CN112834163A - 一种基于光电传感器原理的多分量测力天平 - Google Patents
一种基于光电传感器原理的多分量测力天平 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112834163A CN112834163A CN202011643042.9A CN202011643042A CN112834163A CN 112834163 A CN112834163 A CN 112834163A CN 202011643042 A CN202011643042 A CN 202011643042A CN 112834163 A CN112834163 A CN 112834163A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- main beam
- component force
- elastic main
- balance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M9/00—Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
- G01M9/06—Measuring arrangements specially adapted for aerodynamic testing
- G01M9/062—Wind tunnel balances; Holding devices combined with measuring arrangements
Abstract
本发明提供了一种基于光电传感器原理的多分量测力天平，包括模型连接部、支撑连接部、弹性主梁、激光发生器和传感器信号采集器，所述模型连接部和支撑连接部分别设置在弹性主梁的两端，所述支撑连接部靠近弹性主梁的一端设有至少一个激光发射头，该激光发射头与激光发生器电连接，所述模型连接部靠近弹性主梁的一端设有感光腔，所述感光腔的内壁上设有至少一个用于接收激光发射头发出激光线的光电传感器，所述传感器信号采集器用于接收光电传感器发出的激光线。本发明利用激光束在光电传感器上的位置变化来标定和测量天平弹性梁的形变量，代替了传统通过测量电压变化来测量天平梁形变的方法，构型更简单，更可靠。
Description
技术领域
本发明涉及风洞试验测量技术领域，尤其是涉及一种基于光电传感器原理的多分量测力天平。
背景技术
随着对风洞试验数据精度和准确度要求的不断提高，并且对于提高试验效率的需求，还有对于特种外形型号的测量需求逐渐增多，传统的基于应变原理的风洞天平形式逐渐不能满足风洞试验的需求。而基于光电原理的新型天平因其摆脱了传统应变天平的复杂测力结构和复杂的电路的限制，在体积和结构上拥有了更多的设计灵活性，在工作原理上拥有了更好的抗干扰能力。
应变式天平在结构上需要为应变片留出贴片空间，一个分量的测量需要大约2～4片应变片；同时还要兼顾到电路的走线，天平形变，结构强度等各方面的情况，设计结构较为复杂，加工精度要求高，加工难度高。数据质量也严重依赖于应变片本身材料性质和贴片质量，应变片材料性质本身不易检验，而贴片工艺复杂，经常需要人工进行，这些都不易于对天平性能和加工质量进行检验和控制。
应变天平基本的作用原理为惠斯顿电桥原理，应变片需要连接多路导线，导线数量多、直径细，线路复杂，容易出现断裂和不绝缘等情况，而且检查和维修都十分困难。另外天平在风洞内的工作环境较为恶劣，温度，湿度变化剧烈，物理冲击和抖动负载大，而应变片通常贴于天平外侧，容易受到工作环境的影响导致故障，可靠性不足。
除此之外，应变天平因为所有分量的应变片都贴在天平梁结构上，各应变片多少都会受到其他分量的干扰影响，导致测量精度下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光电传感器原理的多分量测力天平，结构更简单，可靠性更好。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于光电传感器原理的多分量测力天平，包括模型连接部、支撑连接部、弹性主梁、激光发生器和传感器信号采集器，所述模型连接部和支撑连接部分别设置在弹性主梁的两端，所述支撑连接部靠近弹性主梁的一端设有至少一个激光发射头，该激光发射头与激光发生器电连接，所述模型连接部靠近弹性主梁的一端设有感光腔，所述感光腔的内壁上设有至少一个用于接收激光发射头发出激光线的光电传感器，所述传感器信号采集器用于接收光电传感器发出的激光线。
进一步的，所述模型连接部的直径为φD，所述弹性主梁长度为L，φD/L取值范围是1～10。
进一步的，所述模型连接部上设有封闭感光腔的透光盖板，该透光盖板可通过激光发射头发出的激光线。
进一步的，所述弹性主梁沿长度方向上开设有至少一条凹槽，该凹槽中埋设有传感器线束，且传感器线束的一端与光电传感器连接，另一端与传感器信号采集器连接。
进一步的，所述的激光发射头以弹性主梁的轴线为中心，均匀分布在弹性主梁横截面的圆周上。
