情報センシング第4回講義

9問 • 2年前

コー

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圧電効果について簡潔に説明せよ。

圧電効果とは、誘電体(圧電体)に力を加えてひずみを与えると、誘電体の表面に力に比例した分極が生じる効果。

逆圧電効果について簡潔に説明せよ。

逆圧電効果とは、誘電体(圧電体)に電界を加えると、誘電体が電界の強さに比例してひずむ効果。

圧抵抗効果(ピエゾ抵抗効果)について簡潔に説明せよ。

圧抵抗効果(ピエゾ抵抗効果)とは、金属や半導体に力を加えてひずみを与えたとき、電気抵抗が変化する効果。

圧電素子について簡潔に説明せよ。

圧電素子は、誘電体(圧電体)に力が加わったときのひずみを分極電荷の変化に変換するセンサ。

ひずみゲージについて簡潔に説明せよ。

ひずみゲージは、金属(合金)に力が加わったときのひずみを電気抵抗の変化に変換するセンサ。

半導体圧力センサについて簡潔に説明せよ。

半導体圧力センサは、半導体に力が加わったときのひずみを電気抵抗の変化に変換するセンサ。

圧電素子は、(①)効果を利用したセンサで、(②)に力が加わったときの(③)を(④)の変化に変換する。(④)は(⑤)によって(⑥)に変換され、これを観測することで圧電素子に加わる力の大きさを求めることができる。通常、分極による電荷量は極めて(⑦)ため、大きな力の検出に用いられる。一方、小さな力を高感度で検出するには、まず、外部から(⑧)を圧電素子に加え、(⑨)を利用して素子を振動させる。このとき、交流電圧の振動数と素子の振動数が一致すると(⑩)する。この状態で素子に力を加えると、(⑩)周波数や(⑪)が変化するので、それを回路で測定する。

圧電(ピエゾ), 誘電体(圧電体), ひずみ, 分極電荷, チャージアンプ, 電圧, 小さい(少ない), 交流電圧, 逆圧電効果(圧電逆効果), 共振, インピーダンス

ひずみゲージは(①)に力が加わったときの、半導体圧力センサは(②)に力が加わったときの(③)効果を利用したものである。(③)効果とは、(①)や(②)に力を加えてひずみを与えたときに(④)が変化する効果である。ひずみゲージでは、例えば、(①)の棒(長さL,抵抗R)に張力が加わり、棒がΔL伸び、抵抗値がΔR増加したとき、以下の式(1)が成り立つ。 ⑤=F・⑥•••(1) 式(1)のFは(⑦)とよばれ、(①)では約(⑧)である。ひずみゲージで検出した(④)値の変化は(⑨)回路で(⑩)の変化に変換され、回路出力は(⑤)にほぼ比例する。一方、半導体圧力センサでは、(②)に力が加わると、(⑪)にひずみが生じて、半導体中のキャリアの数や(⑫)が変化し、(⑬)が変わる。(②)では、(①)の(⑭)倍以上の(⑦)が得られ、ごくわずかな力で大きな(④)値の変化が生じる。半導体圧力センサは、(⑮)技術で作製され、シリコンウェハを裏面からエッチングして薄くした(⑯)と、その表面に生成した(⑰)から構成される。半導体圧力センサでは、(④)の変化は(⑨)回路で(⑩)に変換されるが、通常は、(⑰)を複数用いて(⑨)回路を形成することで、(④)と(⑩)への変換を(⑱)に行っている。また、(⑰)の周辺に設けられた集積回路で(⑩)の(⑲)、(⑳)の補償、信号処理などを行っている。

金属, 半導体, 圧抵抗(ピエゾ抵抗), 電気抵抗(抵抗), ΔR/R, ΔL/L, ゲージファクタ, 2, ブリッジ, 電圧, 結晶格子, 移動度(易動度), 抵抗率, 100, MEMS, ダイヤフラム, 半導体ひずみゲージ, 同時, 増幅, 速度特性

物体に作用する力が物体を(①)のまわりに回転させる能力は、「(①)から力の(②)までの距離」×「力の大きさ」であらわされ、これをトルクとよぶ。回転している物体のトルクを直接、検出することは難しいため、(③)で作られている回転軸の(④)量がトルクに(⑤)することを利用して、間接的にトルクを検出する。代表的なトルク検出には、回転軸の(④)を、(⑥)や、コイルを用いた(⑦)によって検出する方法がある。

支点, 作用点, 弾性体, ねじれ, 比例, ゲージ, 電磁誘導

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