Với sự phát triển liên tục của công nghệ kỹ thuật hiện đại và các thí nghiệm khoa học, lĩnh vực đo lường cơ học đặt ra yêu cầu cao hơn cho các công cụ đo lường có độ chính xác cao và độ nhạy cao. Là một công cụ có khả năng đo lực đồng thời theo ba hướng, máy đo lực ba chiều áp điện đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm giám sát sức khỏe kết cấu, điều khiển robot, hàng không vũ trụ, công nghiệp ô tô, v.v.
Máy đo áp điện ba chiềuCấu trúc:
1. Cảm biến Piezo
Cảm biến áp điện là thành phần cốt lõi của máy đo lực và thường bao gồm nhiều tinh thể áp điện, mỗi tinh thể được sử dụng để đo lực theo một hướng. Để đo theo ba hướng, bố trí của cảm biến thường sử dụng cấu trúc ba trục, trong đó một cảm biến áp điện độc lập được lắp đặt theo mỗi hướng trục. Các cảm biến này có thể cảm nhận các lực dọc theo trục X, Y và Z tương ứng và biến chúng thành tín hiệu điện.
2. Cấu trúc cơ học
Cấu trúc cơ học là phần hỗ trợ của máy đo lực, nó chịu trách nhiệm truyền và phân phối các lực bên ngoài. Các cảm biến áp điện thường được nhúng vào các vị trí quan trọng của cấu trúc để đảm bảo các lực từ các hướng khác nhau có thể được cảm nhận chính xác. Cấu trúc cơ học cần được thiết kế có tính đến cách lắp đặt cảm biến, cách các lực bên ngoài hoạt động và ảnh hưởng của chúng đối với tín hiệu đầu ra của cảm biến.
3. Hệ thống thu thập tín hiệu
Hệ thống thu thập tín hiệu chịu trách nhiệm lấy tín hiệu điện tích từ cảm biến áp điện và chuyển đổi nó thành tín hiệu kỹ thuật số có thể xử lý được. Vì tín hiệu điện đầu ra từ cảm biến áp điện thường rất yếu, nên cần phải sử dụng bộ tiền khuếch đại có độ nhạy cao để khuếch đại tín hiệu.
4. Hệ thống xử lý tín hiệu
Hệ thống xử lý tín hiệu sẽ khuếch đại tín hiệu thu được, lọc, giải mã và xử lý khác để đảm bảo giá trị lực đầu ra là chính xác và đáng tin cậy. Trong máy đo lực ba chiều, hệ thống xử lý tín hiệu cần kết hợp dữ liệu cảm biến theo mọi hướng để tính toán thành phần lực theo ba hướng bằng mô hình toán học hoặc thuật toán.
Các tính năng của máy đo lực ba chiều áp điện:
1. Độ nhạy cao và độ chính xác cao
Vì cảm biến áp điện có thể cảm nhận được những thay đổi nhỏ về điện tích, nên cần có độ nhạy và độ chính xác cao để đo lường chính xác những thay đổi trong các lực nhỏ.
2. Thời gian thực mạnh mẽ
Các phép đo cơ học thời gian thực có thể đạt được, có thể phản ứng nhanh chóng với những thay đổi của các lực bên ngoài. Điều này mang lại cho nó một lợi thế trong một số tình huống ứng dụng đòi hỏi phản hồi nhanh và điều khiển thời gian thực.
3. Kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ
So với các thiết bị đo lường cơ học truyền thống, thường có khối lượng nhỏ hơn và trọng lượng nhẹ hơn, dễ mang theo và lắp đặt, đặc biệt thích hợp cho các tình huống ứng dụng có không gian hạn chế.
4. Đo lường không tiếp xúc
Cảm biến áp điện có khả năng đo lực bằng phương tiện không tiếp xúc, có nghĩa là không cần tiếp xúc trực tiếp với vật thể được đo trong quá trình đo, do đó tránh được lỗi do tiếp xúc.