[发明专利]一种基于涡旋光束的旋转体角速度测量系统

摘要

本发明公开了一种基于涡旋光束的旋转体角速度测量系统。本发明提供的角速度测量系统基于多普勒频移原理和涡旋光束的玻印亭矢量的方向特性，采用测量涡旋光束沿旋转轴垂直入射，其入射光与反射光共路，探测系统的发射端与接收端共点，可快速准确的得到角速度测量结果。使用时只需将本发明提供的系统发出的测量涡旋光束，沿着旋转体的旋转轴方向垂直照射旋转面，即可直接读出角速度测量结果。本发明的系统结构简单，易于操作，相比现有技术具有较大进步。

主权项

1.一种基于涡旋光束的旋转体角速度测量系统，其特征在于，具备光源模块，发射接收模块，信息处理模块和显示模块，其中：光源模块，包括单频激光器，分光棱镜，光隔离器和螺旋相位片，用于产生两路角量子数相反的涡旋光束合束，其中：所述单频激光器用于生成单频基模高斯激光；所述分光棱镜置于单频激光器后方的光路中，用于将激光分成两路，一路用于照射待探测旋转体，另一路传导至信息处理模块来与接收到的反射光束拍频，测得频率变化信息；所述光隔离器置于分光棱镜输出的用于照射待探测旋转体的光路中，用于保证激光在光路中的单向传播，防止旋转体反射光射回激光器中；所述螺旋相位片置于光隔离器后方的光路中，用于将基模高斯光束转化为携带有轨道角动量的合束涡旋光束，生成的合束涡旋光束的阶次与螺旋相位片的阶次相同；发射接收模块，包括分光棱镜，保护镜片和准直器，用于涡旋光束的发射与接收，其中：所述分光棱镜置于光源模块螺旋相位片后方的激光光路中，其作用在于，可实现探测涡旋光束的同点发射与接收，对于光束发射，螺旋相位片的输出光束经分光棱镜后直接透射，对于光束接收，原路返回的涡旋光束经分光棱镜反射后与原有发射的涡旋光束分离，虽有部分接收到的光束会透射回光源模块，但由于光源模块的光隔离器的作用，不会影响到激光器等其他器件；所述保护镜片置于分光棱镜发射光束的透射光路中，其为连接外部与系统内部的窗口，表面镀单频激光的波段的增透膜，起到保护系统内元器件的作用；所述准直器置于分光棱镜接收光的反射光路中，用于将接收到的涡旋光束准直；信息处理模块，包括分光棱镜，拍频探测器，高速采集卡和主机，用于测量光频率变化量，同时结合测量涡旋光束的角量子数来计算旋转体角速度，其中：所述分光棱镜，用于将所述光源模块分光棱镜输出的原始探测高斯光束，与发射接收模块准直器输出的接收涡旋光束合束；所述拍频探测器，置于分光棱镜合束后的后方光路中，用于探测所述分光棱镜出射的合束光束的拍频信息；所述高速采集卡，用于采集拍频探测器的探测结果，并将采集到的信息传输至主机；所述主机，用于分析拍频信号，计算得到频移信息，并通过该频移信息和光源模块的螺旋相位片的阶次，计算出待测旋转体的角速度；显示模块，包括显示器及其驱动电路，用于输出转速测量结果。