[發明專利]一種角速度測量裝置、方法及其載具

有效

• 申請號: 201811175104.0
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109556593B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 倪凱;馬茹玉;余浩洋;周倩;吳冠豪;李星輝;王曉浩
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G01C19/72
• 分類號: G01C19/72
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 梁嘉琦

1.一種角速度測量裝置，其特征在于，包括：

信號光頻梳發射器，用于發射測量光梳信號；

本振光頻梳發射器，用于發射本振光梳信號，所述本振光梳信號與測量光梳信號之間具有重復頻率差和重疊的光譜范圍；

第一分光器，接收來自信號光頻梳發射器的測量光梳信號，并將所述的測量光梳信號分成第一光梳信號和第二光梳信號；

測量臂光路，包括互通的兩個端口，所述的兩個端口分別接收來自第一分光器的第一光梳信號和第二光梳信號，所述第一光梳信號和第二光梳信號在測量臂光路內的傳輸方向相反，所述測量臂光路與第一分光器之間構成測量回路，第一光梳信號和第二光梳信號通過測量臂光路后合光于第一分光器上并輸出合光光梳信號；

第二分光器，接收來自本振光頻梳發射器的本振光梳信號和來自第一分光器的合光光梳信號，所述的本振光梳信號和合光光梳信號在第二分光器上發生多外差干涉并輸出干涉信號；

測量裝置，用于接收所述的干涉信號，并根據所述干涉信號計算出絕對角速度。

2.根據權利要求1所述的一種角速度測量裝置，其特征在于，所述測量裝置包括探測器、高速數據采集器、干涉信號截取模塊、快速傅立葉變換運算模塊、公式計算模塊，所述探測器、高速數據采集器、干涉信號截取模塊、快速傅立葉變換運算模塊和公式計算模塊依次連接。

3.根據權利要求1所述的一種角速度測量裝置，其特征在于，包括多個反射鏡，所述的多個反射鏡之間組成所述的測量臂光路。

4.根據權利要求1或3所述的一種角速度測量裝置，其特征在于，所述的第一分光器和/或第二分光器為分光棱鏡。

5.根據權利要求1所述的一種角速度測量裝置，其特征在于，所述第一分光器與第二分光器之間設置有用于將合光光梳信號處理為偏振光狀態的第一偏振模塊，本振光頻梳發射器與第二分光器之間設置有用于將發射本振光梳信號處理為偏振光狀態的第二偏振模塊。

6.一種角速度測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

發射測量光梳信號和本振光梳信號；

測量光梳信號通過第一分光器分成第一光梳信號和第二光梳信號；

第一光梳信號和第二光梳信號在測量回路相向傳輸，并合光于第一分光器上并形成合光光梳信號；

第二分光器接收自本振光頻梳發射器的本振光梳信號和來自第一分光器的合光光梳信號，本振光梳信號和合光光梳信號在第二分光器上發生多外差干涉并輸出干涉信號；

獲取所述的干涉信號并計算出絕對角速度。

7.根據權利要求6所述的一種角速度測量方法，其特征在于，所述絕對角速度的計算方法包括：

截取一個干涉周期中的先后兩段干涉信號，計算兩次干涉信號中心對應的精確時間差Δτ，

通過以下公式求出單個干涉周期信號計算的絕對角速度Ω，

其中，c為光速，A為測量回路圍成的面積，Δf_r為測量光梳信號與本振光梳信號之間的重復頻率差，f_s為測量光梳信號的重復頻率，Δτ為利用傅里葉變換和最小二乘法擬合求出的兩次干涉信號中心對應的精確時間差。

8.根據權利要求7所述的一種角速度測量方法，其特征在于，所述精確時間差Δτ通過以下步驟計算得到：

獲取所截取的一個干涉周期內的兩個干涉信號兩段時間區間對應的時間差t₀；

對截取出的兩段干涉信號進行快速傅里葉變換，分別求出相頻譜之后進行相減，然后利用最小二乘法擬合出斜率k；

兩次干涉信號中心對應的精確時間差Δτ＝k+t₀。

9.一種載具，其特征在于，應用權利要求1-5任一所述的角速度測量裝置。