ZN-F 3201型圧電式三方力センサ

ZN-F 3201型圧電式三方力センサ

動作原理

• コア物理効果：石英、圧電セラミックスPZT、圧電ポリマーPVDFなどの材料に基づく。センサに外力が作用すると、受容力により敏感素子が微視的に変形し、その内部に電気分極が発生し、2つの表面に正負逆の電荷が発生し、機械力を電気信号（電荷または電圧）出力に変換する。

• 力分解と測定メカニズム：空間中の3つの力成分（Fx、Fy、Fz）を同時に測定するために、センサー内部は通常特殊な構造設計を採用し、主に2種類に分けられる：

• スタック：複数の圧電素子のセットを積み重ねます。その中の1組は厚さ方向の圧電効果を用いて法線力（Fz）を測定し、他の2組は厚させん断効果を用いて互いに垂直に方向を測定し、それぞれ2方向のせん断力（Fx、Fy）を測定した。

• 分散＃ブンサン＃：4つの対称配置を採用した圧電ユニット（平板型またはマイクロピラーアレイなど）と1つの伝達構造（断面ピラミッド状の伝達ヘッドなど）を組み合わせた。3軸力を受けると、法線力（Fz）は4つのセルに同じ極性と大きさの電荷を発生させ、せん断力（Fx／Fe）は一方のセルを引っ張り、他方のセルを圧迫し、極性が逆の電荷を発生させる。4つのセルの出力電荷の和と差を計算することで、3方向の力を解凍することができます。

• ：

• 電荷型（PE）：電荷信号を直接出力し、電圧信号に変換するには外部電荷増幅器が必要です。このようなセンサは高温などの劣悪な環境に適している。

• 電圧タイプ（IEPE）：センサー内部にマイクロエレクトロニクス回路が集積されており、電圧信号を直接出力することができ、使用がより便利である。

• 主なパフォーマンス特性：

• ハイダイナミックレスポンス：固有周波数が高く（50 kHz以上に達することができる）、過渡衝撃力、高周波振動と動力の測定に非常に適している。

• 高い剛性と高い安定性

• 広い環境適合性：動作温度範囲は極めて広く（例えば-200°Cから+400°C）、しかも輻射、電磁妨害に耐え、各種の劣悪な状況に適応できる。

• 静的測定限界：伝統的な圧電センサは電荷漏れがあり、一般的に本当の静的力を測定することはできないが、特別な設計（例えばPZT材料を採用し、特定のモードを利用する）によって、準静的力の測定を実現することもできる。

• 主な応用分野

• 航空宇宙と国防：

• ふうどうしけん：航空機モデルが気流中に受ける空気動力とモーメントを測定する。

• ロケットエンジン試験：エンジンの推力振動と衝撃力をリアルタイムで監視する。

• 構造動的解析：航空機部品の衝撃、振動試験に使用する。

• 工業自動化と製造：

• 切削力と研削力の測定

• せいみつくみたて：携帯電話レンズ、精密軸受などの微小部品の組立ラインで、0.01 N級の組立力を確保し、製品の品質を保証する。

• プレスと鍛造検査：金属成形中に金型表面の法線圧力と摩擦力を測定し、金型設計の最適化を支援する。

  自動車と衝突安全：

• 衝突テスト：衝突義人または車体に取り付け、衝突瞬間の多次元動力を捕捉し、車両安全設計にデータを提供する。

• どうりょくそくてい：自動車部品の衝撃、振動、反推力を測定するために使用される。

• ：

• 触覚センサアレイ：フレキシブル圧電材料（例えばPVDF）を用いて作製したフレキシブルセンサアレイは、曲面表面に貼り付けることができ、ロボット触覚、ウェアラブル電子機器などの研究に用いることができる。

• 材料力学研究：動的荷重下での材料の力学的性質をテストするために使用されます。