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1
シート型変動荷重センサとその計測例など
広島大学 大学院工学研究科
教授 藤本 由紀夫
2
研究背景と目的
既成の変動荷重センサ。
ロードセル、感圧ゴム等がある。
形状制限の問題、重量の問題。
圧電フィルムの魅力。
軽く、薄く、精度の良い変動荷重センサ。
シート型で使い勝手の良いもの。
3
シート型変動荷重センサ
測定原理
測定装置
4
5
Comparison of several impact loads with different several load speed
-4
-2
0
2
4
6
8
10
5 10 15 20 25 30 35
Time (msec)
Sensor
outp
ut
(V
)
Elbow punchbeat with a whip.
Fist punch
Golf bal falling
6
0
20
40
60
80
100
120
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Loadcell output (kN)
Impa
ct
forc
e s
en
sor
ou
tpu
t (
mV
)
Finger heaving
Hammer punching
Screw driver pressing
Soft type 30x100mm sensor, Small Load,
Solid type 120x120mm sensor
Big Load,
0
100
200
300
400
500
600
0 2 4 6 8 10Load cell output (kN)
Impa
ct
forc
e s
enso
r outp
ut
(mV
) .
荷重とセンサ出力の比例性
7
柔軟なシート型変動荷重センサ
小さいもの 座布団寸法 名刺寸法
8
パンチ力測定
垂直高飛び
座席荷重の測定
9
靴中敷きセンサ
10
走り幅跳び
11
フットボールのタックルの力の計測
12
アメリカンフットボール080115
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300時間 (ミリ秒)
荷重
(k
gf)
ヘルメット
床&ハンマー
肩でタックル
13
水中の手のひら
の力計測
14
Swim sensor (impact)(20x30 mm; 200 nF; 80 x mag)
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000time, ms
sens
or o
utpu
t, V
Swim sensor (impact)(20x30 mm; 200 nF; 80 x mag)
-0.5
-0.45
-0.4
-0.35
-0.3
-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
2000 2050 2100 2150 2200time, ms
sens
or o
utpu
t, V
15
硬い平板状のシート型変動荷重センサ
16
金属体と金属板の衝突衝撃力測定
軽量なため減衰振動小
シート型変動荷重センサによる高速衝撃力の計測
10gの錘を3cm高さから落下させた場合
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
678 680 682 684 686 688 690
時間 (ms)
セン
サの
出力
電圧
(m
V)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
ロー
ドセ
ルの
出力
電圧
(m
V)
センサ 赤
ロードセル 黒
アルミ板カバーでの実験例
17
センサとロードセルの波形例
-0.3
-0.25
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
2.9 2.905 2.91 2.915 2.92 2.925 2.93
時間 (秒)
セン
サの
波形
(V
)
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
ロー
ドセ
ルの
波形
(k
gf)
センサの波形
ロードセルの波形
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 100 200 300 400 500 600 700
衝撃荷重 (kgf)セ
ンサ
の出
力電
圧
(mV
)
摂氏10度
摂氏15度
摂氏20度
18
防水型センサによるスラミング計測
19
-500
0
500
1000
1500
2000
2500
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
時間(ms)
圧力
(Pa)
強い波
弱い波
微小荷重センサ
20
シート型剪断力センサ(2軸と1軸)
傾斜屋根歩行時の横方向剪断力の計測
指の摩擦力の計測
21
柔軟
薄さ
シート型剪断力センサ(2軸と1軸)
小剪断力~大剪断力まで
寸法自由
22
剪断力の計測例とセンサ出力の比例性
-0.05
-0.04
-0.03
-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
0 1 2 3 4
時間 (秒)
セン
サの
信号
(V)
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
ロー
ドセ
ルの
信号
(V)
23
実用化を望む分野
• ロボット工学
• 福祉、リハビリ分野
• スポーツ工学の分野
• アミューズメント分野
• 安全工学分野
実用化への課題• 測定精度の向上
• 使い易さの向上
• 計測システムの組み込み
24
お問い合わせ先
広島大学 産学連携センター
産学連携部門
〒739-0046 東広島市鏡山3-10-31Tel:082-421-3631Fax:082-421-3639
E-mail:[email protected]