基于应力发光薄膜实现测风传感的方法技术

本发明专利技术将应力发光材料均匀纳入柔性垫料中制备成应力发光薄膜，将该薄膜制备成帆状风力测试蒙皮并放置于测量点，应力发光薄膜(蒙皮)在风力作用下产生力致发光效应，发光强度与风力正相关；通过远距离光学辐照测量装置测量应力发光薄膜的发光强度，即可获取风力风速的实时数据。本发明专利技术所述测风传感方法同时具备高精度、可视化、易操作等技术优势，有望作为一种通用设备部署于环境检测点，实现风速的全天候监测(甚至具备一定的照明功能)，为大气环境监测和气象数据获取提供一种全新的传感手段。监测和气象数据获取提供一种全新的传感手段。监测和气象数据获取提供一种全新的传感手段。

【技术实现步骤摘要】
基于应力发光薄膜实现测风传感的方法


[0001]本专利技术属于光电材料和光学传感的交叉学科，具体是指一种通过光电探测器探测应力发光材料在外力作用下产生的光辐射信号、在不须外部供电情况下能够运行的压光型应力传感效应或传感器功能的实现方法。

技术介绍

[0002]周界安全系统是指通过各类传感器感知环境物理量的变化，实现对异常事件的甄别告警。对于银行金库、档案室、文物陈列室、保险柜等重要场所而言，周界安全系统是指通过各类传感器识别振动、声音、温度、光照等物理量变化。目前普遍采用的周界安全系统有光纤传感探测系统、声敏探测系统、红外探测系统、摄像头等，采集的物理量分别为振动(也可以是温度)、声音、温度(也可以是光照)、光照，其中最难规避的是基于振动的周界安全系统，即通过噤声、防红外作业和图像视觉伪装虽然能够部分躲过声敏探测系统、红外探测系统和摄像头的追查，但入侵事件对应的振动和应力变化是极难消除的。
[0003]周界安全系统的核心是传感器，传感器的性能决定周界安全系统在灵敏度、精度、动态范围、续航能力等方面的不同性能。机械结构型应力传感器的优势在于成本，劣势在于测试精度；光纤应力传感器能够以极高灵敏度感知应力变化但功耗较高，难以满足长时间监测要求。

