている。ゲージタブ１２ｃは、図示せぬリード線およびケーブル２３を介してひずみ測定装置３１の接続端子Ｃに接続されている。また、測温抵抗体Ｒｐｔは、その他端がゲージタブ１２ｂに接続されている。ゲージタブ１２ｂは、図示せぬリード線、ゲージ端子およびケーブル２２を介してひずみ測定装置３１の接続端子Ｂに接続されている。
【００２７】
スイッチＳＷ１〜ＳＷ９は、例えば、フォトモスリレーやメカニカルなリレーからなり、マイコン４０から供給される制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９によりそれぞれオン／オフされる。スイッチＳＷ１は、その一端が接続端子Ａ、スイッチＳＷ２の一端、スイッチＳＷ６の一端および差動増幅器ＯＰ２の非反転入力端子にそれぞれ接続され、その他端が差動増幅器ＯＰ１の出力端子に接続されている。スイッチＳＷ２の他端は、定電流源Ｉに接続されている。スイッチＳＷ３は、その一端が接続端子Ｂおよび差動増幅器ＯＰ３の非反転入力端子にそれぞれ接続され、その他端が接地されている。スイッチＳＷ４は、その一端が接続端子Ｃ、スイッチＳＷ５の一端、スイッチＳＷ９の一端および差動増幅器ＯＰ４の非反転入力端子にそれぞれ接続され、その他端が差動増幅器ＯＰ１の反転入力端子、差動増幅器ＯＰ４の反転入力端子およびダミー固定抵抗Ｒｂの一端にそれぞれ接続されている。スイッチＳＷ５の他端は、接地されている。スイッチＳＷ６の他端は、スイッチＳＷ７の一端および差動増幅器ＯＰ５の非反転入力端子にそれぞれ接続されている。スイッチＳＷ７の他端は、ダミー固定抵抗Ｒｃの一端およびダミー固定抵抗Ｒｄの一端にそれぞれ接続されている。
【００２８】
スイッチＳＷ８は、その一端が差動増幅器ＯＰ３の反転入力端子および出力端子にそれぞれ接続され、その他端がスイッチＳＷ９の他端および差動増幅器ＯＰ６の非反転入力端子にそれぞれ接続されている。
定電圧電源Ｅｉｎは、差動増幅器ＯＰ１の非反転入力端子と接地との間に所定のブリッジ励振電圧を印加している。定電流源Ｉは、スイッチＳＷ２がオンされたとき、スイッチＳＷ２、ケーブル２１および図示せぬリード線を介して測温抵抗体付きのひずみゲージ１に所定の定電流（例えば、１ｍＡ）を流す。差動増幅器ＯＰ１は、スイッチＳＷ１およびＳＷ４が共にオンされたとき、ブリッジ励振用の電源増幅器として機能して、ゲージ抵抗Ｒａおよびダミー固定抵抗Ｒｂ〜Ｒｄで構成されるホイートストンブリッジにブリッジ励振電圧を供給する。
差動増幅器ＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ５およびＯＰ６は、それぞれボルテージフォロアを構成しており、例えば、１０００ＧΩ程度の高い入力インピーダンスを有しているため、電流はほとんど流れない。また、差動増幅器ＯＰ５およびＯＰ６は、出力バッファとして機能し、これらの非反転入力端子間に供給される電圧を第１の電圧出力端子ＥＯＵＴ１と第２の電圧出力端子ＥＯＵＴ２との間に出力電圧Ｖとして出力する。差動増幅器ＯＰ４は、その出力端子がダミー固定抵抗Ｒｃの他端に接続されており、ひずみ測定時にスイッチＳＷ４がオンされることにより、反転入力端子と非反転入力端子との間にスイッチＳＷ４のオン抵抗ＲＳＷ４が挿入され、ゲージ抵抗Ｒａに流れる電流Ｉとオン抵抗ＲＳＷ４との乗算結果である電圧Ｅ４を出力する。ダミー固定抵抗Ｒｂは、所定の抵抗値を有しており、他端が接地されている。ダミー固定抵抗ＲｃおよびＲｄは、それぞれ所定の抵抗値を有している。
【００２９】
マイコン４０は、ＣＰＵ（中央処理装置）４１と、ＲＯＭ４２と、ＲＡＭ４３と、ポート４４とから概略構成されている。ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２に記憶されているひずみ測定プログラム等に基づいて、共に後述する種類判別処理やひずみ測定処理等を実行することにより、ひずみ測定装置３１の各部を制御する。すなわち、例えば、ひずみ測定プログラムが読み出されると、ＣＰＵ４１に読み込まれ、ＣＰＵ４１の動作を制御する。ＣＰＵ４１は、ひずみ測定プログラムが起動されると、ひずみ測定プログラムの制御により、先ず、種類判別処理を実行し、次いで、ひずみ測定処理を実行するのである。種類判別処理は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ９に制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９を供給して所定のスイッチＳＷをオンまたはオフすることにより、接続端子Ａ〜Ｃに接続されているひずみゲージの種類を判別する。一方、ひずみ測定処理は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ９に制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９を供給して所定のスイッチＳＷをオンまたはオフすることにより、種類判別処理の判別結果に基づいてひずみゲージの種類に応じたひずみ測定を行なう。ＲＯＭ４２には、ＣＰＵ４１が実行すべきひずみ測定プログラム等の各種プログラムおよびスイッチ制御テーブルや抵抗・温度変換テーブル等の各種データが予め記憶されている。ＲＡＭ４３は、ＣＰＵ４１が上記したひずみ測定プログラムを実行する際に作業用として用いられる。ポート４４は、ＣＰＵ４１から供給される制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９、検出データや外部から供給されるデータのいずれかを選択して入出力する。
