JPH11211587A - ひずみゲージ式変換器及びひずみゲージ式変換器用測定モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】接続ケーブルの長さに起因する測定精度の低下
を排除し、また、物理量測定に際しての準備作業や測定
データの処理を容易にすることができるひずみゲージ式
変換器、及びひずみゲージ式変換器用測定モジュールを
提供する。 【解決手段】ひずみゲージ３が貼着された起歪体と、ひ
ずみゲージ３により構成されて該起歪体のひずみ量に応
じたひずみ測定信号を出力するホイートストンブリッジ
回路４とを一体の筐体内に配置したひずみゲージ式変換
器において、ホイートストンブリッジ回路４に一定電圧
を供給する定電圧回路２０と、前記ひずみ測定信号をデ
ジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２２と、該デジタ
ルデータをそのまま又は所定処理を施して、測定結果デ
ータとして外部の測定データ処理装置に送信するデータ
通信処理手段３０とを前記筐体内に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、荷重、変位、圧
力等の物理量を起歪体の機械ひずみに変換し、該機械ひ
ずみを該起歪体に貼着されたひずみゲージにより電気信
号として抽出するひずみゲージ式変換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】ひずみゲージ式変換器は、荷重、変位、
圧力、加速度、トルク等の物理量を電気信号として抽出
するものであり、ひずみゲージが貼着された起歪体と、
ひずみゲージにより形成されるホイートストンブリッジ
回路とが一体の筐体内に配置され、外部からホイートス
トンブリッジ回路に作動電源が供給されて、ホイートス
トンブリッジ回路の出力電圧が外部に出力される。

【０００３】ひずみゲージ式変換器の起歪体に物理量が
加わると、該物理量に対応した応力が起歪体内部に発生
し、該応力に比例した機械ひずみが起歪体に生じる。そ
して、起歪体に生じたひずみ量に応じて該起歪体に貼着
されたひずみゲージの抵抗値が変化するため、ホイート
ストンブリッジ回路からの出力電圧（以下、ひずみ測定
信号という）のレベルが変動する。即ち、起歪体に加え
られた物理量の大きさに応じて、ひずみ測定信号のレベ
ルが変化する。

【０００４】そして、ひずみゲージ式変換器により物理
量を測定する際は、ひずみゲージ式変換器とデータロガ
ー等の測定データ処理装置とを接続ケーブルを介して接
続することで、測定データ処理装置からひずみゲージ式
変換器に作動電源が供給され、また、ひずみゲージ式変
換器から出力されたひずみ測定信号が測定データ処理装
置に入力される。測定データ処理装置は、このようにし
て取得したひずみ測定信号を演算処理してひずみ測定信
号のレベルを物理量の大きさに変換することで、ひずみ
ゲージ式変換器に加わった物理量の大きさを測定する。

【０００５】しかし、ひずみ測定信号のレベルは微小で
あるため、ひずみゲージ式変換器と測定データ処理装置
とを比較的離れた場所に設置して物理量の測定を行う場
合に、接続ケーブルが長くなると、ひずみゲージ式変換
器から測定データ処理装置への伝送途中で、ひずみ測定
信号のレベルが減衰したり外部ノイズの影響を受け易く
なって、測定誤差が生じるおそれが大きくなるという不
都合があった。

【０００６】また、特に構造物等の多点測定では、測定
点が数百、場合によっては数千に及ぶことがあり、この
ような場合に上述したひずみ測定信号のレベルを物理量
の大きさに変換する演算処理やひずみ測定信号の補正を
行うためには、各測定点毎のひずみ測定信号に対する演
算処理を測定データ処理装置側で行わなければならず、
測定データ処理装置の負担が大きかった。

【０００７】さらに、各測定点のひずみゲージや起歪体
の温度特性に応じた補正や、ひずみ測定信号の非直線性
の補正等が必要となる場合もあり、このような場合に
も、測定データ処理装置側で各測定点毎のひずみ測定信
号に対する補正を行わなければならず、測定データ処理
装置側の負担が大きかった。

【０００８】また、多数の測定点での応力測定にあたっ
ては、各測定点に設置されたひずみゲージ式変換器を測
定データ処理装置や、各ひずみゲージ式変換器からのひ
ずみ測定信号を選択して測定データ処理装置に出力する
スイッチボックスと接続するための配線作業に多大な労
力を要していた。

【０００９】さらに、スイッチボックスを介して複数の
ひずみゲージ式変換器データ処理装置からのひずみ測定
信号を時分割的に選択して１台の測定データ処理装置に
入力する構成とした場合には、特に測定点数が多い場合
に、各測定点の測定時刻に比較的大きな時間差が生じる
ため、厳密な意味での同一時刻における多数の測定点で
の物理量の測定ができなかった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記背景に
鑑み、接続ケーブルの長さに起因する測定精度の低下を
防止し、また、物理量の測定に際しての準備作業や測定
データの処理を容易にすることができるひずみゲージ式
変換器、及びひずみゲージ式変換器用測定モジュールを
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、ひずみゲージが貼着された起歪体と、該ひ
ずみゲージにより構成されて該起歪体のひずみ量に応じ
たひずみ測定信号を外部に出力するホイートストンブリ
ッジ回路とを一体の筐体内に配置したひずみゲージ式変
換器（以下、従来のひずみゲージ式変換器という）の改
良に関するものである。