进一步的，所述激光发射头发出的激光线与弹性主梁轴线夹角为α，α范围是-90°～+90°。
进一步的，所述感光腔的内壁与弹性主梁轴线夹角为β，β范围是30°～150°。
进一步的，所述弹性主梁的横截面形状包括圆形、椭圆形、方形或者平板状，但不限于此。
进一步的，所述感光腔的内壁上设有1-10个用于接收激光发射头发出激光线的光电传感器。
进一步的，所述支撑连接部靠近弹性主梁的一端设有1-10个激光发射头。
本发明实施例具有如下优点：
(1)本发明利用激光束在光电传感器上的位置变化来标定和测量天平弹性梁的形变量，代替了传统的天平梁上贴应变片配合惠思顿电桥通过测量电压变化来测量天平梁形变的方法，本发明的多分量天平构型更简单，弹性梁的设计自由度更高，简化了天平结构，降低了天平加工难度。
(2)本发明的光电传感器安装在封闭的感光腔内壁，激光发射头内埋于天平支撑连接部，天平关键测量部件都得到了更有效的保护，减少了环境对天平系统的干扰，降低了天平安装和使用中的损坏风险。
(3)本发明的天平性能摆脱了对应变片材料性质和贴片质量的依赖，光电天平的测量精度主要受传感器精度影响，另外还同激光线与天平弹性主梁轴线夹角α和感光腔内壁与天平弹性主梁轴线夹角β，以及激光发射头和光电传感器的布置数量、形式和位置有关。光电传感器性能易于定量检测和校验，夹角α、夹角β、以及激光发射头和传感器布置参数可通过结构设计进行优化，增加了天平性能的稳定性和可靠性，增加了天平设计的自由度，让天平性能和精度管理更加可控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的多分量测力天平的剖面示意图；
图2为本发明提供的多分量测力天平中模型连接部的横截面示意图；
图3为图2中光电传感器的示意图；
图4为本发明提供的多分量测力天平中支撑连接部的横截面示意图；
附图标记说明：1-模型连接部；2-光电传感器；3-透光盖板；4-弹性主梁；5-激光发射头；6-支撑连接部；7-激光发射头线束；8-激光发生器；9-传感器信号采集器；10-激光线；11-传感器线束；12-感光腔；13-感光腔内壁。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本实施例提供一种基于光电传感器原理的多分量测力天平，包括模型连接部1、支撑连接部6、弹性主梁4、激光发生器8和传感器信号采集器9，所述模型连接部1和支撑连接部6分别设置在弹性主梁4的两端，所述支撑连接部6靠近弹性主梁4的一端设有至少一个激光发射头5，该激光发射头5与激光发生器8电连接，所述模型连接部1靠近弹性主梁4的一端设有感光腔12，所述感光腔内壁13上设有至少一个用于接收激光发射头5发出激光线10的光电传感器2，所述传感器信号采集器9用于接收光电传感器2发出的激光线10。
优选的，所述模型连接部1的直径为φD，所述弹性主梁4长度为L，φD/L取值范围是1～10。
优选的，所述模型连接部1上设有封闭感光腔12的透光盖板3，该透光盖板3可通过激光发射头5发出的激光线10。
优选的，所述弹性主梁4沿长度方向上开设有至少一条凹槽，该凹槽中埋设有传感器线束11，且传感器线束11的一端与光电传感器2连接，另一端与传感器信号采集器9连接。
优选的，所述弹性主梁4的横截面形状包括圆形、椭圆形、方形或者平板状，但不限于此。
实施例2
在实施例1技术方案的基础上，所述的激光发射头5以弹性主梁4的轴线为中心，均匀分布在弹性主梁4横截面的圆周上。
优选的，所述激光发射头5发出的激光线10与弹性主梁4轴线夹角为α，α范围是-90°～+90°；所述感光腔12的内壁与弹性主梁4轴线夹角为β，β范围是30°～150°。
优选的，所述感光腔12的内壁上设有1-10个用于接收激光发射头5发出激光线10的光电传感器2；所述支撑连接部6靠近弹性主梁4的一端设有1-10个激光发射头5。
以下结合具体实施例对本发明进行详细说明：
如图1所示，为本发明提供的多分量测力天平的剖面示意图，弹性主梁4为圆柱形轴对称结构，该天平包括：模型连接部1、光电传感器2、透光盖板3、弹性主梁4、激光发射头5、支撑连接部6、激光发射头线束7、激光发生器8、传感器信号采集器9、传感器线束11和感光腔12；
如图1所示，模型连接部1和支撑连接部6通过弹性主梁4连接。光电传感器2内置安装于感光腔内壁13，多分量测力天平中模型连接部1的横截面示意图如图2和图3所示。激光发射头5安装于支撑连接部6内部面向光电传感器2一面，支撑连接部6的横截面示意图如图4所示。
光电传感器2通过传感器线束11与传感器信号采集器9连接；激光发射头5通过激光发射头线束7与激光发生器8连接。透光盖板3和感光腔内壁13以及一部分弹性主梁4形成封闭空间感光腔12。
激光发生器8制造激光通过激光发射头5发射，发出的激光线10通过透光盖板3照射到光电传感器2上，激光线10与弹性主梁4轴线夹角为α，感光腔内壁13与弹性主梁4轴线夹角为β。
