有許多物理定律是建立在力的概念上的，力作用于質(zhì)量為m的物體時(shí)，會(huì)改變物體的速度。有許多與力有關(guān)的概念，如推力、阻力和扭矩，當(dāng)應(yīng)用于一個(gè)物體時(shí)，推力會(huì)增加物體的速度，而阻力會(huì)降低速度，扭矩會(huì)引起物體轉(zhuǎn)速的變化。當(dāng)物體中的力平衡分布時(shí)，就看不到加速度。隨著技術(shù)的進(jìn)步，人們引入了一種有助于監(jiān)測(cè)力的傳感器，即力傳感器。今天，讓我們來(lái)看看力傳感器的工作原理及其應(yīng)用。

富蘭克林爵士在20世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)，一些材料在受到外力作用時(shí)，會(huì)改變其電阻值，這些材料被稱為力敏電阻器。這些材料被用來(lái)制造一個(gè)可以測(cè)量力的傳感器。力傳感器是一種有助于測(cè)量施加于物體的力的傳感器，通過(guò)觀察力敏電阻器電阻值的變化量，可以計(jì)算出施加的力。

力傳感器的一般工作原理是對(duì)所施加的力作出響應(yīng)，并將力值轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的量。市場(chǎng)上有各種基于各種傳感元件的力傳感器，大多數(shù)力傳感器都是使用力敏電阻器設(shè)計(jì)的，這些傳感器由傳感膜和電極組成。

力敏電阻器的工作原理是基于接觸電阻的特性。力敏電阻器包含一個(gè)導(dǎo)電聚合物膜，當(dāng)力作用于其表面時(shí)，該膜以可預(yù)測(cè)的方式改變其電阻，這種薄膜由排列在基質(zhì)中的導(dǎo)電和非導(dǎo)電微粒組成，尺寸為亞微米。當(dāng)力作用于薄膜表面時(shí)，微粒接觸到傳感器電極，改變了薄膜的電阻，電阻值的變化量給出了所施加力的測(cè)量值。

為了提高力敏電阻器的性能，人們正在通過(guò)多種不同的方法進(jìn)行各種努力，例如，為了盡量減小聚合物的漂移，正在測(cè)試各種電極結(jié)構(gòu)，通過(guò)用碳納米管等新材料代替聚合物，用傳感器進(jìn)行測(cè)試等。

力傳感器的主要用途是測(cè)量施加的力。有各種類型和尺寸的力傳感器可用于不同類型的應(yīng)用。使用力感電阻器的力傳感器的一些應(yīng)用包括壓力感測(cè)按鈕、樂(lè)器、汽車占用感測(cè)器、假肢、腳內(nèi)旋系統(tǒng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等等。

有許多類型的力傳感器可用于不同類型的應(yīng)用。力傳感器的一些例子是稱重傳感器、氣動(dòng)稱重傳感器、電容式稱重傳感器、應(yīng)變計(jì)稱重傳感器、液壓稱重傳感器等。

應(yīng)變式稱重傳感器是一種力傳感器，與其他力傳感器相比，具有力敏電阻的力傳感器具有體積小、成本低、抗沖擊性好等優(yōu)點(diǎn)。由于體積小，它們被用于便攜式電子設(shè)備和增強(qiáng)的移動(dòng)交互。這些傳感器的主要缺點(diǎn)是精度低，因?yàn)樗鼈兊臏y(cè)量值相差10%。

基于力傳感電阻的力傳感器也稱為FSR。在運(yùn)輸系統(tǒng)中，F(xiàn)SR傳感器用于測(cè)量貨物在一個(gè)地方運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)地方時(shí)施加在貨物上的應(yīng)力的大小，F(xiàn)SR的功能可以通過(guò)改變力傳感電阻器的特性來(lái)改變。

力敏電阻需要一個(gè)小的接口，可以在中等惡劣的環(huán)境下工作。在這里，小的導(dǎo)電和非導(dǎo)電顆粒的配方，以減少傳感器的溫度依賴性，提高傳感器表面的耐久性和改善其機(jī)械性能。

審核編輯 黃宇