【００１２】また、従来のひずみゲージ式変換器と接続
することで、上記目的を達成するひずみゲージ式変換器
用測定モジュールに関するものである。

【００１３】従来のひずみゲージ式変換器は、データロ
ガー等の測定データ処理装置と接続ケーブルを介して接
続して用いられ、該測定データ処理装置から該接続ケー
ブルを介して前記ホイートストンブリッジ回路に作動電
源が供給されると共に、該ホイートストンブリッジ回路
から出力される前記ひずみ測定信号が、該接続ケーブル
を介して該測定データ処理装置に入力される。

【００１４】そのため、従来のひずみゲージ式変換器と
測定データ処理装置とが比較的離れた場所に設置され、
両者を接続する接続ケーブルが長くなると、微小な信号
である前記ひずみ信号に減衰が生じたり外部からのノイ
ズの影響を受け易くなるという不都合があった。

【００１５】そこで、かかる不都合が生じることを防止
するため、本発明のひずみゲージ式変換器は、従来のひ
ずみゲージ式変換器の筐体内に、前記ひずみ測定信号を
デジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、該デジタル
データをそのまま又は所定処理を施して測定結果データ
として、外部の測定データ処理装置に送信するデータ通
信処理手段とを設けたことを特徴とする。

【００１６】また、本発明のひずみゲージ式変換器用測
定モジュールは、前記従来のひずみゲージ式変換器と近
接して接続可能であって、該従来のひずみゲージ式変換
器から出力される前記ひずみ測定信号をデジタルデータ
に変換するＡ／Ｄ変換器と、該デジタルデータをそのま
ま又は所定処理を施して測定結果データとして、外部の
測定データ処理装置に送信するデータ通信処理手段とを
一体の筐体内に設けたことを特徴とする。

【００１７】かかる本発明のひずみゲージ式変換器によ
れば、前記ホイートストンブリッジ回路と前記Ａ／Ｄ変
換器とが近接して設けられるので、該ホイートストンブ
リッジ回路から出力される前記ひずみ測定信号を減衰や
ノイズの影響を回避してデジタルデータに変換すること
ができる。

【００１８】また、本発明のひずみゲージ式変換器用測
定モジュールを前記従来型のひずみゲージ式変換器と近
接させて接続することで、該従来型のひずみゲージ式変
換器に備えられた前記ホイートストンブリッジ回路と、
該ひずみゲージ式変換器用測定モジュールに備えられた
前記Ａ／Ｄ変換器とが短い接続線で接続され、該ホイー
トストンブリッジ回路から出力される前記ひずみ測定信
号を減衰やノイズの影響を回避してデジタルデータに変
換することができる。

【００１９】そして前記Ａ／Ｄ変換器により変換された
前記ひずみ測定信号のデジタルデータが、前記データ通
信処理手段により前記データ通信処理手段に送信され
る。そのため、微小な前記測定結果データをそのまま前
記データ通信処理手段に送信する場合と比べて、該測定
データ処理装置との接続距離が長いときであっても、外
部ノイズの影響を受け難くすることができる。

【００２０】さらに、前記ひずみ測定信号のデジタルデ
ータの物理量への変換や、該ひずみ測定信号のデジタル
データに対する補正等の処理が必要な場合に、前記デー
タ通信処理手段においてこれらの処理を施し、処理後の
デジタルデータを前記測定結果データとして前記測定デ
ータ処理装置に送信することで、該測定データ処理装置
側での該測定結果データの演算処理が不要となる。その
ため、測定データ処理装置の負担を軽減することができ
る。

【００２１】次に、ひずみゲージ式変換器を用いて物理
量の測定を行う場合、前記ひずみ測定信号に対して、前
記ひずみゲージの温度特性や、前記起歪体の温度特性、
或いは前記起歪体の熱ひずみ等を考慮した温度補正を行
うことが必要となる場合がある。

【００２２】そこで、このような温度補正を行うため、
本発明のひずみゲージ式変換器は、前記起歪体の温度を
検出する温度センサを備え、前記Ａ／Ｄ変換器は、該温
度センサによる検出温度をデジタルデータに変換する機
能を有し、前記データ通信処理手段は、前記Ａ／Ｄ変換
器により生成された前記温度センサによる検出温度のデ
ジタルデータを、温度検出データとして前記測定データ
処理装置に送信する機能を有することを特徴とする。

【００２３】かかる本発明によれば、前記温度補正に必
要となる前記起歪体の温度検出データを、前記測定結果
データと共に前記測定データ処理手段に送信することが
できる。

【００２４】また、本発明のひずみゲージ式変換器は、
前記起歪体の温度を検出する温度センサを備え、前記Ａ
／Ｄ変換器は該温度センサから出力される温度検出信号
をデジタルデータに変換する機能を有し、前記データ通
信処理手段は、前記所定処理において、該Ａ／Ｄ変換器
により生成された該温度検出信号のデジタルデータに基
づいて、前記ひずみ測定信号のデジタルデータの補正を
行うことを特徴とする。

【００２５】かかる本発明によれば、前記測定データ処
理装置側で、前記温度補正処理を行うことが不要とな
り、該測定データ処理装置での測定結果データの処理が
容易になる。

【００２６】また、本発明のひずみゲージ式変換器及び
本発明のひずみゲージ式変換器用測定モジュールに備え
られた前記データ通信処理手段は、前記所定処理におい
て、前記起歪体のひずみ量に応じた前記ひずみ測定信号
の出力レベルの非直線性の補正を行うことを特徴とす
る。

