컨텐츠 메뉴
● 장력 센서 이해
>> 장력 센서의 유형
● 배선 및 연결
● 구경 측정
● 고급 기술
● 응용 프로그램
● 결론
● FAQ
>> 3. 장력을 측정하기 위해 Flex 센서를 사용할 수 있습니까?
● 인용 :
장력 측정은 로봇 공학 및 웨어러블 기술에서부터 구조 건강 모니터링 및 스포츠 장비에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 중요한 측면입니다. 안전을 보장하고 성능을 최적화하며 실패 방지하기 위해서는 장력 또는 당기 힘을 정확하게 측정하는 능력이 필수적입니다. Arduino와 같은 마이크로 컨트롤러의 출현으로 간단한 구축 긴장 측정 시스템은 더 접근하기 쉽고 비용 효율적입니다. 이 기사는 그러한 시스템 생성과 관련된 구성 요소, 기술 및 고려 사항을 탐구합니다.
장력 센서는 케이블, 스트링 또는 유연한 재료에 가해지는 당기력을 측정하도록 특별히 설계된 장치입니다. 푸시 힘을 측정하는 압축 센서와 달리 장력 센서는 감지 요소를 신축하거나 길게하는 힘에 반응합니다. 이러한 센서의 뉘앙스를 이해하는 것은 정확한 데이터 수집 및 해석에 필수적입니다.
Arduino의 장력 측정에 여러 유형의 센서를 사용할 수 있으며, 각각 고유 한 특성과 기능을 제공합니다.
-로드 셀 : 부하 셀은 무게의 적용에 널리 사용되지만 장력 측정에도 적응할 수도 있습니다. 그들은 스트레인 게이지의 원리에 따라 작동하며, 이는 스트레칭 할 때 저항을 변화시킵니다. 인장력이 적용되면로드 셀이 약간 변형되어 변형 게이지가 저항을 변화시킵니다. 이러한 저항 변화는 적용된 힘에 비례하는 전기 신호로 변환됩니다. 하중 셀은 견고성과 정확성으로 알려져있어 애플리케이션을 요구하는 데 적합합니다.
- 스트레인 게이지 : 스트레인 게이지는 스트레스를받을 때 재료의 변형 (변형)을 측정하는 저항성 센서입니다. 그것들은 일반적으로 특수 접착제를 사용하여 장력 하에서 물체의 표면에 결합됩니다. 물체에 인장력이 적용되면 변형 게이지가 변형됩니다. 이 변형은 휘트 스톤 브리지 회로를 사용하여 측정 할 수있는 스트레인 게이지의 저항을 변경합니다. 저항의 변화는 균주에 직접 비례하므로 장력의 정확한 측정을 가능하게합니다.
- 힘 민감성 저항 (FSRS) : FSRS는 가변 저항이 적용된 힘으로 저항이 변하는 가변 저항입니다. 사용하기 간단하지만 일반적으로 부하 셀 또는 스트레인 게이지보다 정확하지 않습니다. FSR은 압력이 표면에 적용될 때 저항을 변화시키는 전도성 중합체 필름으로 구성됩니다. 인장력이 증가함에 따라 저항이 감소합니다. 이러한 저항 변화는 전압 분배기 회로를 사용하여 쉽게 측정 할 수있어 FSR을 빠른 프로토 타이핑과 높은 정확도가 중요하지 않은 간단한 응용 프로그램을위한 편리한 옵션입니다.
- 용량 성 센서 : 정전성 센서는 케이블이나 재료의 장력으로 인한 커패시턴스의 변화를 감지합니다. 그들은 다양한 재료에 통합되어 장력 감지를위한 비접촉 방법을 제공 할 수 있습니다. 이 센서는 장력으로 인한 거리가 변화함에 따라 두 개의 전도성 플레이트 사이의 커패시턴스 변화를 측정하여 작동합니다. 장력하에있는 재료와의 물리적 접촉이 바람직하지 않은 응용 분야에서 특히 유용 할 수 있습니다.
