角速度测量方法、装置及应用系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910299406.7 (22)申请日 2019.04.15 (71)申请人 清华大学深圳研究生院 地址 518000 广东省深圳市南山区西丽大 学城清华校区 (72)发明人 倪凯马茹玉周倩李星辉 (74)专利代理机构 广州嘉权专利商标事务所有 限公司 44205 代理人 唐致明 (51)Int.Cl. G01C 19/72(2006.01) (54)发明名称 角速度测量方法、 装置及应用系统 (57)摘要 本发明涉及一种角速度测量方法、 装置及应 用系统， 角速度测量方法。

2、包括： 发射测量光并将 所述测量光分为第一测量光及第二测量光， 在第 一测量光路内得出第一角速度值， 在第二测量光 路内并得出第二角速度值， 得出最终角速度值， 角速度测量装置包括第一发射器、 第二发射器、 第一分光器、 第一测量光路、 第二测量光路和第 四分光器， 第四分光器发出干涉信号， 应用系统 应用上述的测量装置。 本发明通过第一测量光路 对角速度进行高精度测量以及第二测量光路对 角速度进行大范围测量， 并将计算得到的两个角 速度进行结合计算得出最终角速度， 以粗精结合 的方式， 在角速度高精度测量的基础上， 提高角 速度的测量范围， 具有较高的实用性。 权利要求书2页 说明书8页 附。

3、图3页 CN 110006418 A 2019.07.12 CN 110006418 A 1.一种角速度测量方法， 其特征在于， 包括如下步骤： 发射测量光并将所述测量光分为第一测量光及第二测量光； 所述第一测量光进入第一测量光路内并得出第一角速度值， 第二测量光进入第二测量 光路内并得出第二角速度值； 将所述第一角速度值与第二角速度值进行结合计算， 得出最终角速度值。 2.根据权利要求1所述的角速度测量方法， 其特征在于， 所述第一角速度值的测量方法 如下： 所述第一测量光进入所述第一测量光路内并于所述第一测量光路的始端分为两路， 该 两路光以相反方向在所述第一测量光路内传输并返回至所述第一。

4、测量光路的始端会合， 获 取所述两路光的相位差的幅值变化， 根据幅值变化计算第一角速度值。 3.根据权利要求1所述的角速度测量方法， 其特征在于： 所述第二角速度值的测量方法 如下： 发射本振光， 所述本振光与所述第二测量光具有重复频率差及重叠的光谱范围， 所述 第二测量光进入所述第二测量光路内并于所述第二测量光路的始端分为两路， 该两路光以 相反方向在所述第二测量光路内传输并返回至所述第二测量光路的始端会合并输出合光 信号， 所述合光信号与本振光信号进行光外差干涉输出干涉信号， 获取所述干涉信号并根 据干涉信号计算第二角速度值。 4.根据权利要求3所述的角速度测量方法， 其特征在于， 将所述。

5、第二测量光所分出的两 路光经过光程不同的分离光路进行脉冲分离。 5.一种角速度测量装置， 其特征在于， 包括： 第一发射器， 用于发射测量光； 第二发射器， 用于发射本振光； 第一分光器， 用于接收所述测量光， 并将所述测量光分为第一测量光及第二测量光； 第一测量光路， 包括第二分光器所述第二分光器接收所述第一测量光， 基于所述第二 分光器延伸出第一环形光路； 第二测量光路， 包括第三分光器， 所述第三分光器接收所述第二测量光， 基于所述第三 分光器延伸出第二环形光路， 所述第二环形光路内设有光程不同的第一分离光路及第二分 离光路； 第四分光器， 用于接收所述本振光并输出干涉信号。 6.根据权。

6、利要求5所述的角速度测量装置， 其特征在于， 所述第二测量光路包括第五分 光器及第六分光器， 所述第五分光器与第六分光器之间连接有所述第一分离光路， 所述第 二环形光路位于所述第五分光器与第六分光器之间的一段形成第二分离光路， 所述第一分 离光路上设有第一光隔离器， 所述第二分离光路上设有第二光隔离器， 所述第一光隔离器 与第二光隔离器的光传输方向相反。 7.根据权利要求5所述的角速度测量装置， 其特征在于， 还包括合光光路， 所述合光光 路的输入口与所述第三分光器连通， 所述合光光路的输出口与所述第四分光器连通。 8.根据权利要求5至7任一项所述的角速度测量装置， 其特征在于， 还包括检测光。

