一种检测转动状态的光学方法技术

本发明专利技术公开了一种检测转动状态的光学方法，该方法将发光波段不同、荧光特征时间也不同的两个荧光材料混合制成复合荧光材料，复合荧光材料均匀涂覆转子表面，固定不动的稳态点光源照射在转动的转子上，激发出的涂层荧光显示出连续的转动轨迹线，且轨迹线的荧光色连续变化，其变化范围在两个荧光材料各自荧光色的混合色范围内，由轨迹线上任意两点的荧光色变化得知转子转过相应角度使用的时间，进而得知转速。本发明专利技术适用于转速的光学无线实时测量，也能用于通过颜色变化粗略地目测转速。也能用于通过颜色变化粗略地目测转速。也能用于通过颜色变化粗略地目测转速。

【技术实现步骤摘要】
一种检测转动状态的光学方法


[0001]本专利技术属于光传感领域，涉及转动状态的一种光测方法，具体涉及一种用荧光检测转动状态的光学方法。

技术介绍

[0002]旋转机械状态监测的首要参量是转速。
[0003]转速由角度和时间二者合成，转速的测量常常采用在转子上作标记的方法，观察记录标记旋转一周，即2π弧度或360o需要的时间。金属轮上用凸起或凹槽作标记，可以借助电磁感应原理探测标记点到达电磁探头的时刻；光电门则是借助标记点反射或透射的光脉冲记录标记点的到达时刻。这样的转速测量缺乏角度的分辨能力，不能给出某时刻的实时角速度；时间的测量则依赖于外部的计时电路，例如示波器的时间轴。
[0004]本专利技术提出测量转速的一种光学方法：用荧光材料的荧光特征时间作为转动时间的测量基准，用时间相关的荧光色标记转动的角位置，进而得到转速。该方法仅基于荧光材料的内禀属性就得知角度和时间，能测量实时角速度、并脱离对时间基准电路的依赖。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种检测转动状态的光学方法，结合并利用荧光材料的时间特性和显示能力，直观、高精度地实时检测转动角速度。
[0006]本专利技术技术方案如下：一种光学无线检测转动状态的方法，其特征在于，用荧光特征时间度量转动的时间，用荧光色标记转动的角位置，具体步骤如下：
[0007]步骤1，将发光波段不同、荧光特征时间也不同的荧光材料A与荧光材料B混合制成复合荧光材料，复合荧光材料均匀涂覆转子表面形成转子涂层；
[0008]步骤2，固定不动的稳态点光源照射在转动的转子上，激发出转子涂层的荧光；
[0009]步骤3，转子涂层的荧光显示出连续的转动轨迹线，由转动轨迹线上任意两点的荧光色变化得知转子转过相应角度使用的时间；
[0010]步骤4，由转角和转过相应角度使用的时间得知转速。
[0011]所述的荧光特征时间是余辉时间或荧光寿命。
[0012]所述转动轨迹线由所述点光源发出的激发光在所述转子涂层上绘制，其上每点的荧光色由荧光材料A和荧光材料B各自发出的荧光的混合比例确定，因为荧光材料A和荧光材料B的荧光特征时间不同，任一点的荧光的混合比例随时间推移而变化，引起该点的荧光色发生变化，也就导致，转子转过一定角度，在所述转动轨迹线上超前的点与落后的点具有不同的荧光色；相应地，由所述转动轨迹线上任一点的荧光色可以确定该点被激发后经历的时间。
[0013]由所述转动轨迹线上两点之间的转角Δφ和两点落后于各自被激发时刻的时间差Δt，得到转速ω＝Δφ/Δt。
[0014]本专利技术的实质是将荧光材料的显示能力转化为转角位置的标记、将荧光材料的荧
光特征时间参量转化为度量转动时间和时序的时计。
[0015]本专利技术的有益效果：本专利技术可以从荧光显示的转动轨迹线上连续取点计算转速，与现有技术中的计圈测速的常规方法相比有改善了的实时性和更高的测速精度；本专利技术的转动轨迹线颜色的变化可以光学无线地测量，继而得到转速，也可以用裸眼目视观察颜色变化的方式粗略判断转速，具有更好的直观效果。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例的荧光材料A与荧光材料B组成的复合荧光材料的荧光发射光谱，以A、B分别指示源于荧光材料A与荧光材料B的荧光，其中横轴是波长λ、纵轴是光强度Intensity；
[0017]图2为本专利技术实施例的荧光材料A与荧光材料B的时间特性曲线，以A、B分别指示，其中横轴是时间t、纵轴是归一化的光强度Intensity；
