旋转机械是一种广泛存在的机械结构形式,如轮船的螺旋桨、武器执行机构的瞄准及跟踪装置、各类加工机床的传动链等。旋转参量如转速、角位移和角加速度等是确定这些转动装置或旋转系统的工作状态和运动特性的重要参数。通过精确测量瞬时角速度,可以了解旋转系统的工作状态和性能,判断它们的运动特性,提高其运动过程控制的准确性,还可用于获取故障信息而用于系统的故障诊断等。因此角速度的准确测量具有极重要的意义,在机械检测技术中具有广泛的应用。针对目前转速传感器普遍存在的、需附加额外标记或同轴安装精密分度盘的不足,本文基于空间滤波技术,提出了用一对光电池线阵来遥测转速的方法,研究了该转速传感方法的基本原理,分析了该传感方法的特性。在阐述了国内外转速测量的研究现状后,介绍了空间滤波测速技术的发展历史、技术特点及应用范围;详细介绍了基于空间滤波技术的角速度传感原理,即用多个光电池构成两个光电池线阵,该两个光电池线阵平行排列且相距一定距离构成空间滤波转速传感器。该空间滤波转速传感器兼有空间滤波和光电转换的作用,可用于被测体转速量值及旋转方向的传感。提出了空间滤波转速遥测中基于中心频率相对变化比值的旋转中心定位法和基于频谱峰值相对变化的旋转中心定位法。基于中心频率相对变化比值的旋转中心定位法是利用差分空间滤波转速传感器输出信号的两个中心频率f₁、f₂及其变化计算系数j,由j值符号、f₁与f₂的相对大小来确定旋转中心成像点的位置区域。基于频谱峰值相对变化的旋转中心定位法是将差分空间滤波转速传感器输出的两路信号相加得到一个混合信号,用快速傅里叶变换（FFT）求取该混合信号的频谱分布;待转速平稳时沿径向移动该传感器一段距离,再次用FFT计算得到混合信号的频谱分布;根据移动前后混合信号的频谱分布中两个主峰值的移动趋势可判定出被测体旋转中心的位置区域。解决了空间滤波转速遥测中旋转中心位置区域辨识的问题。提出了空间滤波转速遥测中基于功率谱的旋转方向辨识法和基于微分相位的旋转方向辨识法。基于功率谱的旋转方向辨识法是利用占空比为1/2的空间滤波器输出的两路信号的功率谱密度互为共轭的特点,得到两个线速度方向判别系数d₁、d₂。根据d₁、d₂的符号及f₁与f₂的大小关系,可同时判断出被测旋转体的转向及旋转中心的位置区域。基于微分相位的旋转方向辨识法是对基于功率谱的旋转方向辨识法的进一步改进,即用多个光电池构成一个占空比为1/4的复差分空间滤波转速传感器,并根据单个复差分空间滤波器输出的两路非平稳窄带信号正交的特点,计算得到一个与复差分空间滤波器处图像的线速度方向有关的相位微分值;由复差分空间滤波转速传感器输出的四路信号计算得到两个相位微分值D₁、D₂。根据D₁、D₂的符号及f₁与f₂的大小关系,可同时判断出被测体的瞬时旋转方向及旋转中心位置区域。解决了空间滤波转速遥测中转速方向判别的问题。分析了透射函数和空间周期数对空间滤波器性能的影响、空间占空比Δ对空间滤波信号频谱的影响。结果表明,空间周期数、占空比不同时,空间滤波器输出的信号具有不同的幅值及相位特点。此外,还分析了光学系统放大倍数的波动、传感器的安装偏心、被测体的轴向窜动和径向晃动对转速测量值的影响。结果表明,该转速传感方法不需要安装任何基准分度盘,且传感器的安装偏心、被测体的轴向窜动,被测体的径向晃动及平移等均不影响转速值的传感测量。分析验证了本文提出的两种旋转中心定位法的正确性及其适应条件,结果表明:在转速相对平稳时,所提出的两种旋转中心定位法能有效辨识出被测体旋转中心的位置区域。验证了本文提出的两种旋转方向辨识法的正确性;结果表明,基于功率谱的旋转方向辨识法计算量小、应用方便,可有效用于被测体旋转方向的辨识;基于微分相位的旋转方向辨识法实时性强、灵活性好,能快速准确的辨识被测体的瞬时转速方向。基于光电池线阵对的转速传感方法,可实现自分度非接触转速传感及其方向辨识,系统简便,环境适应性强,克服了传统转速传感方法中需同轴安装精密分度盘或基准标尺的问题,解决了空间滤波角速度传感中旋转方向难以实时辨别的难题,为固体转速或液气态物旋涡流速的测量建立了一个普适性强的检测方法,具有良好的应用前景。