7、路， 所 述检测光路的输入端与所述第二发射器连通， 所述检测光路和合光光路均与所述第四分光 器处连通。 权利要求书 1/2 页 2 CN 110006418 A 2 9.根据权利要求5至7任一项所述的角速度测量装置， 其特征在于， 还包括检测元件与 输出元件， 所述检测元件用于探测所述第一测量光路与第二测量光路中的输出信号， 所述 输出元件包括信号采集模块及数据处理模块。 10.一种应用系统， 其特征在于， 应用权利要求5-9任一项所述的角速度测量装置。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110006418 A 3 角速度测量方法、 装置及应用系统 技术领域 0001 本发明涉及测量技术领域，。

8、 尤其涉及一种角速度测量方法、 装置及应用系统。 背景技术 0002 Sagnac干涉仪是一种应用Sagnac效应的高精度干涉仪， 激光Sagnac干涉仪可以用 于测量相对角速度， 随着飞秒光频梳的发明使得激光测量技术出现了革命性的发展， 在绝 对距离测量、 光谱分析、 长距离时间传输等领域取得了巨大的技术突破， 并迅速应用于精密 测量行业的各个领域。 0003 随着光纤陀螺仪的发展， Sagnac干涉仪向全光纤方向发展， 但其测量量程小， 不能 进行大范围测量， 传统光频梳虽可以测量角速度， 若需提高其测量精度， 则需增加sagnac光 纤干涉仪的长度， 或者增大其面积， 但该方式具有色散严。

9、重、 占用体积大等缺点， 不能满足 角速度的高精度测量需求。 发明内容 0004 本发明的目的， 在于提供一种角速度测量方法、 装置及应用系统， 以实现角速度的 大范围和高精度测量。 0005 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是： 0006 一种角速度测量方法， 包括如下步骤： 0007 发射测量光并将所述测量光分为第一测量光及第二测量光； 0008 其中， 第一测量光进入第一测量光路内并得出第一角速度值， 第二测量光进入第 二测量光路内并得出第二角速度值； 0009 将所述第一角速度值与第二角速度值进行结合计算， 得出最终角速度值。 0010 在一种优选的实施方式中， 所述第一角速度值。

10、的测量方法如下： 0011 所述第一测量光进入所述第一测量光路内并于所述第一测量光路的始端分为两 路， 该两路光以相反方向在所述第一测量光路内传输并返回至所述第一测量光路的始端会 合， 获取所述两路光的相位差的幅值变化， 根据幅值变化计算第一角速度值。 0012 在一种优选的实施方式中， 所述第二角速度值的测量方法如下： 0013 发射本振光， 所述本振光与所述第二测量光具有重复频率差及重叠的光谱范围， 所述第二测量光进入所述第二测量光路内并于所述第二测量光路的始端分为两路， 该两路 光以相反方向在所述第二测量光路内传输并返回至所述第二测量光路的始端会合并输出 合光信号， 所述合光信号与本振光。

11、信号进行光外差干涉输出干涉信号， 获取所述干涉信号 并根据干涉信号计算第二角速度值。 0014 在一种优选的实施方式中， 将所述第二测量光所分出的两路光经过光程不同的分 离光路进行脉冲分离。 0015 本发明还提供了一种角速度测量装置， 包括： 0016 第一发射器， 用于发射测量光； 说明书 1/8 页 4 CN 110006418 A 4 0017 第二发射器， 用于发射本振光； 0018 第一分光器， 用于接收所述测量光， 并将所述测量光分为第一测量光及第二测量 光； 0019 第一测量光路， 包括第二分光器所述第二分光器接收所述第一测量光， 基于所述 第二分光器延伸出第一环形光路； 0。

12、020 第二测量光路， 包括第三分光器， 所述第三分光器接收所述第二测量光， 基于所述 第三分光器延伸出第二环形光路， 所述第二环形光路内设有光程不同的第一分离光路及第 二分离光路； 0021 第四分光器， 用于接收所述本振光并输出干涉信号。 0022 在一种优选的实施方式中， 所述第二测量光路包括第五分光器及第六分光器， 所 述第五分光器与第六分光器之间连接有所述第一分离光路， 所述第二环形光路位于所述第 五分光器与第六分光器之间的一段形成第二分离光路， 所述第一分离光路上设有第一光隔 离器， 所述第二分离光路上设有第二光隔离器， 所述第一光隔离器与第二光隔离器的光传 输方向相反。 0023。

