圧電式三方力計は圧電効果を利用して力の測定を行う機器であり、力学実験、機械設備、構造健康モニタリング、ロボット技術などの分野に広く応用されている。その測定方式は、複雑な環境下、特に動的力測定において、高精度、高応答速度の利点を有する。従来の力センサと異なり、3次元方向に力の大きさと方向を同時に測定することができ、測定の感度と精度を大幅に向上させることができる。
ピエゾ電気式三方力計の仕組み：
1.力の印加
外部力がロードセルの感知領域に加わると、圧電センサに力が作用する。圧電材料の特性上、力の大きさと方向は歪みによって電荷を発生する。
2.電荷の発生
圧電材料の内部では、力の作用により電気双極子モーメントが変化し、材料の表面に電荷が発生する。力の方向によって、発生する電荷信号も異なります。三方向力計では、圧電素子ごとに異なる方向の力を感知し、それぞれX、Y、Zの3方向に対応している。
3.信号の増幅と処理
発生した電荷信号はセンサを介して出力され、信号増幅器を介して増幅される。このとき、信号にはまだノイズが含まれている可能性があるので、フィルタなどの信号処理回路を経て、無関係なノイズを除去し、有効な信号を抽出する必要があります。
4.出力と表示
処理された信号は力に比例したデジタル信号に変換され、ディスプレイ、コンピュータ、その他の出力デバイスを介して表示されます。通常、ロードセルは各方向の力値または合力値を表示することができ、ユーザーはこれらのデータに基づいて分析することができます。
圧電式三方力計の応用分野：
1.ロボットと自動化技術
ロボット技術では、ロボットの腕や把持装置の力をリアルタイムで感知することができ、それによってロボットの力制御を助け、物体や設備を損傷しないようにし、正確な動作実行を確保することができる。
2.構造健康モニタリング
建築、橋梁などの構造の健康モニタリングでは、構造の受力状況のモニタリングに使用することができる。長時間の力測定により、構造の健康状態をタイムリーに評価し、構造損傷による安全上の危険性を防止することができる。
3.航空宇宙と機械工学
航空宇宙及び機械工学の分野では、機体、部品及び設備の受力状況を測定するために用いられ、特に航空機の受力試験では、正確な力データを提供し、航空機の安全性と安定性を確保することができる。
4.材料テストと研究
材料科学と力学研究では、応力、ひずみなどの材料の力学特性をテストすることができる。それは研究者が異なる材料の異なる負荷下での表現をよりよく理解するのを助け、新しい材料の研究開発に重要な根拠を提供する。
5.生物力学と医学工学
生物力学と医学工学の分野では、人体運動の力学分析、関節の受力測定などの分野に広く応用されている。これは、選手のトレーニング、患者のリハビリ、生物力学の研究に正確なデータサポートを提供するのに役立ちます。