Principe de fonctionnement des capteurs multi-axes
Un capteur multi-axes est un capteur de force-couple qui mesure jusqu'à 6 forces (Fx, Fy, Fz) et couple (Mx, My, Mz) différentes, dans 3 directions spatiales et les convertit en un signal de sortie électrique.
Les capteurs multi-axes sont également connus sous le nom de capteurs multi-composants ou capteurs de force-couple (c'est-à-dire : capteur de force à 2 axes, capteur de force à 3 axes, capteur à 6 axes).
Qu'est-ce qu'un capteur de force multi-axes ?
Un capteur multi-composants (également connu sous le nom de capteur de couple et force ou cellule de charge multi-composants) est conçu pour mesurer dans toutes les directions spatiales : les forces en tension et en compression (±Fx, ±Fy et ±Fz) ainsi que les couples (ou moments) dans le sens horaire et antihoraire (±Mx, ±My ou ±Mz).
Ces capteurs de force-couple spéciaux sont équipés de plusieurs ponts de jauges de contrainte qui mesurent avec précision les forces et les couples appliqués dans une direction avec peu ou pas d'interférence croisée due à la force ou aux moments appliqués dans d'autres directions.
Dans les applications où plusieurs vecteurs de force et de couple doivent être mesurés simultanément dans les directions x, y et z, les capteurs multi-axes sont la solution parfaite. Grâce à leur conception compacte, les capteurs multi-composants permettent de gagner beaucoup de place lors du montage et de l'installation par rapport à la solution alternative consistant à installer plusieurs capteurs de force à axe unique et/ou capteurs de couple.
Qu'est-ce que le "Cross-talk" dans un capteur multiaxes et comment le minimiser ?
Le capteur multi-axes est conçue pour mesurer indépendamment la force et le couple dans chacun de ses axes ou canaux. Cependant, en fonction de l'effet physique des coefficient de Poisson, il y aura une dilatation ou une contraction du matériau de flexion dans des directions perpendiculaires à la direction de la charge appliquée. Ainsi, lorsqu'une charge ou un couple est appliqué dans une seule direction, il existe également un signal de sortie minimum dans l'autre axe en raison de la sensibilité transversale du capteur.
Les niveaux de diaphonie font partie des spécifications techniques des capteurs de couple multi-axes.
Quels sont les types de capteurs multi-axes ?
Les capteurs multicomposants peuvent être utilisés dans de nombreuses applications où un vecteur de charge ou de couple doit être décrit en termes de coordonnées de position x, y et z (Fx, Fy, Fz et Mx, My, Mz).
- Cellule de charge à 2 axes (Fx, Fy) : le bras de charge biaxiale MBA400 est conçu pour mesurer les forces dans les directions Fx et Fy (tension et compression) ;
- Capteur biaxial de couple et de poussée à 2 axes (Fz, Mz) : Le capteur de couple et de poussée MBA500 est conçu pour mesurer les directions de charge (Fz) et de couple de réaction (Mz) ;
- Capteur de force de poussée et de moment à profil bas à 3 axes (Fz, Mx, My) : les capteurs de force à 3 degrés de liberté MTA500 et MTA505 sont conçus pour mesurer les forces de tension et de compression dans les directions Fz, ainsi que les moments de couple de réaction dans les directions Mx et My, dans le sens horaire et antihoraire ;
- Cellule de charge à 3 axes (Fx, Fy, Fz) : les capteurs de force à 3 degrés de liberté MTA400 et MTA600 sont conçus pour mesurer les forces de tension et de compression dans les directions Fx, Fy et Fz ;
- Capteur multi-axes sur mesure : Notre équipe d'ingénieurs peut également concevoir des cellules de charge multi-axes personnalisées, notamment des capteurs de force à 6 axes (également appelées capteurs de force à 6 degrés de liberté), pour répondre à vos exigences et à vos applications. Nous disposons également dans notre catalogue de plusieurs solutions sur mesure, disponibles pour une livraison rapide. Comme pour toute notre gamme de produits de capteurs multi-composants, les modèles personnalisés utilisent la technologie des jauges de contrainte à feuille métallique.
Quelques exemples d'applications utilisant les capteurs multi-composants ?
Le capteur de force multi-axes spécialement conçu pour la mission Mars Rover Curiosity est un capteur cryogénique à 3 axes pour fonctionner à bord du rover sur le sol martien. Le capteur de force et de couple multi-axes est responsable des manœuvres du bras robotique. Lorsque le bras se déplace, le capteur triaxial fournit un retour d'information au dispositif de commande identifiant les niveaux de torsion et de force appliqués. Le role de ce transducteur multi-axes est d'alerter le rover en cas de sur effort sur le bras.
La mesure du couple et de la force de percage ou forage est une application courante des capteurs multiaxes. Grace à ces mesures, les opérateurs et les ingénieurs de fabrication peuvent optimiser le processus, prévenir les défaillances, prévoir la maintenance ou le remplacement des perceuses électriques ou des forets et étudier les paramètres du processus de perçage, notamment la vitesse, la géométrie et la composition du foret, ainsi que la qualité du produit final.
Les applications de crash-tests utilisent fréquemment des capteurs multi-axes. Les mannequins d'essai sont équipés de capteurs de crash-test montés sur les articulations et les membres principaux du corps et d'un système d'acquisition de données capable d'enregistrer la vitesse d'impact, le déplacement du thorax, les taux de décélération et les forces à haute fréquence exercées sur le mannequin d'essai à différents moments.
Dans les capteurs de robots humanoïdes, la précision, l'agilité et la sécurité sont primordiales. Les capteurs de force et de couple sont conçus pour permettre des manipulations délicates et des mouvements robustes.
D'autres applications courantes de l'industrie aérospatiale pour les capteurs de force multiaxes sont les essais en soufflerie. Les souffleries sont utilisées dans la recherche aérodynamique pour étudier les effets de l'air se déplaçant sur des objets solides appelés modèles. Un modèle est monté sur une cellule de charge stationnaire à 3 degrés de liberté, qui fournit une mesure de la force de la pression exercée sur l'objet (c'est-à-dire l'avion) lors du test. Le capteur de force 3 axes (MTA400) est associé à l'instrumentation (amplificateur série IAA et solutions USB). Un capteur de pression peut également être nécessaire dans ce cas.
Le système de commande Fly By Wire traite les entrées effectuées par le pilote (ou le pilote automatique) et contrôle automatiquement les actionneurs des surfaces de commande de vol. Les capteurs de force et de couple multi-axes Fly By Wire sont largement utilisés dans les simulateurs de test en vol pour valider la conception du système de commande en fonction des lois de commande de vol.
D'autres types d'applications existent, visitez notre page Applications des capteurs multi-axes.