CN111060711A - 一种基于斯托克斯矢量的光学转速测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于光电检测与测量领域，并公开了一种基于斯托克斯矢量的光学转速测量系统及测量方法。该系统包括线偏振光模块，传感模块和超快完全斯托克斯偏振仪，其中，线偏振光模块发射线偏振光，传感模块包括波片和滤光片，待测对象设置在波片上，待测对象旋转带动波片旋转，滤光片设置在波片的后方，该滤光片包括左右对称但光密度不同的两个部分，来自线偏振光模块的线偏振光进入旋转的波片后被调制为椭偏偏振光，该椭偏偏振光进入滤波片对该椭偏偏振光的光强进行衰减；超快完全斯托克斯偏振仪用于获得偏振光的斯托克斯矢量。通过本发明，满足工业机器人、精密加工与测量等对滚转角测量和转速测量的应用场合，具备非破坏、低成本、简洁等优点。

Description

一种基于斯托克斯矢量的光学转速测量系统及测量方法

技术领域

本发明属于光电检测与测量领域，更具体地，涉及一种基于斯托克斯矢量的光学转速测量系统及测量方法。

背景技术

转速传感器，将旋转物体的转速转换为其它物理量输出的传感器。转速传感器属于间接式测量装置，可使用机械、电气、磁、光和混合式等方法。转速传感器在自动控制系统和自动化仪表中应用激光，在不少场合下对低速、高速、稳速和瞬时速度的精确测量有严格要求。常用的转速传感器有光电式、电容式、变磁阻式以及测速发电机。

光电式转速传感器对转速的测量，主要是通过将光线的发射与被测物体的转动相关联，再以光敏元件对光线的感应来外完成。CN201078755Y提出的一种结构简单，装配、维修方便的光电转速传感器，适用于测量列车车轮轴转速，通过光脉冲信号转换成电脉冲信号而测定轮轴转速；变磁阻式传感器的三种基本类型，电感式传感器、变压器式传感器和电涡流式传感器都可作为转速传感器。电感式转速传感器应用较广，它利用磁通变化而产生感应电势，其电势大小取决于磁通变化的速率，TE系列可变磁阻速度传感器一款适用于赛车、研发和小批量计划的高温涡轮速度传感器；电容式传感器分为面积可变化型和介质变化型。当电容的有效接触面积发生改变或电容板间的介电常数发生周期性变化时引起电容量的周期性变化，电容量的周期变化速率即为转速。CN106663202B提出的一种电容式指纹传感器，采用积分器、触发器和基底消除电路，积分器存储来自指纹电容的电荷以产生输出信号。

对比上述方法可知，光电式转速传感器、变磁阻式传感器、电容式传感器受其传感元件的限制而只能做到对转速的测量而无法做到对转角的测量，在机器人导航、机床坐标测量等应用领域往往需要实现同时测量转角遇转速的场合，在目前已有的测量方法中尚未有大量程的滚转角转角角度与转速测量的传感器及方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于斯托克斯矢量的光学转速测量系统及测量方法，通过波片和滤光片的组合波片与待测物体相连，将线偏振光调制为椭圆偏振光，并通过完全斯托克斯偏振仪实时测量椭圆偏振光的偏振态以得到斯托克斯矢量，从而实时分析斯托克斯矢量得到旋转物体的实时转速，可实现转速传感器在要求高测量精度、无接触的测量情况的测量。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于斯托克斯矢量的光学转速测量系统，该系统包括线偏振光模块，传感模块和超快完全斯托克斯偏振仪，其中，

所述线偏振光模块设置在所述传感器模块前方，用于发射线偏振光，所述传感模块设置在超快完全斯托克斯偏振仪前方，该传感模块包括波片和滤光片，待测对象设置在所述波片上，待测对象旋转带动所述波片旋转，所述滤光片设置在所述波片的后方，该滤光片包括左右对称但光密度不同的两个部分，来自所述线偏振光模块的线偏振光进入所述旋转的波片后被调制为椭偏偏振光，该椭偏偏振光进入所述滤波片对该椭偏偏振光的光强进行衰减；所述超快完全斯托克斯偏振仪用于将来自所述椭偏偏振光进行检测，以此获得所述偏振光的斯托克斯矢量。

