力传感器的常见类型和工作原理
力传感器有各种尺寸，可以用来检测从几分之一盎司到数百吨的力。它们被广泛用于各种产品和应用中，例如浴室秤、乐器、医疗应用、用于检测座位占用情况的汽车以及制造设施中的过程控制。本文将提供力传感器的常见类型及其工作原理。
力传感器的常见类型和工作原理
存在几种不同类型的力传感器，每种传感器利用不同的技术来感测给定力的大小并产生输出信号。最常见的力传感器类型包括测压元件、应变计和力感测电阻器(fsr)。
1、称重传感器
称重传感器有时也称为测压元件，可将施加的力转换为输出信号，用于测量压力等力，最常见的是重量。
2、应变仪
应变仪是一种传感器元件，其电阻随着施加的力而变化。应力是用来描述物体在外力作用下所表现出的内部阻力的术语，而应变是物体在外力作用下所经历的变形和位移量的量度。
典型的应变计由绝缘衬底组成，在绝缘衬底上以之字形图案沉积了导电金属箔图案。当应变仪受到力的作用时，该装置将根据所施加的力的方向压缩或伸长。应变片的伸长或压缩使基板上的金属箔图案变形，从而改变其电阻。电阻的变化可以用来测量施加在应变仪上的力。被称为惠斯通电桥电路的电桥网络通常用于将应变仪的电阻变化转换成电压测量值。
3、力感测电阻器(fsr)
力感测电阻器(fsr)也称为印刷力传感器或力敏电阻器，是一种压阻感测技术，由夹在两个基板之间的半导电材料或墨水组成，这两个基板由垫片隔开。当向该装置施加力时，导电膜变形并压向印刷在基板上的导电油墨。随着更多的导电膜与印刷导电层接触，器件的电阻降低。在施加零力的情况下，传感器表现出非常高的电阻(大约为兆欧姆)。阻力的下降与施加的力成反比。因为电导是电阻的倒数，所以fsr的电导随着力的增加而线性增加。
力感测电阻可用于多种力感测用例:
为了检测作用力的变化率
为了检测作用力的相对变化
检测接触或触摸
为了检测力已经超过设定的阈值
FSRs可配置用于点源检测，也可用于阵列设计，用于检测施加在一个区域上的力分布(压力)。fsr的优点是薄而柔韧，有多种样式和尺寸，耐用，功耗低，成本低。主要缺点在于它们的精度和可重复性，重复测量可能会有10%或更多的变化。
4、光学力传感器
通常采用光缆，在光缆中沿光缆长度以特定间隔刻有光纤布拉格光栅(FBG)。当电缆受到应力或应变时，光栅的分离距离会改变。通过监测光线穿过电缆时的反射，可以确定变形程度(伸长或压缩),并用于确定所施加的力。
5、超声波力传感器
从超声波换能器发射高频声波，并感测外力导致的接收脉冲的任何变化，以确定它们的存在。
