[发明专利]一种扭秤式两自由度测力天平及其校准、测力方法

权利要求书

1.一种扭秤式两自由度测力天平，其特征在于：包括天平台架机构，光学测量机构，标定机构；其中，

天平台架机构用于将试验模型（1）受到的矢量力分解为水平方向与竖直方向分量，并分别在水平方向与竖直方向上产生扭转形变；

光学测量机构用于测量天平台架机构水平与竖直方向的扭转形变；

标定机构用于对光学测量机构的测量过程开展标定；

所述的天平台架机构包括扭臂（3），扭杆一（7），扭杆二（10），扭杆三（12），扭杆四（23）以及支撑架；

所述的支撑架包括模型支撑架（2），天平固定支撑架（13），天平移动支撑架（9），天平中心支撑架（20）；

所述的试验模型（1）通过模型支撑架（2）连接扭臂（3）；

所述的扭臂（3）上设置配重（16），以平衡试验模型（1）的重量；

所述的扭臂（3）通过天平中心支撑架（20）连接到竖直放置的扭杆二（10）和扭杆四（23）上；扭杆二（10）的上端和扭杆四（23）的下端连接到天平移动支撑架（9）；天平移动支撑架（9）连接到扭杆一（7）和扭杆三（12）上；扭杆一（7）和扭杆三（12）连接到天平固定支撑架（13）上；所述的天平固定支撑架（13）安装在地面基座上，保持稳固不动；

所述的扭杆一（7）与扭杆三（12）的中心轴线共线，扭杆二（10）与扭杆四（23）的中心轴线共线，两条轴线相互垂直、相交于一点。

2.根据权利要求1所述的扭秤式两自由度测力天平，其特征在于：所述的光学测量机构包括两组光学测量装置，激光器一（14）、光斑位移传感器一（21）与平面反射镜（8）构成一组光学测量装置；平面反射镜（8）又与激光器二（11）、光斑位移传感器二（22）构成另一组光学测量装置；

所述的平面反射镜（8）安装在天平中心支撑架（20）内，位于扭杆一（7），扭杆三（12）的中心轴线与扭杆二（10），扭杆四（23）的中心轴线构成的平面上；

当试验模型（1）受到水平方向的作用力时，扭臂（3）绕扭杆二（10），扭杆四（23）转动，平面反射镜（8）在与扭杆二（10），扭杆四（23）的中心轴线相垂直的平面内同步转动；

当试验模型（1）受到竖直方向的作用力时，扭臂（3）绕扭杆一（7），扭杆三（12）转动，平面反射镜（8）在与扭杆一（7），扭杆三（12）的中心轴线相垂直的平面内同步转动；

当试验模型（1）在水平和竖直方向同时受到作用力时，扭臂（3）和平面反射镜（8）绕扭杆二（10）、扭杆四（23）的中心轴线以及扭杆一（7）、扭杆三（12）的中心轴线转动，平面反射镜（8）上反射点为定点，使天平台架机构在测量试验模型（1）的水平和竖直方向受力时可以有效地解耦；

所述的激光器一（14）和光斑位移传感器一（21）布置在扭杆一（7）与扭杆三（12）中心轴线相交的水平面内；所述的激光器二（11）和光斑位移传感器二（22）布置在与扭杆一（7）、扭杆三（12）的中心轴线相垂直且过扭杆二（10）、扭杆四（23）的中心轴线的平面内；

激光器一（14）和激光器二（11）产生的激光束分别被平面反射镜（8）反射到光斑位移传感器一（21）和光斑位移传感器二（22）上，使光斑在光敏面上发生位移振动；

所述的光斑位移传感器一（21）和光斑位移传感器二（22）输出电信号，分别表征试验模型（1）在水平和竖直方向的受力分量。

3.根据权利要求2所述的扭秤式两自由度测力天平，其特征在于：所述的标定机构包括电磁标定装置和砝码标定机构；

所述的电磁标定装置为两组，分别布置在扭臂（3）上，利用通电直导线在永磁体构成的磁场中受到的安培力作为标定力；

第一组电磁标定装置由永磁体阵列一（4）和直导线阵列一（5）构成，产生水平方向的标定力；第二组电磁标定装置由永磁体阵列二（17）和直导线阵列二（15），产生竖直方向的标定力；

所述的砝码标定机构为两组，布置在第一组电磁标定装置下方的为第一组砝码标定机构；布置在第二组电磁标定装置下方的为第二组砝码标定机构；两组砝码标定机构均用来对电磁标定装置的电流和标定力之间的关系进行标定；

第一组砝码标定机构，由拉绳一（24）连接扭臂（3）和砝码托盘一（25）构成,并利用滑轮（6）将标定力的方向由竖直向下改变为水平方向；第二组砝码标定机构，由拉绳二（18）连接扭臂（3）和砝码托盘二（19）构成。