July 15, 2025
水晶とは？
水晶は自然界に広く存在する鉱物です。普通の砂、クリスタルなどの材料と同様に、その主成分は二酸化ケイ素で、化学式はSiO2です。しかし、分子の配列が異なるため、外観や特性が異なります。
純粋な水晶は無色透明で、その熱的、化学的、機械的特性には明らかな異方性があります。融点は1750℃です。水晶は強い圧電性を持っており、つまり、強く叩いたり擦ったりすると火花が発生します。これは、火打ち石で火を起こす方法です。
水晶圧電効果の開発
1880年、ジャックとピエール・キュリー兄弟は、水晶の不思議な圧電効果を偶然発見しました。彼らは、水晶に強い圧力を加えると、その表面に電荷が発生し、発生する電荷の量は物質の質量に比例することを発見しました。
しかし、電荷の収集と保持には非常に高いインピーダンス条件が必要であり、そうでないと放電しやすく、測定も困難になります。1950年代になって初めて、電荷を対応する電圧信号に変換する電荷増幅器（CA、Charge Amplifier）が発明され、従来の機器やデバイスによる電荷の測定と処理が初めて実現し、圧電測定の分野が生まれました。
1960年代には、スイス連邦工科大学チューリッヒ校が圧電水晶力センサーを開発しました。
1970年代には、圧電水晶三成分力測定システムが、エンジニアリング、自動車産業、生体力学で使用されました。
水晶重量センサーの応用
1990年代には、スイスが道路で使用できる水晶振動子を感応素子とする動的重量センサーを開発しました。小型、低高さ、軽量、高剛性、高固有周波数、広いダイナミックレンジ、高感度であるため、車両の過積載軸重予測、橋梁過積載警報、トンネル保護、車両軸重測定などの分野で良好な応用結果を達成しています。
米国、英国、ドイツ、オーストラリア、韓国、日本など多くの国で広く使用されています。前世紀末以来、国内の貨物状況の発展と、過積載と過積載の国家統治の必要性に伴い、我が国でも道路用途に適した水晶重量センサーが開発されました。
水晶重量センサーの計量原理
水晶重量センサーは、水晶の圧電効果を利用して重量信号を電気信号に変換するデバイスです。
1). 水晶検出素子は、動的なタイヤの力を電荷信号に変換します。
2). それは電荷増幅器を介してアナログ電圧に変換されます。
3). 次に、アナログ信号はA/Dコンバーターを介してデジタル信号に変換されます。
4). 最後に、組み込みコンピューターとその専用ソフトウェアを介して計量結果が得られます。
水晶ロードセルの構造
水晶ロードセルの外観
水晶重量センサーの利点
1) 広い有効動的検出速度範囲：高剛性、高負荷下での変形なし、高周波応答、急速に変化する動的負荷を正確に測定できます。
2) 強い耐久性：540万回の50KN負荷耐久性試験に耐え、損傷の兆候はありませんでした。
3) 長い耐用年数：耐用年数は1億軸を超えます。
4) 正確な動的計量性能：良好な直線性、再現性、安定性。
5) 広い温度適応範囲：温度変化は計量精度に影響を与えず、再校正は不要です。
6) 簡単な設置と迅速な建設：建設量が少なく、道路への損傷が少なく、サイクルが短い。
7) 強い隠蔽性：設置後、路面と一体となり、運転者がその具体的な位置を正確に判断することは困難です。
8) メンテナンスフリー：排水は不要で、日常のメンテナンスが不要です。
