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壓電懸臂樑式靜態力量感測器之設計與製作

作者	林忠憲、蔡明祺
摘要	因應消費者的需求，攜帶式電子產品近年來皆趨向小型化及多功能化，組成這些產品的元件尺寸也朝向微小化發展。因此，基於自動化生產及高精確度要求，發展微小元件自動組裝系統的重要性不言可喻。針對微小元件的夾持，為確保自動組裝系統具有足夠的夾持力，夾爪的夾持力控制是其中的關鍵技術。而力量感測器更是在發展夾持力控制技術上，不可或缺的重要元件之一。一般而言，壓電元件因其具有高靈敏度及低成本的特性，故廣乏的應用於力量量測器中。然而傳統壓電式力量感測器僅適用於量測施加力的變化，其在量測靜態力時，量得之數值會逐浙地回到零點，因此不適用於靜態力的量測。本論文設計一壓電懸臂樑結構之靜態力感測器。一般而言，大部分壓電式靜態力感測器量測結構自然頻率的偏移量來估測施加力之值。而本論文提出之量測方法則是利用壓電元件之阻抗會隨著靜態力作用而變化之特性，從而量測電流振幅的變化以分析施加力之大小。本文提出之量測方法如下：1. 施加固定頻率及振幅之弦波電壓於壓電懸臂樑上；2. 藉由電流探棒量測輸入電流；3. 採用FFT分析得到激振頻率下的電流振幅。根據此量測流程，壓電懸臂樑即可當作靜態力感測器使用。懸臂樑的尺寸為40×10×2mm3，此尺寸可與自動組裝系統之夾爪結合。且驅動電壓僅需1 Vpp，輸入功率小於大部分靜態力感測器。除此之外，壓電元件固有的特性是對於變化的力有快速的響應，亦即，本論文提出之靜態力感測器不僅可以量測靜態力，亦可快速響應出力的變化。
關鍵字	壓電靜態力感測器、單層壓電樑、懸臂樑、自動組裝系統