技术实现思路

[0004]针对上述缺陷，本专利技术要解决的技术问题是如何将应力发光材料和光敏器件结合在一起制备成一种压光型应力传感器，应力发光材料受到外力作用产生光强辐射，光强辐射的大小与外力的大小正相关，光敏器件感受到力致光场，产生电学响应并输入信息处理单元。
[0005]针对上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于应力发光薄膜实现测风传感的方法，将应力发光材料与光电探测器感光面集成在一起，应力发光材料在感知到外力作用时会产生应力发光效应，辐射光场被光电探测器吸收并启动处于低功耗待机状态的报警系统。借助应力发光材料将机械能转换为光能的特点，可以构建无源式周界安全系统，即周界安全系统在没有发生入侵事件时总是保持着近零功耗甚至是零功耗的待机状态，当且仅当入侵事件发生出发应力发光材料才开启周界安全系统并对入侵事件的强度和类型进行判断甄别。
[0006]为了达到上述效果，本专利技术提供的基于应力发光薄膜实现测风传感的方法，将应力发光材料均匀纳入柔性垫料制备成应力发光薄膜，薄膜任何一处均可在应力作用下产生发光效应，光场强度分布能够反映应力大小分布；将应力发光薄膜制备成帆状蒙皮结构，在迎风装置的作用下转向至风力最强方向，所述应力发光薄膜将风力分布转化为光强分布，实现风力作用可视化；利用光电探测阵列实现光场强度远距离探测，根据光场强度分布反推风速信息，实现测风传感。
[0007]优选的，上述柔性垫料材质和结构需进行优化使较小的外力产生最大化内部形变。
[0008]优选的，上述应力发光材料的化学成分和烧制工艺需进行优化使较小的内部形变能产生对应光电探测器灵敏度峰值波长的、强度与形变呈线性关系的最大化光辐射信号。
[0009]优选的，上述帆状蒙皮与迎风装置组合构成测风探头，所述迎风装置全角度旋转并始终指向风力最强方向。
[0010]优选的，上述方法具体包括以下步骤：
[0011]S1、将应力发光材料均匀纳入柔性垫料中制备成应力发光薄膜，应力发光薄膜作用面尺寸大于厚度的十倍以上，薄膜内应力发光材料均匀分布，薄膜任何一处均可在应力作用下产生发光效应，光场强度与应力大小正相关；
[0012]S2、将应力发光薄膜制备成帆状蒙皮，在迎风装置作用下旋转到风力最强方向，应力发光薄膜在风力作用下产生力致发光辐射，辐射强度与风力大小正相关；
[0013]S3、利用红外探头、光电探测器以及摄像头测量迎风装置的方向和应力发光薄膜辐射强度，获取风向和风力信息，实现测风传感。
[0014]优选的，上述方法根据应力发光薄膜的亮度推算风力。
[0015]优选的，上述应力发光薄膜在风力作用下产生应力发光效应，发光强度与应力大小正相关，所述光电探测器通过分析光强大小判断风力。
[0016]本专利技术提供一种如上述基于应力发光薄膜实现测风传感的系统，包括应力发光薄膜、迎风装置、红外探头、光电探测器和摄像头，应力发光材料均匀纳入柔性垫料制备而成柔性的应力发光薄膜，将应力发光薄膜制备成帆状蒙皮并与迎风装置组合成测风探头，迎风装置能全角度旋转，并始终指向风力最强的方向；通过红外探头、光电探测器以及摄像头监控迎风装置的角度，判断风向；同时根据应力发光薄膜的亮度推算风力，所述应力发光薄膜在风力作用下产生应力发光效应，发光强度与应力大小正相关，所述光电探测器通过分析光强大小判断风力。
[0017]优选的，上述柔性垫料材质和结构需进行优化使较小的外力产生尽可能大的内部形变，应力发光材料的化学成分和烧制工艺需进行优化使较小的内部形变能产生尽可能大的、对应光电探测器灵敏度峰值波长的、强度与形变呈线性关系的光辐射信号。
[0018]本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述方法。
[0019]与现有技术相比，本专利技术达到了以下技术效果：
[0020]首先，本专利技术提出一种可视化应力测风传感方法，即通过柔性的应力发光薄膜实现应力场的分布式连续测量，将时变的风力转换为可视化可重构可回溯的光强变化，为风力测试提供了一种全新手段；
[0021]其次，本专利技术提出的应力发光薄膜为气象监测提供了一种无接触的手段，即可将应力发光薄膜制备成的帆状蒙皮部署于任何点位(无论是飞机的侧翼还是海上灯塔)，并通过远程光电探测的方式主动获取传感数据(而非通过外挂电线、或者通过内嵌分析系统和数据回传系统)，极大提升了测风传感的部署范围。
[0022]最后，本专利技术提出的应力发光薄膜还能在可视化照明等方面得到潜在应用，即部署于气象观测站的应力发光薄膜在常年强风作用下能提供持续的发光信号(而毋须供电)，
这种将机械能转换为光能的手段能在完成测风传感功能的同时为操作维修人员提供照明指引。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1示出了本专利技术基于应力发光薄膜实现测风传感的方法的一实施例示意图；
[0025]图2示出了本专利技术基于应力发光薄膜的测风传感系统示意图；
[0026]图3示出了本专利技术基于应力发光薄膜实现测风传感的方法的另一实施例示意图。
具体实施方式
[0027]下面将详细描述本专利技术的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本专利技术，并不被配置为限定本专利技术。对于本领域技术人员来说，本专利技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于应力发光薄膜实现测风传感的方法，将应力发光材料均匀纳入柔性垫料制备成应力发光薄膜，薄膜任何一处均可在应力作用下产生发光效应，光场强度分布能够反映应力大小分布；将应力发光薄膜制备成帆状蒙皮结构，在迎风装置的作用下转向至风力最强方向，所述应力发光薄膜将风力分布转化为光强分布，实现风力作用可视化；利用光电探测阵列实现光场强度远距离探测，根据光场强度分布反推风速信息，实现测风传感。2.根据权利要求1所述的基于应力发光薄膜实现测风传感的方法，其特征在于，所述柔性垫料材质和结构需进行优化使较小的外力产生最大化内部形变。3.根据权利要求1所述的基于应力发光薄膜实现测风传感的方法，其特征在于，所述应力发光材料的化学成分和烧制工艺需进行优化使较小的内部形变能产生对应光电探测器灵敏度峰值波长的、强度与形变呈线性关系的最大化光辐射信号。4.根据权利要求1所述的基于应力发光薄膜实现测风传感的方法，其特征在于，所述帆状蒙皮与迎风装置组合构成测风探头，所述迎风装置全角度旋转并始终指向风力最强方向。5.根据权利要求1
‑
4之一所述的基于应力发光薄膜实现测风传感的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：S1、将应力发光材料均匀纳入柔性垫料中制备成应力发光薄膜，应力发光薄膜作用面尺寸大于厚度的十倍以上，薄膜内应力发光材料均匀分布，薄膜任何一处均可在应力作用下产生发光效应，光场强度与应力大小正相关；S2、将应力发光薄膜制备成帆状蒙皮，在迎风装置作用下旋转到风力最强方向，应力发光薄膜在风力作用下产生力致发光辐射，辐射强度与风力大小正...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凯，曹毅宁，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：