13、 在一种优选的实施方式中， 还包括合光光路， 所述合光光路的输入口与所述第三 分光器连通， 所述合光光路的输出口与所述第四分光器连通。 0024 在一种优选的实施方式中， 还包括检测光路， 所述检测光路的输入端与所述第二 发射器连通， 所述检测光路和合光光路均与所述第四分光器处连通。 0025 在一种优选的实施方式中， 还包括检测元件与输出元件， 所述检测元件用于探测 所述第一测量光路与第二测量光路中的输出信号， 所述输出元件包括信号采集模块及数据 处理模块。 0026 本发明还公开了一种应用系统， 应用上述的角速度测量装置。 0027 本发明至少具有如下有益效果： 0028 本发明中的第一测。

14、量光路与第二测量光路共用测量光光源， 通过第一测量光路对 角速度进行高精度测量以及第二测量光路对角速度进行大范围测量， 并将计算得到的两个 角速度进行结合计算得出最终角速度， 以粗精结合的方式， 在角速度高精度测量的基础上， 提高角速度的测量范围， 具有较高的实用性。 附图说明 0029 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 0030 图1是角速度测量方法一个实施例的流程图； 0031 图2是角速度测量装置一个实施例的系统原理图； 0032 图3是角速度测量装置一个实施例的光路原理图。 具体实施方式 0033 以下将结合实施例和附图对本发明的构思、 具体结构及产生的技术效果进行清 楚、 完。

15、整地描述， 以充分地理解本发明的目的、 特征和效果。 显然， 所描述的实施例只是本发 明的一部分实施例， 而不是全部实施例， 基于本发明的实施例， 本领域的技术人员在不付出 创造性劳动的前提下所获得的其他实施例， 均属于本发明保护的范围。 另外， 专利中涉及到 说明书 2/8 页 5 CN 110006418 A 5 的所有联接/连接关系， 并非单指构件直接相接， 而是指可根据具体实施情况， 通过添加或 减少联接辅件， 来组成更优的联接结构。 本发明中的各个技术特征， 在不互相矛盾冲突的前 提下可以交互组合。 0034 参照图1， 本实施例中的角速度测量方法包括如下步骤： 0035 发射测量光。

16、并将测量光分为第一测量光及第二测量光； 0036 其中， 第一测量光进入第一测量光路内并得出第一角速度值， 第二测量光进入第 二测量光路内并得出第二角速度值； 0037 将第一角速度值与第二角速度值进行结合计算， 得出所需角速度值。 0038 第一角速度值的测量方法如下： 上述的第一测量光进入第一测量光路内并于第一 测量光路的始端分为两路， 第一测量光路为一环形光路， 该两路光以相反方向在第一测量 光路内传输并返回至第一测量光路的始端后进行会合， 获取上述两路光的相位差的幅值变 化， 根据幅值变化能够计算第一角速度值。 0039 根据Sagnac效应， 第一测量光路内的两路光反向传输， 在待测。

17、物体进行转动时， 两 路光在第一测量光路内的光程均会产生变化， 并且具有不同的相位延迟， 使得第一测量光 的干涉脉冲强度发生变化， 获取第一测量光路内的输出信号强度， 并将该信号强度变化与 转动的角速度相对应， 即可得出第一角速度值。 0040 第一角速度采用激光脉冲干涉法进行测量， 在第一测量光路内干涉后的两个相关 光进行耦合后被采集， 获取该相干光耦合后的干涉峰值的强度， 并通过幅值细分进行计算， 得到第一角速度值。 0041 第一测量光路内的两路光脉冲重叠时， 两路光的幅值最高， 获取该幅值并通过幅 值细分即可得到第一角速度值， 但该测量时间较短， 仅为整个周期的四分之一， 导致第一角 。

18、速度值的测量精度高、 测量范围小。 0042 根据Sagnac效应的干涉原理， 不同环形光路因具有不同的测量参数， 无法进行准 确匹配， 因此需要设置其他测量环路来扩大角速度的测量范围。 本实施例在第一角速度的 测量基础上， 还设有第二角速度的测量方法， 以增大角速度的测量范围。 0043 第二角速度的测量方法如下： 发射本振光， 本振光与第二测量光具有重复频率差 及重叠的光谱范围， 第二测量光进入第二测量光路内并于第二测量光路的始端分为两路， 该两路光以相反方向在第二测量光路内传输并返回至第一测量光路的始端会合并输出合 光信号， 合光信号与本振光信号进行光外差干涉输出干涉信号， 获取干涉信号。

