[發(fā)明專利]六分量光纖氣動(dòng)力測量天平及輸出信號組合方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810039071.0
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108195554B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李緒國;楊彥廣;戴金雯;閔夫;冉曾令;鐘少龍;邱華誠;李治宇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心超高速空氣動(dòng)力研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01L11/02
• 代理公司: 綿陽遠(yuǎn)卓弘睿知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51371
• 代理人: 賈曉燕

1.一種六分量光纖氣動(dòng)力測量天平，其特征在于，包括：

天平主體，其上依次設(shè)置有模型連接端、第一組合測量元件、軸向力測量元件、第二組合測量元件和支桿；

所述第一組合測量元件為法向力、俯仰力矩、側(cè)向力、偏航力矩、滾轉(zhuǎn)力矩組合測量元件；

所述軸向力測量元件的上下框體上各設(shè)置有一個(gè)縱向走線槽；所述軸向力測量元件的前后端均設(shè)置有與縱向走線槽相通的兩第一斜孔；所述軸向力測量元件的框體上設(shè)置有四個(gè)通孔，其分別位于軸向力測量元件兩個(gè)測量梁的兩側(cè)；所述軸向力測量元件的上下框體上設(shè)置有四個(gè)45°斜槽；所述四個(gè)45°斜槽的一端與分別與四個(gè)通孔相通；另一端與縱向走線槽相通；

所述第二組合測量元件為法向力、俯仰力矩、側(cè)向力、偏航力矩、滾轉(zhuǎn)力矩組合測量元件；

所述支桿設(shè)置有支桿連接端和支桿中心孔；所述支桿上均勻設(shè)置四個(gè)第二斜孔；所述第二斜孔的一端與第二組合測量元件各表面保持一定距離，另一端與支桿中心孔相通；

其中，所述第一組合測量元件、軸向力測量元件、第二組合測量元件的測量梁上均設(shè)置有光纖應(yīng)變計(jì)；所述第一組合測量元件上的光纖應(yīng)變計(jì)的引出光纖分別穿過軸向力測量元件前端的第一斜孔進(jìn)入縱向走線槽，然后經(jīng)由后端的第一斜孔進(jìn)行敷設(shè)，最后通過第二斜孔進(jìn)入支桿中心孔而引出；所述軸向力測量元件測量梁上的光纖應(yīng)變計(jì)引出光纖沿通孔和斜槽進(jìn)入縱向走線槽，然后經(jīng)由軸向力測量元件后端的第一斜孔進(jìn)行敷設(shè)，最后通過第二斜孔進(jìn)入支桿中心孔而引出；所述第二組合測量元件上的所有光纖應(yīng)變計(jì)引出光纖沿第二斜孔敷設(shè)，經(jīng)由支桿中心孔而引出；

所述軸向力測量元件前端的第一斜孔與天平軸線均呈15°～30°夾角，所述前端的第一斜孔內(nèi)表面與第一組合測量元件上下表面的距離a≤2mm；所述軸向力測量元件后端的第一斜孔與天平軸線均呈15～30°夾角，所述后端的第一斜孔內(nèi)表面與第二組合測量元件上下表面的距離b≤2mm；

所述四個(gè)通孔的內(nèi)表面與測量梁的距離不大于2mm。

2.如權(quán)利要求1所述的六分量光纖氣動(dòng)力測量天平，其特征在于，所述四個(gè)第二斜孔分別與天平軸線呈10°～30°夾角，所述第二斜孔內(nèi)表面與第二組合測量元件各表面的距離c≤2mm、d≤2mm。

3.如權(quán)利要求1所述的六分量光纖氣動(dòng)力測量天平，其特征在于，所述光纖應(yīng)變計(jì)采用高溫應(yīng)變膠或玻璃焊料分別安裝在第一組合測量元件、軸向力測量元件、第二組合測量元件的測量梁上。

4.一種如權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的六分量光纖氣動(dòng)力測量天平的輸出信號組合方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、在某分量載荷作用下，確定該分量測量梁對稱位置上光纖應(yīng)變計(jì)感受應(yīng)變的正負(fù)；

步驟二、分別求取該分量測量梁對稱位置上感受正應(yīng)變光纖應(yīng)變計(jì)輸出與感受負(fù)應(yīng)變光纖應(yīng)變計(jì)輸出之差；

步驟三、對步驟二求取的差值求和作為該分量的輸出；

步驟四：根據(jù)步驟一至三可以獲得六分量光纖天平軸向力分量、法向力分量、側(cè)向力分量、俯仰力矩分量、偏航力矩分量和滾轉(zhuǎn)力矩分量輸出信號的組合方法；

其中，六分量光纖氣動(dòng)力測量天平各分量輸出的組合公式為：

X_輸出＝(Δλ₂₁-Δλ₂₇)+(Δλ₂₈-Δλ₂₂)+(Δλ₂₃-Δλ₂₅)+(Δλ₂₆+Δλ₂₄)

Y_輸出＝(Δλ₉-Δλ₁₀)+(Δλ₁₂-Δλ₁₁)

Z_輸出＝(Δλ₁₃-Δλ₁₄)+(Δλ₁₆-Δλ₁₅)

Mz_輸出＝(Δλ₉-Δλ₁₀)+(Δλ₁₁-Δλ₁₂)

My_輸出＝(Δλ₁₃-Δλ₁₄)+(Δλ₁₅-Δλ₁₆)

Mx_輸出＝(Δλ₁₇-Δλ₁₉)+(Δλ₂₀-Δλ₁₈)

式中Δλ₉～Δλ₂₈分別為第一光纖應(yīng)變計(jì)(9)～第二十光纖應(yīng)變計(jì)(28)的輸出值；X_輸出、Y_輸出、Z_輸出、Mz_輸出、My_輸出、Mx_輸出分別為六分量光纖氣動(dòng)力測量天平軸向力分量、法向力分量、側(cè)向力分量、俯仰力矩分量、偏航力矩分量和滾轉(zhuǎn)力矩分量的信號輸出值；

其中，側(cè)向力和偏航力矩由對稱安裝在第一組合測量元件和第二組合測量元件的測量梁上的第五光纖應(yīng)變計(jì)(13)～第八光纖應(yīng)變計(jì)(16)的輸出信號進(jìn)行組合來測量；俯仰力矩由對稱安裝在第一組合測量元件和第二組合測量元件的測量梁上的第一光纖應(yīng)變計(jì)(9)～第四光纖應(yīng)變計(jì)(12)的輸出信號進(jìn)行測量，滾轉(zhuǎn)力矩由對稱安裝在第二組合測量元件測量梁上的第九光纖應(yīng)變計(jì)(17)～第十二光纖應(yīng)變計(jì)(20)的輸出信號進(jìn)行組合來測量。