染色された繊維は正確なひずみゲージになりました

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ビデオ: 【計測】ひずみゲージ【ロードセル】 2022, 12月
染色された繊維は正確なひずみゲージになりました
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Anonim
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アメリカのエンジニアは、光ファイバーで作られたさまざまな変形に敏感なセンサーを作成しました。これは2つの導波路で構成されています。1つは表面に異なる色が適用され、もう1つは未塗装のままです。このため、変形のタイプ、その位置と強度は、ファイバーの端の色と強度の変化によって決定できます。記事はジャーナルScienceに掲載されました。

光の基本的な特性(強度、波長、方向)は、通過する媒体によって異なります。この機能は、地震イベントの記録などの大規模な変形と、接触とその位置特定の検出などの小規模な変形の両方を検出するためによく使用されます。通常、このようなシステムは、単一のファイバーからの光強度の単純な測定を使用して、一度に複数のパラメーターを高精度で測定することはできません。または、多数のファイバーのアレイを使用するため、製造と測定が困難になります。

ロバートシェパードが率いるコーネル大学のエンジニアは、複数の変形パラメータを測定できる2ファイバトランスデューサを作成しました。両方の導波路は透明なポリマーでできており、不透明なポリマーマトリックスに配置されています。繊維の断面は長方形ですが、サイズが異なります。色付きのマークが付いた繊維は太いです。

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センサー設計

大きな導波管の色付きのマークは、その側面の1つに異なる色の長方形が交互に並んだ形で作られています。著者は主に特定の色の個別の長方形に焦点を当てましたが、他のオプションも提案しました。異なる色の2つの三角形または同じ三角形のソリッドグラデーションブロックですが、別々の長方形に内接しています。 2番目のオプションは、一度に複数の場所で曲がりやクリックを正確に測定できる可能性があるという点で魅力的です。

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導波管の基本(1)および代替色

ファイバーの色付きのマークを使用すると、変形の種類と量を計算できます。白色LEDはカラー導波路の遠端に取り付けられ、1つのカラー光センサーが両方の導波路の近端に取り付けられています。ファイバー全体または別のセクションを伸ばすと、光線が通過するスペースの長さが長くなります。このため、光は、主に反射されますが、部分的に吸収され、波長(または色)の範囲全体ではなく、染料の色に応じて均一に吸収される色の付いた領域に当たる場合が多くなります。その結果、両方の導波路からの出力で放射強度が低下し、色付きの導波路からの出力で色が変化します。このおかげで、別のセクションが変形した場合、張力の量(0.1ミリメートルの精度で)とその位置の両方を決定することができます。

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さまざまなタイプの変形を伴う導波管を通る光線の通過

同様に、トランスデューサーは曲げられたときに機能します。これはまた、変形領域での特定の色のより大きな吸収またはファイバーからのいくつかの光線の出口につながります。これは、出力での色の変化によって見ることができます。着色されていない導波管からの出口での放射の強度によって、曲げと伸長を区別することが可能です。曲げるとき、その減少は伸長するときよりもはるかに目立たなくなります。著者が作成した試作品の曲げ測定精度は0.5度です。

ファイバーピンチ検出の動作は少し異なります。光ファイバは、光線が完全に内部反射するため、光を長距離に広げることができます。これにより、光線は側面から出ません。ファイバーセンサーが押されると、乱れた全反射が発生し、光の一部が色素を通過して着色導波路から無着色導波路に到達し、再び全反射モードで伝播しますが、別のファイバーで伝播します。このため、未塗装の繊維の出口で押すと、色が白から別の繊維に変化します(光線が繊維間を通過した染料によって異なります)。ファイバーの圧力を測定する精度は0.14ニュートンです。

エンジニアは、触覚を再現する5本繊維の手袋を組み立てることにより、開発の潜在的な用途を実証しました。指の曲がりや手袋のタッチを追跡できます。著者らは、この設計のセンサーをソフトロボットで使用して、剛性のあるコンポーネントを取り除くことができる可能性があると述べています。

昨年、シェパードが率いる関連エンジニアチームは、内部全反射外乱に基づいてクリックを記録する別のセンサーを作成しました。それは、光が伝播する中央の導波路と、センサーが押されたときに発生する主な導波路との接触時にのみ光を伝播し始める横方向の導波路で構成されています。

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