力傳感器的常見類型和工作原理
力傳感器有各種尺寸，可以用來檢測從幾分之一盎司到數(shù)百噸的力。它們被廣泛用于各種產(chǎn)品和應(yīng)用中，例如浴室秤、樂器、醫(yī)療應(yīng)用、用于檢測座位占用情況的汽車以及制造設(shè)施中的過程控制。本文將提供力傳感器的常見類型及其工作原理。
力傳感器的常見類型和工作原理
存在幾種不同類型的力傳感器，每種傳感器利用不同的技術(shù)來感測給定力的大小并產(chǎn)生輸出信號。最常見的力傳感器類型包括測壓元件、應(yīng)變計(jì)和力感測電阻器(fsr)。
1、稱重傳感器
稱重傳感器有時也稱為測壓元件，可將施加的力轉(zhuǎn)換為輸出信號，用于測量壓力等力，最常見的是重量。
2、應(yīng)變儀
應(yīng)變儀是一種傳感器元件，其電阻隨著施加的力而變化。應(yīng)力是用來描述物體在外力作用下所表現(xiàn)出的內(nèi)部阻力的術(shù)語，而應(yīng)變是物體在外力作用下所經(jīng)歷的變形和位移量的量度。
典型的應(yīng)變計(jì)由絕緣襯底組成，在絕緣襯底上以之字形圖案沉積了導(dǎo)電金屬箔圖案。當(dāng)應(yīng)變儀受到力的作用時，該裝置將根據(jù)所施加的力的方向壓縮或伸長。應(yīng)變片的伸長或壓縮使基板上的金屬箔圖案變形，從而改變其電阻。電阻的變化可以用來測量施加在應(yīng)變儀上的力。被稱為惠斯通電橋電路的電橋網(wǎng)絡(luò)通常用于將應(yīng)變儀的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓測量值。
3、力感測電阻器(fsr)
力感測電阻器(fsr)也稱為印刷力傳感器或力敏電阻器，是一種壓阻感測技術(shù)，由夾在兩個基板之間的半導(dǎo)電材料或墨水組成，這兩個基板由墊片隔開。當(dāng)向該裝置施加力時，導(dǎo)電膜變形并壓向印刷在基板上的導(dǎo)電油墨。隨著更多的導(dǎo)電膜與印刷導(dǎo)電層接觸，器件的電阻降低。在施加零力的情況下，傳感器表現(xiàn)出非常高的電阻(大約為兆歐姆)。阻力的下降與施加的力成反比。因?yàn)殡妼?dǎo)是電阻的倒數(shù)，所以fsr的電導(dǎo)隨著力的增加而線性增加。
力感測電阻可用于多種力感測用例:
為了檢測作用力的變化率
為了檢測作用力的相對變化
檢測接觸或觸摸
為了檢測力已經(jīng)超過設(shè)定的閾值
FSRs可配置用于點(diǎn)源檢測，也可用于陣列設(shè)計(jì)，用于檢測施加在一個區(qū)域上的力分布(壓力)。fsr的優(yōu)點(diǎn)是薄而柔韌，有多種樣式和尺寸，耐用，功耗低，成本低。主要缺點(diǎn)在于它們的精度和可重復(fù)性，重復(fù)測量可能會有10%或更多的變化。
4、光學(xué)力傳感器
通常采用光纜，在光纜中沿光纜長度以特定間隔刻有光纖布拉格光柵(FBG)。當(dāng)電纜受到應(yīng)力或應(yīng)變時，光柵的分離距離會改變。通過監(jiān)測光線穿過電纜時的反射，可以確定變形程度(伸長或壓縮),并用于確定所施加的力。
5、超聲波力傳感器
從超聲波換能器發(fā)射高頻聲波，并感測外力導(dǎo)致的接收脈沖的任何變化，以確定它們的存在。
