[發明專利]一種探測旋轉體角加速度的方法與裝置

有效

• 申請號: 201810683431.0
• 申請日: 2018-06-28
• 公開（公告）號: CN108680768B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 高春清;翟焱望;付時堯
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01P15/16
• 分類號: G01P15/16;G01P3/36
• 代理公司: 北京薈英捷創知識產權代理事務所(普通合伙) 11726
• 代理人: 左文

1.一種探測旋轉體角加速度的方法，其特征在于，采用具有相反角量子數的兩路復用拉蓋爾-高斯光束沿著旋轉軸照射旋轉體，由于旋轉多普勒效應，散射光頻率被調制，利用相干探測的方法，探測光斑中心光強的調制頻率，該強度的頻率隨時間變化規律df/dt和旋轉體角加速度a(t)滿足正比關系，即：a(t)＝(π/l)(df/dt),其中l為探測光的軌道角量子數，進而通過測量頻率變化規律推出旋轉體加速度。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，通過短時傅里葉變換的數據處理方法對該強度調制信號進行時頻分析，可得到頻率隨時間的變化規律，進而推算出旋轉體的角加速度。

3.一種探測旋轉體角加速度的裝置，其特征在于，所述裝置應用權利要求1-2中任一所述的探測旋轉體角加速度的方法，所述裝置包括渦旋光束生成部分、旋轉體探測部分和信號處理部分。

4.根據權利要求3所述的裝置，其中，渦旋光束生成部分包括激光光源、半波片、偏振分光棱鏡、全反鏡、液晶空間光調制器、兩個焦距為f的透鏡和小孔光闌，其中：

所述半波片置于激光光源的后方光路中，用于改變光源發射的高斯光束的主偏振方向；

所述偏振分光棱鏡置于前述半波片的后方光路中，用于生成水平線偏振基模高斯光束；

所述全反鏡置于前述偏振分光棱鏡的后方光路中，用于改變基模高斯光束的傳輸方向；

所述液晶空間光調制器置于全反鏡的后方光路中，用于加載全息光柵，生成復用的OAM光束；

所述兩個焦距為f的透鏡和小孔光闌組成4-f成像系統，其中小孔光闌置于頻譜面，用于濾出+1衍射級的渦旋光束。

5.根據權利要求3所述的裝置，其中，旋轉體探測部分包括分光棱鏡、空間光調制器、焦距為f’的透鏡，紅外相機，其中：

所述分光棱鏡用于實現將生成的復用渦旋光束五五分光；

所述空間光調制器置于前述分光棱鏡的透射光路中，通過加載動態的全息圖，用于模擬勻加速旋轉物體表面的相位變化；

所述焦距為f’的透鏡置于前述分光棱鏡的反射光路中，用于收集散射光；

所述紅外相機置于前述透鏡的后焦點上。

6.根據權利要求3所述的裝置，其中，計算機作為信號處理部分，包括讀取部，控制部，計算部，輸出部，其特征在于：

讀取部，讀入CCD相機存儲的參考光和探測光的干涉光斑，并截取每一張干涉光斑的中心光強，得到非平穩信號g(t)；

控制部,設定短時傅里葉變換算法的窗函數s(u)，時間分辨率，空間分辨率；

計算部，對于一個非平穩信號g(t)，它的短時傅里葉變換可以定義為：

s(u)為窗函數，假定分析窗函數s(u)在一個短的時間寬度內是平穩的，移動窗函數使s(u)g(t)在不同的有限時間寬度內是平穩信號，從而計算出各個不同時刻的頻譜，最后把這些頻譜圖按時間排序，即得到頻率隨時間的變化規律；

輸出部，根據頻率隨時間變化規律，推測旋轉體加速度的信息并輸出。