【００２７】かかる本発明によれば、前記測定データ処
理装置側で、前記非直線性の補正を行うことが不要とな
り、該測定データ処理装置での測定結果データの処理が
容易になる。

【００２８】次に、従来のひずみゲージ式変換器を用い
て多数箇所で物理量の測定を行う場合は、各測定点にひ
ずみゲージ式変換器を設置し、各ひずみゲージ式変換器
と測定データ処理装置とを接続ケーブルを介して一対一
に接続しなければならず、配線作業に多大な労力を必要
としていた。

【００２９】そこで、このような配線作業を容易にする
ため、本発明のひずみゲージ式変換器に備えられた前記
データ通信処理手段は、該データ通信処理手段が備えら
れたひずみゲージに応じて固有に設定された識別コード
を持ち、前記測定データ処理装置から送信される、該識
別コードに対応した出力指示データを受信する機能を有
し、該出力指示データの受信に応じて、前記測定結果デ
ータを前記測定データ処理装置に送信することを特徴と
する。

【００３０】また、本発明のひずみゲージ式変換器用測
定モジュールに備えられた前記データ通信処理手段は、
該データ通信処理手段が備えられた該ひずみゲージ式変
換器用測定モジュールに応じて固有に設定された識別コ
ードを持ち、前記測定データ処理装置から送信される、
該識別コードに対応した出力指示データを受信する機能
を有し、該出力指示データの受信に応じて、前記測定結
果データを前記測定データ処理装置に送信することを特
徴とする。

【００３１】かかる本発明によれば、１系統の共通ケー
ブルを介して、１台の前記測定データ処理装置と、複数
の本発明のひずみゲージ式変換器又は本発明のひずみケ
ージ式変換器用測定モジュールに備えられた前記データ
通信処理手段とを接続することができ、該測定データ処
理装置は、各データ通信処理手段から前記測定結果デー
タを時分割的に受信することができる。

【００３２】即ち、前記測定データ処理装置が、該測定
データ処理装置と接続された複数の本発明のひずみゲー
ジ式変換装置又は本発明のひずみゲージ式変換器用測定
モジュールに対して、これらに固有に設定された前記識
別コードに応じた前記出力指示データを順次送信する
と、該出力指示データを受信した、該識別コードを有す
る本発明のひずみゲージ式変換器又は本発明のひずみゲ
ージ式変換器用測定モジュールに備えられた前記データ
通信処理手段は、該出力指示データに応じて、前記測定
結果データを該測定データ処理装置に対して送信する。
そのため、前記測定データ処理装置と、複数の本発明の
ひずみゲージ式変換器又は本発明のひずみゲージ式変換
器用測定モジュールのそれぞれとを一対一に配線する必
要がなく、配線処理が容易になる。

【００３３】次に、上述したように、１台の測定データ
処理装置と、複数の本発明のひずみゲージ式変換器又は
本発明のひずみゲージ式変換器用モジュールとを１系統
の共通ケーブルを介して接続し、時分割的に各測定点に
おける物理量の測定データの収集を行う場合、厳密な意
味での同一時刻での各測定点における物理量を測定する
ことができない。

【００３４】そこで、本発明のひずみゲージ式変換器及
び本発明のひずみゲージ式変換器用測定モジュールに備
えられた前記データ通信処理手段は、前記測定結果デー
タを保持する記憶手段を備え、前記測定データ処理装置
から送信される測定開始指示データを受信する機能を有
して、該測定開始指示データを受信した際の前記Ａ／Ｄ
変換器の出力に基づく前記測定結果データを該記憶手段
に保持し、この保持した測定結果データを、前記出力指
示データの受信に応じて、前記測定データ処理装置に送
信することを特徴とする。

【００３５】かかる本発明によれば、前記測定データ処
理手段１台に対して、本発明のひずみゲージ式変換器又
は本発明のひずみゲージ式変換器用測定モジュールを複
数台、上述した場合と同様に１系統の共通信号路を介し
て接続した場合に、該測定データ処理手段から該共通信
号路に前記測定開始データが出力されると、各本発明の
ひずみゲージ式変換器又は本発明のひずみゲージ式変換
器用測定モジュールに備えられた前記データ通信処理手
段は、該測定開始データを同時に受信し、該受信時の前
記測定結果データを前記記憶手段に保持する。

【００３６】そして、前記測定データ処理装置は、複数
の本発明のひずみゲージ式変換器又は本発明のひずみゲ
ージ式変換器用測定モジュールのそれぞれに、前記識別
コードに応じた前記出力指示データを順次送信すること
で、本発明のひずみゲージ式変換器又は本発明のひずみ
ゲージ式変換器用測定モジュールに備えられた各データ
通信処理手段から、前記測定開始データ受信時に測定さ
れ、前記記憶手段に保持された前記測定結果データを時
分割的に受信することができる。

【００３７】これにより、前記測定データ処理装置は、
本発明の各ひずみゲージ式変換器及びひずみゲージ式変
換器用測定モジュールから、同一時刻での前記測定結果
データを時分割的に取得することができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態につい
て、図１，図２を参照して説明する。図１は本発明のひ
ずみゲージ式変換器を用いて、多数の測定点で圧力の測
定を行う場合の全体構成図。図２は図１に示したひずみ
ゲージ式変換器の回路構成図である。

