圧電素子による簡易応力計測センサの開発

使用压电元件开发简单的应力测量传感器

• 批准号: 11750794
• 负责人: 新宅 英司
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Hiroshima University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750794/
• 关键词: 応力センサ; 変動応力測定; 応力レベル発生頻度; 圧電セラミックス; 電荷増幅回路; 接着; 高分子圧電フィルム; 応力頻度; 積分回路; 圧電フィルム; 応力センサ; 変動応力測定; 応力レベル発生頻度; 圧電セラミックス; 電荷増幅回路; 接着; 高分子圧電フィルム; 応力頻度; 積分回路; 圧電フィルム

本研究は、構造物にはたらく応力を圧電材料により簡便に測定するためのセンサ開発を目的としたもので、本年度は以下のことを明らかにした。1)圧電材料の構造物への適用方法曲面形状を有する構造部材の応力測定に関して、高分子圧電材料(圧電フィルム)を使用し、丸棒部材において、軸力、曲げ、ねじりなど、測定目的に応じたフィルムの形状、接着法を考案し、実験を行って各手法が有効であることを確認した。また同手法は、円孔などのように部材の形状変化による応力勾配の影響がある場合にも有効であることを実験的に確認した。さらに、圧電フィルムの面内異方性を利用することで、部材にはたらく多軸応力測定が可能となることを明らかにし、考案したフィルムの取付け法・配線法を実験的に検討した。2)応力センサの信号処理回路の改良昨年度は、圧電セラミック材料に適した信号処理回路の開発を行ったが、本年は圧電フィルムに使用する信号処理回路の設計・試作・検証をシミュレーションおよび回路実験を通じて行った。センサ回路には振動センサなどで使用される電荷増幅回路を使用し、フィルムの機械-電気特性を考慮することと、本センサで使用する低周波応力変動に適した性能を発揮するため、回路時定数などの回路構成の確立と、必要部品の選定をおこなった。この結果、フィルム用として十分実用に耐えうる回路を試作することができた。3)信号処理方法の改良本センサの測定信号処理には、発生応力範囲を多段階に分割し、各レベルの超過数を計数するレベルクロッシング法を使用している。昨年度までのアナログ回路方式を改め、本年度はマイコンを導入することで計数レベルの多段階化(12段階)と測定結果を選択的に表示できるように液晶ディスプレイを導入した。これにより、本センサをより実用に近いものとすることができた。

This research aims to develop sensors that can easily measure stresses applied to structures using piezoelectric materials, and this year we have revealed the following: 1) Method of applying piezoelectric materials to structures Regarding stress measurement of structural members with curved surface shapes, we used polymer piezoelectric materials (piezoelectric films) to devise film shapes and adhesion methods for the measurement purposes, such as axial用于圆形杆成员的力，弯曲和扭转，并进行了实验以确认每种方法都是有效的。此外，通过实验证实，即使由于成员形状的变化（例如圆形孔）而产生应力梯度的影响，该技术也是有效的。此外，揭示了通过利用压电膜的平面内各向异性，可以使对成员作用的多轴应力测量值可能成为可能，并实验检查膜的附着和设计的接线方法。 2）去年应力传感器的信号处理电路的改进，我们开发了一个适用于压电陶瓷材料的信号处理电路，但是今年我们通过模拟和电路实验进行了设计，原型和用于压电膜的信号处理电路的设计，原型和验证。传感器电路使用用于振动传感器等的电荷放大器电路，并考虑膜的机械和电气特性，并为其提供适用于该传感器中使用的低频应力波动的性能，确定了电路时间常数，例如电路时间常数，并选择了必要的部分。结果，有可能产生可以承受胶卷使用实际用途的电路。 3）改进该传感器的测量信号处理中的信号处理方法，使用了级别的交叉方法，其中生成的应力范围分为多个阶段，并且计算每个级别的过量数量。模拟电路系统直到去年进行了修订，今年，通过引入微型计算机，我们引入了多阶段计数级别（12级）和LCD显示屏，以选择性地显示测量结果。这使传感器能够更接近实际使用。