19、并根据干涉 信号计算第二角速度值。 0044 上述的第二测量光路内设有两个光程不同的分内光路， 两个分离光路的光传输方 向不同， 第二测量光所分出的两路光分别经过两个分离光路并返回至第二测量光路的始端 会合， 经过分离光路后的两路光的脉冲被强行分开， 从而能够消除角速度的测量死区， 增大 角速度的测量范围。 0045 上述第二角速度值的计算方法包括如下步骤： 0046 截取一个干涉周期内两个干涉信号， 计算两次干涉信号中心对应的时间差 ； 0047 计算单个干涉周期内信号的第二角速度值； 0048上述的 说明书 3/8 页 6 CN 110006418 A 6 0049 上式中， 上式中， n。

20、为测量光路中光纤的缠绕圈数， c为光速， A为测量光路所围成的 面积， fr为第二测量光与本振光之间的重复频率差， fs为第二测量光的重复频率， 为利 用傅里叶变换和最小二乘法拟合求出的一个干涉周期内两个干涉信号中心对应的差。 0050 并且第二测量光的重复频率为fLO， 通过公式frfS-fLO即可得出fr。 0051 进一步的， 上述时间差 的计算方法包括如下步骤： 0052 获取所截取的一个干涉周期内的两个干涉信号在两段时间区间所对应的时间差 t0； 0053 对截取出的两段干涉信号进行快速傅里叶变化， 分别求出相频谱之后进行相减， 然后利用最小二乘法拟合出斜率k； 0054 两次干涉信。

21、号中心对应的时间差 k+t0。 0055 基于上述计算方法即可得出单个干涉周期内的第二角速度值。 0056 因信号处理时以单个干涉周期为处理周期， 每个周期进行一次角速度测算， 第二 测量光和本振光在测量光路内以两路光进行输出， 因此在一个干涉周期内能够观察到两个 明显的干涉信号。 并且由于相频谱的斜率差等于信号的时移， 因此通过斜率k和已知的既定 时移t0即可得出一个干涉周期内两个干涉信号中心对应的差 。 0057 即在消除测量死区的前提下， 将本振光与合光光梳信号进行多外差干涉以形成干 涉信号， 采集该干涉信号并进行分析、 计算得出物体的绝对角速度， 增大了角速度的测量范 围。 0058 。

22、在完成第一角速度值与第二角速度值的计算后， 分别获取第一角速度值的精确值 与第二角速度的范围值， 并进行结合计算， 得到最终的角速度值。 0059 本实施例中的角速度测量方法在保证测量精度的前提下， 提高了角速度的测量范 围， 可用于运动物体的绝对角速度测量， 如飞行物体在飞行过程中的角速度测量， 如飞机、 航空器、 航天器、 邮轮、 汽车等。 0060 参照图2及图3， 本发明还提供了一种角速度测量装置， 包括： 0061 第一发射器10， 第一发射器10用于发射测量光101； 0062 第二发射器20， 第二发射器20用于发射本振光102； 0063 第一分光器71， 第一分光器71能够接。

23、收测量光101， 并将测量光分为第一测量光 103及第二测量光104； 0064 第一测量光路30， 第一测量光路30包括第二分光器31， 第二分光器31接收第一测 量光103， 基于第二分光器31延伸出第一环形光路32； 0065 第二测量光路40， 第二测量光路40包括第三分光器41， 第三分光器41接收第二测 量光104， 基于第三分光器41延伸出第二环形光路42， 第二环形光路42内设有光程不同的第 一分离光路43和第二分离光路44； 0066 第四分光器61， 第四分光器61用于接收本振光102并输出干涉信号106。 0067 第二分光器31接收第一测量光103， 并将第一测量光10。

24、3分为反向传输的第一检测 光1031及第二检测光1032， 第一检测光1031与第二检测光1032在第一环形光路32内传输一 周， 并返回至第二分光器31耦合。 第一测量光路30上还设有第一检测元件33， 第一检测元件 33用于探测第二分光器31处第一检测光1031与第二检测光1032耦合后的光信号， 采用脉冲 干涉方法， 对耦合后的光信号进行处理， 利用干涉峰值的强度计算第一角速度值。 说明书 4/8 页 7 CN 110006418 A 7 0068 优选的， 第一角速度采用幅值细分法进行测量， 第二分光器31采用50:50的耦合 器， 第一测量光103经过第二分光器31后分为第一检测光1。