【００３０】
ここで、図２にスイッチ制御テーブルの構成の一例を示す。図２において、「ひずみ測定」とは、ひずみを測定する動作モードを意味し、「判別モード１」とは、接続端子Ａ〜Ｃに接続されたひずみゲージの種類を判別する「判別モード」のうち、接続端子Ａと接続端子Ｂとの間の電圧Ｖａｂを測定する動作モードを意味し、「判別モード２」とは、「判別モード」のうち、接続端子Ａと接続端子Ｃとの間の電圧Ｖａｃを測定する動作モードを意味している。
また、図３は、ひずみ測定装置３１に測温抵抗体付きのひずみゲージ１が接続された場合の「判別モード」における一部等価回路、図４は、ひずみ測定装置３１に一般のひずみゲージ２１が接続された場合の「判別モード」における一部等価回路を示している。
次に、上記構成のひずみ計測システムの動作について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。接続端子Ａ〜Ｃに測温抵抗体付きのひずみゲージ１または一般のひずみゲージ２１が接続された状態において、ひずみ測定装置３１に電源が投入されると、ＣＰＵ４１は、所定の初期化処理を実行した後、図５に示すステップＳ１へ進む。この所定の初期化処理としては、例えば、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４３のすべての記憶内容をクリアしたりする。
【００３１】
ステップＳ１では、ＣＰＵ４１は、接続端子Ａと接続端子Ｂとの間の電圧Ｖａｂを測定する処理を行った後、ステップＳ２へ進む。この電圧Ｖａｂ測定処理は、まず、ＲＯＭ４２に記憶されている図２に示すスイッチ制御テーブルを参照して、「判別モード１」に対応したスイッチＳＷ１〜ＳＷ９のオン／オフを制御するための制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９を生成し、ポート４４を介してスイッチＳＷ１〜ＳＷ９に供給する。これにより、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ５、ＳＷ７およびＳＷ９がオフすると共に、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ６およびＳＷ８がオンするので、接続端子Ａ〜Ｃに測温抵抗体付きのひずみゲージ１が接続されている場合には、図６（ａ）に等価回路で示すように、接続端子Ａと接続端子Ｂとの間には、抵抗値ｒ１を有するケーブル２１、ゲージ抵抗Ｒａ、測温抵抗体Ｒｐｔおよび抵抗値ｒ２を有するケーブル２２が直列に接続され、これらに定電流源ＩからオンされたスイッチＳＷ２を介して所定の電流値の定電流が供給される。このとき、接続端子Ｂは、オンされたスイッチＳＷ３を介して接地される。したがって、電圧Ｖａｂは、式（１）で表される。
【００３２】
Ｖａｂ＝Ｉ×（ｒ１＋Ｒａ＋Ｒｐｔ＋ｒ２） ・・・（１）
一方、接続端子Ａ〜Ｃに一般のひずみゲージ２１が接続されている場合には、図７（ａ）に等価回路で示すように、接続端子Ａと接続端子Ｂとの間には、抵抗値ｒ１を有するケーブル２１、ゲージ抵抗Ｒａおよび抵抗値ｒ２を有するケーブル２２が直列に接続され、これらに定電流源ＩからオンされたスイッチＳＷ２を介して所定の電流値の定電流が供給される。このとき、接続端子Ｂは、オンされたスイッチＳＷ３を介して接地される。したがって、電圧Ｖａｂは、式（２）で表される。
Ｖａｂ＝Ｉ×（ｒ１＋Ｒａ＋ｒ２） ・・・（２）
ステップＳ２では、ＣＰＵ４１は、ステップＳ１の処理で求めた電圧ＶａｂをデータＸとした後、ステップＳ３へ進む。
ステップＳ３では、ＣＰＵ４１は、接続端子Ａと接続端子Ｃとの間の電圧Ｖａｃを測定する処理を行った後、ステップＳ４へ進む。この電圧Ｖａｃ測定処理は、まず、ＲＯＭ４２に記憶されている図２に示すスイッチ制御テーブルを参照して、「判別モード２」に対応したスイッチＳＷ１〜ＳＷ９のオン／オフを制御するための制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９を生成し、ポート４４を介してスイッチＳＷ１〜ＳＷ９に供給する。
【００３３】
これにより、スイッチＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ７およびＳＷ８がオフすると共に、スイッチＳＷ２、ＳＷ５、ＳＷ６およびＳＷ９がオンするので、接続端子Ａ〜Ｃに測温抵抗体付きのひずみゲージ１が接続されている場合には、図６（ｂ）に等価回路で示すように、接続端子Ａと接続端子Ｃとの間には、抵抗値ｒ１を有するケーブル２１、ゲージ抵抗Ｒａおよび抵抗値ｒ３を有するケーブル２３が直列に接続され、これらに定電流源ＩからオンされたスイッチＳＷ２を介して所定の電流値の定電流が供給される。このとき、接続端子Ｃは、オンされたスイッチＳＷ５を介して接地される。したがって、電圧Ｖａｃは、式（３）で表される。
Ｖａｃ＝Ｉ×（ｒ１＋Ｒａ＋ｒ３） ・・・（３）
一方、接続端子Ａ〜Ｃに一般のひずみゲージ２１が接続されている場合には、図７（ｂ）に等価回路で示すように、接続端子Ａと接続端子Ｃとの間には、抵抗値ｒ１を有するケーブル２１、ゲージ抵抗Ｒａおよび抵抗値ｒ３を有するケーブル２３が直列に接続され、これらに定電流源ＩからオンされたスイッチＳＷ２を介して所定の電流値の定電流が供給される。このとき、接続端子Ｃは、オンされたスイッチＳＷ５を介して接地される。したがって、電圧Ｖａｃは、式（４）で表される。
【００３４】
Ｖａｃ＝Ｉ×（ｒ１＋Ｒａ＋ｒ２） ・・・（４）
