[發明專利]一種基于斯托克斯矢量的光學轉速測量系統及測量方法

有效

• 申請號: 201911420306.1
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111060711B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 陳修國;廖進寶;劉世元
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01P3/36
• 分類號: G01P3/36
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智;孔娜

1.一種基于斯托克斯矢量的光學轉速測量系統的測量方法，其特征在于，該方法包括下列步驟：

(a)建立所述測量系統的透射式測量模型，設定待測對象滾轉角，根據該透射式測量模型繪制光強和待測對象滾轉角之間的二維圖，其中，所述透射式測量模型按照下列進行：

S＝R(-θ′)M_CR(θ′)R(-P_s)M_PS_in

S＝[S₀,S₁,S₂,S₃]^T

S是斯托克斯矢量，θ'是待測對象的滾轉角，R(θ')是波片在滾轉角為θ'時的旋轉矩陣，P_s是偏振器的初始方位角，R(P_s)是偏振器的旋轉矩陣，M_C、M_P、S_in分別為波片的穆勒矩陣、偏振器的穆勒矩陣、入射光的斯托克斯矢量，S₁、S₂和S₃分別為斯托克斯矢量的第二至四項元素，S₀代表光強；

(b)待測對象以未知的角速度旋轉，所述測量系統開始測量，在超快完全斯托克斯偏振儀中獲得光強和是斯托克斯矢量，構建斯托克斯矢量與滾轉角之間的關系式，利用該關系式計算待測對象的滾轉角獲得兩個滾轉角值；

所述斯托克斯矢量與滾轉角之間的關系式，按照下列關系式進行：

其中，是由斯托克斯偏振儀測量得到的斯托克斯矢量，F(θ′|α₀，β₀，δ)是在任意θ′角度下的計算得到的斯托克斯元素，α₀，β₀是光強的傅里葉系數，δ是所述波片的延遲量，||·||對應著向量范數，Θ是θ′所屬的角度范圍，Θ∈[0°,180°)；

(c)根據步驟(a)中獲得光強和待測對象滾轉角之間的二維圖，判斷步驟(b)中超快完全斯托克斯偏振儀中獲得的光強對應的滾轉角屬于[0,180°]或[180,360°]，根據判斷的結果舍去步驟(b)中獲得的兩個滾轉角值中不屬于該范圍的滾轉角，以此獲得所需的滾轉角；

(d)對步驟(c)中的滾轉角進行積分，以此獲得待測對象的角速度。

2.如權利要求1所述的測量方法，其特征在于，在步驟(b)中，所述超快完全斯托克斯偏振儀中獲得光強后，計算斯托克斯矢量是按照下列關系式進行：

S＝A⁺I

其中，I是由探測器測量得到的光通量矢量，A是由測量次數和光學系統確定的測量矩陣。

3.如權利要求1所述的測量方法，其特征在于，在步驟(b)中，所述斯托克斯矢量與滾轉角之間的關系式，按照下列關系式進行：

其中，δ是波片的相位延遲量。

4.如權利要求1所述的測量方法，其特征在于，在步驟(a)之前，還需采用單旋轉原位校準法對測量裝置進行校準以獲得測量裝置的系統初值。