ZN-F3201형 압전식 삼방향력 센서

ZN-F3201형 압전식 삼방향력 센서

작동 원리

• 핵심 물리 효과: 석영, 압전 세라믹 PZT, 압전 폴리머 PVDF와 같은 일부 재료에 기반한정압전효과. 센서에 외력이 작용하면 민감한 소자가 힘을 받아 미시적인 변형을 일으키며 그 내부에 전극화가 발생하여 두 표면에서 양과 음의 상반된 전하를 생성하여 기계력을 전기신호(전하 또는 전압)로 변환하여 출력한다.

• 힘 분해 및 측정 메커니즘: 공간의 세 가지 힘 컴포넌트 (Fx, Fy, Fz) 를 동시에 측정하기 위해 센서 내부는 일반적으로 두 가지 범주로 구성된 특수 구조 설계를 사용합니다.

• 계층형: 여러 개의 압전 컴포넌트를 계층화합니다.그 중 한 그룹은 두께 방향의 압전 효과로 수직 힘 (Fz) 을 측정하고, 다른 두 그룹은 두께 절단 효과와 방향이 서로 수직인 것을 이용하여 각각 두 방향의 절단력 (Fx, Fy) 을 측정한다.

• 분산: 평판형 또는 마이크로 기둥 패턴과 같은 네 개의 대칭적으로 배치된 압전 유닛과 하나의 전력 구조 (예: 절정 피라미드 모양의 전력 헤드) 를 조합합니다.3축의 힘을 받으면 수직 힘(Fz)은 네 개의 셀에 동일한 극성과 크기의 전하를 생성하고 절단 힘(Fx/Fy)은 한 쪽 셀을 당기고 다른 쪽 셀에 압력을 가하여 극성과 반대의 전하를 생성합니다.네 개의 단원이 출력하는 전하의 합과 차를 계산함으로써 세 방향의 힘을 분해할 수 있다.

• 신호 출력 유형：

• 전하형(PE): 전하 신호를 직접 출력하고, 외부 전하 증폭기가 있어야 전압 신호로 전환할 수 있다.이런 종류의 센서는 고온 등 열악한 환경에 적용된다.

• 전압 유형(IEPE): 센서 내부에 마이크로 전자 회로가 통합되어 있어 전압 신호를 직접 출력할 수 있어 더욱 편리하게 사용할 수 있다.

• 주요 성능 특징：

• 높은 동적 응답: 고유 주파수 (최대 50kHz 이상) 가 높아 순간적 충격, 고주파 진동 및 동적 힘을 측정하기에 적합합니다.

• 고강도 및 안정성: 압전재료 자체의 강도가 매우 크고 힘을 받을 때 변형이 극히 작기 때문에 센서의 선형도와 안정성이 좋고 지체 오차가 적다.

• 넓은 환경 적응성: 작동 온도 범위가 매우 넓고 (예: -200°C~+400°C), 방사능에 강하고 전자기 간섭에 강하며 각종 열악한 작업 상황에 적응할 수 있습니다.

• 정적 측정 한계: 전통적인 압전 센서는 전하 누출이 존재하기 때문에 일반적으로 진정한 정적 힘을 측정할 수 없지만, PZT 재료를 사용하고 특정 모태를 이용하는 것과 같은 특수 설계를 통해 정적 힘을 측정할 수도 있습니다.

• 주요 응용 분야

• ZN-F3201형 압전식 삼방향력 센서

• 항공우주와 국방：

• 풍동 테스트: 공기 흐름에서 비행체 모델이 받는 공기 동력과 모멘트를 측정합니다.

• 로켓 엔진 테스트: 엔진의 추력 진동과 충격을 실시간으로 모니터링합니다.

• 구조 동적 분석: 항공기 부품의 충격, 진동 테스트에 사용됩니다.

• 산업 자동화 및 제조：

• 절삭력 및 연마력 측정: 가공 프로세스의 절삭력을 작업셀에서 실시간으로 모니터링하여 공정 매개변수를 최적화하고 공구 마모를 모니터링합니다.

• 정밀 조립: 휴대폰 렌즈, 정밀 베어링 등 미세 부품의 조립 라인에서 0.01N 수준의 조립력을 확보하여 제품 품질을 보장한다.

• 프레스 및 단조 검사: 금속 성형 과정에서 몰드 표면의 수직 압력과 마찰력을 측정하여 몰드 설계를 최적화합니다.

  자동차와 충돌 안전：

• 충돌 테스트: 충돌 가짜나 차체에 설치하여 충돌 순간의 다차원 동태력을 포착하여 차량 안전 설계에 데이터를 제공한다.

• 동적 힘 측정: 자동차 부품의 충격, 진동 및 반추력을 측정하는 데 사용됩니다.

• 과학 연구 및 기타：

• 촉각 감지 배열: PVDF와 같은 플렉시블 압전 소재를 이용하여 제작된 플렉시블 센서 어레이는 곡면 표면에 밀착하여 로봇 촉각, 웨어러블 전자 기기 등을 연구하는 데 사용할 수 있다.

• 재료 역학 연구: 동적 하중에서 재료의 역학적 성능을 테스트하는 데 사용됩니다.