Arduino의 장력 감지를위한 센서를 선택할 때 다음 요소를 고려하십시오.
- 측정 범위 : 센서가 최대 용량을 초과하지 않고 예상되는 장력 력을 측정 할 수 있도록합니다. 센서를 과부하 시키면 센서가 손상되거나 부정확 한 판독 값으로 이어질 수 있습니다.
- 감도 : 감도가 높을수록 특히 작은 장력력을 다룰 때보다 정확한 측정을 가능하게합니다. 감도는 입력력의 단위 변화 당 출력 신호의 변화를 말합니다.
- 정확도 : 응용 프로그램에 필요한 정확도 수준을 결정하십시오. 정확도는 센서의 판독 값이 장력력의 실제 가치에 얼마나 가까운지를 나타냅니다.
- 교정 : 일부 센서는 정확한 판독 값을 보장하기 위해 교정이 필요합니다. 교정에는 센서의 출력을 알려진 장력 값에 맞게 조정하는 것이 포함됩니다.
- 통합 복잡성 : 기존 Arduino 설정과 쉽게 통합 할 수있는 센서를 선택하십시오. 센서의 배선 요구 사항, 신호 조절 요구 및 사용 가능한 라이브러리를 고려하십시오.
- 비용 : 센서 비용과 성능 및 기능의 균형을 유지하십시오. 고성능 센서는 종종 더 높은 가격표와 함께 제공됩니다.
Arduino와 함께 간단한 장력 측정 시스템을 구축하려면 다음 구성 요소가 필요합니다.
1. Arduino Board : Arduino UNO 또는 이와 유사한 보드는 센서 데이터를 처리하고 시스템을 제어하기위한 마이크로 컨트롤러 역할을합니다. Arduino는 장력 센서 및 기타 구성 요소와 인터페이스하는 데 필요한 처리 전력, 메모리 및 입력/출력 핀을 제공합니다.
2. 장력 센서 : 응용 프로그램 요구 사항 (예 :로드 셀, 스트레인 게이지 또는 FSR)에 따라 적절한 장력 센서를 선택하십시오. 센서 선택은 측정 범위, 정확도 요구 사항 및 프로젝트의 통합 복잡성에 따라 다릅니다.
3. 신호 증폭기 (필요한 경우) : 부하 셀과 같은 일부 장력 센서는 증폭이 필요한 매우 작은 전압 변화를 생성합니다. HX711 앰프는 일반적 으로이 목적으로 사용됩니다. HX711은로드 셀에서 작은 아날로그 신호를 증폭시키고 Arduino가 쉽게 읽을 수있는 디지털 신호로 변환하도록 설계된 특수 증폭기입니다.
4. 저항기 : FSR과 같은 특정 유형의 센서에 대해 전압 분배기 또는 바이어스 회로를 생성하는 데 필요합니다. 저항은 전압 분배기 회로를 생성하는 데 사용되며, 이는 FSR의 저항 변화를 Arduino의 아날로그 입력에 의해 읽을 수있는 전압 신호로 변환합니다.
5. 빵 보드 및 점퍼 와이어 : 프로토 타이핑 및 구성 요소 연결 용. 브레드 보드는 납땜하지 않고 회로를 프로토 타입으로 편리하게 제공하는 반면, 점퍼 와이어는 구성 요소간에 전기 연결을 만드는 데 사용됩니다.
6. 전원 공급 장치 : Arduino 보드와 장력 센서에 전원을 공급합니다. 정확하고 일관된 측정을 보장하기 위해서는 안정적이고 안정적인 전원 공급 장치가 필수적입니다.
7. 디스플레이 (선택 사항) : LCD 화면 또는 직렬 모니터를 사용하여 장력 측정을 표시 할 수 있습니다. LCD 화면은 장력 판독 값을 시각적으로 표시하는 반면 직렬 모니터를 사용하면 컴퓨터의 데이터를 볼 수 있습니다.