25、031与第二检测光1032， 第一检测 光1031与第二检测光1032以相反方向在第一环形光路32内传输， 因第一检测光1031与第二 检测光1032所经过的光程相等， 二者在第二分光器31处进行耦合， 二者干涉后产生一个相 位差， 在待测物体转动时， 该相位差的将产生变化并引起相位幅值产生变化， 通过该幅值与 角速度相对应即可得到精确的角速度信号。 0069 优选的， 第一环形光路32所围绕的匝数可根据实际需求进行选择， 匝数越多， Sagnac效应越明显， 加大第一检测光1031与第二检测光1032的相移， 并且减小了第一环形 光路32的尺寸。 0070 第二测量光路40内包括第五分光器4。

26、5及第六分光器46， 第五分光器45与第六分光 器46之间连接有第一分离光路43， 第二环形光路42位于第五分光器45与第六分光器46之间 的一段为第二分离光路44， 第一分离光路43上设有第一光隔离器431， 第二分离光路44上设 有第二光隔离器441， 第一光隔离器431与第二光隔离器441所允许通过的光的传输方向相 反。 0071 第三分光器41接收第二测量光104并将第二测量光104分为第三检测光1041与第 四检测光1042， 第三检测光1041与第四检测光1042进入第二环形光路42内。 因第三检测光 1041与第四检测光1042的传输方向相反， 第一光隔离器431与第二光隔离器4。

27、41所允许通过 的光的方向相反， 第一分离光路43与第一光隔离器431所允许通过的光的传输方向相同， 第 二分离光路44与第二光隔离器441所述允许通过的光的传输方向相同， (本文假设第一分离 光路43的光传输方向与第三检测光1041的传输方向相同， 第二分离光路44的光传输方向与 第四检测光1042的传输方向相同)， 第三检测光1041经过第一分离光路43返回至第三分光 器41， 第四检测光1042只能经过第二分离光路44返回至第三分光器41并与第三检测光1041 合光， 形成合光信号105， 通过上述设置， 能够避免光束在光路内的反复传输， 造成频谱重 叠， 影响测量精度； 第四分光器61。

28、接收本振光102及合光信号105， 本振光102与合光信号105 于第四分光器61处进行多外差干涉并输出干涉信号106。 因第一分离光路43与第二分离光 路44的光程不同， 因此经过第一分离光路43的第三检测光1041与经过第二分离光路44的第 四检测光1042的光脉冲被强行分开， 克服了在物体旋转速度小时， 存在测量死区不能检测 的缺陷， 扩大了角速度的测量范围。 0072 优选的， 第一分离光路43的第一端(图中左侧)与第二分离光路44的第一端于第五 分光器45处连通， 第一分离光路43的第二端(图中右侧)与第二分离光路44的第二端于第六 分光器46处连通。 第五分光器45接收从第三分光器。

29、41传出的第三检测光1041， 并对第三检 测光1041进行分光， 但由于第一光隔离器431与第二光隔离器441对光的隔离作用， 第三检 测光1041只能从第一分离光路43通过并传输至第六分光器46， 第三检测光1041从第六分光 器46处传出并返回至第三分光器41； 第六分光器46接收从第三分光器41处传出的第四检测 光1042， 第四检测光1042只能从第二分离光路44通过并传输至第五分光器45， 第四检测光 1042从第五分光器45传出并返回至第三分光器41， 与第三检测光1041合光形成合光信号 105。 0073 优选的， 还包括合光光路50， 合光光路50的输入口与第三分光器41连。

30、通， 合光光路 50的输出口与第四分光器61连通， 合光光路50上还设有第三光隔离器51。 第三光隔离器51 说明书 5/8 页 8 CN 110006418 A 8 的光传输方向与合光信号105的传输方向相同， 防止其他方向的光束进入合光光路50内， 影 响测量精度； 合光信号105从第三分光器41传出后通入合光光路50， 并通过合光光路50通入 第四分光器61内与本振光102进行光外差干涉， 形成干涉信号106。 0074 优选的， 还包括检测光路60， 第四分光器61位于检测光路60上并接收本振光102， 本振光102与进入第四分光器61的合光信号105进行多外差干涉， 输出干涉信号10。

