一种基于液态金属天线的转速测量装置及其转速测量方法与流程

本发明涉及转速测量领域，尤其涉及一种基于液态金属天线的转速测量装置及其转速测量方法。

背景技术：

天线是在无线电设备中用来发射或接收电磁波的器件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都要依靠天线来工作。

同传统的固态天线相比，液态天线是包裹在塑料基板蚀刻出的微流体通道内，液态天线不但能被弯曲成任意形状，甚至可在被截断时自我修复，液态天线由于具备可根据其接收的无线电波波长来自我调整长度的能力，因此可以产生更好的调谐效果。

转速测量方法可以分为两类，一类是直接法，即直接观测机械或者电机的机械运动，测量特定时间内机械旋转的圈数，从而测出机械运动的转速；另一类是间接法，即测量由于机械转动导致其他物理量的变化，从这些物理量的变化与转速的关系来得到转速。

目前国内外常用的测速方法有光电码盘测速法、霍尔元件测速法、离心式转速表测速法、测速发电机测速法、漏磁测速法、闪光测速法和振动测速法。以上方法均需要使用基于wifi或蓝牙等无线通信标准的无线模块，将所测得的转速数据处理之后，才能无线传输给其它手持端设备并给予显示。

因此，现有技术在简化设备数量，节约成本方面存在改进的空间，故有必要设计一种新的基于液态金属天线的转速测量装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于液态金属天线的转速测量装置及其转速测量方法，可以直接无线传输被测物体的转速至其它设备并显示。

本发明提供一种基于液态金属天线的转速测量装置，所述转速测量装置包括射频金属地板、位于射频金属地板上方且与射频金属地板不接触的液态金属存储池、位于液态金属存储池上方且与液态金属存储池不接触的气体存储池、毛细管以及与液态金属存储池连接的射频同轴电缆；所述毛细管的下端与液态金属存储池连接，毛细管的上端与气体存储池连接；所述射频电缆与射频金属地板连接且射频电缆接地；所述射频金属地板位于被测物体内侧且接近被测物体的转心。

进一步，所述毛细管为圆柱状。

进一步，所述毛细管的轴线穿过被测物体的转心。

进一步，转速测量装置设置在靠近被测物体的最外侧位置。

进一步，转速测量装置的长度远远小于被测物体的直径。

进一步，转速测量装置的长度远远小于转速测量装置的中心距离被测物体的转心的距离。

本发明还提供一种基于液态金属天线的转速测量方法，包括如下步骤：

s1：转速测量装置固定在被测物体的最外侧；

s2：被测物体以角速度ω旋转时，转速测量装置内的液态金属在毛细管内的长度为l；

s3：长度为l的液态金属在惯性离心力作用下由液态金属存储池往气体存储池方向移动；

s4：液体金属存储池内的液体金属给长度为l的液体金属离心力，同时气体存储池内的气体给予长度为l的液体金属反作用力，当长度为l的液态金属受到的离心力和气体压缩受到的反作用力相平衡时，液态金属停止移动，总移动长度为△l，液态金属在毛细管内的总长度为l+△l；

s5：当长度为l+△l的液态金属在射频同轴电缆的馈电下，长度为l+△l的液态金属即成为一个单极子天线，所述单极子天线可以发射谐振频率为f的射频信号并检测出射频信号，由测得的单极子天线谐振频率从而推导计算出单极子天线的长度并测定被测物体转速。

进一步，所述被测物体的转速的推导方法包括如下步骤：

s51：谐振频率与单极子天线长度之间的关系为f＝c/4×(l+△l)，即为△l＝c/(4×f)-l，其中c为光速；

s52：气体压缩的反作用力等于液态金属受到的离心力，m×ω2×r＝k×△l，即为△l＝(m×ω2×d)/k，

其中m为液态金属的质量，k为气体被压缩单位长度受到的反作用力，d为转速测量装置距离被测物体的转心的距离；

以上两个等式联立，可得c/(4×f)-l＝(m×ω2×d)/k，即为：

本发明转速测量装置基于离心原理，由测得的天线(即单极子天线)发射谐振频率从而推导计算出天线的移动长度，并以此测定被测物体的转速；本发明转速测量方法在测量原理上即可将转速无线传输至其它接收端，无需使用其它的无线传输模块来完成这一功能，在无线传输转速信息方面具有低成本的优势。

附图说明

图1为本发明实施例基于液态金属天线的转速测量装置位于被测物体上的整体结构示意图；

图2为图1所示基于液态金属的转速测量装置的结构示意图；

图3是图1所示基于液态金属的转速测量装置的工作原理示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供了一种基于液态金属天线的转速测量装置100，如图1至图3所示，基于液态金属天线的转速测量装置位于被测物体6上，被测物体6为圆形物体。