天平受力传导至弹性主梁4并使弹性主梁4发生弯曲，弯曲导致激光线10在光电传感器2上的照射位置发生偏移，光电传感器2的读数发生偏移，通过传感器信号采集器9来采集偏移数据并通过特定公式可测得天平所受力的大小，激光线10与弹性主梁4的夹角α范围为-90°～+90°，感光腔内壁13与弹性主梁4轴线夹角β范围为30°～150°，两夹角通过影响照射位置偏移对于受力天平的敏感程度，从而影响天平精度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种基于光电传感器原理的多分量测力天平，其特征在于：包括模型连接部、支撑连接部、弹性主梁、激光发生器和传感器信号采集器，所述模型连接部和支撑连接部分别设置在弹性主梁的两端，所述支撑连接部靠近弹性主梁的一端设有至少一个激光发射头，该激光发射头与激光发生器电连接，所述模型连接部靠近弹性主梁的一端设有感光腔，所述感光腔的内壁上设有至少一个用于接收激光发射头发出激光线的光电传感器，所述传感器信号采集器用于接收光电传感器发出的激光线。
2.根据权利要求1所述的多分量测力天平，其特征在于：所述模型连接部的直径为φD，所述弹性主梁长度为L，φD/L取值范围是1～10。
3.根据权利要求1所述的多分量测力天平，其特征在于：所述模型连接部上设有封闭感光腔的透光盖板，该透光盖板可通过激光发射头发出的激光线。
4.根据权利要求1所述的多分量测力天平，其特征在于：所述弹性主梁沿长度方向上开设有至少一条凹槽，该凹槽中埋设有传感器线束，且传感器线束的一端与光电传感器连接，另一端与传感器信号采集器连接。
5.根据权利要求1所述的多分量测力天平，其特征在于：所述的激光发射头以弹性主梁的轴线为中心，均匀分布在弹性主梁横截面的圆周上。
6.根据权利要求1所述的多分量测力天平，其特征在于：所述激光发射头发出的激光线与弹性主梁轴线夹角为α，α范围是-90°～+90°。
7.根据权利要求1所述的多分量测力天平，其特征在于：所述感光腔的内壁与弹性主梁轴线夹角为β，β范围是30°～150°。
8.根据权利要求1所述的多分量测力天平，其特征在于：所述弹性主梁的横截面形状包括圆形、椭圆形、方形或者平板状。
9.根据权利要求1所述的多分量测力天平，其特征在于：所述感光腔的内壁上设有1-10个用于接收激光发射头发出激光线的光电传感器。
10.根据权利要求1所述的多分量测力天平，其特征在于：所述支撑连接部靠近弹性主梁的一端设有1-10个激光发射头。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011643042.9A CN112834163A (zh) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 一种基于光电传感器原理的多分量测力天平 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011643042.9A CN112834163A (zh) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 一种基于光电传感器原理的多分量测力天平 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112834163A true CN112834163A (zh) | 2021-05-25 |
Family
ID=75927094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011643042.9A Pending CN112834163A (zh) | 2020-12-31 | 2020-12-31 | 一种基于光电传感器原理的多分量测力天平 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112834163A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4825069A (en) * | 1987-05-15 | 1989-04-25 | Lodec, Inc. | Relative movement sensor |
| WO2009027951A1 (en) * | 2007-08-30 | 2009-03-05 | University Of Johannesburg | A load measuring device |
| CN101806654A (zh) * | 2010-05-07 | 2010-08-18 | 沈阳航空航天大学 | 光纤光栅五分量测力天平及测量方法 |
| US9052775B1 (en) * | 2012-07-24 | 2015-06-09 | Sandia Corporation | Optical based tactile shear and normal load sensor |
| CN105241630A (zh) * | 2015-10-29 | 2016-01-13 | 中国科学院力学研究所 | 应用于激波风洞测力试验的脉冲型杆式应变天平 |