31、6， 检测光 路60还包括第二检测元件62， 第二检测元件62用于探测干涉信号106。 0075 优选的， 还包括输出光路70， 输出光路70的输入端与第一发射器10连通， 第一分光 器71位于输出光路70上， 第一发射器10发出测量光101并被第一分光器71接收， 第一分光器 71将测量光101分为第一测量光103及第二测量光104， 输出光路70的一个输出端与第二分 光器31连通， 输出光路70的另一输出端与第三分光器41连通。 第一测量光103进入第一测量 光路30内进行高精度角速度的测量， 第二测量光104进入第三分光器41内被第三分光器41 分为第一检测光1031与第二检测光1032。

32、， 第一检测光1031与第二检测光1032在第二测量光 路40内反向传输， 实现角速度的大范围测量。 第一分光器71与第二分光器31之间设有第四 光隔离器72， 第四光隔离器72的光传输方向与第一测量光103的传输反向相同； 第一分光器 71与第三分光器41之间设有第五光隔离器73， 第五光隔离器73的光传输方向与第二测量光 104的传输方向相同； 避免从第一测量光路30或者第二测量光路40内返回的光束重新返回 至输出光路70内， 影响信号传输及测量精度。 0076 还包括第二检测元件62与输出元件(未示出)， 第二检测元件62与输出元件连接， 并位于检测光路60上， 第二检测元件62用于探测。

33、干涉信号106， 并进行信号传输。 输出元件 包括信号采集模块和数据处理模块， 信号采集模块接收该干涉信号106并传输至数据处理 模块进行计算。 优选的， 信号采集模块包括高速信号采集部分及干涉信号截取部分， 数据处 理模块包括快速傅里叶变换运算部分、 最小二乘法拟合斜率计算部分、 带入公式求角速度 部分， 上述的高速信号采集部分、 干涉信号截取部分、 快速傅里叶变换运算部分、 最小二乘 法拟合斜率部分及代入公式求角速度部分依次连接。 0077 优选的， 上述的第一发射器10及第二发射器20选用频率稳定的光频梳激光器， 测 量光101与本振光102均采用光频梳作为信号源， 测量光101与本振光。

34、102具有微小的重频差 且拥有重叠的光谱范围。 通过采用全光纤结构， 能够提高整个测量光路系统的信噪比， 提高 测量精度。 第二测量光104的重复频率分别fLO和本振光102的重复频率为fS， 重频差fr fS-fLO。 因测量系统中使用全光纤测量， 信噪比较高， 分别调节第二测量光104与本振光102 的强度， 使本振光102的光功率为第二测量光104的光功率的二分之一时， 整个测量系统的 信噪比优化为最大。 0078 第一检测元件33及第二检测元件62可选用单点探测器， 通过一个单点探测器即可 同时独立的探测到两路的测量信号， 测量精度高。 第四分光器61与第二检测元件62之间设 有窄带滤。

35、光片， 干涉信号106通过一个窄带滤光片后被高宽带探测器接收， 通过使用滤光片 可以保证双光频梳的多外差干涉不发生频谱重叠。 0079 优选的， 使用中心波长和宽带可调的滤光片， 优化中心波长和宽带时依据探测器 信号的时域波形和频谱位置， 当时域干涉部分点数足够多且频谱中心位于光频梳重频的四 分之一位置时， 信号混叠达到最小， 角速度测量系统的精度达到最大。 0080 第二检测元件62与输出元件之间设有滤波器， 第二检测元件62发出的信号先经过 说明书 6/8 页 9 CN 110006418 A 9 一个宽带约为重复频率一般的低通滤波器， 再使用输出元件进行信号收集， 上述设置能够 去除信号。

36、中的非相干部分， 能够直接得到连续的干涉信号106， 输出元件的采样周期也可根 据实际情况合理设定。 0081 光频梳在时域表现为飞秒级的载波包络脉冲， 将光频梳作为测量光路的光源， 放 待测物体产生角速度时， 第三检测光1041与第四检测光1042在第三分光器41处产生Sagnac 效应， 第三检测光1041与第四检测光1042在第二环形光路42内的光程发生改变， 并且具有 不同的相位延迟， 原来的合光信号105的单脉冲分裂为时移恒定的双脉冲， 即两束光产生两 个位置不同的干涉信号106。 这些干涉信号106的幅值大小近似相同， 双脉冲之间的时移微 小， 一般的探测方法测量困难， 因此需要使。