转速测量装置100包括射频金属地板1、位于射频金属地板1上方且与射频金属地板1不接触的液态金属存储池2、位于液态金属存储池2上方且与液态金属存储池2不接触的气体存储池4、毛细管3以及与液态金属存储池2连接的射频同轴电缆5。

其中，射频金属地板1位于被测物体6内侧接近被测物体6的转心7(即被测物体6的枢轴点支点)处，射频电缆5与射频金属地板1连接且射频电缆5接地。

液态金属存储池2用于存储液态金属，气体存储池4用于储存气体；毛细管3为圆柱状且毛细管3的轴线穿过被测物体6的转心7。

毛细管3的下端与液态金属存储池22连接，毛细管3的上端与气体存储池4连接，故毛细管3靠近下部分内具有液态金属，毛细管3靠近上部分内具有气体。

本发明转速测量装置100通常设置于被测物体6的最外侧，即转速测量装置100设置在靠近被测物体6的最外侧位置，以此提高测量精度；同时，转速测量装置的长度d一般均远远小于被测物体6的直径2r，r为被测物体6的半径。转速测量装置100的中心距离被测物体6的转心7的距离为d，d远小于d。

如图3所示，当被测物体6以角速度ω旋转时，液态金属在毛细管3的下部分内的长度为l，长度为l的液态金属在惯性离心力作用下由液态金属存储池2往气体存储池4方向移动，当液态金属受到的离心力和气体压缩受到的反作用力相平衡时，液态金属停止移动，总移动长度为△l；此时液态金属的总长度为l+△l，当该长度液态金属在射频同轴电缆5的馈电下，这段长度为l+△l的液态金属即成为一个单极子天线。该单极子天线可以发射谐振频率为f的射频信号并由手持端设备无线检测出射频信号，由测得的单极子天线谐振频率从而推导计算出单极子天线的长度并测定被测物体转速。

谐振频率与单极子天线长度之间的关系为f＝c/4×(l+△l)，即为△l＝c/(4×f)-l，其中c为光速；同时，由于气体压缩的反作用力等于液态金属受到的离心力，所以m×ω2×r＝k×△l，即为△l＝(m×ω2×d)/k,其中m为液态金属的质量，k为气体被压缩单位长度受到的反作用力，d为转速测量装置100距离转心7的距离。

以上两个等式联立，可得c/(4×f)-l＝(m×ω2×d)/k，即为：

本发明还揭示一种基于液态金属天线的转速测量方法，包括如下步骤：

s1：转速测量装置100固定在被测物体6的最外侧；

s2：被测物体6以角速度ω旋转时，转速测量装置100内的液态金属在毛细管3内的长度为l；

s3：长度为l的液态金属在惯性离心力作用下由液态金属存储池2往气体存储池4方向移动；

s4：液体金属存储池2内的液体金属给长度为l的液体金属离心力，同时气体存储池4内的气体给予长度为l的液体金属反作用力，当长度为l的液态金属受到的离心力和气体压缩受到的反作用力相平衡时，液态金属停止移动，总移动长度为△l，液态金属在毛细管2内的总长度为l+△l；

s5：当长度为l+△l的液态金属在射频同轴电缆5的馈电下，长度为l+△l的液态金属即成为一个单极子天线，所述单极子天线可以发射谐振频率为f的射频信号并由手持端设备无线(图未示)检测出射频信号，由测得的单极子天线谐振频率从而推导计算出单极子天线的长度并测定被测物体转速。

其中，被测物体5的转速的推导方法如下：

s51：谐振频率与单极子天线长度之间的关系为f＝c/4×(l+△l)，即为△l＝c/(4×f)-l，其中c为光速；

s52：气体压缩的反作用力等于液态金属受到的离心力，m×ω2×r＝k×△l，即为△l＝(m×ω2×d)/k，

其中m为液态金属的质量，k为气体被压缩单位长度受到的反作用力，d为转速测量装置100距离被测物体6的转心7的距离；

以上两个等式联立，可得c/(4×f)-l＝(m×ω2×d)/k，即为：

通过上述方法测得被测物体6的旋转角速度ω。

其中，单极子天线也就是液态金属天线。

本发明转速测量装置基于离心原理，由测得的天线(即单极子天线)发射谐振频率从而推导计算出天线的移动长度，并以此测定被测物体的转速；本发明转速测量方法在测量原理上即可将转速无线传输至其它接收端，无需使用其它的无线传输模块来完成这一功能，在无线传输转速信息方面具有低成本的优势。

本发明基于液态金属天线的转速测量装置，通常设置于被测物体最外侧，以此提高测量精度；同时，整个转速测量装置的大小一般均远远小于被测物体。

可以理解地，上述各个尺寸参数只是在本实施例中的一种优化设置，其不能作为限制本发明范围的理由，各个尺寸参数可以根据实际情况进行优化配置。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。