توسعه یک حسگر دیجیتال تنش برشی بر اساس اختلاف ‌فاز القایی، به‌منظور پیشگیری از زخم بستر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی‌ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

10.22034/ijme.2024.434979.1916

چکیده

در این مقاله یک حس‌گر جدید ارائه ‌شده که بر اساس اختلاف ‌فاز، تنش برشی را اندازه­گیری می‌کند. در این روش ابتدا، با استفاده از یک فنر، نیروی حاصل از تنش برشی، تبدیل به جابجایی شده و سپس جابجایی اندازه‌گیری می‌شود. اساس کار اندازه‌گیری جابجایی، القای جریان بین دو کویل مسطح است که در مقابل هم قرار دارند. یکی از این کویل­‌ها ثابت بوده و دیگری جابجا می‌شود. هر یک گام که کویل متحرک روی کویل ثابت حرکت می‌کند، ولتاژ خروجی آن به‌اندازه 2 ولت تغییر فاز می‌دهد. چون اختلاف‌ فاز حاصل ‌شده متناسب با جابجایی است، مقدار حرکت کویل متحرک را می‌توان از روی اندازه‌گیری اختلاف ‌فاز به دست آورد. بر این اساس یک حس‌گر دو بعدی طراحی و شبیه‌سازی‌ شده که در دو جهت x و  y قابلیت اندازه‌گیری دارد. شبیه‌سازی به‌صورت مکانیکی ـ مغناطیسی انجام‌ شده است، یعنی به ازای جابجایی الکترودها اختلاف ‌فاز خروجی حاصل‌ شده به‌صورت تفکیک‌ شده در هر دو راستای x و  yبه‌دست ‌آمده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Development of a digital shear stress sensor based on induced phase difference, in order to prevent bedsores

نویسندگان [English]

  • Kiana Sadaat Mousavi Jarahi 1
  • Yousef Hojjat 2
  • Behzad Ghavami Namin 3
1 MSc Student, Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Professor, Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
3 PhD Student, Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this article, a new sensor is presented that measures the shear stress based on the phase difference. In this method, first, using a spring, the force resulting from the shear stress is converted into displacement, and then the displacement is measured. The basis of displacement measurement is the induction of current between two flat coils that are opposite each other. One of these coils is fixed and the other is movable. Each step that the moving coil moves on the fixed coil, its output voltage changes its phase by 2 V Because the resulting phase difference is proportional to the displacement, the amount of movement of the moving coil can be obtained from the measurement of the phase difference. Based on this, a two-dimensional sensor has been designed and simulated that can measure in both x and y directions. The simulation has been done mechanically-magnetically, that is, for moving the electrodes, the output phase difference has been obtained separately in both x and y directions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Magnetic Induction
  • Shear Force
  • Phase Difference
[1] Fajingbesi FE, Azman AW, Ahmad Z, Olanrewaju RF, Ibrahimi MI, Mustafah YM. Low cost piezoresistive pressure sensor matrix for pressure ulcer prevention and management. In2019 7th International Conference on Mechatronics Engineering (ICOM) 2019 Oct 30 (pp. 1-4). IEEE. doi: 10.1109/ICOM47790.2019.8952007
[2] Cheng MY, Lin CL, Lai YT, Yang YJ. A polymer-based capacitive sensing array for normal and shear force measurement. Sensors. 2010 Nov 15; 10(11):10211-25. doi: 10.3390/s101110211
[3] Wattanasarn S, Noda K, Matsumoto K, Shimoyama I. 3D flexible tactile sensor using electromagnetic induction coils. In2012 IEEE 25th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) 2012 Jan 29 (pp. 488-491). IEEE. doi: 10.1109/MEMSYS.2012.6170230
[4] Du L, Zhu X, Zhe J. An inductive sensor for real-time measurement of plantar normal and shear forces distribution. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2014 Dec 24; 62(5):1316-23. doi: 10.1109/TBME.2014.2386136
[5[ Taherzadehghahfarokh MR, Karafi MR. Design and fabrication of six axis force/torque sensor using strain gauges. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2022 May 22; 9(3):1-0. doi: 10.22034/ijme.2022.157663 [In Persian]
[6] Heracleous C, Leong JJ, Loureiro RC. Development of a low-profile planar sensor for the detection of normal and shear forces. IEEE Journal on Flexible Electronics. 2023 Jan 23. doi: 10.1109/JFLEX.2023.3239052
[7]  Mirzamohammadi S, Sheikhi MM, Karafi MR, Ghodsi M. Design and Fabrication of a Contactless Hybrid Static Magnetostrictive Force-Torque Sensor Using Galfenol. Iranian Journal of Manufacturing Engineering. 2021 Nov 22; 8(9):50-9. [In Persian]
[8] Hojjat Y, Karafi MR, Ghanbari M, Lotfi M. Development of an inductive encoder for simultaneous measurement of two-dimensional displacement. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2011 Mar; 53:681-8. doi: 10.1007/s00170-010-2865-2