ステップＳ４では、ＣＰＵ４１は、ステップＳ３の処理で求めた電圧ＶａｃをデータＹとした後、ステップＳ５へ進む。
ステップＳ５では、ＣＰＵ４１は、抵抗値Ｒを式（５）により計算した後、ステップＳ６へ進む。
Ｒ＝（Ｘ−Ｙ）／Ｉ ・・・（５）
すなわち、接続端子Ａ〜Ｃに測温抵抗体付きのひずみゲージ１が接続されている場合には、式（５）にデータＸとして式（１）が、データＹとして式（３）が代入されるので、抵抗値Ｒは、式（６）で表される。
Ｒ＝Ｒｐｔ＋ｒ２−ｒ３ ・・・（６）
一方、接続端子Ａ〜Ｃに一般のひずみゲージ２１が接続されている場合には、式（５）にデータＸとして式（２）が、データＹとして式（４）が代入されるので、抵抗値Ｒは、式（７）で表される。
【００３５】
Ｒ＝ｒ２−ｒ３ ・・・（７）
ステップＳ６では、ＣＰＵ４１は、ステップＳ５で求めた抵抗値Ｒが基準抵抗値ＲＲＥＦより小さいか否かを判断する。この判断結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ７へ進み、この判断結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１０へ進む。基準抵抗値ＲＲＥＦとしては、配線抵抗等より高く、測温抵抗体Ｒｐｔの抵抗値の下限値より低い値に設定する。今の場合、測温抵抗体Ｒｐｔの抵抗値の下限値が２０Ωであるので、例えば、ここでは、基準抵抗値ＲＲＥＦを１５Ωとする。また、ケーブル２１〜２３の長さおよび材質が等しいならば、式（８）が成立すると考えて良い。
ｒ１≒ｒ２≒ｒ３ ・・・（８）
したがって、接続端子Ａ〜Ｃに測温抵抗体付きのひずみゲージ１が接続されている場合には、式（６）に式（８）を代入して、式（９）となる。
Ｒ≒Ｒｐｔ ・・・（９）
すなわち、抵抗値Ｒは、測温抵抗体Ｒｐｔの抵抗値にほぼ等しいので、基準抵抗値ＲＲＥＦより大きい。したがって、ステップＳ６の判断結果は「ＮＯ」となり、ＣＰＵ４１は、ステップＳ７へ進む。式（９）から分かるように、判別モードでは、ゲージ抵抗Ｒａの変動やケーブル２１〜２３の抵抗値ｒ１〜ｒ３の変動の影響を受けることはない。
【００３６】
一方、接続端子Ａ〜Ｃに一般のひずみゲージ２１が接続されている場合には、式（７）に式（８）を代入して、式（１０）となる。
【００３７】
Ｒ≒０ ・・・（１０）
すなわち、抵抗値Ｒは、ほぼゼロに等しいので、基準抵抗値ＲＲＥＦより小さい。したがって、ステップＳ６の判断結果は「ＹＥＳ」となり、ＣＰＵ４１は、ステップＳ１０へ進む。
ステップＳ７では、ＣＰＵ４１は、接続端子Ａ〜Ｃには、測温抵抗体付きのひずみゲージ１が接続されていると判定した後、ステップＳ８へ進む。ステップＳ８では、ＣＰＵ４１は、測温抵抗体付きのひずみゲージ１が取り付けられている測定箇所のひずみを測定する処理を行った後、ステップＳ９へ進む。このひずみ測定処理は、まず、ＲＯＭ４２に記憶されている図２に示すスイッチ制御テーブルを参照して、「ひずみ測定」に対応したスイッチＳＷ１〜ＳＷ９のオン／オフを制御するための制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９を生成し、ポート４４を介してスイッチＳＷ１〜ＳＷ９に供給する。これにより、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５、ＳＷ６およびＳＷ９がオフすると共に、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７およびＳＷ８がオンするので、差動増幅器ＯＰ１は、ブリッジ励振用の電源増幅器として機能して、オンされたスイッチＳＷ１、ケーブル２１、ボルテージフォロアとして機能する差動増幅器ＯＰ２、オンされたスイッチＳＷ４および差動増幅器ＯＰ４を介して、ゲージ抵抗Ｒａおよびダミー固定抵抗Ｒｂ〜Ｒｄで構成されるホイートストンブリッジにブリッジ励振電圧を供給する。
【００３８】
ひずみに応じた電圧は、オンされたスイッチＳＷ７および出力バッファとして機能する差動増幅器ＯＰ５の出力端子が接続された第１の電圧出力端子ＥＯＵＴ１と、ボルテージフォロアとして機能する差動増幅器ＯＰ３、オンされたスイッチＳＷ８および出力バッファとして機能する差動増幅器ＯＰ６の出力端子が接続された第２の電圧出力端子ＥＯＵＴ２との間に出現する。このとき、測温抵抗体付きのひずみゲージ１を構成する測温抵抗体Ｒｐｔには、図示せぬリード線、ゲージ端子およびケーブル２２を介して、ボルテージフォロアとして機能し、１０００ＧΩ程度の高い入力インピーダンスを有する差動増幅器ＯＰ３が接続されるため、電流はほとんど流れない。したがって、測温抵抗体付きのひずみゲージ１をひずみ測定装置３１の接続端子Ａ〜Ｃに対して一般のひずみゲージ２１と同一の接続状態で接続しても、ひずみ測定において何ら支障はない。
ステップＳ９では、ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４２に記憶されている図示せぬ抵抗・温度変換テーブルを参照して、ステップＳ８の処理で得られた測温抵抗体Ｒｐｔの抵抗値を温度に変換（ノーマライズ）した後、一連の処理を終了する。
【００３９】
