Sensores-Multieje

Un sensor multieje es un transductor de fuerza/par que mide hasta 6 fuerzas (Fx, Fy, Fz) y pares (Mx, My, Mz) diferentes en 3 direcciones espaciales y las convierte en una señal eléctrica de salida. Los sensores multieje son también conocidos como transductores multicomponente o sensores de fuerza/par. (por ejemplo: sensor de fuerza de biaxial, sensor de fuerza de 4 ejes, sensor de fuera de 6 ejes, celda de carga de 6 DoF-grados de libertad)

Los sensores de par multieje producidos en Estados Unidos por FUTEK Advanced Sensor Technology, fabricante líder de una gran selección de celdas de carga multieje, se fabrican haciendo uso de una de las más avanzadas tecnologías en la industria de los sensores: la tecnología de las galgas extensiométricas de lámina metálica.

¿Qué es un sensor de fuerza multieje?

Un sensor multicomponente (también conocido comúnmente como sensor de fuerza/par o celda de carga multicomponente) está diseñado para capturar medidas en todas las direcciones: tanto fuerzas de tracción y compresión (±Fx, ±Fy, and ±Fz) como los pares y momentos en el sentido de las agujas de reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj (±Mx, ±My o ±Mz).

Estos sensores de fuerza y torque especiales están equipados con varios puentes de galgas extensiométricas que miden de forma precisa las fuerzas y pares aplicados en una dirección con interferencias cruzadas (diafonía) muy bajas o nulas de los momentos o fuerzas aplicados en otras direcciones.

En aplicaciones donde varios vectores de fuerza y par deben ser medidos simultáneamente en las direcciones x, y e z, los sensores multiaxiales son las opciones más preferibles. Gracias a su diseño compacto, los transductores multicomponente proporcionan un gran ahorro de espacio en el montaje y de tiempo de instalación en comparación con una solución alternativa que consista en la instalación de varias celdas de carga y sensores de par de un solo eje.

¿Qué es la diafonía (o interferencia cruzada) en una celda de carga multicomponente y cómo minimizarla?

Una celda de carga multiaxiales está diseñada para medir independientemente fuerza y torque  en cada uno de sus ejes o canales. Sin embargo, basándose en el efecto físico de las fuerzas de Poisson, existirá una expansión y una contracción del cuerpo de la celda de carga en la dirección perpendicular a la dirección de la carga aplicada. Por lo tanto, cuando una fuerza o par es aplicada en una única dirección, se genera además una señal de salida mínima en los otros ejes debido a la sensibilidad transversal del sensor.

Los niveles de diafonía Los niveles de diafonía las interferencias cruzadas entre fuerzas y pares pueden ser compensadas matemáticamente.

¿Cuáles son los tipos de sensores multieje?

Los sensores multicomponente (pero no los sensores de desplazamiento LVDT) ueden ser usados en muchas aplicaciones en las que un vector de fuerza o par debe ser descrito en las coordenadas posicionales x, y e z (Fx, Fy, Fz y Mx, My, Mz).

• Celda de carga biaxial (Fx, Fy): el brazo de carga biaxial MBA400 está diseñado para medir fuerzas en las direcciones Fx y Fy (tracción y compresión);
• Sensor biaxial de empuje y par (Fz, Mz): el sensor de empuje y par MBA500 está diseñado para medir la fuerza en la dirección (Fz) y el par en la dirección (Mz);
• Sensor de empuje triaxial de perfil bajo y celda de carga de momento (Fz, Mx, My): los sensores de fuerza MTA500 y MTA505 3DoF están diseñados para medir las fuerzas tracción y compresión en la dirección Fz, así como las reacciones de los momentos Mx y My, tanto en el sentido de las agujas del reloj como en el contrario.
• Celda de carga triaxial (Fx, Fy, Fz): los sensores de fuerza MTA400 y MTA600 3 DoF están diseñado para medir fuerzas de tracción y compresión en las direcciones Fx, Fy y Fz.
• Sensores multieje personalizados: nuestro equipo de ingenieros puede diseñar celdas de carga multieje personalizadas, incluyendo diseños de celda de carga de 6 ejes (también conocidas sensor 6 DoF- grados de libertad), que cumplan con sus requerimientos y capacidades. Además, tenemos en nuestro inventario varias unidades personalizadas, por lo que están disponibles para envíos rápidos. De forma análoga a nuestra línea de productos de sensores de peso multicomponente, los modelos personalizados están fabricados en Estados Unidos mediante la tecnología de celdas de carga de lámina metálica.