【００３９】図１を参照して、本発明のひずみゲージ式
変換器１は、起歪体２に貼着された４枚のひずみゲージ
３と、該ひずみゲージ３により構成されるホイートスト
ンブリッジ回路４と接続される測定ユニット５とを一体
の筐体６内に備え、コネクタ７と接続される共通ケーブ
ル８及びコネクタ９を介して測定データ処理装置１０と
接続される。

【００４０】ひずみゲージ式変換器１に外部から圧力Ｐ
が加わると、起歪体２内部に該圧力Ｐに対応した応力σ
が発生する。そして起歪体２に応力σに比例したひずみ
が生じて、起歪体２に貼着されたひずみゲージ３の抵抗
値が変化する。

【００４１】図２を参照して、ひずみゲージ３により構
成されるホイートストンブリッジ回路４には、測定ユニ
ット５から一定電圧Ｖが印加されるため、ホイートスト
ンブリッジ回路４からの出力Δｅがひずみゲージの抵抗
値の変化に応じて変動する。これにより、ひずみゲージ
式変換器１に加わった圧力Ｐの大きさが、Δｅ（以下、
ひずみ測定信号という）という電気信号のレベルに変換
されて、測定ユニット５に出力される。

【００４２】図２を参照して、測定ユニット５は、所要
の回路を１チップマイコン等を用いて小型化したもので
あり、ホイートストンブリッジ回路４とその近傍で接続
される。

【００４３】測定ユニット５は、ホイートストンブリッ
ジ回路４に一定電圧Ｖを供給する定電圧回路２０と、ホ
イートストンブリッジ回路４から出力されるひずみ測定
信号Δｅを入力して増幅する増幅器２１と、増幅器２１
の出力をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２２
と、測定ユニット５の全体的な動作制御や、Ａ／Ｄ変換
器２２から入力したひずみ測定信号Δｅのデジタルデー
タに対する各種補正処理等の所定処理を行う制御回路
（ＣＰＵ）２３と、制御回路２３の動作プログラムや各
種データを記憶保持する記憶回路２４と、図１に示した
測定データ処理装置１０との間でデータの送受信を行う
インターフェース回路２５と、該測定データ処理装置１
０から供給される作動用電力から制御回路２３等の回路
部に供給する所定電圧を生成する主電源回路２６とによ
り構成される。

【００４４】尚、制御回路２３は、記憶回路２４及びイ
ンターフェース回路２５と共に本発明のデータ通信処理
手段３０を構成する。

【００４５】また、記憶回路２４は、制御回路２３の作
動プログラム等を予め記憶保持したＲＯＭと、制御回路
２３により生成される測定結果データ等を記憶保持する
ＲＡＭと、制御回路２３がＡ／Ｄ変換器２３から入力し
たひずみ測定信号のデジタルデータに対する所定処理に
使用するパラメータデータ等を記憶保持するＥＥＰＲＯ
Ｍとにより構成される。さらに、ＥＥＰＲＯＭには、予
め各ひずみゲージ式変換器１に固有の識別コード（ＩＤ
コード）が記憶保持されている。

【００４６】図１に示した測定データ処理装置１０はマ
イコンを用いて構成されたもので、各ひずみゲージ式変
換器１の測定ユニット５に、共通ケーブル８を介して前
記作動用電力を供給すると共に、各種指示データを送信
する。また、各ひずみゲージ式変換器１から送信される
測定結果データ等を共通ケーブル８を介して受信し、受
信したデータの加工、記憶保持、表示（図示しない表示
器への表示やプリンタによる印字表示等）等を行う。

【００４７】次に、図１，図２を参照して、ひずみゲー
ジ式変換器１を複数個使用して、複数の測定箇所に加え
られる圧力を測定する場合の、各ひずみゲージ式変換器
１の作動について説明する。

【００４８】図１を参照して、建造物、機械等の物体の
複数箇所に加わる圧力を同時に測定する場合、ひずみゲ
ージ式変換器１を圧力測定点にそれぞれ設置して、各ひ
ずみゲージ式変換器１を１系統の共通ケーブル８を介し
て測定データ処理装置１０と接続する。

【００４９】このように接続することで、各ひずみゲー
ジ式変換器１には、共通ケーブル８を介して測定データ
処理装置１０から作動用電源が供給される。図２を参照
して、共通ケーブル８と接続されたコネクタ７から測定
部５に作動用電源が供給されると、主電源回路２６によ
り生成された所定電圧が制御回路２３等の回路部に印加
されて、制御回路２３等が動作を開始する。

【００５０】そして、測定データ処理装置１０から、圧
力の測定開始を指示する「測定開始指示データ」が送信
されると、各ひずみゲージ式変換器１は共通ケーブル８
を介して該「測定開始指示データ」を同時に受信する。
制御回路２３は、「測定開始データ」を受信すると、定
電圧回路２０からホイートストンブリッジ回路４への電
圧の印加を開始する。

【００５１】ここで、定電圧回路２０は測定データ処理
装置１０から供給される前記作動用電源から一定の電圧
を生成するものであり、前記作動用電源の電圧が変動し
てもホイートストンブリッジ回路４への印加電圧は一定
に保たれる。

【００５２】このようにホイートストンブリッジ回路４
に一定電圧Ｖを印加することで、ホイートストンブリッ
ジ回路４から、起歪体２に加わる圧力Ｐに応じたひずみ
測定信号Δｅが出力され、該ひずみ測定信号Δｅは増幅
器２１で増幅されてＡ／Ｄ変換器２２によりデジタルデ
ータ化される。