一方、ステップＳ１０では、ＣＰＵ４１は、接続端子Ａ〜Ｃには、一般のひずみゲージ２１が接続されていると判定した後、ステップＳ１１へ進む。ステップＳ１１では、ＣＰＵ４１は、一般のひずみゲージ２１が取り付けられている測定箇所のひずみを測定する処理を行った後、一連の処理を終了する。このひずみ測定処理は、まず、ＲＯＭ４２に記憶されている図２に示すスイッチ制御テーブルを参照して、「ひずみ測定」に対応したスイッチＳＷ１〜ＳＷ９のオン／オフを制御するための制御信号ＳＣ１〜ＳＣ９を生成し、ポート４４を介してスイッチＳＷ１〜ＳＷ９に供給する。これにより、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５、ＳＷ６およびＳＷ９がオフすると共に、スイッチＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ７およびＳＷ８がオンするので、差動増幅器ＯＰ１は、ブリッジ励振用の電源増幅器として機能して、オンされたスイッチＳＷ１、ケーブル２１、ボルテージフォロアとして機能する差動増幅器ＯＰ２、オンされたスイッチＳＷ４および差動増幅器ＯＰ４を介して、ゲージ抵抗Ｒａおよびダミー固定抵抗Ｒｂ〜Ｒｄで構成されるホイートストンブリッジにブリッジ励振電圧を供給する。ひずみに応じた電圧は、オンされたスイッチＳＷ７および出力バッファとして機能する差動増幅器ＯＰ５の出力端子が接続された第１の電圧出力端子ＥＯＵＴ１と、ボルテージフォロアとして機能する差動増幅器ＯＰ３、オンされたスイッチＳＷ８および出力バッファとして機能する差動増幅器ＯＰ６の出力端子が接続された第２の電圧出力端子ＥＯＵＴ２との間に出現する。したがって、一般のひずみゲージ２１をひずみ測定装置３１の接続端子Ａ〜Ｃに対して測温抵抗体付きのひずみゲージ１と同一の接続状態で接続しても、同様にひずみ測定を行なうことができる。
【００４０】
このように、本発明の上述の実施の形態によれば、１ゲージ法測定モードにおいて測温抵抗体が付いていない一般の３線式のひずみゲージと、１ゲージ法測定モードにおいて測温抵抗体付きの３線式のひずみゲージとを測定器側で判別することができると共に、１チャンネルでひずみ測定と温度測定の両方を行うことができる。したがって、本発明の上述の実施の形態によれば、従来のように、同一のひずみゲージに接続される隣接する２つのチャンネルを構成する接続端子同士をリード線で接続する手間は不要となり、作業の効率化を図ることができる。また接続間違いを起こすことがないので、信頼性の高い計測データを得ることができる。１個のひずみゲージは１つのチャンネルがあれば良いため、接続端子および切換器は、少ないチャンネル数で多くのひずみゲージを接続することができる。この結果、ひずみ計測システム全体のコストを低減することができる。
また、ひずみ測定装置３１では、高入力インピーダンスのボルテージフォロアやバッファを使用しているので、接続端子Ｂに接続されるリード線２２や測温抵抗体Ｒｐｔに電流がほとんど流れない。したがって、図１に示す回路構成によればひずみ測定に悪い影響を及ぼすことは少なく、従来の手法をそのまま利用して１ゲージ法測定モードの３線式のひずみゲージを用いたひずみ測定を行なうことができる。
【００４１】
また、一般の３線式のひずみゲージと、測温抵抗体付きの３線式のひずみゲージとを測定器側で判別することができるので、従来のように、測定に先立ち、ひずみゲージの種類をメモに記録しておき、それに合わせてひずみ測定装置へのケーブルの接続を変更する必要がなく、且つ種類の判別結果を用いてひずみの自動測定が可能となり、したがって、作業の効率化を著しく向上させることができる。
以上、この実施の形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計の変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、上述した実施の形態では、ひずみ測定装置には、１ゲージ法測定モードの、測温抵抗体が付いていない一般の３線式のひずみゲージと、測温抵抗体付きの３線式のひずみゲージとが混在して接続される例を示したが、これに限定されない。すなわち、ひずみゲージの測定モードとしては、１ゲージ法測定モード、２ゲージ法測定モードおよび４ゲージ法測定モードなどがあり、１ゲージ法測定モードでは、２線式、３線式、測温抵抗体付きの３線式があり、２ゲージ法測定モードでは、３線式、４ゲージ法測定モードでは、４線式、測温抵抗体付きの４線式がある。したがって、これら各種のひずみゲージが接続されるように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係るひずみ計測システムの構成を示す回路構成図である。
【図２】ひずみゲージの種類判別処理およびひずみ測定処理におけるスイッチのオン／オフ制御を行うための制御テーブルの一例を示す図である。
【図３】図１のひずみ測定装置に測温抵抗体付きのひずみゲージが接続されている場合においてそのひずみゲージの種類判別を説明するための模式的な一部等価回路図である。
【図４】図１のひずみ測定装置に一般のひずみゲージが接続されている場合においてそのひずみゲージの種類判別を説明するための模式的な一部等価回路図である。
【図５】図１のひずみ測定装置において、ひずみゲージの種類判別およびひずみ測定処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】この図の（ａ）、（ｂ）は、図１のひずみ測定装置に接続されたひずみゲージが測温抵抗体付きのひずみゲージである場合に、その種類判別を説明するための２種の模式的な一部等価回路図である。
【図７】この図の（ａ）、（ｂ）は、図１のひずみ測定装置に接続されたひずみゲージが一般のひずみゲージである場合に、その種類判別を説明するための２種の模式的な一部等価回路図である。
【図８】従来のひずみ計測システムの一例の構成を模式的に示す概略図である。