37、用一个与第二测量光有微小重复频率差的本振 光102与两组测量光脉冲进行多外差干涉。 如果以本振光102的脉冲信号作为启动采样的外 时钟， 采集到的点就是本振光102和两组测量光脉冲的互相关函数， 两组互相关函数之间的 时延和原本的时延之间存在一个固定倍数关系， 分别拟合傅里叶变换相频谱的斜率即可求 出两组互相关函数之间的时延。 即通过将两个测量光梳信号与本振光102进行多外差干涉 形成干涉信号106， 对干涉信号106进行采集及分析处理， 得到第二测量光路40旋转的角速 度值。 0082 以单个干涉周期为处理周期， 针对每一处理周期进行一次角速度测算， 第二检测 元件62截取每个干涉周期内的干。

38、涉信号106， 由于光在第二测量光路40内以两路输出， 在一 个干涉周期内能够截取到两个明显的干涉信号106， 利用傅里叶变换和最小二乘法拟合求 出两次干涉信号106中心对应的时间差 ， 则单个周期内被测物体的角速度可采用以下 公式求出。 0083 0084 上式中， n为第二环形光路42的缠绕圈数， c为光速， A为第二环形光路42所围成的 面积， fr为第二测量光104与本振光102之间的重复频率差， fr为第二测量光104的重复 频率， 为利用傅里叶变化和最小二乘法拟合求出的两侧干涉信号106中心对应的时间 差。 0085 在一个干涉周期内， 记录两段时间区间对应的时间差t0； 将截取出。

39、的两段干涉信 号106进行快速傅里叶变换， 分别求出相频谱之后进行相减， 然后利用最小二乘法拟合出斜 率k； 由于相频谱的斜率差等于信号的时移， 通过斜率k和已知的既定时移t0， 即可计算出单 个干涉周期内的角速度值， 即 k+t0。 0086 因此上述角速度计算公式可变形为： 0087 0088 上述的测量过程中， 物体产生角速度时， 第三检测光1041与第四检测光1042在第 二测量光路40内形成时移恒定的双脉冲是基于物体旋转角速度较大的情况， 在物体角速度 较小时， 两个双脉冲之间差别微小， 几乎重合， 两个双脉冲通过普通探测装置基本探测不 到， 存在角速度的测量死区。 0089 第二测。

40、量光路40内设有第一分离光路43与第二分离光路44， 第一分离光路43与第 说明书 7/8 页 10 CN 110006418 A 10 二分离光路44的光程不同， 且允许通过的光的传输方向相反， 因此第三检测光1041与第四 检测光1042只能分别从不同的分离光路通过， 因第一分离光路43与第二分离光路44的光程 不同， 使得第三检测光1041与第四检测光1042的脉冲强行分离， 以避免测量死区。 在消除死 区的前提下， 角速度测量系统能够快速的测量绝对角速度， 每1ms即可得到一次测量结果， 具有较高的实时性。 0090 在完成第一角速度值与第二角速度值的计算后， 分别获取第一角速度值的精。

41、确值 与第二角速度的范围值， 并进行结合计算， 得到最终的角速度值。 0091 本实施例采用粗精结合的测量方式， 第一测量光路30与第二测量光路40共用频率 梳光源， 在进行高精度角速度测量的基础上， 实现了角速度的大范围测量， 且整个装置结构 简洁， 占用空间小， 使用方便， 具有较高的实用性。 0092 本发明还提供了一种应用系统， 该应用系统应用上述的角速度测量装置， 该应用 系统可以是任何可运动的物体， 如， 飞行器、 船只、 车辆等。 0093 上述的角速度测量方法、 测量装置及应用系统不仅能够消除角速度的测量死区， 而且具有较高的测量精度及测量范围； 整个系统结构简单， 测量速度快。

42、， 检测时将测量系统 放置于待测物中， 检测元件即可接受干涉信号， 通过信号采集及数据处理得出物体的角速 度， 使用快捷、 方便。 0094 以上是对本发明的较佳实施例进行了具体说明， 但本发明并不限于所述实施例， 熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换， 这 些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。 说明书 8/8 页 11 CN 110006418 A 11 图1 说明书附图 1/3 页 12 CN 110006418 A 12 图2 说明书附图 2/3 页 13 CN 110006418 A 13 图3 说明书附图 3/3 页 14 CN 110006418 A 14 。