进一步优选地，所述线偏振模块包括光源和偏振器，所述光源用于发出光，所述偏振器用于将所述光源发出的光转化为线偏振光。

进一步优选地，所述偏振器为格兰泰勒棱镜、薄膜类偏振器或结构类偏振器，所述波片为四分之一波片，所述光源为白光光源、激光光源或发光二极管光源。

按照本发明的另一方面，提供了一种上述所述的测量系统的测量方法，该方法包括下列步骤：

(a)建立所述测量系统的透射式测量模型，设定待测对象滚转角，根据该透视是测量模型绘制光强和待测对象滚转角之间的二维图，其中，所述透射式测量模型按照下列进行：

S＝R(-θ′)M_CR(θ′)R(-P_s)M_PS_in

S＝[S₀,S₁,S₂,S₃]^T

S是斯托克斯矢量，θ'是待测对象的滚转角，R(θ')是波片在滚转角为θ'时的旋转矩阵，P_s是偏振器的初始方位角，R(P_s)是偏振器的旋转矩阵，M_C、M_P、S_in分别为波片的穆勒矩阵、偏振器的穆勒矩阵、入射光的斯托克斯矢量，S₁、S₂和S₃分别为斯托克斯矢量的第二至四项元素，S₀代表光强；

(b)待测对象以未知的角速度旋转，所述测量系统开始测量，在所述超快完全斯托克斯偏振仪中获得光强和是斯托克斯矢量，构建斯托克斯矢量与滚转角之间的关系式，利用该关系式计算待测对象的滚转角获得两个滚转角值；

(c)根据步骤(a)中获得光强和待测对象滚转角之间的二维图，判断步骤(b)中超快完全斯托克斯偏振仪中获得的光强对应的滚转角属于[0,180°]或[180,360°]，根据判断的结果舍去步骤(b)中获得的两个滚转角值中不属于该范围的滚转角，以此获得所需的滚转角；

(d)对步骤(c)中的滚转角进行积分，以此获得待测对象的角速度。

进一步优选地，在步骤(b)中，所述超快完全斯托克斯偏振仪中获得光强后，计算斯托克斯矢量是按照下列关系式进行：

S＝A⁺I

其中，I是由探测器测量得到的光通量矢量，A是由测量次数和光学系统确定的测量矩阵。

进一步优选地，在步骤(b)中，所述斯托克斯矢量与滚转角之间的关系式，按照下列关系式进行：

其中，δ是波片的相位延迟量。

进一步优选地，在步骤(b)中，所述斯托克斯矢量与滚转角之间的关系式，按照下列关系式进行：

其中，

是由斯托克斯偏振仪测量得到的斯托克斯矢量，F(θ′|α₀，β₀，δ)是在任意θ′角度下的计算得到的斯托克斯元素，α₀，β₀是光强的傅里叶系数，δ是波片的延迟量，||·||对应着向量范数，Θ是θ′所属的角度范围，Θ∈[0°,180°)。

进一步优选地，在步骤(a)之前，还需采用单旋转原位校准法对测量装置进行校准以获得测量装置的系统初值。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本发明通过超快完全斯托克斯偏振仪可获得描述光偏振状态的四个斯托克斯参数，相比传统的干涉仪或激光测量，超快完全斯托克斯偏振仪可以很容易的继承到光学系统中，并且通过偏振仪获取的光的偏振态信息更为丰富，由此从本质上简化光学测量装置，促进光学测量装置的微小化；

2、本发明配套设计了测量装置和测量方法，针对性的设计了透射式测量装置，通过对上述装置的具体结构及具体装配方式的研究与设计，可有效实现基于斯托克斯矢量的滚转角与转速测量，且极大简化了光路系统，测量准确快速，可在机器人导航、机床坐标测量机等领域实现应用；