【図９】一般的なひずみゲージの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１１，１２ 測温抵抗体付きのひずみゲージ
２１〜２３ ケーブル
３，３１ ひずみ測定装置
４１〜４３ リード線
５ ひずみ測定回路
６ 温度測定回路
１１ ゲージベース
１２ａ〜１２ｃ ゲージタブ
２１ 一般のひずみゲージ
４０ マイクロコンピュータ（マイコン）
４１ ＣＰＵ
４２ ＲＯＭ
４３ ＲＡＭ
４４ ポート
Ａ〜Ｃ 接続端子
Ｅｉｎ 定電圧電源
ＥＯＵＴ１ 第１の電圧出力端子
ＥＯＵＴ２ 第２の電圧出力端子
Ｉ 定電流電源
ＯＰ１〜ＯＰ６ 差動増幅器
ｒ１〜ｒ３ 抵抗値
Ｒａ ゲージ抵抗
Ｒｂ〜Ｒｄ ダミー固定抵抗
Ｒｐｔ 測温抵抗体
ＳＣ１〜ＳＣ９ 制御信号
ＳＷ１〜ＳＷ９ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる種類のひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の電圧値を検出し、前記電圧値に基づいて前記ひずみゲージの種類を判別する種類判別手段と、
前記種類判別手段による判別結果に基づいて、前記種類に応じた計測を行なうひずみ計測手段と
を具備することを特徴とするひずみ測定装置。
【請求項２】
前記異なる種類のひずみゲージは、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージと、ゲージ抵抗と測温抵抗体からなる測温抵抗体付きのひずみゲージの少なくとも二種類からなることを特徴とする請求項１記載のひずみ測定装置。
【請求項３】
前記種類判別手段は、
前記ひずみゲージに給電するための定電流源と、
前記複数の接続端子の中から前記２つの接続端子を選択して前記電圧値を計測する電圧計測手段と、
前記電圧計測手段により計測された前記電圧値より求めた抵抗値に基づいて、前記ひずみゲージの種類を判別する判別手段と
を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のひずみ測定装置。
【請求項４】
前記測温抵抗体の抵抗値と温度に関する抵抗・温度変換テーブルを有し、
前記計測手段は、
前記ひずみゲージが前記測温抵抗体付きのひずみゲージであると判別された場合には、前記抵抗・温度変換テーブルを参照して、計測された前記測温抵抗体の抵抗値を温度に変換することを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載のひずみ測定装置。
【請求項５】
ゲージ抵抗と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第１のリード線と、各一端が前記ゲージ抵抗の他端にそれぞれ接続された第２および第３のリード線とを有する一般のひずみゲージと、直列接続されたゲージ抵抗および測温抵抗体と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第４のリード線と、その一端が前記測温抵抗体の一端に接続された第５のリード線と、その一端が前記ゲージ抵抗の他端と前記測温抵抗体の他端との接続点に接続された第６のリード線とを有する測温抵抗体付きのひずみゲージが接続可能であり、
前記第１または第４のリード線の各他端が第１のケーブルを介して接続される第１の接続端子と、
前記第２または第５のリード線の各他端が第２のケーブルを介して接続される第２の接続端子と、
前記第３または第６のリード線の各他端が第３のケーブルを介して接続される第３の接続端子と、
所定の電流値の定電流を出力する定電流源と、
前記第１の接続端子と前記定電流源との間に介挿された第１のスイッチと、
前記第２の接続端子を接地するための第２のスイッチと、
前記第３の接続端子を接地するための第３のスイッチと、
前記第１および第２のスイッチをオンすると共に前記第３のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の接続端子間の第１の電圧値を検出し、前記第１および第３のスイッチをオンすると共に前記第２のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第３の接続端子間の第２の電圧値を検出し、前記第１および第２の電圧値と前記電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を判別する判別手段と
を具備することを特徴とするひずみ測定装置。
【請求項６】
ゲージ抵抗と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第１のリード線と、各一端が前記ゲージ抵抗の他端にそれぞれ接続された第２および第３のリード線とを有する一般のひずみゲージと、直列接続されたゲージ抵抗および測温抵抗体と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第４のリード線と、その一端が前記測温抵抗体の一端に接続された第５のリード線と、その一端が前記ゲージ抵抗の他端と前記測温抵抗体の他端との接続点に接続された第６のリード線とを有する測温抵抗体付きのひずみゲージが接続可能であり、
前記第１または第４のリード線の各他端が第１のケーブルを介して接続される第１の接続端子と、
前記第２または第５のリード線の各他端が第２のケーブルを介して接続される第２の接続端子と、
前記第３または第６のリード線の各他端が第３のケーブルを介して接続される第３の接続端子と、
所定の電圧値の定電圧を出力する定電圧源と、
所定の電流値の定電流を出力する定電流源と、