【００５３】そして、ひずみゲージ式変換器の制御回路
２３は、Ａ／Ｄ変換器から出力されたひずみ測定信号の
デジタルデータを取り込んで、記憶回路２４のＲＡＭに
保持する。以上の処理が、各ひずみゲージ式変換器１で
同時に実行されるため、各ひずみゲージ式変換器１の記
憶回路２４に、同時刻（「測定開始指示データ」受信時
刻）における測定結果データが保持される。

【００５４】次に、測定データ処理装置１０は、各ひず
みゲージ式変換器１に対して固有に設定された前記識別
コード（ＩＤコード）を択一的に（例えば順番に）選択
し、該選択した識別コードを含む「出力指示データ」を
送信する。この「出力指示データ」は共通ケーブル８を
介して各ひずみゲージ式変換器１で同時に受信される。

【００５５】各ひずみゲージ式変換器１の制御回路２３
は、インターフェース回路２５を介して「出力指示デー
タ」を取り込むと、「出力指示データ」に含まれる前記
識別コードを抽出し、抽出した識別コードが記憶回路２
４のＥＥＰＲＯＭに保持された自身の識別コードと一致
するか否かの判断を行う。

【００５６】そして、各ひずみゲージ式変換器１の制御
回路２３は、「出力指示データ」から抽出された識別コ
ードが自身の識別コードと一致したときは、記憶回路２
４のＲＡＭに保持していた前記測定結果データをインタ
ーフェース回路２５を介して送信し、一致しなかったと
きには前記測定結果データの送信は行わない。

【００５７】これにより、測定データ処理装置１０から
「出力指示データ」が送信される毎に、該「出力指示デ
ータ」に含まれた識別コードを有するいずれか１個のひ
ずみゲージ式変換器から、前記測定結果データが順次送
信され、各ひずみゲージ式変換器１から送信される測定
結果データが共通ケーブル８上で競合することがない。

【００５８】したがって、測定データ処理装置１０は、
同時刻（「測定開始指示データ」受信時刻）における前
記測定結果データを、１系統の共通ケーブル８を介して
時分割的に受信することができる。

【００５９】そして、測定データ処理装置１０は、この
ようにして受信、収集した各測定点の測定結果データを
そのまま、或いは圧力の大きさに変換して図示しない表
示器に表示したり、記録装置に記録して多数の測定点で
の圧力測定を終了する。

【００６０】このような本実施形態のひずみゲージ式変
換器１によれば、ひずみゲージ３により構成されるホイ
ートストンブリッジ回路４が、その近傍で測定ユニット
５と接続される。そのため、その接続線３１，３２，３
３，３４は極めて短くて済み、したがって、定電圧回路
２０から印加される電圧が接続線３１，３２の抵抗によ
り降下することや、ホイートストンブリッジ回路４から
出力されるひずみ測定信号Δｅが接続線３３，３４を介
して増幅器２１に入力されるまでの間に、外部ノイズの
影響を受けることがほとんどない。

【００６１】そして、ひずみゲージ式変換器１から測定
データ処理装置１０との間の通信は、デジタルデータに
より行われるため、共通ケーブル８が長くなっても、該
共通ケーブル８の抵抗増加や、外乱ノイズの影響を受け
難い。

【００６２】したがって、接続線による測定精度や測定
の安定性への悪影響を防止して、各測定点の圧力Ｐ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。

【００６３】また、各ひずみゲージ式変換器１と測定デ
ータ処理装置１０とを１系統の共通ケーブル８を介して
接続すればよいので、これらの配線処理を簡単に行うこ
とができる。

【００６４】さらに、制御回路２３において、Ａ／Ｄ変
換器２２から入力されたひずみ測定信号Δｅのデジタル
データを、以下の式（１），（２）により、起歪体２の
ひずみ量εや、該ひずみ量εに対応した起歪体に生じた
応力σに変換し、変換後のデジタルデータを測定結果デ
ータとして、測定データ処理装置１０に送信するように
してもよく、これによれば、測定データ処理装置側での
測定データの処理が容易になる。

【００６５】 ε＝（４Δｅ）／（ＫＶ） ・・・・・ （１） σ＝Ｅε ・・・・・ （２） 但し、Ｋはひずみゲージ３のゲージ率、Ｅは起歪体２の
ヤング率であり、これらのデータは記憶回路２４のＥＥ
ＰＲＯＭに予め保持される。

【００６６】次に、本発明の第２の実施形態について、
図３，図４を参照して説明する。本第２の実施の形態の
ひずみゲージ式変換器は、図１に示したひずみゲージ式
変換器１に、起歪体２の温度を検出する温度センサを設
けた点のみが相違するものであり、同一構成部分につい
ては前記第１の実施形態と同一の参照符号を用いて詳細
な説明を省略する。

【００６７】図３は本第２実施形態における本発明のひ
ずみゲージ式変換器を用いて、多点の応力の測定を行う
場合の全体構成図。図４は図１に示したひずみゲージ式
変換器の回路構成図である。

【００６８】図３を参照して、ひずみゲージ式変換器５
０には、起歪体２の温度を検出するための温度センサ５
１（例えば熱電対）が設けられ、温度センサ５１が測定
ユニット５に接続される。

