Abstract Accurate measurement of shear stress on a solid surface is a crucial but challenging task in fluid mechanics. Different sensors are usually used for different experimental settings: water channel, wind tunnel, towing tank, watercraft, aircraft, etc. This paper presents a direct shear sensor designed to work for varying test objects and flow conditions. Designed to compare two different sample surfaces, the shear sensor is comprised of two floating elements, whose displacement is proportional to the shear stress they experience, and two optical encoders, which measure the displacements precisely, right under the floating elements. The main plate includes two identical sets of floating elements and flexure beams machined monolithically from a thick piece of metal, allowing displacements in only one in-plane direction. The side-by-side arrangement allows the two floating elements to experience essentially the same flow conditions, regardless of test condition, enabling the comparative sensing. The method of machining these folded-beam flexures, whose width is on the scale of micrometers, while thickness and length are in millimeters and centimeters, respectively, is presented. The main plate is designed with the help of finite element analysis to ensure dynamic response of the floating elements is appropriate for target flow conditions. The utility of the shear sensor is verified in three different flow settings, i.e., water tunnel, boat in open water, and wind tunnel. A miniature underwater camera system is also developed to observe the sample surfaces during testing on a moving object, such as a boat. Graphic abstract

中文翻译：

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用于安装和测试表面样品的薄型壁剪比较仪

摘要 准确测量固体表面上的剪切应力是流体力学中一项至关重要但具有挑战性的任务。不同的传感器通常用于不同的实验设置：水道、风洞、拖曳水箱、船只、飞机等。本文介绍了一种设计用于不同测试对象和流动条件的直切传感器。剪切传感器设计用于比较两个不同的样品表面，由两个浮动元件组成，其位移与它们所经历的剪切应力成正比，以及两个光学编码器，可精确测量浮动元件下方的位移。主板包括两组相同的浮动元件和挠性梁，它们由一块厚金属整体加工而成，仅允许在一个面内方向上发生位移。无论测试条件如何，并排布置允许两个浮动元件经历基本相同的流动条件，从而实现比较感测。介绍了加工这些折叠梁挠性件的方法，其宽度为微米级，而厚度和长度分别以毫米和厘米为单位。主板采用有限元分析设计，以确保浮动元件的动态响应适合目标流动条件。剪切传感器的效用在三种不同的流量设置中得到验证，即水隧道、开放水域中的船和风洞。还开发了一种微型水下相机系统，用于在对移动物体（例如船）进行测试期间观察样品表面。图形摘要 无论测试条件如何，都可以进行比较感测。介绍了加工这些折叠梁挠性件的方法，其宽度为微米级，而厚度和长度分别以毫米和厘米为单位。主板采用有限元分析设计，以确保浮动元件的动态响应适合目标流动条件。剪切传感器的效用在三种不同的流量设置中得到验证，即水隧道、开放水域中的船和风洞。还开发了一种微型水下相机系统，用于在对移动物体（例如船）进行测试期间观察样品表面。图形摘要 无论测试条件如何，都可以进行比较感测。介绍了加工这些折叠梁挠性件的方法，其宽度为微米级，而厚度和长度分别以毫米和厘米为单位。主板采用有限元分析设计，以确保浮动元件的动态响应适合目标流动条件。剪切传感器的效用在三种不同的流量设置中得到验证，即水隧道、开放水域中的船和风洞。还开发了一种微型水下相机系统，用于在对移动物体（例如船）进行测试期间观察样品表面。图形摘要 而厚度和长度分别以毫米和厘米表示。主板采用有限元分析设计，以确保浮动元件的动态响应适合目标流动条件。剪切传感器的效用在三种不同的流量设置中得到验证，即水隧道、开放水域中的船和风洞。还开发了一种微型水下相机系统，用于在对移动物体（例如船）进行测试期间观察样品表面。图形摘要 而厚度和长度分别以毫米和厘米表示。主板采用有限元分析设计，以确保浮动元件的动态响应适合目标流动条件。剪切传感器的效用在三种不同的流量设置中得到验证，即水隧道、开放水域中的船和风洞。还开发了一种微型水下相机系统，用于在对移动物体（例如船）进行测试期间观察样品表面。图形摘要 剪切传感器的效用在三种不同的流量设置中得到验证，即水隧道、开放水域中的船和风洞。还开发了一种微型水下相机系统，用于在对移动物体（例如船）进行测试期间观察样品表面。图形摘要 剪切传感器的效用在三种不同的流量设置中得到验证，即水隧道、开放水域中的船和风洞。还开发了一种微型水下相机系统，用于在对移动物体（例如船）进行测试期间观察样品表面。图形摘要