Der er mange fysiske love, der er baseret på begrebet Force. Når kraft anvendes på et objekt med masse m, ændrer det objektets hastighed. Der er mange begreber relateret til kraft som tryk, træk og drejningsmoment. Når det påføres en genstand, øger trykhastigheden objektets hastighed, mens træk mindsker hastigheden, og drejningsmoment genererer ændringer i genstandens rotationshastighed. Når der er en afbalanceret fordeling af kræfter i objektet, kan der ikke ses nogen acceleration. Med teknologisk fremskridt introduceres en sensor, der kan hjælpe med at overvåge kraft, kendt som Force Sensor.
Hvad er en Force Sensor?
Sir Franklin Eventoff fandt i 1970'erne, at nogle materialer, når de udsættes for magt, kan ændre deres modstandsværdier. Disse materialer blev kendt som Force-Sensing Resistors. Disse materialer bruges til at producere en sensor, der kan måle kraften. En Force Sensor er en sensor, der hjælper med at måle mængden af kraft, der påføres et objekt. Ved at observere mængden af ændring i modstandsværdierne for kraftfølende modstande kan den påførte kraft beregnes.
Force-sensor
Arbejdsprincip
Det generelle funktionsprincip for Force Sensors er, at de reagerer på den anvendte kraft og konverterer værdien til en målelig størrelse. Der findes forskellige typer Force Sensors på markedet baseret på forskellige sensingelementer. De fleste af Force Sensors er designet ved hjælp af Force-Sensing Resistors. Disse sensorer består af en sensorfilm og elektroder.
Arbejdsprincippet for en Force-sensing-modstand er baseret på egenskaben 'Contact Resistance'. Kraftsenserende modstande indeholder en ledende polymerfilm, der ændrer dens modstand på en forudsigelig måde, når der påføres kraft på dens overflade. Denne film består af, underledende mikrometer, elektrisk ledende og ikke-ledende partikler arrangeret i en matrix. Når der påføres kraft på overfladen af denne film, berører den mikrostørrede partikel sensorelektroderne og ændrer filmens modstand. Mængden af ændring forårsaget af modstandsværdierne angiver målingen af den anvendte kraft.
For at forbedre ydelsen af Force-Sensing-modstandene gøres forskellige bestræbelser med flere forskellige tilgange såsom for at minimere drift af polymer forskellige elektrodekonfigurationer testes, test med sensor ved at erstatte polymeren med nye materialer såsom carbon nanorør, etc….
Anvendelser af Force Sensor
Hovedanvendelsen af Force-sensoren er at måle den anvendte kraft. Der findes forskellige typer og størrelser af kraftfølere til forskellige typer applikationer. Nogle af anvendelserne af Force-sensor, der bruger force-sensing-modstande, inkluderer tryk-sensing-knapper, i musikinstrumenter, som bilbelægningssensorer, i kunstige lemmer, i fodpronationssystemer, augmented reality osv ...
Eksempler på kraftfølere
Der er mange typer kraftfølere tilgængelige til forskellige typer applikationer. Nogle af eksemplerne på kraftfølere er Indlæs celler , pneumatiske vejeceller, kapacitive vejeceller, belastningsceller til stregmåler, hydrauliske vejeceller osv ...
Udover kraftfølere er der også en kategori af krafttransducere. Hovedforskellen mellem en kraftføler og en krafttransducer er, at transduceren konverterer den mængde kraft, der måles eller tilføres til et målbart lille elektrisk spændingsudgangssignal. Mens output fra en Force sensor ikke er en elektrisk spænding.
Fordele ved FSR
Belastningscelle til spændingsmåler er både en kraftføler og en krafttransducer. Sammenlignet med alle andre kraftfølere giver kraftfølere med kraftfølende modstande forskellige fordele såsom lille størrelse, lave omkostninger og god stødmodstand. På grund af deres lille størrelse bruges de i bærbar elektronik og forbedret mobil interaktion. Den største ulempe ved disse sensorer er deres lave præcision, da deres målinger afviger med 10%.
Kraftfølende modstande baseret på kraftfølere er også kendt som FSR. FSR-sensorer bruges i transportsystemer til måling af mængden af stress, der påføres varerne, mens de transporteres et sted til et andet. Funktionen af FSR kan ændres ved at ændre egenskaberne for de kraftfølende modstande.
Kraftsenserende modstande kræver en lille grænseflade og kan fungere i moderat fjendtlige miljøer. Her er de små ledende og ikke-ledende partikler formuleret til at reducere sensorens temperaturafhængighed, øge sensorens overflade holdbarhed og forbedre dens mekaniske egenskaber.
Med teknologisk fremskridt spiller sensorer i dag en afgørende rolle i måling af forskellige fysiske fænomener. Deres lille størrelse, høje holdbarhed hjælper os med at bruge dem i bærbar elektronik. I dag, sensorer er tilgængelige til måling af stress, tryk, temperatur, farve osv.… kraftfølende modstande blev patenteret i 1977. Hvad er enhed af Force i SI?
