تا کنون حسگرهای مختلفی برای اندازه گیری تنش برشی توسعه داده شده است. یکی از کاربردهای این حسگرها اندازه گیری تنش برشی وارد شده به بدن بیمارانی است که برای مدت طولانی در بستر استراحت می کنند. فشار و تنش برشی طولانی مدت بر بعضی از نقاط بدن بیمار می تواند منجر به زخم بستر شود.
کیانا سادات موسوی که این پژوهش در قالب پایان نامه کارشناسی ارشد وی در رشته مهندسی مکاترونیک انجام شده است، با بیان این مقدمه افزود: با استفاده از این حسگرها، می توان تنش برشی وارد بر بدن بیمار را اندازه گیر ی کرده و در صورت لزوم، برخی تغییرات را در موقعیت بیمار اعمال کرد تا فشار از برخی نقاط بدن بیمار برداشته شود و از زخم بستر جلوگیر ی شود.
وی ادامه داد: در عمده حسگرهای تنش برشی با استفاده از یک المان الاستیک (فنر)، تنش برشی به جابجایی تبدیل شده و جابجایی برشی بین صفحات حسگر به صورت آنالوگ اندازه گیری می شود. در حسگرهای آنالوگ تغییر فاصله عمودی بین صفحات برشی می تواند باعث خطا در اندازه گیری تنش برشی شود. در این پژوهش یک حسگر دیجیتال برای اندازه گیری تنش برشی توسعه داده شده که در آن، جابجایی توسط یک انکودر سلفی دوبعدی بر اساس اختلاف فاز و به صورت دیحیتال اندازه گیری می شود.
موسوی تشریح کرد: انکودرهای سلفی دارای دو کویل تخت هستند که در مقابل یکدیگر قرار گرفته اند و حرکت نسبی آن ها باعث ایجاد اختلاف فاز در کویل خروجی می شود، بنابراین ، اندازه گیر ی در این انکودرها مستقل از تغییر فاصله کویل ها خواهد بود.
وی اضافه کرد: حسگر توسعه داده شده، شامل چهار کویل ثابت و چهار کویل متحرک است که دو به دو در مقابل هم قرار دارند و خروجی ها ی حسگر از کویل های متحرک گرفته می شود. برا ی تشخیص جهت حرکت، در هر جهت، اندازه گیری توسط دو جفت کویل انجام می شود که نسبت به یکدیگر یک چهارم گام اختلاف فاز دارند. در هر گام که کویل های متحرک روی کویل های ثابت حرکت می کنند، ولتاژ خروجی به اندازه π2 تغییر فاز می دهد. اختلاف فاز حاصل شده متناسب با جابجایی است بنابراین، جابجایی کویل متحرک را می توان از روی اندازه گیری اختلاف فاز خروجی نسبت به ورودی به دست آورد.
موسوسی تأکید کرد: اگرچه این حسگر با هدف استفاده پزشکی ساخته شده، اما در کاربردهای دیگر، به خصوص کاربردهای صنعتی نیز قابل استفاده است. در این پژوهش، ابتدا یک طرح ابتکاری برای حسگر ارائه و به صورت مکانیکی- مغناطیسی شبیه سازی شد. سپس یک نمونه آزمایشگاهی حسگر ساخته شد که در دو جهت x و y قابلیت اندازه گیر ی دارد. حسگر تنش برشی دیجیتال که در این پژوهش ارائه شده ، به دلیل دقت بالا ، تاثیر ناپذیری از فاصله دو صفحه برشی، رزولوشن خوب، می تواند حسگر مفیدی در صنایع مختلف باشد. دامنه اندازه گیری حسگر ساخته شده در حدود3.5 میلی متر و رزولوشن اسمی آن در ۴ میکرون است. با استفاده از فنری با سختی25۰۰ این سنسور نیروی برشی ۰ تا ۱۹ نیوتن را با رزولوشن اسمی ۴ میکرون اندازه گیری می کند. با استفاده از فنرهایی با سختی های مختلف، اندازه گیری طیف وسیعی از تنش های برشی با این حسگر امکان پذیر است.
گفتنی است این پژوهش در قالب پایان نامه کارشناسی ارشد کیانا سادات موسوی با راهنمایی دکتر یوسف حجت در دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس انجام شد.