배선 및 연결은 선택한 장력 센서 유형에 따라 다릅니다. 다음은 힘 민감성 저항 (FSR)을 Arduino에 연결하는 방법의 예입니다.
1. FSR의 한쪽 끝을 5V 공급에 연결하십시오.
2. FSR의 다른 쪽 끝을 Arduino (예 : A0)의 아날로그 입력 핀에 연결하십시오.
3. 아날로그 입력 핀에서지면으로 저항 (예 : 10kΩ)을 연결하여 전압 분배기를 만듭니다.
FSR ----> Arduino A0
|
10kΩ 저항
|
Gnd
이 구성에서, FSR 및 10KΩ 저항은 전압 분배기를 형성합니다. FSR의 저항이 적용된 힘에 따라 변함에 따라 아날로그 입력 핀의 전압이 비례 적으로 변합니다. Arduino는이 전압을 읽고 장력 측정으로 변환 할 수 있습니다.
로드 셀의 경우, 연결은 일반적으로 HX711 앰프를 포함합니다.
| 로드 셀 | HX711 |
|---|---|
| 빨간색 (E+) | e+ |
| 검은 색 (e-) | 이자형- |
| 흰색 (a-) | 에이- |
| 녹색 (a+) | A+ |
다음과 같이 hx711을 Arduino에 연결하십시오 :
| HX711 | Arduino |
|---|---|
| DT | 핀 2 |
| SCK | 핀 3 |
| VCC | 5V |
| Gnd | Gnd |
HX711은 연속 인터페이스를 사용하여 Arduino와 통신합니다. DT (데이터) 핀은 증폭되고 디지털화 된 센서 데이터를 전송하는 반면 SCK (Serial Clock) 핀은 통신의 타이밍 신호를 제공합니다. 이 핀을 Arduino에 연결하면 하중 셀의 장력 측정을 읽을 수 있습니다.
Arduino 코드는 센서 유형과 원하는 기능에 따라 다릅니다. 다음은 FSR을 읽고 직렬 모니터에 값을 표시하기위한 코드의 예입니다.
const int sensorpin = a0; // FSR에 연결된 아날로그 핀
const int resistorvalue = 10000; // 시리즈 저항의 저항
void setup () {
Serial.begin (9600); // 직렬 통신 초기화
}
void loop () {
int sensorvalue = analogread (sensorpin); // 센서에서 아날로그 값을 읽습니다
serial.print ( '센서 값 : ');
serial.println (sensorvalue);
지연 (100); // 안정성 지연
}
이 코드는 Arduino의 아날로그 입력 핀 (A0)에 연결된 FSR의 아날로그 값을 읽습니다. `analogread ()`함수는 0과 1023 사이의 값을 반환하며,이 값은 아날로그 입력 핀의 전압을 나타냅니다. 이 값은 직렬 모니터에 인쇄됩니다.
HX711 앰프가있는로드 셀의 경우 HX711 라이브러리를 사용할 수 있습니다.
#include 'hx711.h '
HX711 스케일;
const int dt_pin = 2;
const int sck_pin = 3;
void setup () {
Serial.begin (9600);
scale.begin (dt_pin, sck_pin);
scale.set_scale ();
scale.tare ();
}
void loop () {
serial.print ( 'weight : ');
serial.print (scale.get_units (), 1);
serial.println ( 'g ');
지연 (1000);
}
이 코드는 HX711 라이브러리를 사용하여 HX711 앰프와 인터페이스합니다. `hx711 scale;`line은 HX711 클래스의 인스턴스를 만듭니다. `scale.begin (dt_pin, sck_pin);`line은 데이터 및 클럭 핀으로 HX711을 초기화합니다. `scale.set_scale ();`라인은로드 셀의 교정 계수를 설정합니다. `scale.tare ();`라인은로드 셀의 제로 포인트를 설정합니다. `scale.get_units ()`함수는 그램으로 무게를 반환합니다.
