PVDF를 이용한 3자유도 정밀 힘센서

Abstract

본 연구에서는, 3자유도 정밀 힘센서를 개발하고 mN 이하의 정밀힘을 측정 가능한지 실험을 통해 확인하였다. 탄성변형부의 변형을 검출하기 위한 변환기로는 다양한 형태로 제작이 용이한 PVDF를 활용하였으며, 탄성변형부의 형태는 삼각다리 구조와 힘을 검출하는 프로브로 구성하였다. PVDF 는 스테인레스 탄성변형부의 삼각다리 구조 위에 접착되었으며, 각 부분의 크기는 11 mm × 10 mm × 0.1 mm (l × w × t) 이다. 개발된 정밀 힘센서의 X, Y축의 분해능은 약 0.02 mN 이하이고, Z축의 분해능은 약 0.1 mN 이다. 정밀 힘센서의 적용 가능성을 확인하기 위해, 날치알과 연어알에 세포 주입술 실험을 수행하였다. 그 결과 관통력은 각각 2.1 mN 과 3.1 mN 으로 측정되었다. 이를 통해 정밀 힘센서의 재현성 및 3자유도 힘 측정을 통한 방향성의 추정이 가능함을 확인하였다;In this paper, a precision 3-DOF force sensor is developed and examined for the measurement to the level of sub-mN fine force. Polyvinylidence fluoride (PVDF) is used for transducing the signal on deformable sensing part, since it can be easily manufactured into various shapes. The force sensor consists of a stylus and a tripod structure which is elastically deformed by force. PVDF thin film was adhered to the tripod. Each force-sensing part on the tripod are 11 mm × 10 mm × 0.1 mm (l × w × t) of stainless steel. The resolution of force components in X- and Y- direction are less than 0.01 mN, and it shows 0.1 mN in Z-direction. With this force sensor, the cell injection was performed on salmon egg and flying fish egg. The penetration forces are 2.1 mN and 3.1 mN, respectively. It shows good reproducibility and capability for the estimation of 3-DOF force components