その非反転入力端子に前記定電圧が印加された第１の差動増幅器と、
その非反転入力端子が前記第３の接続端子に接続され、その反転入力端子が前記第１の差動増幅器の反転入力端子に接続された第２の差動増幅器と、
その入力端子が前記第１の接続端子に接続された第１のボルテージフォロアと、
その入力端子が前記第２の接続端子に接続された第２のボルテージフォロアと、
その出力端子が第１の電圧出力端子に接続された第３のボルテージフォロアと、
その出力端子が第２の電圧出力端子に接続された第４のボルテージフォロアと、
その一端が前記第２の差動増幅器の反転入力端子に接続され、その他端が接地された第１のダミー固定抵抗と、
その一端が前記第２の差動増幅器の出力端子に接続された第２のダミー固定抵抗と、
その一端が前記第１のボルテージフォロアの出力端子に接続され、その他端が前記第２のダミー固定抵抗の他端に接続された第３のダミー固定抵抗と、
その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記第１の差動増幅器の出力端子に接続された第１のスイッチと、
その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記定電流源に接続された第２のスイッチと、
その一端が前記第２の接続端子と接続され、その他端が接地された第３のスイッチと、
その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が前記第２の差動増幅器の反転入力端子に接続された第４のスイッチと、
その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が接地された第５のスイッチと、
その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記第３のボルテージフォロアの入力端子に接続された第６のスイッチと、
その一端が前記第２のダミー固定抵抗の他端と前記第３のダミー固定抵抗の他端との接続点に接続され、その他端が前記第３のボルテージフォロアの入力端子に接続された第７のスイッチと、
その一端が前記第２のボルテージフォロアの出力端子と接続され、その他端が前記第４のボルテージフォロアの入力端子に接続された第８のスイッチと、
その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が前記第４のボルテージフォロアの入力端子に接続された第９のスイッチと、
前記第２、第３、第６および第８のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第１、第４、第５、第７および第９のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第１の電圧値を検出し、前記第２、第５、第６および第９のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第１、第３、第４、第７および第８のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第２の電圧値を検出し、前記第１および第２の電圧値と前記電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を判別する判別・計測手段と
を具備することを特徴とするひずみ測定装置。
【請求項７】
前記判別・計測手段は、
前記第１、第４、第７および第８のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第２、第３、第５、第６および第９のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電圧を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第３の電圧値を検出し、前記第３の電圧値に基づいて、ひずみを求めることを特徴とする請求項６記載のひずみ測定装置。
【請求項８】
前記測温抵抗体の抵抗値と温度に関する抵抗・温度変換テーブルを有し、
前記判別・計測手段は、
前記ひずみゲージが前記測温抵抗体付きのひずみゲージであると判別した場合には、前記抵抗・温度変換テーブルを参照して、計測された前記測温抵抗体の抵抗値を温度に変換することを特徴とする請求項７記載のひずみ測定装置。
【請求項９】
測定対象に取り付けられた異なる種類のひずみゲージから得られる検出データに基づいて前記測定対象のひずみを測定する際に、前記測定対象に取り付けられた前記ひずみゲージの種類を判別するひずみゲージ判別方法であって、
前記ひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の第１の電圧値を検出する第１の計測ステップと、
前記ひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から前記第１の計測ステップとは異なる２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の第２の電圧値を検出する第２の計測ステップと、
前記第１および第２の電圧値と前記給電した電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記ひずみゲージの種類を判別する種類判別ステップと
を有することを特徴とするひずみゲージ判別方法。
【請求項１０】