정확한 장력 측정을 얻는 데 교정이 중요합니다. 교정 프로세스에는 센서의 출력을 알려진 장력 값과 비교하고 오류를 보상하기 위해 코드를 조정하는 것이 포함됩니다. 적절한 교정 없이는 센서의 판독 값이 실제 장력력을 정확하게 반영하지 않을 수 있습니다.
FSRS의 경우 다른 알려진 힘에서 센서 값을 기록하고 값과 해당 힘 사이에 매핑을 만들어 보정 할 수 있습니다. 이 매핑은 조회 테이블 또는 수학 공식을 사용하여 구현할 수 있습니다.
하중 셀의 경우, 보정은 일반적으로 알려진 가중치를 사용하는 것을 포함합니다. 무게 (TARE)없이로드 셀의 원시 판독 값을 기록하십시오. 그런 다음 알려진 가중치를로드 셀에 놓고 해당 판독 값을 기록하십시오. 이 데이터 포인트를 사용하여 교정 계수 (중량 대 읽기 비율)를 계산하십시오. Arduino 코드 에이 교정 계수를 적용하여 원시 판독 값을 정확한 힘 측정으로 변환하십시오. 데이터 포인트가 많을수록 교정이 더 정확합니다.
- 필터링 : 센서 데이터에 디지털 필터를 적용하면 노이즈가 줄어들고 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 이동 평균 필터와 Kalman 필터는이 목적으로 일반적으로 사용됩니다.
- 온도 보상 : 온도 변화는 센서의 판독 값에 영향을 줄 수 있습니다. 온도 보상 기술을 구현하면 더 넓은 범위의 온도에서 정확도를 향상시킬 수 있습니다.
- 데이터 로깅 : 센서 데이터를 SD 카드 또는 클라우드 플랫폼에 로깅하면 장기 모니터링 및 분석이 가능합니다.
- 무선 통신 : 무선 통신 모듈 (예 : Bluetooth 또는 WiFi) 추가하면 장력 측정을 원격 모니터링 할 수 있습니다.
Arduino의 장력 측정 시스템에는 광범위한 응용 분야가 있습니다.
- 로봇 공학 : 안전한 작동을 보장하고 과부하를 방지하기 위해 로봇 암의 하중 모니터링. 로봇 암의 케이블 또는 조인트의 장력을 모니터링하면 팔이 최대 하중 용량을 초과하지 않도록 할 수 있습니다.
- 웨어러블 기술 : 신체 활동 또는 건강 지표를 모니터링하기 위해 의류에 통합. 예를 들어, 장력 센서는 운동 또는 재활 중에 근육 긴장을 측정하기 위해 운동복에 통합 될 수 있습니다.
- 구조 건강 모니터링 : 고장을 방지하기 위해 교량과 건물의 스트레스를 감지합니다. 긴장 센서는 중요한 구조적 요소에 설치하여 스트레스 수준을 모니터링하고 치명적인 실패로 이어지기 전에 잠재적 문제를 감지 할 수 있습니다.
- 스포츠 장비 : 그립 강도 또는 근육 긴장과 같은 성능 지표 측정. 장력 센서는 테니스 라켓이나 골프 클럽과 같은 스포츠 장비에서 선수가 적용한 힘을 측정 할 수 있습니다.
- 산업용 자동화 : 기계의 부하 모니터링을 방지하고 안전을 보장합니다. 장력 센서를 사용하여 컨베이어 벨트, 크레인 및 기타 산업 기계의 하중을 모니터링하여 과부하를 방지하고 안전한 작동을 보장 할 수 있습니다.
이 기사에 설명 된 기본 장력 측정 시스템은보다 구체적인 요구를 충족시키기 위해 더욱 향상되고 확장 될 수 있습니다. 예를 들어, 여러 센서를 통합하면 시스템의 장력 분포에 대한보다 포괄적 인 이해를 제공 할 수 있습니다. 피드백 제어 메커니즘을 추가하면 시스템이 센서 판독 값에 따라 긴장 수준을 자동으로 조정할 수 있습니다. 또한 기계 학습 알고리즘을 통합하면 시스템이 과거 데이터에서 학습하고 향후 긴장 추세를 예측할 수 있습니다.
