Development of a floating element photoelastic force balance
Development of a floating element photoelastic force balance
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浮动元件光弹力天平的研制
DOI：
10.1007/s00348-023-03664-1
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发表时间：
2023
影响因子：
2.4
通讯作者：
McLaughlin B
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
McLaughlin B
我们提出了一种浮动元件力平衡设计，该设计使用光弹性应力分析对力进行光学测量。力传感元件由嵌入光弹性聚氨酯垫中的销钉组成，当浮动元件加载时，这些销钉会产生内应力，通过透射偏光镜观察到该内应力。一系列已知载荷及其相应的条纹图案允许使用通过最小二乘回归求解的多项式模型导出校准矩阵。进行有限元分析（FEA）仿真以验证所提出的方法。然后天平测量了 NACA0015 机翼低速时的升力曲线。光弹性天平与商用 6 轴应变计称重传感器的比较显示，典型差异小于 6。这种光学方法可以使用传感器内部廉价且简单的组件进行精确测量。这项工作表明光弹天平是一种简单、廉价且灵敏的力传感器。
We present a floating element force balance design that uses an optical measurement of the force using photoelastic stress analysis. The force sensing element consists of pins embedded in photoelastic polyurethane pads, which generate an internal stress when the floating element is loaded that is observed via a transmission polariscope. A series of known loads and their corresponding fringe patterns allow a calibration matrix to be derived using a polynomial model solved by least squares regression. Finite element analysis (FEA) simulation is carried out to validate the proposed method. The balance then measured a lift curve of the NACA0015 wing at low speed. A comparison of the photoelastic balance and a commercial, 6-axis strain-gauge load cell showed typical differences of less than 6. This optical approach enables accurate measurements with inexpensive and simple components inside the sensor. This work demonstrates that a photoelastic balance is a simple, inexpensive, and sensitive force transducer.
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