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¿Qué es un sensor de fuerza: principio de funcionamiento y aplicación?
Hay muchas leyes de la física que se basan en el concepto de Fuerza. La fuerza, cuando se aplica sobre un objeto de masa m, cambia la velocidad del objeto. Hay muchos conceptos relacionados con la fuerza, como empuje, arrastre y torque. Cuando se aplica sobre un objeto, el empuje aumenta la velocidad del objeto, mientras que Arrastrar disminuye la velocidad y Torque genera cambios en la velocidad de rotación del objeto. Cuando hay una distribución equilibrada de fuerzas en el objeto, no se puede ver ninguna aceleración. Con el avance de la tecnología, se introduce un sensor que puede ayudar a controlar la fuerza, conocido como sensor de fuerza.¿Qué es un sensor de fuerza?
Sir Franklin Eventoff, en la década de 1970, descubrió que algunos materiales, cuando se someten a fuerza, pueden cambiar sus valores de resistencia. Estos materiales se conocían como resistencias de detección de fuerza. Estos materiales se utilizan para producir un sensor que puede medir la Fuerza. Un sensor de fuerza es un sensor que ayuda a medir la cantidad de fuerza aplicada a un objeto. Al observar la cantidad de cambio en los valores de resistencia de las resistencias de detección de fuerza, se puede calcular la fuerza aplicada.
Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento general de los sensores de fuerza es que responden a la fuerza aplicada y convierten el valor en una cantidad medible. Hay varios tipos de sensores de fuerza disponibles en el mercado basados en varios elementos de detección. La mayoría de los sensores de fuerza están diseñados con resistencias de detección de fuerza. Estos sensores constan de una película sensora y electrodos.
El principio de funcionamiento de una resistencia de detección de fuerza se basa en la propiedad de 'Resistencia de contacto'. Los resistores de detección de fuerza contienen una película de polímero conductor que cambia su resistencia de una manera predecible cuando se aplica fuerza sobre su superficie. Esta película consta de partículas de tamaño submicrométrico, conductoras y no conductoras de la electricidad, dispuestas en una matriz. Cuando se aplica fuerza a la superficie de esta película, la partícula de tamaño micro toca los electrodos del sensor, cambiando la resistencia de la película. La cantidad de cambio causado a los valores de resistencia da la medida de la cantidad de fuerza aplicada.
Para mejorar el rendimiento de las resistencias de detección de fuerza, se están realizando varios esfuerzos con múltiples enfoques diferentes, como, por ejemplo, para minimizar la deriva del polímero, se están probando varias configuraciones de electrodos, probando con sensor reemplazando el polímero con nuevos materiales como nanotubos de carbono, etc….
Aplicaciones del sensor de fuerza
El uso principal del sensor de fuerza es medir la cantidad de fuerza aplicada. Hay varios tipos y tamaños de sensores de fuerza disponibles para diferentes tipos de aplicaciones. Algunas de las aplicaciones del sensor de fuerza que utiliza resistencias de detección de fuerza incluyen botones de detección de presión, en instrumentos musicales, como sensores de ocupación de automóviles, en miembros artificiales, en sistemas de pronación del pie, realidad aumentada, etc.
Ejemplos de sensores de fuerza
Hay muchos tipos de sensores de fuerza disponibles para diferentes tipos de aplicaciones. Algunos de los ejemplos de sensores de fuerza son células de carga, células de carga neumáticas, células de carga capacitivas, células de carga de galgas extensométricas, células de carga hidráulicas, etc.
Además de los sensores de fuerza, también existe una categoría de transductores de fuerza. La principal diferencia entre un sensor de fuerza y un transductor de fuerza es que el transductor convierte la cantidad de fuerza medida o aplicada en una pequeña señal de salida de voltaje eléctrico medible. Mientras que la salida de un sensor de fuerza no es un voltaje eléctrico.
Ventajas de FSR
La celda de carga de galgas extensométricas es un sensor de fuerza y también un transductor de fuerza. En comparación con todos los demás sensores de fuerza, los sensores de fuerza con resistencias de detección de fuerza proporcionan varias ventajas, como tamaño pequeño, bajo costo y buena resistencia a los golpes. Debido a su pequeño tamaño, se utilizan en dispositivos electrónicos portátiles y en la interacción móvil mejorada. La principal desventaja de estos sensores es su baja precisión ya que sus medidas difieren en un 10%.
Los sensores de fuerza basados en resistencias de detección de fuerza también se conocen como FSR. Los sensores FSR se utilizan en los sistemas de transporte para medir la cantidad de tensión aplicada a las mercancías mientras se transportan de un lugar a otro. El funcionamiento del FSR se puede cambiar cambiando las propiedades de las resistencias de detección de fuerza.
Las resistencias de detección de fuerza requieren una interfaz pequeña y pueden funcionar en entornos moderadamente hostiles. Aquí, las pequeñas partículas conductoras y no conductoras se formulan para reducir la dependencia de la temperatura del sensor, aumentar la durabilidad de la superficie del sensor y mejorar sus propiedades mecánicas.
Con el avance de la tecnología, los sensores de hoy están jugando un papel crucial en la medición de varios fenómenos físicos. Su pequeño tamaño y gran durabilidad nos ayuda a utilizarlos en electrónica portátil. Hoy en día, los sensores están disponibles para medir tensión, presión, temperatura, color, etc. Las resistencias de detección de fuerza se patentaron en 1977. ¿Cuál es la unidad de fuerza en SI?