기술이 발전함에 따라 Arduino 및 기타 마이크로 컨트롤러를 기반으로 한 더 정교한 장력 측정 시스템을 볼 수 있습니다. 이 시스템은 인프라의 안전을 보장하는 것에서부터 운동 선수의 성능 향상에 이르기까지 광범위한 응용 분야에서 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다.
Arduino를 사용하여 간단한 긴장 측정 시스템을 구축하는 것은 다양한 응용 분야에서 힘 측정을위한 다목적이고 비용 효율적인 솔루션입니다. 작동 원리를 이해하고 하드웨어를 올바르게 설정하고 센서를 신중하게 교정함으로써 정확하고 신뢰할 수있는 힘 측정을 달성 할 수 있습니다. 디지털 스케일, 로봇 암 또는 재료 테스트 리그를 구축하든 장력 센서와 Arduino의 조합은 프로젝트를위한 강력한 플랫폼을 제공합니다.
장력 센서는 케이블, 스트링 또는 기타 유연한 재료에 가해지는 당기력을 측정하는 장치입니다. 압축 센서와 달리 장력 센서는 감지 요소를 늘리거나 길게하는 힘에 반응합니다.
스트레인 게이지는 기계적 응력 또는 변형이 발생할 때 전기 저항이 변한다는 원칙에 따라 작동합니다. 그것들은 일반적으로 장력 하에서 물체의 표면에 결합되며 물체가 변형되면 변형 게이지가 또한 변형되어 측정 할 수있는 저항의 변화를 유발합니다.
플렉스 센서는 일반적으로 굽힘 또는 굴곡을 측정하는 데 사용되지만 특정 응용 분야에서 장력 측정에 적응할 수 있습니다. 플렉스 센서를 장력 하에서 유연한 재료에 부착함으로써 센서는 장력으로 인한 굽힘의 양을 감지 할 수 있습니다.
HX711은 하중 셀을 위해 설계된 특수 증폭기입니다. 하중 셀은 종종 밀리 볼트 범위에서 적용된 힘에 반응하여 매우 작은 전압 변화를 생성합니다. HX711은 이러한 작은 전압 변화를 증폭시켜 Arduino가 읽을 수있게합니다. 또한 안정적이고 정확한 디지털 출력을 제공하여 노이즈를 줄이고 힘 측정의 전반적인 정밀도를 향상시킵니다.
Arduino에 연결된 장력 센서를 교정하려면 알려진 무게 나 힘이 필요합니다. 먼저, 힘을 적용하지 않고 센서의 원시 판독 값을 기록하십시오 (TARE). 그런 다음 알려진 가중치 또는 힘을 센서에 적용하고 해당 판독 값을 기록하십시오. 이 데이터 포인트를 사용하여 교정 계수 (힘 대 읽기 비율)를 계산하십시오. Arduino 코드 에이 교정 계수를 적용하여 원시 판독 값을 정확한 힘 측정으로 변환하십시오.
[1] https://www.youtube.com/watch?v=r7owtce6qqc
[2] https://www.fibossensor.com/what-sensors-best-best-with-arduino-for-tension-detection.html
[3] https://www.youtube.com/watch?v=vqwjzteggc4
[4] https://www.fibossensor.com/how-can-i-us-a-sensor-tension-with-arduino-for-force-measurement.html
[5] https://www.youtube.com/watch?v=azmdrsyml_o
[6] https://forum.arduino.cc/t/looking-for-a-tension-ensor-not-load-sensor/1017088
[7] https://www.instructables.com/arduino-pressure-sensor-fsr-with-lcd-display/
[8] https://forum.arduino.cc/t/tension-sensor-selection/564801