Para consultar las versiones miniaturizadas de las celdas de carga y sensores de fuerza, visite nuestra página resumen de sensores en miniatura.

¿Cuáles son las aplicaciones típicas de los sensores multicomponente?

Uno de los grandes orgullos del equipo de ingenieros de FUTEK es el sensor de fuerza multieje diseñado específicamente para la misión Mars Rover Curiosity. FUTEK, como uno de los fabricantes de celdas de carga más conocido, desarrolló un sensor criogénico de celda de carga triaxial para operar en el Rover sobre la superficie de Marte. El sensor de fuerza y torque multiaxiales es el responsable de las maniobras del brazo robótico. A medida que el brazo se mueve, el sensor triaxial proporciona un feedback al sistema que lo maneja, identificando los valores de par y fuerza aplicados. La función de este transductor multiaxiales es alertar al Rover en el caso que un esfuerzo excesivo ocurre sobre el brazo.

En el caso de los combustibles experimentales, los motores del cohete y de las toberas de compensación de altitud, las pruebas en tierra son necesarias para caracterizar sus curvas de empuje e impulso específico (lsp) en condiciones estáticas de ensayo. Para lograr esto una serie de celdas de carga LFC se acoplan entre el motor del cohete y el banco de ensayos de empuje del motor del cohete. 

La medida del par de perforación y de la fuerza de empuje es otra potencial aplicación para los sensores multieje. Basándose en los datos de las medidas de la perforación, los operadores e ingenieros de producción pueden optimizar el proceso, prevenir fallos, predecir la energía de perforación o el mantenimiento o cambio de brocas, e investigar los parámetros del proceso de perforación, incluyendo la velocidad de corte, la tasa de alimentación, la geometría de las brocas, y la calidad del producto extraído en base a su composición.

Las pruebas de impacto hacen uso de varios transductores multieje. Los muñecos de prueba (dummy) están equipados con sensores de impacto instalados en las principales articulaciones y extremidades y con sistemas de adquisición de datos capaces de registrar la velocidad del impacto, el desplazamiento del torso, la tasa de desaceleración y las fuerzas de alta frecuencia ejercidas sobre el dummy en distintos momentos.

Otro uso común en la industria aeroespacial para los sensores de fuerza multi canal son los túneles de viento. Los túneles de viento son utilizados en las investigaciones aerodinámicas para estudiar los efectos del aire al moverse sobre objetos solidos conocidos como modelos. El modelo se instala sobre una célula de carga de 3 grados de libertad, que proporcionan una medida de fuerza of de la presión soportada por el objeto ensayado (por ejemplo, una aeronave), como la celda de carga triaxial (MTA400) junto con su instrumentación correspondiente (Amplificador de la serie  IAA y solución USB). Un sensor de presión puede ser también necesario para esta aplicación.

Por último, pero no menos importante, una de nuestras aplicaciones más importantes de las celdas de carga triaxiales: ¡monitorizar la fuerza de tiro (empuje) y las direcciones de los renos voladores de Santa Claus durante las Navidades! 😊 El 24 de diciembre, Santa Claus tiene una noche ocupada repartiendo regalos a 1.300 millones de niños en todo el mundo. Para cumplir con su programa de entregas, Santa confía en su sistema GPS de navegación de alta precisión y en sistemas de piloto automático para minimizar los tiempos de viaje. La información sobre las fuerzas es necesaria para confirmar las señales de entrada de los renos y monitorizar su salud (incluso los renos mágicos voladores pueden llegar a cansarse). Para monitorizar a los renos, se han acoplado a sus arneses un par celdas de carga triaxiales MTA600 conectadas con un amplificador de la serie IAA.

Los sistemas de control Fly By Wire (sistemas de pilotaje por mandos electrónicos) procesan señales de entrada generadas tanto por los pilotos como por los pilotos automáticos y controlan automáticamente las superficies aerodinámicas de control de vuelo. Los sensores multieje y sensores de par Fly By Wire e son usados intensivamente en entornos de testeo de vuelo para validar el diseño de los sistemas de control basándose en las leyes de vuelo.

¿le gustaría ser productivo y aprender más sobre las aplicaciones de los sensores de fuerza de 6 ejes y de otros sensores de fuerza multicomponente? Visite nuestra página web sobre aplicaciones de los sensores multieje.