【００６９】この場合、図４を参照して、測定ユニット
５は、前記図２に示した回路構成、即ち定電圧回路２
０、増幅器２１、Ａ／Ｄ変換器２２、制御回路２３、記
憶回路２４、インターフェース回路２５、及び主電源回
路２６に加えて、切替器５２を備えている。この切替回
路５２には、ホイートストンブリッジ回路４から出力さ
れるひずみ測定信号Δｅを増幅器２１により増幅したも
のと、温度センサ５１の検出信号（以下、温度検出信号
という）とが入力され、これらを制御回路２３の制御に
より選択的に切り替えてＡ／Ｄ変換器２２に出力し、デ
ジタルデータに変換させるようにしている。

【００７０】次に図３を参照して、ひずみゲージ式変換
器５０を複数個使用して、複数の測定点に加えられる圧
力Ｐを測定する場合のひずみゲージ式変換器５０の作動
について説明する。

【００７１】図３のひずみゲージ式変換器５０に、測定
データ処理装置１０から前記第１の実施形態で説明した
「測定開始指示データ」が送信されると、各ひずみゲー
ジ式変換器５０では、以下の処理が実行される。

【００７２】即ち、図４を参照して、測定ユニット５の
制御回路２３は、インターフェース回路２５を介して
「測定開始指示データ」を受信すると、切替器５２をホ
イートストンブリッジ回路４側及び温度センサ５１側に
順次切り替えて、ひずみ測定信号Δｅと温度検出信号と
を順次Ａ／Ｄ変換器２２によりデジタルデータに変換さ
せ、該デジタルデータを取り込む。

【００７３】そして、制御回路２３は、起歪体２のひず
み量εを上述した式（１）より求める。ここで、例えば
起歪体２の温度が大きく変化するような測定環境条件で
は、ひずみ測定信号Δｅのデータから得られるひずみ量
εには、起歪体２に作用する圧力Ｐによるものの他、起
歪体２やひずみゲージ３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３の温度特性等に起因し
て、測定感度も変化する。

【００７４】そこで、本第２の実施の形態では、各ひず
みゲージ式変換器５０の制御回路２３は、温度センサ５
１の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（３）の補正演算を行うことで、圧力Ｐ
による真のひずみ量εｘを求める。

【００７５】 εｘ＝（ε−温度ｔにおける見かけひずみ）・ｋ(t) ・・・・・・（３） ここで（３）における見かけひずみは、起歪体２に圧力
Ｐによる真のひずみが生じていない状態で、起歪体２の
熱ひずみやひずみゲージ１自身の熱ひずみ等、圧力Ｐ以
外の要因に起因して現れるひずみ測定信号Δｅから把握
されるひずみ量であり、この見かけひずみの温度ｔにお
ける値は、例えば各ひずみゲージ式変換器５０毎に記憶
回路２４のＥＥＰＲＯＭに予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、温度センサ５１の温度
検出信号に基づく温度ｔから求める。また式（３）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、各ひずみゲ
ージ式変換器５０毎に記憶回路２４のＥＥＰＲＯＭに予
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、温度センサ５１の温度検出信号に基づく温度ｔから
求める。

【００７６】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。

【００７７】そして、各ひずみゲージ式変換器５０の制
御回路２３は、上記のようにして求めた真のひずみ量ε
ｘのデータ（デジタルデータ）を測定結果データとして
記憶回路２４のＲＡＭに記憶保持させ、その記憶保持し
た測定結果データを、前記第１の実施形態と同様に、測
定データ処理装置１０から各ひずみゲージ式変換器５０
毎の識別コードを含む前記「出力指示データ」が与えら
れたときに、測定データ処理装置１０に、共通ケーブル
８を介して送信する。

【００７８】これにより、測定データ処理装置１０側で
は、各測定点毎の起歪体２の真のひずみ量εｘを示すデ
ータが得られることとなる。

【００７９】このような本第２の実施形態のひずみゲー
ジ式変換器５０によれば、前記第１の実施形態のひずみ
ゲージ式変換器１と同様の作用効果を奏する他、各測定
点のひずみゲージ式変換器５０において、起歪体２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１０側で各測定点毎に温度に応じた補正を行う必要
がなくなり、後処理が極めて容易なものとなる。しか
も、各測定毎の起歪体２の温度に応じた補正処理は、各
ひずみゲージ式変換器５０において、独立に並列して行
われるので、該補正処理を効率良く行うことができる。

【００８０】尚、本第２の実施形態では、各ひずみゲー
ジ式変換器５０において、起歪体２の温度ｔに応じた補
正処理を行うようにしたが、各ひずみゲージ式変換器５
０からひずみ測定信号Δｅのデジタルデータ或いはこれ
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１０に送信し、測定
データ処理装置１０側で、上述したような温度補正処理
を行うようにしてもよい。

【００８１】このようにした場合であっても、各ひずみ
ゲージ式変換器５０から測定データ処理装置１０に送信
されるデータはデジタルデータであるため、共通ケーブ
ル８の抵抗や、外部ノイズ等の影響を排除して、精度の
良い測定を安定して行うことが可能である。

