光源模块，发射接收模块，信息处理模块和显示模块。
[0037] 光源模块用于生成探测所用的涡旋光束。如图3所示，包括单频激光器，分光棱镜， 光隔离器和螺旋相位片。其中：
[0038] 所述单频激光器用于生成单频基模高斯激光；
[0039] 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；
[0040] 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；
[0041]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。
[0042]发射接收模块用于探测涡旋光束的发射与接收。如图4所示，包括分光棱镜，保护 镜片和准直器。其中：
[0043] 所述分光棱镜置于光源模块螺旋相位片(304)后方的激光光路中，其作用在于，可 实现探测祸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(303)的作 用，不会影响到激光器等其他器件；
[0044] 所述保护镜片置于分光棱镜(401)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；
[0045] 所述准直器置于分光棱镜(401)接收光的反射光路中，用于将接收到的涡旋光束 准直。
[0046]信息处理模块，用于将接收到的光信号转化为电信号，同时计算频移变化量，通过 频移变化量计算出待测旋转体的转速。如图5所示，包括，分光棱镜，拍频探测器，高速采集 卡和主机。其中，
[0047] 所述分光棱镜，用于将所述光源模块分光棱镜(302)输出的原始探测高斯光束， 与发射接收模块准直器(403)输出的接收涡旋光束合束；
[0048] 所述拍频探测器，置于分光棱镜(501)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；
[0049]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；
[0050] 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，根据公式
[0051]
[0052] 计算出待测旋转体的角速度。
[0053] 显示模块，用于输出转速测量结果。如图6所示，包括显示器及其驱动电路。其中： [0054] 显示器用于显示主机输出的计算结果；
[0055] 驱动电路用于驱动显示器。
[0056] 综上，本发明可快速准确的测出旋转体的角速度。本发明采用测量涡旋光束沿旋 转轴垂直入射，入射光与反射光共路，探测系统的发射端与接收端共点，测量方法简单，可 直接快速读出测量结果，相比现有技术具有较大进步。
[0057] 以上内容虽然详细地描述了本发明，但本领域技术人员应知本发明不限于上述的 描述。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。
【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，用于产生涡旋光束； 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； 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，用于将接收到的光信 号转化为电信号，同时计算频移量，通过频移量计算出待测旋转体的转速； 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。2. 根据权利要求1所述的系统，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，其特征在于： 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。3. 根据权利要求1所述的系统，其中，测量涡旋光束沿旋转轴垂直入射，入射光与反射 光共路，探测系统的发射端与接收端共点。4. 一种基于权利要求1所述的系统的涡旋光束测量旋转体转速的方法，采用两路角量 子数相反的涡旋光束合束沿旋转轴方向垂直照射旋转面，通过测量频率变化量A f，来计算 旋转体角速度Ω，若设入射涡旋光束合束的两路中的任意一路涡旋光束的角量子数为1，则 频率变化量△ f与旋转体角速度Ω的关系可表示为：
【专利摘要】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。
【IPC分类】G01P3/36
【公开号】CN105675903
【申请号】CN201610035730
【发明人】高春清, 付时尧, 张世坤
【申请人】北京理工大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月19日