| WO2020051693A1 (en) * | 2018-09-10 | 2020-03-19 | The University Of British Columbia | Optical force sensors |
-
2020
- 2020-12-31 CN CN202011643042.9A patent/CN112834163A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4825069A (en) * | 1987-05-15 | 1989-04-25 | Lodec, Inc. | Relative movement sensor |
| WO2009027951A1 (en) * | 2007-08-30 | 2009-03-05 | University Of Johannesburg | A load measuring device |
| CN101806654A (zh) * | 2010-05-07 | 2010-08-18 | 沈阳航空航天大学 | 光纤光栅五分量测力天平及测量方法 |
| US9052775B1 (en) * | 2012-07-24 | 2015-06-09 | Sandia Corporation | Optical based tactile shear and normal load sensor |
| CN105241630A (zh) * | 2015-10-29 | 2016-01-13 | 中国科学院力学研究所 | 应用于激波风洞测力试验的脉冲型杆式应变天平 |
| WO2020051693A1 (en) * | 2018-09-10 | 2020-03-19 | The University Of British Columbia | Optical force sensors |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈晨等: "基于光纤应变计的六分量光纤天平", 《江苏航空》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101620000B (zh) | 输电线路覆冰量的计算方法 | |
| CN203758658U (zh) | 输电线路力学监测数字传感器 | |
| US9109883B2 (en) | High resolution large displacement/crack sensor | |
| WO2022199713A1 (en) | Digital load cell and weighing system | |
| CN103453833A (zh) | 一种长标距碳纤维应变传感器件及其测试方法 | |
| JP3940970B2 (ja) | ひずみ測定モジュール | |
| CN111060237A (zh) | 测力传感器的组桥电路 | |
| US10875661B2 (en) | Fiber composite component having an integrated structural health sensor arrangement | |
| KR101137027B1 (ko) | 로터 블레이드 공력하중 측정장치 및 측정장치 보정방법 | |
| CN112834163A (zh) | 一种基于光电传感器原理的多分量测力天平 | |
| CN208795332U (zh) | 一种新型称重传感器 | |
| CN209027644U (zh) | 条状应变片称重传感器 | |
| CN114166333B (zh) | 一种海底振动信号测量装置和测量方法 | |
| CN207556467U (zh) | 高压大截面电缆热位移监测装置 | |
| CN107816947A (zh) | 高压大截面电缆热位移监测装置 | |
| CN210374978U (zh) | 一种用于桥梁荷载的快速测量装置 | |
| CN219869559U (zh) | 一种双悬臂梁装配式光纤光栅倾角测斜装置 | |
| CN219996476U (zh) | 一种新型微小量程摩阻天平 | |
| CN110672237A (zh) | 一种全密封应变式传感器 | |
| KR102554600B1 (ko) | 링 타입 변위계 | |
| CN205788214U (zh) | 一种基于图像识别原理的在线式监控传感器 | |
| CN213123234U (zh) | 一种张力围栏用一体化应力传感器和张力围栏 | |
| CN218765715U (zh) | 一种消除方位误差的测力仪 | |
| CN215955991U (zh) | 一种电缆抱箍 | |
| CN217059007U (zh) | 一种一体式柱式称重传感器及称重装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210525 |