【００８２】また、起歪体２に加えられる圧力Ｐの大き
さと、該圧力Ｐが加えられたときの起歪体２のひずみ量
εとは完全な比例関係とはならず、最大定格に対して数
％程度の非直線性を有する場合がある。そのため、特に
測定精度が問題となるときには、前記第１、第２の実施
形態において、各ひずみゲージ式変換器１及び５０に備
えた測定ユニット５の記憶回路２４のＥＥＰＲＯＭに上
述した非直線性の補正データを予め記憶保持しておき、
前記「測定開始指示データ」を受信したときに、Ａ／Ｄ
変換器２２から出力されたひずみ測定信号のデジタルデ
ータ、或いは該デジタルデータに対する温度補正を行っ
たデジタルデータに対して、前記非直線性の補正データ
により、該非直線性の補正を行ったデータを測定結果デ
ータとすることが有効である。

【００８３】また、前記第１の実施形態におけるひずみ
ゲージ式変換器１及び前記第２の実施形態におけるひず
みゲージ式変換器５０においては、測定ユニット５を一
体に構成して筐体６内に配置したが、測定ユニット５を
適当なブロックに分割して筐体６内に配置するようにし
てもよい。

【００８４】次に、本発明第３の実施形態について、図
５を参照して説明する。図５を参照して、本発明のひず
みゲージ式変換器用測定モジュール６０は、起歪体２に
貼着された４枚のひずみゲージ３と、該ひずみゲージ３
により構成されるホイートストンブリッジ回路４とを一
体の筐体６内に備えたひずみゲージ式変換器６１（以
下、従来のひずみゲージ式変換器という）と接続して用
いられるものである。

【００８５】従来のひずみゲージ式変換器６１とひずみ
ゲージ式変換器用測定モジュール６０とは、コネクタ
７、モジュール接続ケーブル６２、及びコネクタ６３を
介して接続され、ひずみゲージ式変換器用測定モジュー
ル６０からひずみゲージ式変換器６１のホイートストン
ブリッジ回路４に一定電圧Ｖが供給される。

【００８６】そして、該一定電圧Ｖが印加されること
で、ホイートストンブリッジ回路４からは、ひずみゲー
ジ式変換器６１に加えられた圧力Ｐに対応したひずみ測
定信号Δｅが出力され、該ひずみ測定信号Δｅがモジュ
ール接続ケーブル６２を介してひずみゲージ式変換器用
測定モジュール６０に入力される。

【００８７】ひずみゲージ式変換器用測定モジュール６
０の構成は、図２に示した前記第１の実施形態の測定ユ
ニット５と同様であり、測定ユニット５の回路構成を一
体の小型筐体内で構成する。

【００８８】そのため、ひずみゲージ式変換器用測定モ
ジュール６０は、従来のひずみゲージ式変換器６１の近
傍に配置することができる。これにより、ひずみゲージ
式変換器用測定モジュール６０と従来のひずみゲージ式
変換器６１とを、短いモジュール接続ケーブル６２で接
続することができ、ひずみゲージ式変換器用測定モジュ
ール６０からモジュール接続ケーブル６２を介して、ひ
ずみゲージ式変換器６１のホイートストンブリッジ回路
４に印加される電圧が、モジュール接続ケーブルの抵抗
により低下することを防止できる。

【００８９】また、ひずみゲージ式変換器６１のホイー
トストンブリッジ回路４から出力されたひずみ測定信号
Δｅが、モジュール接続ケーブル６２を介してひずみゲ
ージ式変換器用測定モジュール６０に入力される間に、
外部ノイズの影響を受けることが防止されるため、ひず
みゲージ式変換器用測定モジュール６０は、ひずみ測定
信号Δｅを安定して入力することができる。

【００９０】そして、ひずみゲージ式変換器用測定モジ
ュール６０を、従来のひずみゲージ式変換器６１と接続
することで、前記第１の実施形態におけるひずみゲージ
式変換器１と同一の作用効果を得ることができる。

【００９１】したがって、本第３の実施形態のひずみゲ
ージ式変換器用測定モジュール６０によれば、従来のひ
ずみゲージ式変換器６１を特に改造することなく、前記
第１の実施形態におけるひずみゲージ式変換器１と同様
の作用効果を得ることができる。

【００９２】尚、前記第１〜第３の実施形態において
は、測定ユニット５及びひずみゲージ式変換器用測定モ
ジュール６０の作動用電力は、測定データ処理装置１０
から供給するようにしたが、該作動用電力の電源として
電池をひずみゲージ式変換器１、５０及びひずみゲージ
式変換器用測定モジュール６０に内蔵させるようにして
もよい。この場合には、ひずみゲージ式変換器１，５０
及びひずみゲージ式変換器用測定モジュール６０と測定
データ処理装置１０との間のデジタルデータの通信を無
線で行ってもよい。

【００９３】また、前記第１〜第３の実施形態において
は、圧力を検出するひずみゲージ式変換器を示したが、
他の物理量、例えば荷重や変位等を検出するひずみゲー
ジ式変換器であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における多点測定のた
めの全体構成図。