前記異なる種類のひずみゲージは、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージと、ゲージ抵抗と測温抵抗体からなる測温抵抗体付きのひずみゲージの少なくとも二種類からなることを特徴とする請求項９記載のひずみゲージ判別方法。
【請求項１】
異なる種類のひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の電圧値を検出し、前記電圧値に基づいて前記ひずみゲージの種類を判別する種類判別手段と、
前記種類判別手段による判別結果に基づいて、前記種類に応じた計測を行なうひずみ計測手段と
を具備することを特徴とするひずみ測定装置。
【請求項２】
前記異なる種類のひずみゲージは、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージと、ゲージ抵抗と測温抵抗体からなる測温抵抗体付きのひずみゲージの少なくとも二種類からなることを特徴とする請求項１記載のひずみ測定装置。
【請求項３】
前記種類判別手段は、
前記ひずみゲージに給電するための定電流源と、
前記複数の接続端子の中から前記２つの接続端子を選択して前記電圧値を計測する電圧計測手段と、
前記電圧計測手段により計測された前記電圧値より求めた抵抗値に基づいて、前記ひずみゲージの種類を判別する判別手段と
を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のひずみ測定装置。
【請求項４】
前記測温抵抗体の抵抗値と温度に関する抵抗・温度変換テーブルを有し、
前記計測手段は、
前記ひずみゲージが前記測温抵抗体付きのひずみゲージであると判別された場合には、前記抵抗・温度変換テーブルを参照して、計測された前記測温抵抗体の抵抗値を温度に変換することを特徴とする請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載のひずみ測定装置。
【請求項５】
ゲージ抵抗と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第１のリード線と、各一端が前記ゲージ抵抗の他端にそれぞれ接続された第２および第３のリード線とを有する一般のひずみゲージと、直列接続されたゲージ抵抗および測温抵抗体と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第４のリード線と、その一端が前記測温抵抗体の一端に接続された第５のリード線と、その一端が前記ゲージ抵抗の他端と前記測温抵抗体の他端との接続点に接続された第６のリード線とを有する測温抵抗体付きのひずみゲージが接続可能であり、
前記第１または第４のリード線の各他端が第１のケーブルを介して接続される第１の接続端子と、
前記第２または第５のリード線の各他端が第２のケーブルを介して接続される第２の接続端子と、
前記第３または第６のリード線の各他端が第３のケーブルを介して接続される第３の接続端子と、
所定の電流値の定電流を出力する定電流源と、
前記第１の接続端子と前記定電流源との間に介挿された第１のスイッチと、
前記第２の接続端子を接地するための第２のスイッチと、
前記第３の接続端子を接地するための第３のスイッチと、
前記第１および第２のスイッチをオンすると共に前記第３のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の接続端子間の第１の電圧値を検出し、前記第１および第３のスイッチをオンすると共に前記第２のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第３の接続端子間の第２の電圧値を検出し、前記第１および第２の電圧値と前記電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を判別する判別手段と
を具備することを特徴とするひずみ測定装置。
【請求項６】
ゲージ抵抗と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第１のリード線と、各一端が前記ゲージ抵抗の他端にそれぞれ接続された第２および第３のリード線とを有する一般のひずみゲージと、直列接続されたゲージ抵抗および測温抵抗体と、その一端が前記ゲージ抵抗の一端に接続された第４のリード線と、その一端が前記測温抵抗体の一端に接続された第５のリード線と、その一端が前記ゲージ抵抗の他端と前記測温抵抗体の他端との接続点に接続された第６のリード線とを有する測温抵抗体付きのひずみゲージが接続可能であり、
前記第１または第４のリード線の各他端が第１のケーブルを介して接続される第１の接続端子と、
前記第２または第５のリード線の各他端が第２のケーブルを介して接続される第２の接続端子と、
前記第３または第６のリード線の各他端が第３のケーブルを介して接続される第３の接続端子と、
所定の電圧値の定電圧を出力する定電圧源と、
所定の電流値の定電流を出力する定電流源と、
その非反転入力端子に前記定電圧が印加された第１の差動増幅器と、
その非反転入力端子が前記第３の接続端子に接続され、その反転入力端子が前記第１の差動増幅器の反転入力端子に接続された第２の差動増幅器と、
その入力端子が前記第１の接続端子に接続された第１のボルテージフォロアと、
その入力端子が前記第２の接続端子に接続された第２のボルテージフォロアと、
その出力端子が第１の電圧出力端子に接続された第３のボルテージフォロアと、
その出力端子が第２の電圧出力端子に接続された第４のボルテージフォロアと、
その一端が前記第２の差動増幅器の反転入力端子に接続され、その他端が接地された第１のダミー固定抵抗と、