3、本发明提供的测量方法在测量之前，采用单旋转原位校准法对测量装置进行校准以获得测量装置的系统初值，保证系统初值的准确性，便于后续滚转角的准确计算。

附图说明

图1是按照本发明的优选实施例所构建的光学斯托克斯滚转角传感器透射式测量原理图；

图2是按照本发明的优选实施例所构建的斯托克斯矢量S₁、S₂和S₃与滚转角之间关系的曲线图；

图3是按照本发明的优选实施例所构建的光学斯托克斯滚转角传感器在0-360°旋转过程中最大光强的变化情况；

图4是按照本发明的优选实施例所构建滤波片的结构示意图；

图5是按照本发明的优选实施例所构建的六通道超快完全斯托克斯偏振仪结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-线偏振光产生模块，2-传感模块，3-检偏模块，101-光源，102-偏振器，103-波片，104-滤光片，105-超快完全斯托克斯偏振仪，202-第一波片，207-第二波片，201-第一分束器，205-第二分束器，206-第三分束器，208-第四分束器，211-第五分束器，203-第一探测器，204-第二探测器，209-第三探测器，210-第四探测器，212-第五探测器，213-第六探测器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种透射式光学转速传感器装置，下面结合附图对其进行详细的阐述。该装置包括：线偏振光模块1，传感模块2，检偏模块3，其中，线偏光产生模块包括光源101和偏振器102，光源需产生单波长的准直光束，可采用白光光源与滤波片结合、具有一定波长的激光器或发光二极管等，且该光源波长在偏振器、波片和探测器的工作波长范围之内，且应满足波片的延迟量的要求，偏振器将光源出射的光调制为线偏振光，也可直接采用内置偏振器的激光器。传感模块2包括由波片103、滤光片104组成的组合波片和超快完全斯托克斯偏振仪105组成，检偏模块3具体为超快完全斯托克斯偏振仪。

由光源101发出的准直单色光首先经过偏振器102变为线偏振光，该线偏振光经过组合波片后调制为椭偏偏振光，该组合波片作为偏振敏感元件与待测旋转元件通过超快完全斯托克斯偏振仪105连接，并将待测元件的滚转角变化转化为探测光束的偏振变化，波片绕其快轴的旋转方位角即为待测的滚转角；调制获得的椭偏偏振光经过超快完全斯托克斯偏振仪后可测得斯托克斯矢量，根据斯托克斯矢量可计算获得待测旋转元件的滚转角。该装置中光源101发出的准直单色光垂直入射到偏振器102、波片103并垂直入射到超快完全斯托克斯偏振仪中。

具体的，偏振器102可选用传统的格兰泰勒(Glan-Taylor)棱镜，也可选用新型的薄膜类偏振器和结构类偏振器。不同类型不同材料的偏振器有不同的制备工艺及性能，因此满足本装置紧凑、微型化要求和起偏功能的偏振器都能应用于本发明装置中。偏振器102优选采用格兰偏振器，在保证高消光比的情况下，减小了整个装置的体积。波片103可选用四分之一波片，其材料可用云母、石英和液晶等，优选采用四分之一零级波片，减小相位延迟量的误差。波片的延迟量与光源出射的单射光的波长匹配，并且波片的延迟量在透射式和反射式下都应满足其关于测量范围的要求，滤光片105的选择要求滤光片在0-180°和180°-360°这两个区间内的密度不一样以做到区分这两个区间。而旋转波片的延迟量可经过优化后进行选择。因此满足延迟量要求的波片都能应用于本发明装置中。

上述测量系统的工作过程为：由线偏振光模块产生的线偏振光经与待测物体固连的组合波片调制后进入偏振仪获得斯托克斯矢量，基于斯托克斯矢量计算获得待测物体的滚转角和实时转速，其具体包括以下步骤：

(1)由线偏振光模块得到线偏振光；

(2)该线偏振光经过与待测旋转物体固连的传感模块调制，偏振态发生改变；

(3)经传感模块调制的偏振光通过超快完全斯托克斯偏振仪得到斯托克斯矢量；

(4)通过待测旋转物体带动传感模块旋转，组合波片连续旋转时，由超快完全斯托克斯偏振仪记录斯托克斯矢量；

(5)根据测量的斯托克斯矢量数据处理后得到被测物体对应的转速的大小。

本发明的方法将滚转角敏感元件(即传感模块中的组合波片)与偏振态(由斯托克斯矢量表征)相结合实现光学转速的测量。上述测量方法包括但不局限于透射式测量法。

步骤(5)中根据测量的斯托克斯矢量数据处理后得到被测物体对应的转速的大小，具体的步骤如下：

S1建立透射式测量模型，其系统模型如公式(1)所示，根据该公式绘制光强和滚转角之间的二维图，如图3所示，

S＝R(-θ′)M_CR(θ′)R(-P_s)M_PS_in (1)