【図２】図１に示したひずみゲージ式変換器の回路構成
図。

【図３】本発明の第２の実施形態における多点測定のた
めの全体構成図。

【図４】図２に示したひずみゲージ式変換器の回路構成
図。

【図５】本発明の第３の実施形態におけるひずみゲージ
式変換器用測定モジュールの接続図。

【符号の説明】

１，５０…ひずみゲージ式変換器、２…起歪体、３…ひ
ずみゲージ、４…ホイートストンブリッジ回路、５…測
定ユニット、６…筐体、７…コネクタ、８…共通ケーブ
ル、９…コネクタ、１０…測定データ処理装置、２０…
定電圧回路、２１…増幅器、２２…Ａ／Ｄ変換器、２３
…制御回路、２４…記憶回路、２５…インターフェース
回路、２６…主電源回路、５１…温度センサ、５２…切
替器、６０…ひずみゲージ式変換器用測定モジュール、
６１…（従来の）ひずみゲージ式変換器、６２…モジュ
ール接続ケーブル、６３，６４…コネクタ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ひずみゲージが貼着された起歪体と、該ひ
   ずみゲージにより構成されて該起歪体のひずみ量に応じ
   たひずみ測定信号を外部に出力するホイートストンブリ
   ッジ回路とを一体の筐体内に配置したひずみゲージ式変
   換器において、 前記ひずみ測定信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ
   変換器と、該デジタルデータをそのまま又は所定処理を
   施して、測定結果データとして外部の測定データ処理装
   置に送信するデータ通信処理手段とを、前記筐体内に設
   けたことを特徴とするひずみゲージ式変換器。
2. 【請求項２】前記起歪体の温度を検出する温度センサを
   備え、前記Ａ／Ｄ変換器は該温度センサから出力される
   温度検出信号をデジタルデータに変換する機能を有し、
   前記データ通信処理手段は、前記Ａ／Ｄ変換器により生
   成された前記温度検出信号のデジタルデータを、温度検
   出データとして前記測定データ処理装置に送信する機能
   を有することを特徴とする請求項１記載のひずみゲージ
   式変換器。
3. 【請求項３】前記起歪体の温度を検出する温度センサを
   備え、前記Ａ／Ｄ変換器は該温度センサから出力される
   温度検出信号をデジタルデータに変換する機能を有し、
   前記データ通信処理手段は、前記所定処理において、該
   Ａ／Ｄ変換器により生成された該温度検出信号のデジタ
   ルデータに基づいて、前記ひずみ測定信号のデジタルデ
   ータの補正を行うことを特徴とする請求項１記載のひず
   みゲージ式変換器。
4. 【請求項４】前記データ通信処理手段は、前記所定処理
   において、前記起歪体のひずみ量に応じた前記ひずみ測
   定信号の出力レベルの非直線性の補正を行うことを特徴
   とする請求項１から３のうちいずれか１項記載のひずみ
   ゲージ式変換器。
5. 【請求項５】前記データ通信処理手段は、該データ通信
   処理手段が備えられた前記ひずみゲージ式変換器に応じ
   て固有に設定された識別コードを持つと共に、前記測定
   データ処理装置から送信される、該識別コードに対応し
   た出力指示データを受信する機能を有し、該出力指示デ
   ータの受信に応じて前記測定結果データを前記測定デー
   タ処理装置に送信することを特徴とする請求項１から４
   のうちいずれか１項記載のひずみゲージ式変換器。
6. 【請求項６】前記データ通信処理手段は、前記測定結果
   データを保持する記憶手段を備え、前記測定データ処理
   装置から送信される測定開始指示データを受信する機能
   を有して、該測定開始指示データを受信した際の前記Ａ
   ／Ｄ変換器の出力に基づく前記測定結果データを該記憶
   手段に保持し、この保持した測定結果データを、前記出
   力指示データの受信に応じて、前記測定データ処理装置
   に送信することを特徴とする請求項５記載のひずみゲー
   ジ式変換器。
7. 【請求項７】ひずみゲージが貼着された起歪体と、該ひ
   ずみゲージにより構成され、外部から作動電源が供給さ
   れると共に該起歪体のひずみ量に応じたひずみ測定信号
   を外部に出力するホイートストンブリッジ回路とを一体
   の筐体内に配置したひずみゲージ式変換器と近接して接
   続可能であって、 該ひずみゲージ式変換器から出力される前記ひずみ測定
   信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器と、該デ
   ジタルデータをそのまま又は所定処理を施して測定結果
   データとして、外部の測定データ処理装置に送信するデ
   ータ通信処理手段とを一体の筐体内に設けたことを特徴
   とするひずみゲージ式変換器用測定モジュール。
8. 【請求項８】前記データ通信処理手段は、前記所定処理
   において、前記起歪体のひずみ量に応じた前記ひずみ測
   定信号の出力レベルの非直線性の補正を行うことを特徴
   とする請求項７記載のひずみゲージ式変換器用測定モジ
   ュール。
9. 【請求項９】前記データ通信処理手段は、該データ通信
   処理手段が備えられた前記ひずみゲージ式変換器用測定
   モジュールに応じて固有に設定された識別コードを持つ
   と共に、前記測定データ処理装置から送信される該識別
   コードに対応した出力指示データを受信する機能を有
   し、該出力指示データの受信に応じて前記測定結果デー
   タを前記測定データ処理装置に送信することを特徴とす
   る請求項７又は８記載のひずみゲージ式変換器用測定モ
   ジュール。
10. 【請求項１０】前記データ通信処理手段は、前記測定結
    果データを保持する記憶手段を備え、前記測定データ処
    理装置から送信される測定開始指示データを受信する機
    能を有して、該測定開始指示データを受信した際の前記
    Ａ／Ｄ変換器の出力に基づく前記測定結果データを該記
    憶手段に保持し、この保持した測定結果データを、前記
    出力指示データの受信に応じて前記測定データ処理装置
    に送信することを特徴とする請求項９記載のひずみゲー
    ジ式変換器用測定モジュール。