力傳感器的常見類型和工作原理
力傳感器有各種尺寸，可以用來檢測從幾分之一盎司到數百噸的力。它們被廣泛用于各種產品和應用中，例如浴室秤、樂器、醫療應用、用于檢測座位占用情況的汽車以及制造設施中的過程控制。本文將提供力傳感器的常見類型及其工作原理。
力傳感器的常見類型和工作原理
存在幾種不同類型的力傳感器，每種傳感器利用不同的技術來感測給定力的大小并產生輸出信號。最常見的力傳感器類型包括測壓元件、應變計和力感測電阻器(fsr)。
1、稱重傳感器
稱重傳感器有時也稱為測壓元件，可將施加的力轉換為輸出信號，用于測量壓力等力，最常見的是重量。
2、應變儀
應變儀是一種傳感器元件，其電阻隨著施加的力而變化。應力是用來描述物體在外力作用下所表現出的內部阻力的術語，而應變是物體在外力作用下所經歷的變形和位移量的量度。
典型的應變計由絕緣襯底組成，在絕緣襯底上以之字形圖案沉積了導電金屬箔圖案。當應變儀受到力的作用時，該裝置將根據所施加的力的方向壓縮或伸長。應變片的伸長或壓縮使基板上的金屬箔圖案變形，從而改變其電阻。電阻的變化可以用來測量施加在應變儀上的力。被稱為惠斯通電橋電路的電橋網絡通常用于將應變儀的電阻變化轉換成電壓測量值。
3、力感測電阻器(fsr)
力感測電阻器(fsr)也稱為印刷力傳感器或力敏電阻器，是一種壓阻感測技術，由夾在兩個基板之間的半導電材料或墨水組成，這兩個基板由墊片隔開。當向該裝置施加力時，導電膜變形并壓向印刷在基板上的導電油墨。隨著更多的導電膜與印刷導電層接觸，器件的電阻降低。在施加零力的情況下，傳感器表現出非常高的電阻(大約為兆歐姆)。阻力的下降與施加的力成反比。因為電導是電阻的倒數，所以fsr的電導隨著力的增加而線性增加。
力感測電阻可用于多種力感測用例:
為了檢測作用力的變化率
為了檢測作用力的相對變化
檢測接觸或觸摸
為了檢測力已經超過設定的閾值
FSRs可配置用于點源檢測，也可用于陣列設計，用于檢測施加在一個區域上的力分布(壓力)。fsr的優點是薄而柔韌，有多種樣式和尺寸，耐用，功耗低，成本低。主要缺點在于它們的精度和可重復性，重復測量可能會有10%或更多的變化。
4、光學力傳感器
通常采用光纜，在光纜中沿光纜長度以特定間隔刻有光纖布拉格光柵(FBG)。當電纜受到應力或應變時，光柵的分離距離會改變。通過監測光線穿過電纜時的反射，可以確定變形程度(伸長或壓縮),并用于確定所施加的力。
5、超聲波力傳感器
從超聲波換能器發射高頻聲波，并感測外力導致的接收脈沖的任何變化，以確定它們的存在。