其中，R(θ')、R(P_s)是波片103、偏振器102对应的旋转矩阵，θ'为与波片103固连的待测旋转元件的滚转角，P_s为偏振器的初始方位角，M_C、M_P、S_in分别为波片的穆勒矩阵、偏振器的穆勒矩阵、入射光的斯托克斯矢量。

滤光片在0-180°和180°-360°这两个区间采用两种不同的密度，同时确保入射光入射到波片的位置不处于波片中心位置(若入射到波片中心则无法根据光强的大小区分两个区间)。在此，设定入射光的光斑大小和入射位置如图4所示，设定在0-180°的滤光片的密度为0.1，在180°-360°的滤光片的密度为0.2，如图4所示，左半边的光密度为0.1，右半边的密度为0.2。当光斑分别在0-180°和180°-360°区间时，在两个区间的相同角度下的出射光的最大光强会明显不同，因此可以根据出射光的最大光强区分入射角度，当光斑横跨滤光片的密度分界线时，以图示为例，光斑从密度0.1的区间旋转移动到密度0.2的区间时，通过对光斑横跨时密度对占据两个区间的面积进行积分，得到光斑从密度0.1到密度0.2的密度随占据面积的变化，从而，可以得到在标准光强入射下，光斑在0-360°区间内每个角度下的最大光强的变化，如图3所示。

S2待测对象以未知的角速度旋转，测量系统开始测量，在超快完全斯托克斯偏振仪中获得光强和是斯托克斯矢量，构建斯托克斯矢量与滚转角之间的关系式，利用该关系式计算待测对象的滚转角获得两个滚转角值；

对于滚转角的求解，可以采用以下两种方法：

方法一，图2是随着滚转角的变化斯托克斯矢量元素与滚转角的关系，根据式(1)推导出滚转角的计算公式如下：

其中，θ'为待测量的滚转角，S₁、S₂和S₃分别为斯托克斯矢量的第二至四项元素，P_s为偏振器的初始方位角(可预先判定或经过校准获得)，δ为波片103的相位延迟量(可预先判定或经过校准获得)，斯托克斯矢量的第二至第四项的元素的符号始终取决于波片旋转的方位角和偏振器的方位角。通过给定滚转角在0-180°的输入来观察斯托克斯矢量的符号变化，，得到了图2。图2直观地表示了在0-180°范围内可以通过S₁、S₂和S₃的符号来判断滚转角的范围从而得到精确的滚转角。

方法二，根据公式(1)，可以获得标准斯托克斯矢量S₁、S₂和S₃与待测滚转角的显示表达：

[S₁,S₂,S₃]^T＝F(θ′) (2)

公式(2)仅包含一个未知量θ'，在前面的计算滚转角的表达式中，利用S₂和S₃的符号判断θ'的角度范围，而通过S₁来获取计算θ'，事实上，θ'可以通过S₁、S₂和S₃的任意一个元素获取，而公式(2)是一个超定方程，因此，提出采用三个标准化斯托克斯矢量元素获取θ'的LSR方法：

其中，

是由斯托克斯偏振仪测量得到的斯托克斯矢量，F(θ′|α₀，β₀，δ)是在任意θ′角度下的计算得到的斯托克斯元素，通过将已知的α₀，β₀，δ代入到系统模型中得到，α₀，β₀，δ是由系统校准得到的系统参数，α₀，β₀表示光强的傅里叶系数，δ为波片的延迟量，||·||对应着向量范数，Θ是θ′所属的角度范围，由于波片在旋转180°后与其初始位置重合，因此所有斯托克斯元素的周期均为180°，因此，θ′的范围Θ∈[0°,180°)。

本方法中利用Levenberg-Marquardt算法，将实际测量的三个斯托克斯矢量元素与斯托克斯元素关于θ′的表达式进行拟合，可以获得误差最小的θ′，此种方法比前述利用公式直求法对测量的斯托克斯元素利用更充分，得到的结果也更为合理。

上述的测量公式针对的是波片在0-180°的范围内，由于波片的周期为180°，因此单单依据波片无法区分出0-180°和180°-360°，故需要其它手段区分这两个周期。根据图3所示，实现了波片在0-360°下每个角度的测量，接下来描述分振幅斯托克斯偏振仪，该种偏振仪可以实时测量入射的斯托克斯矢量。