[0018]图3为本专利技术实施例荧光材料A与荧光材料B的发射强度的比值随时间的变化，其中横轴是时间t、纵轴是强度比R；
[0019]图4为本专利技术实施例转子涂层荧光显示的转动轨迹线的示例，点P0、点P1、点P2是转动轨迹线上的点，其中点P0是稳态点光源发出的激发光照射的角度位置、点P1是超前于点P0的角度位置、点P2是超前于点P1的角度位置，转子转过点P1和点P2之间的角度Δφ用时Δt。
具体实施方式
[0020]本专利技术
技术实现思路
部分描述了一种检测转动状态的光学方法，结合并利用荧光材料的时间特性和显示能力，用荧光特征时间度量转动的时间、用荧光色标记转动的角位置，直观、高精度地实时检测转动的角速度。结合实施例具体描述该技术方法如下：
[0021]实施例
[0022]选用荧光材料A与荧光材料B，混合加入无色透明胶粘剂，制成复合荧光材料，均匀涂覆转子表面形成转子涂层，其荧光发射光谱如图1所示，以A、B分别指示源于荧光材料A与荧光材料B的荧光，其中横轴是波长λ、纵轴是光强度Intensity；荧光材料A与荧光材料B的发光波段不同；荧光材料A与荧光材料B的荧光特征时间也不同，其时间特性曲线如图2所示，其中横轴是时间t、纵轴是归一化的光强度Intensity。
[0023]当转子涂层材料被激发，撤去激发光后，涂层材料的荧光自由衰减，因为荧光中来自荧光材料A与荧光材料B这两个荧光成分的时间特性不同，所以涂层材料荧光来自荧光材料A与荧光材料B这两个荧光成分的强度I
A
和I
B
的比例R＝I
A
/I
B
随着I
A
和I
B
二者同时衰减而改变，如图3所示，复合材料的合成荧光的荧光色也因为其荧光成分比例的变化而改变，其中横轴是时间t、纵轴是荧光成分强度比例R。合成荧光的荧光色坐标或荧光强度比R与衰减时间单调地一一对应，由混合荧光的荧光色或荧光强度比可以确定复合材料荧光的衰减时刻与被激发时刻的时间差。
[0024]固定不动的稳态点光源照射在转动的转子上，如图4所示，点P0位置被照射，激发出转子涂层材料的荧光。超前于P0的点P1、P2先于P0位置被照射然后转动到达如图4所示的位置，期间各自经过了不同的衰减时间，也就具有与P0不同的荧光色，连续的各点在转子转
过的角度范围内连成以荧光显示的且颜色渐变的转动轨迹线，由不同荧光色标记出的点P1、P2间的转角为Δφ。点P1、P2对应的衰减时刻示意地标注在图2中，两点落后于各自被激发时刻的时间差为Δt。点P1、P2对应的荧光强度比R标注在图3中。
[0025]最后，得到转速ω＝Δφ/Δt。由轨迹线上P1、P2两点的荧光色变化，还能确定两点哪个处于超前位置，从而判断转动方向是顺时针还是逆时针。
[0026]本专利技术的检测转动状态的光学方法，该方法将荧光材料的显示能力转化为转角位置的标记、将荧光材料的荧光特征时间参量转化为度量转动时间和时序的时计。本专利技术适用于转动角速度的无线检测或目视快速监测。
[0027]采用本专利技术的检测转动状态的光学方法，可以从荧光显示的转动轨迹线上连续取点计算转速，因此较周圈计时测速的常规方法有改善了的实时性和更高的测速精度；本专利技术的转动轨迹线颜色的变化既可以光学无线地测量，继而得到转速，也可以用裸眼目视观察颜色变化的方式粗略判断转速，具有更好的直观效果。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种检测转动状态的光学方法，其特征在于，用荧光特征时间度量转动的时间，用荧光色标记转动的角位置，具体步骤如下：步骤一，将发光波段不同、荧光特征时间也不同的荧光材料A与荧光材料B混合制成复合荧光材料，复合荧光材料均匀涂覆转子表面形成转子涂层；步骤二，固定不动的稳态点光源照射在转动的转子上，激发出转子涂层的荧光；步骤三，转子涂层的荧光显示出连续的转动轨迹线，由转动轨迹线上任意两点的荧光色变化得知转子转过相应角度使用的时间；步骤四，由转角和转过相应角度使用的时间得知转速。2.根据权利要求1所述的一种检测转动状态的光学方法，其特征在于，所述步骤一中的荧光特征时间是余辉时间或荧光寿命。3.根据权利要求1所述的一种检...

【专利技术属性】
技术研发人员：张巍巍，伍林芳，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：