その一端が前記第２の差動増幅器の出力端子に接続された第２のダミー固定抵抗と、
その一端が前記第１のボルテージフォロアの出力端子に接続され、その他端が前記第２のダミー固定抵抗の他端に接続された第３のダミー固定抵抗と、
その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記第１の差動増幅器の出力端子に接続された第１のスイッチと、
その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記定電流源に接続された第２のスイッチと、
その一端が前記第２の接続端子と接続され、その他端が接地された第３のスイッチと、
その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が前記第２の差動増幅器の反転入力端子に接続された第４のスイッチと、
その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が接地された第５のスイッチと、
その一端が前記第１の接続端子と接続され、その他端が前記第３のボルテージフォロアの入力端子に接続された第６のスイッチと、
その一端が前記第２のダミー固定抵抗の他端と前記第３のダミー固定抵抗の他端との接続点に接続され、その他端が前記第３のボルテージフォロアの入力端子に接続された第７のスイッチと、
その一端が前記第２のボルテージフォロアの出力端子と接続され、その他端が前記第４のボルテージフォロアの入力端子に接続された第８のスイッチと、
その一端が前記第３の接続端子と接続され、その他端が前記第４のボルテージフォロアの入力端子に接続された第９のスイッチと、
前記第２、第３、第６および第８のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第１、第４、第５、第７および第９のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第１の電圧値を検出し、前記第２、第５、第６および第９のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第１、第３、第４、第７および第８のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電流を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第２の電圧値を検出し、前記第１および第２の電圧値と前記電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記第１〜第３の接続端子に接続されたひずみゲージの種類を判別する判別・計測手段と
を具備することを特徴とするひずみ測定装置。
【請求項７】
前記判別・計測手段は、
前記第１、第４、第７および第８のスイッチをそれぞれオンすると共に前記第２、第３、第５、第６および第９のスイッチをオフすることにより前記第１〜第３の接続端子に接続された前記ひずみゲージに前記定電圧を供給して前記第１および第２の電圧出力端子間の第３の電圧値を検出し、前記第３の電圧値に基づいて、ひずみを求めることを特徴とする請求項６記載のひずみ測定装置。
【請求項８】
前記測温抵抗体の抵抗値と温度に関する抵抗・温度変換テーブルを有し、
前記判別・計測手段は、
前記ひずみゲージが前記測温抵抗体付きのひずみゲージであると判別した場合には、前記抵抗・温度変換テーブルを参照して、計測された前記測温抵抗体の抵抗値を温度に変換することを特徴とする請求項７記載のひずみ測定装置。
【請求項９】
測定対象に取り付けられた異なる種類のひずみゲージから得られる検出データに基づいて前記測定対象のひずみを測定する際に、前記測定対象に取り付けられた前記ひずみゲージの種類を判別するひずみゲージ判別方法であって、
前記ひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の第１の電圧値を検出する第１の計測ステップと、
前記ひずみゲージが接続される複数の接続端子の中から前記第１の計測ステップとは異なる２つの接続端子を選択して前記ひずみゲージに給電すると共に選択した前記２つの接続端子間の第２の電圧値を検出する第２の計測ステップと、
前記第１および第２の電圧値と前記給電した電流値から求めた抵抗値に基づいて、前記ひずみゲージの種類を判別する種類判別ステップと
を有することを特徴とするひずみゲージ判別方法。
【請求項１０】
前記異なる種類のひずみゲージは、ゲージ抵抗のみからなる一般のひずみゲージと、ゲージ抵抗と測温抵抗体からなる測温抵抗体付きのひずみゲージの少なくとも二種類からなることを特徴とする請求項９記載のひずみゲージ判別方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２３２１２（Ｐ２００６−２３２１２Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０２４１５（Ｐ２００４−２０２４１５）
【出願日】平成１６年７月８日（２００４．７．８）
【出願人】（０００１４２０６７）株式会社共和電業 (52)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月８日（２００４．７．８）
【出願人】（０００１４２０６７）株式会社共和電業 (52)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]