在获取系统初值后，根据测量的光强可以计算通过波片后的光的斯托克斯矢量。下面阐述如何求取斯托克斯矢量，光的斯托克斯矢量由四个描述光的偏振状态的元素组成，测量过程可以被描述为：

I＝AS (6)

其中，I是由探测器测量得到的光通量矢量，A是由测量次数和光学系统确定的测量矩阵(其为已知参数)，S＝[S₀,S₁,S₂,S₃]^T是入射的斯托克斯矢量；

因此，可以得到斯托克斯矢量：

S＝A⁺I (7)

完整斯托克斯偏振仪是指能够完整测量斯托克斯的所有四个元素，而非完整斯托克斯偏振仪测量的斯托克斯元素少于4个。测量斯托克斯矢量的偏振仪大致可分为四类：机械调制法、电光调制法、波前分割法、振幅分割法，不同方法测得的斯托克斯矢量是一致的。本实施例阐述在本发明中所使用的测量完整斯托克斯矢量的机械调制法中的一种。

S3根据步骤(a)中获得光强和待测对象滚转角之间的二维图，判断步骤(b)中超快完全斯托克斯偏振仪中获得的光强对应的滚转角属于[0,180°]或[180,360°]，根据判断的结果舍去步骤(b)中获得的两个滚转角值中不属于该范围的滚转角，以此获得所需的滚转角；

S4对步骤(c)中的滚转角进行积分，以此获得待测对象的角速度。

如图5所示，图中为振幅分割法中的六通道超快完全斯托克斯偏振仪，第一波片202、第二波片207起分振幅的作用，第一分束器201、第二分束器205、第三分束器206、第四分束器208、第五分束器211，其作用均是将一束光分为多束光路，第一探测器203、第二探测器204、第三探测器209、第四探测器210、第五探测器212、第六探测器213检测光强。

下面是六通道探测器探测的光强表达式：

Ι₁＝κ₁[1 0 0 0]^ΤΛ_PΒ2Γ_ΝPΒ2Λ_ΝPΒ1S_out

Ι₂＝κ₂[1 0 0 0]^ΤΓ_PΒ2Γ_ΝPΒ2Λ_ΝPΒ1S_out

Ι₃＝κ₃[1 0 0 0]^ΤΛ_PΒ3R(-α₁)Μ_CR(α₁)Λ_ΝPB2Λ_ΝPΒ1S_out

Ι₄＝κ₄[1 0 0 0]^ΤΓ_PΒ3R(-α₁)Μ_CR(α₁)Λ_ΝPΒ2Λ_ΝPΒ1S_out

Ι₅＝κ₅[1 0 0 0]^ΤΛ_PΒ3R(-α₂)Μ_CR(α₂)Γ_PΒ1S_out

Ι₆＝κ₆[1 0 0 0]^ΤΓ_PΒ3R(-α₂)Μ_CR(α₂)Γ_PΒ1S_out

在上述公式中，S_out表示待测的光的斯托克斯矢量，Λ_PBi是第i个分束器的偏振型反射穆勒矩阵，Λ_NPBi是第i个分束器的非偏振型反射穆勒矩阵，Γ_PBj是第j个分束器的偏振型透射穆勒矩阵，Γ_NPBj是第j个分束器的非偏振型透射穆勒矩阵，i＝1,2,…,5，j＝1,2,…,5，Μ_C代表波片的穆勒矩阵，R(α)为波片对应的方位角，κ₁～κ₆分别代表图5中的第一探测器～第六探测器的相应系数，Ι₁～Ι₆分别代表图5中的探测器探测得到的光强。

据此，可以根据六通道的光强，求得入射的斯托克斯矢量。

在六通道斯托克斯偏振仪中，所采用的探测器为光电倍增管，光电倍增管是一种真空器件，具有电流放大效应，通过外接显示设备(如示波器)可以实时检测光电倍增管接收的入射光的强度。

在六通道斯托克斯偏振仪中，当一束未知的斯托克斯矢量通过偏振仪后，可以通过示波器实时探测六个通道的光电倍增管的输出，因而可以根据光强实时计算入射到偏振仪的斯托克斯矢量，进而求得滚转角信息。

