[发明专利]一种五分量杆式光纤天平

说明书

本发明公开了一种五分量杆式光纤天平，包括天平主体、槽口、光纤光栅应变计、线槽、连接端，所述天平主体的两侧分别设置有连接端，所述连接端附近沿圆周方向分别开设有一个正方形槽，两个所述正方形槽分别有四个轴向槽口，八个所述槽口在纵向和水平方向对称设置，尺寸相同，八个所述槽口中心跨槽口分别悬空粘贴一根光纤光栅应变计，八个所述光纤光栅应变计引线由线槽引出并对八根光纤光栅应变计进行编号。本发明既克服了常规应变天平易受环境因素干扰的缺点，也弥补了单分量位移测量法光纤天平只能测量一个分量的不足，提高了天平的抗干扰能力和测量能力。

技术领域

本发明涉及光纤天平技术领域，具体为一种五分量杆式光纤天平。

背景技术

天平是风洞测力试验的主要测量仪器，用来测量作用在飞行器模型上的空气动力和力矩。常规风洞天平一般采用杆式外形，尺寸小，结构紧凑。通过在天平元件上粘贴应变片，惠斯通组桥，在一定电源电压下，将飞行器模型的气动力和力矩作用在天平元件上的应变转换成电信号，直接输入到数据采集设备上。由于常规应变天平输出电压信号较小，一般在微伏或者毫伏量级，在实际应用中容易受到周围环境中电磁波或其它强电信号的干扰，导致试验结果准确度降低。文献《一种用于风洞试验测量的光纤天平》(授权公告号：CN203658011U，中国实用新型专利)公开了一种用于风洞试验测量的光纤天平，该光纤天平在矩形截面悬臂梁根部上下对称开槽，在槽口处粘贴光纤光栅应变计来测量槽口位移变化量，与常规应变天平相比，位移光纤天平输出灵敏度提高一倍。但是，此专利公开的光纤天平只能测量一个方向的气动力，如升力或侧向力，简称单分量天平。而在实际风洞试验中，飞行器模型同时受到阻力、升力、俯仰力矩、侧向力、偏航力矩等多分量载荷作用，因此，本发明综合杆式应变天平和光纤位移测量方法的优点，可以满足同时测量飞行器模型上的阻力、升力、俯仰力矩、侧向力、偏航力矩的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种五分量杆式光纤天平，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种五分量杆式光纤天平，包括天平主体、槽口、光纤光栅应变计、线槽、连接端，所述天平主体的两侧分别设置有连接端，所述连接端附近沿圆周方向分别开设有一个正方形槽，两个所述正方形槽分别有四个轴向槽口，八个所述槽口在纵向和水平方向对称设置，尺寸相同，八个所述槽口中心跨槽口分别悬空粘贴一根光纤光栅应变计，八个所述光纤光栅应变计引线由线槽引出并对八根光纤光栅应变计进行编号。

进一步，所述槽口的光纤光栅应变计变化量值变化量值λ₁～λ₈按照公式进行组合，得到比例系数k_x、k_y、k_z、所述该公式即可应用于飞行器模型在风洞试验中对阻力X、升力Y、俯仰力矩Mz、侧向力Z、偏航力矩My的测量。

进一步，所述所设计天平五个分量阻力X、升力Y、俯仰力矩Mz、侧向力 Z、偏航力矩My的量程大小确定槽口宽度和深度，所述阻力X、升力Y、俯仰力矩Mz、侧向力Z、偏航力矩My量程宽度优选10mm，深度优选3mm。

进一步，所述天平的一个连接端固定在校准平台上，另一连接端用于施加校准载荷，所述校准载荷一般用标准砝码。

进一步，所述光纤光栅应变计一端自由放置，另一端与光纤跳线通过光纤熔接机熔合在一起，输入到光纤光栅解调仪的终端。

进一步，所述光纤光栅解调仪内置激光光源，光源发出宽谱光，由光纤跳线、光纤尾纤传至光栅的栅区，满足布拉格公式条件的波长的光被反射回来，反射光经光纤尾纤、光纤跳线再传回至光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪将接收到的光信号反应为波长值，显示在计算机面板上，测量并记录未加砝码时各槽口光纤光栅应变计的原始波长。