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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

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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

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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

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硬い平板状のシート型変動荷重センサ

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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

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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

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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

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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)

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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

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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：techrd@hiroshima-u.ac.jp