現代工学技術と科学実験の発展に伴い、力学測定分野は高精度、高感度の測定ツールに対してより高い要求を提出した。圧電式三方力計は3方向で同時に力を測定できる機器として、構造健康モニタリング、ロボット制御、航空宇宙飛行、自動車工業など、幅広い分野に広く応用されている。
ピエゾ電気式三方力計の構造：
1.圧電センサ
圧電センサは力計のコア部品であり、通常は複数の圧電結晶からなり、各圧電結晶は一方向の力を測定するために使用される。3方向で測定するために、センサのレイアウトは通常3軸構造を採用し、各軸方向に独立した圧電センサが取り付けられている。これらのセンサは、X軸、Y軸、Z軸に沿った力をそれぞれ感知し、電気信号に変換することができる。
2.力学構造
力学構造はロードセルの支持部分であり、外力の伝達と分配を担っている。圧電センサは通常、異なる方向からの力を正確に感知できるように、構造の重要な位置に埋め込まれています。力学構造の設計には、センサの取り付け方、外力の作用方、およびセンサ出力信号に与える影響を考慮する必要がある。
3.信号収集システム
信号収集システムは、圧電センサから電荷信号を取得し、処理可能なデジタル信号に変換する責任を負う。圧電センサが出力する電気信号は通常非常に微弱であるため、高感度のプリアンプを用いて信号を増幅する必要がある。
4.信号処理システム
信号処理システムは収集した信号を増幅、フィルタリング、復号などの処理を行い、出力の力値の正確で信頼性を確保する。三方向力測定器では、信号処理システムは各方向のセンサデータを結合し、数学モデルまたはアルゴリズムによって三方向の力成分を計算する必要がある。
圧電式三方力計の特徴：
1.高感度と高精度
圧電センサは微小な電荷変化を感知できるため、高い感度と精度を備え、微小力の変化を正確に測定できる必要がある。
2.リアルタイム性が高い
リアルタイムの力学測定を実現でき、外力の変化に迅速に応答できる。これにより、高速フィードバックとリアルタイム制御が必要なアプリケーションシーンの中に有利になります。
3.小型、軽量
従来の力学的測定装置と比べて、通常はより小型で軽量で、持ち運びや設置が容易で、特に空間的に制限されたアプリケーションシーンに適しています。
4.無接触測定
圧電センサは非接触で力の測定を行うことができ、これは測定中に被測定物に直接接触する必要がなく、接触による誤差を回避することを意味する。