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，示波器可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线，利用示波器能观察到不同信号幅值随时间变化的波形曲线，在本发明的设备中，能在示波器上观察到的是六路光电倍增管探测到的实时光强，通过前面介绍的数据处理，可以根据光强信息依次得到对应的斯托克斯矢量，滚转角信息，由于示波器的采样速率可以设定的极高，例如4GS/s的示波器，在10nS内有40个采样点，这意味这示波器可以达到很高的时间分辨率，因此，可以根据角度在极短的时间内(如10nS内)的角度变化求出此时的转速。这就是转速的测量原理。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于斯托克斯矢量的光学转速测量系统，其特征在于，该系统包括线偏振光模块，传感模块和超快完全斯托克斯偏振仪，其中，

所述线偏振光模块设置在所述传感器模块前方，用于发射线偏振光，所述传感模块设置在超快完全斯托克斯偏振仪前方，该传感模块包括波片和滤光片，待测对象设置在所述波片上，待测对象旋转带动所述波片旋转，所述滤光片设置在所述波片的后方，该滤光片包括左右对称但光密度不同的两个部分，来自所述线偏振光模块的线偏振光进入所述旋转的波片后被调制为椭偏偏振光，该椭偏偏振光进入所述滤波片对该椭偏偏振光的光强进行衰减；所述超快完全斯托克斯偏振仪用于将来自所述椭偏偏振光进行检测，以此获得所述偏振光的斯托克斯矢量。

2.如权利要求1所述的一种基于斯托克斯矢量的光学转速测量系统，其特征在于，所述线偏振模块包括光源和偏振器，所述光源用于发出光，所述偏振器用于将所述光源发出的光转化为线偏振光。

3.如权利要求2所述的一种基于斯托克斯矢量的光学转速测量系统，其特征在于，所述偏振器为格兰泰勒棱镜、薄膜类偏振器或结构类偏振器，所述波片为四分之一波片，所述光源为白光光源、激光光源或发光二极管光源。

4.一种权利要求1-3任一项所述的测量系统的测量方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)建立所述测量系统的透射式测量模型，设定待测对象滚转角，根据该透视是测量模型绘制光强和待测对象滚转角之间的二维图，其中，所述透射式测量模型按照下列进行：

S＝R(-θ′)M_CR(θ′)R(-P_s)M_PS_in

S＝[S₀,S₁,S₂,S₃]^T

S是斯托克斯矢量，θ'是待测对象的滚转角，R(θ')是波片在滚转角为θ'时的旋转矩阵，P_s是偏振器的初始方位角，R(P_s)是偏振器的旋转矩阵，M_C、M_P、S_in分别为波片的穆勒矩阵、偏振器的穆勒矩阵、入射光的斯托克斯矢量，S₁、S₂和S₃分别为斯托克斯矢量的第二至四项元素，S₀代表光强；

(b)待测对象以未知的角速度旋转，所述测量系统开始测量，在所述超快完全斯托克斯偏振仪中获得光强和是斯托克斯矢量，构建斯托克斯矢量与滚转角之间的关系式，利用该关系式计算待测对象的滚转角获得两个滚转角值；

(c)根据步骤(a)中获得光强和待测对象滚转角之间的二维图，判断步骤(b)中超快完全斯托克斯偏振仪中获得的光强对应的滚转角属于[0,180°]或[180,360°]，根据判断的结果舍去步骤(b)中获得的两个滚转角值中不属于该范围的滚转角，以此获得所需的滚转角；

(d)对步骤(c)中的滚转角进行积分，以此获得待测对象的角速度。

5.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述超快完全斯托克斯偏振仪中获得光强后，计算斯托克斯矢量是按照下列关系式进行：

S＝A⁺I

其中，I是由探测器测量得到的光通量矢量，A是由测量次数和光学系统确定的测量矩阵。

6.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述斯托克斯矢量与滚转角之间的关系式，按照下列关系式进行：

其中，δ是波片的相位延迟量。

7.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述斯托克斯矢量与滚转角之间的关系式，按照下列关系式进行：

其中，

是由斯托克斯偏振仪测量得到的斯托克斯矢量，F(θ′|α₀，β₀，δ)是在任意θ′角度下的计算得到的斯托克斯元素，α₀，β₀是光强的傅里叶系数，δ是所述波片的延迟量，||·||对应着向量范数，Θ是θ′所属的角度范围，Θ∈[0°,180°)。

8.如权利要求4所述的测量方法，其特征在于，在步骤(a)之前，还需采用单旋转原位校准法对测量装置进行校准以获得测量装置的系统初值。

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