ALPS ALPINE 포스 센서는 Si 반도체 소자를 사용한 피에조 저항 방식을 채용하고 있으며,
MEMS 공정으로 만든 피에조 저항 소자를 사용하여 하중(포스)을 검출하고 있습니다.
신제품 HSFPAR007A는 업계 최소 사이즈※를 실현하고 있으며, 스타일러스 펜 등의 입력 디바이스나
로봇 팔의 집게 부위의 가압 밸런스 조정 등 다양한 용도로 사용하실 수 있습니다.
※2020년 6월 현재 메이커 조사

포스 센서
HSFPAR 시리즈

포스 센서의 검출 원리

피에조 저항 방식과 피에조 저항 효과를 이용한 검출 방식으로 이것은 반도체 결정(Si)에 기계적인 뒤틀림이 가해지면 내부 에너지 구조의 변화에 따라 전자의 이동량이 바뀌어 전기 저항이 변화하는 현상입니다.

오른쪽 그림과 같이 피에조 저항 소자에 걸리는 뒤틀림의 방향에 따라 전기 저항이 변합니다.

피에조 소자 변형 방향과 저항

“아래과 같이 하중이 가해지면 다이어프램이 휘어지며, 피에조 저항 소자도 왜곡되어, 출력 전압이 변화합니다.
또한 크기를 최소화하기 위해, 집적회로 없이 아날로그 출력으로 하고 있습니다.”

센서 단면 모식도

포스 센서의 특징

업계 최소 사이즈

ALPS ALPINE 포스 센서는 가늘고 작은 스타일러스 펜의 펜촉에도 들어갈 수 있도록 업계 최소 사이즈를 실현하고 있습니다.
(※2020년 6월 현재 메이커 조사)

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고선형성

피에조 저항 방식의 포스 센서는 다른 방식에 비해 높은 선형성을 실현할 수 있으나 같은 피에조 저항 방식의 타사 제품과 비교해도 ALPS ALPINE의 포스 센서는 선형성이 우수합니다.

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당사 HSFPAR004A/HSFPAR007A는 2% FS※ 이하를 실현하고 있습니다.아울러 히스테리시스에도 우수하다는 것을 알 수 있습니다.
※FS=Full Span(0~8N의 출력 변동량)

고감도

ALPS ALPINE 포스 센서는 1g(≒0.01N) 레벨의 미소한 응력도 감지할 수 있습니다.

실험 예

포스 센서 위에 1엔 동전(1g)을 쌓아 올리는 실험에서 그래프와 같이 확실하게 검출되고 있습니다. ※
상술한 바와 같이 ALPS ALPINE 포스 센서는 선형성이 높기 때문에 이것이 모든 하중 영역에서 실현할 수 있습니다.
※미소한 응력의 검출에는 연산 증폭기(Op-amp) 등의 신호 증폭 처리나 평균화 등의 신호 안정화 처리가 필요합니다.

이러한 성능에 의해 스타일러스 펜의 필압을 감지하여 붓놀림의 매끄러움과 재현성 등의 점에서 부드러운 감촉을 실현할 수 있습니다.
또한, 제로 스트로크 레벨(0.01N)의 작은 응력에서 검출할 수 있기 때문에 정밀기계를 취급하는 산업용 기기에 사용도 가능합니다.

고신뢰성

사용 하중 범위(~8N)에서 100만 회의 작동 수명을 보장하고 있습니다.
이외에 신제품 HSFPAR004A/HSFPAR007A는 최대 정격 하중이 기존 제품 대비 30~40% 증가하여 최대 55N의 하중에도 견딜 수 있습니다.
 
또한, 200N까지 견딜 수 있는 모듈(FPC 접속 타입) HSFPAR303A도 갖추고 있습니다.

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애플리케이션 예

로봇 팔 집게 부위에서의
가압 밸런스 조정

2족 보행 로봇의 발바닥에 탑재하여
하중을 감지하여 밸런스를 조정

스타일러스 펜 등의
각종 입력 디바이스의 필압 감지

라인업

제품번호 제품사진 사이즈 특징 동작 하중 범위 전원 전압 최대 정격하중

HSFPAR003A

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HSFPAR003A 2.0 × 1.6 × 0.66mm 초소형 SMD 타입 0 ~ 8N 1.5 ~ 3.6V 40N

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HSFPAR004A

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HSFPAR003A 2.0 × 1.6 × 0.66mm 초소형 SMD 타입 0 ~ 8N 1.5 ~ 3.6V 55N

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HSFPAR007A

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HSFPAR007A 1.5 × 0.85 × 0.68mm 초소형 SMD 타입 0 ~ 8N 1.5 ~ 3.6V 55N

HSFPAR303A

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HSFPAR003A 4.0 × 2.7 × 2.06mm 내충격 유닛 타입 0 ~ 7N 1.5 ~ 3.6V 200N

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