[发明专利]一种基于光电传感器原理的多分量测力天平

说明书

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。

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。