Ci sono molte leggi della fisica che si basano sul concetto di Forza. La forza, quando applicata su un oggetto di massa m, cambia la velocità dell'oggetto. Ci sono molti concetti relativi alla forza come spinta, resistenza e coppia. Quando applicato su un oggetto, la spinta aumenta la velocità dell'oggetto, mentre la resistenza riduce la velocità e la coppia genera cambiamenti nella velocità di rotazione dell'oggetto. Quando c'è una distribuzione equilibrata delle forze nell'oggetto, non è possibile vedere alcuna accelerazione. Con il progresso della tecnologia, viene introdotto un sensore che può aiutare a monitorare la forza, noto come Force Sensor.
Cos'è un sensore di forza?
Sir Franklin Eventoff, negli anni '70, scoprì che alcuni materiali, se sottoposti a forza, possono modificare i propri valori di resistenza. Questi materiali erano noti come resistori di rilevamento della forza. Questi materiali vengono utilizzati per produrre un sensore in grado di misurare la forza. Un sensore di forza è un sensore che aiuta a misurare la quantità di forza applicata a un oggetto. Osservando la quantità di variazione dei valori di resistenza dei resistori di rilevamento della forza, è possibile calcolare la forza applicata.
Sensore di forza
Principio di funzionamento
Il principio di funzionamento generale dei sensori di forza è che rispondono alla forza applicata e convertono il valore in una quantità misurabile. Esistono vari tipi di sensori di forza disponibili sul mercato basati su vari elementi di rilevamento. La maggior parte dei sensori di forza sono progettati utilizzando resistori di rilevamento della forza. Questi sensori sono costituiti da una pellicola di rilevamento ed elettrodi.
Il principio di funzionamento di un resistore sensibile alla forza si basa sulla proprietà della 'Resistenza di contatto'. I resistori sensibili alla forza contengono un film polimerico conduttivo che cambia la sua resistenza in modo prevedibile quando la forza viene applicata sulla sua superficie. Questo film è costituito da particelle di dimensioni sub-micrometriche, elettricamente conduttive e non conduttive disposte in una matrice. Quando la forza viene applicata alla superficie di questo film, la particella microsize tocca gli elettrodi del sensore, cambiando la resistenza del film. La quantità di variazione causata ai valori di resistenza fornisce la misura della quantità di forza applicata.
Per migliorare le prestazioni dei resistori Force-Sensing sono stati compiuti vari sforzi con più approcci diversi come, per ridurre al minimo la deriva del polimero, vengono testate varie configurazioni di elettrodi, test con sensore sostituendo il polimero con nuovi materiali come nanotubi di carbonio, eccetera….
Applicazioni del sensore di forza
L'utilizzo principale del sensore di forza è misurare la quantità di forza applicata. Sono disponibili vari tipi e dimensioni di sensori di forza per diversi tipi di applicazioni. Alcune delle applicazioni del sensore di forza che utilizza resistori di rilevamento della forza includono pulsanti di rilevamento della pressione, negli strumenti musicali, come sensori di occupazione dell'auto, negli arti artificiali, nei sistemi di pronazione del piede, nella realtà aumentata, ecc….
Esempi di sensori di forza
Sono disponibili molti tipi di sensori di forza per diversi tipi di applicazioni. Alcuni degli esempi di sensori di forza sono Celle di carico , celle di carico pneumatiche, celle di carico capacitive, celle di carico estensimetriche, celle di carico idrauliche, ecc ...
Oltre ai sensori di forza, esiste anche una categoria di trasduttori di forza. La differenza principale tra un sensore di forza e un trasduttore di forza è che il trasduttore converte la quantità di forza misurata o applicata in un piccolo segnale di uscita di tensione elettrica misurabile. Considerando che l'uscita di un sensore di forza non è una tensione elettrica.
Vantaggi di FSR
La cella di carico estensimetrica è un sensore di forza oltre che un trasduttore di forza. Rispetto a tutti gli altri sensori di forza, i sensori di forza con resistori di rilevamento della forza offrono vari vantaggi come dimensioni ridotte, basso costo e buona resistenza agli urti. A causa delle loro dimensioni ridotte, vengono utilizzati nell'elettronica portatile e nell'interazione mobile migliorata. Il principale svantaggio di questi sensori è la loro bassa precisione poiché le loro misurazioni differiscono del 10%.
I sensori di forza basati su resistori di rilevamento della forza sono anche noti come FSR. I sensori FSR vengono utilizzati nei sistemi di trasporto per misurare la quantità di stress applicata alle merci durante il trasporto da un luogo all'altro. Il funzionamento dell'FSR può essere modificato modificando le proprietà dei resistori di rilevamento della forza.
Le resistenze di rilevamento della forza richiedono una piccola interfaccia e possono funzionare in ambienti moderatamente ostili. Qui le piccole particelle conduttive e non conduttive sono formulate per ridurre la dipendenza dalla temperatura del sensore, aumentare la durata della superficie del sensore e migliorare le sue proprietà meccaniche.
Con il progresso della tecnologia, oggi i sensori stanno giocando un ruolo cruciale nella misurazione di vari fenomeni fisici. Le loro dimensioni ridotte e l'elevata durata ci aiutano a utilizzarli nell'elettronica portatile. Oggi, sensori sono disponibili per misurare stress, pressione, temperatura, colore, ecc… resistori di rilevamento della forza sono stati brevettati nel 1977. Qual è l'unità di Forza in SI?
