[发明专利]一种探测旋转体角加速度的方法与装置

权利要求书

1.一种探测旋转体角加速度的方法，其特征在于，采用具有相反角量子数的两路复用拉盖尔-高斯光束沿着旋转轴照射旋转体，由于旋转多普勒效应，散射光频率被调制，利用相干探测的方法，探测光斑中心光强的调制频率，该强度的频率随时间变化规律df/dt和旋转体角加速度a(t)满足正比关系，即：a(t)＝(π/l)(df/dt),其中l为探测光的轨道角量子数，进而通过测量频率变化规律推出旋转体加速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过短时傅里叶变换的数据处理方法对该强度调制信号进行时频分析，可得到频率随时间的变化规律，进而推算出旋转体的角加速度。

3.一种探测旋转体角加速度的装置，其特征在于，所述装置应用权利要求1-2中任一所述的探测旋转体角加速度的方法，所述装置包括涡旋光束生成部分、旋转体探测部分和信号处理部分。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，涡旋光束生成部分包括激光光源、半波片、偏振分光棱镜、全反镜、液晶空间光调制器、两个焦距为f的透镜和小孔光阑，其中：

所述半波片置于激光光源的后方光路中，用于改变光源发射的高斯光束的主偏振方向；

所述偏振分光棱镜置于前述半波片的后方光路中，用于生成水平线偏振基模高斯光束；

所述全反镜置于前述偏振分光棱镜的后方光路中，用于改变基模高斯光束的传输方向；

所述液晶空间光调制器置于全反镜的后方光路中，用于加载全息光栅，生成复用的OAM光束；

所述两个焦距为f的透镜和小孔光阑组成4-f成像系统，其中小孔光阑置于频谱面，用于滤出+1衍射级的涡旋光束。

5.根据权利要求3所述的装置，其中，旋转体探测部分包括分光棱镜、空间光调制器、焦距为f’的透镜，红外相机，其中：

所述分光棱镜用于实现将生成的复用涡旋光束五五分光；

所述空间光调制器置于前述分光棱镜的透射光路中，通过加载动态的全息图，用于模拟匀加速旋转物体表面的相位变化；

所述焦距为f’的透镜置于前述分光棱镜的反射光路中，用于收集散射光；

所述红外相机置于前述透镜的后焦点上。

6.根据权利要求3所述的装置，其中，计算机作为信号处理部分，包括读取部，控制部，计算部，输出部，其特征在于：

读取部，读入CCD相机存储的参考光和探测光的干涉光斑，并截取每一张干涉光斑的中心光强，得到非平稳信号g(t)；

控制部,设定短时傅里叶变换算法的窗函数s(u)，时间分辨率，空间分辨率；

计算部，对于一个非平稳信号g(t)，它的短时傅里叶变换可以定义为：

s(u)为窗函数，假定分析窗函数s(u)在一个短的时间宽度内是平稳的，移动窗函数使s(u)g(t)在不同的有限时间宽度内是平稳信号，从而计算出各个不同时刻的频谱，最后把这些频谱图按时间排序，即得到频率随时间的变化规律；

输出部，根据频率随时间变化规律，推测旋转体加速度的信息并输出。