申请/专利权人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所

申请日：2022-02-07

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN114527293B

主分类号：G01P3/36

分类号：G01P3/36

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2022.06.10#实质审查的生效;2022.05.24#公开

摘要：本发明公开的一种基于飞秒光频梳的高精度转速测量方法，属于激光测量技术领域。半径已知的待测旋转物体的旋转轴应与光路主轴在同一个平面内，并且相垂直，会聚透镜将光束聚焦在旋转物体表面；锁定飞秒光频梳的重复频率与载波包络偏移频率；从频率计数器读取重复频率变化量；根据公式计算出待测旋转物体的转速。本发明将传统激光多普勒转速测量中激光频率的多普勒频移测量转化为射频域重复频率变化的测量，能够显著简化光路结构，降低信号处理复杂度。本发明能够提高转速测量的灵敏度和测量精度，由物体旋转引起多普勒频移导致的重复频率的极微小变化也能够被高分辨地探测到，并可将测量结果溯源于国际单位制的时间基本单位上。

主权项：1.一种基于飞秒光频梳的高精度转速测量方法，其特征在于：基于飞秒光频梳的高精度转速测量系统实现，所述高精度转速测量系统包括飞秒光频梳、激光扩束镜、偏振分束器、14相位波片、会聚透镜一、会聚透镜二、光电探测器一、光电探测器二、电学混频器、频率计数器、待测旋转物体；所述飞秒光频梳的输出激光由激光扩束镜扩展成大口径的发射光束，继而依次通过所述偏振分束器、14相位波片、会聚透镜一，其中所述14相位波片的快轴方向与所述偏振分束器的水平偏振方向的夹角呈45度；所述会聚透镜一将发射光束聚焦于待测旋转物体表面，并收集旋转物体表面的散射光；散射光反向再次经过所述14相位波片后，由所述偏振分束器反射而出，再经所述会聚透镜二聚焦于所述光电探测器一上；所述飞秒光频梳另外输出一部分光由所述光电探测器二直接接收；所述光电探测器二探测所述飞秒光频梳的重复频率fr，所述光电探测器一探测飞秒光频梳经旋转物体散射后新的重复频率fr’，两者经过所述电学混频器后获得重复频率差Δfr，由所述频率计数器进行测量；飞秒光频梳经旋转物体散射后的重复频率改变量与物体的转速呈正比；飞秒光频梳包含等频率间隔分布的纵模，其电磁场由电场形式表达为 1式中fr为飞秒光频梳的重复频率，f0为飞秒光频梳的载波包络偏移频率，飞秒光频梳是一系列频率成分为nfr+f0的激光的叠加，An为各相应频率成分的复振幅；飞秒光频梳聚焦照射到旋转物体表面上，根据激光多普勒效应，飞秒光频梳的每一个频率成分均会发生多普勒频移；根据多普勒效应原理，对于频率为f的激光，频移量Δf表示为 其中，v为旋转物体表面的线速度，c为光速，α为聚焦光束夹角的一半；因此，对于某个特定频率的光，其多普勒频移量与旋转物体的线速度成正比；将2式带入1式，得经旋转物体散射后的飞秒光频梳表达式为 Bn为散射光各相应频率成分的复振幅；3式反应旋转物体散射后飞秒光频梳的重复频率发生变化，新的重复频率fr’为 多普勒效应造成飞秒光频梳重复频率的移动，重复频率的变化量Δfr为 定义旋转物体的半径为R，转速M以转s为单位，则线速度与转速之间有关系v＝2πRM6将6式带入5式，得 因此，飞秒光频梳激光经旋转物体散射后的重复频率变化量与物体的转速呈正比；将传统激光多普勒测量中光学频率的多普勒频移测量转化为射频域重复频率变化的测量；将7式改写，得到由重复频率的变化量计算转速的关系式为 其中κ是比例系数 首先确定8式中的比例系数κ；比例系数κ由采用的装置决定，可依据9式直接计算。

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权利要求：

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