具体实施方式

实施例一，如图1-2所示，本发明基于衍射分光逆向干涉的普适型回转惯性运动测量系统是可旋转圆形平台10上面在纵向基准直径线的圆心前后半径线上分别设置反射三棱镜13和向反射三棱镜13两对称侧面分别投射激光束的衍射激光器，圆形平台10上面在反射三棱镜13前方左右两侧、在圆心左右两侧、在衍射激光器左右两侧以及在衍射激光器后方，分别设置左前反射镜7和右前反射镜1、左中反射镜6和右中反射镜2、左后反射镜5和右后反射镜3以及正后反射镜4；衍射激光器投射到反射三棱镜13左侧面的左侧激光束依次经过左前、左中、左后、正后、右后、右中反射镜将逆时针激光束投射到右前反射镜1，和衍射激光器投射到反射三棱镜13右侧面的右侧激光束依次经过右前、右中、右后、正后、左后、左中反射镜将顺时针激光束投射到左前反射镜7构成底层分光光路；圆形平台10上面在反射三棱镜13上方设置斜立的透射反射镜8，透射反射镜8的反射面侧方向自内至外依次间隔设置扩束镜9及毛玻璃观察屏90，经右前反射镜1反射的逆时针激光束依次经过透射反射镜8透射、扩束镜9扩束后投射到毛玻璃观察屏90上，和经左前反射镜7反射的顺时针激光束依次经过透射反射镜8反射、扩束镜9扩束后投射到毛玻璃观察屏90上构成顶层干涉光路。使用时，采用智能转速表对可旋转圆形平台的旋转线速度进行测量，圆形平台上固定摄像设备作为图像捕捉设备对毛玻璃观察屏上的图像进行实时的检测和记录。可旋转圆形平台的旋转造成干涉条纹的平移和其图像承接平板上的图像变化。通过对图像捕捉设备实时记录下的图像进行分析，进而计算出由于实验平台旋转而造成的干涉条纹移动的变化尺度，并用理论原理进行计算，反推出两条相反方向传播光线之间经圆形平台旋转后产生的相位差。并由此相位差计算出整个系统的变化角位移和角加速度，通过这一数据反馈对系统进行调整以满足具体目的，如：使整个系统始终动态维持在某一固定的加速值上。

整个系统的结构设计是一种新型的螺旋式上升的自由光路。其中自由光路的设计和配套的测量装置之间相互联系，共同实现回转惯性运动系统对在旋转过程中所产生的相对位移变化数据读取和调整的目的。

回转惯性运动系统的自由光路由底层分光光路和顶层干涉光路设计两部分组成，在这两部分的共同作用下形成与光纤陀螺原理相类似的回转惯性运动系统结构。本系统中设计的配套测量方式采用了智能型数字转速表对可旋转圆形平台的转速进行测量和计算，并通过固定在旋转实验圆形平台上的摄像头对经过自由光路后的干涉条纹进行拍摄和图像记录，便于对系统中所发生的相对变化数据进行图像分析。具有能将微小的回转变化形象、具体的测算出来，不仅适用教学和科普演示，而且，体积小精度高的优势更适合组合成陀螺仪用于飞行姿态测控，集实验验证演示一体的优点。

衍射激光器投射到反射三棱镜13左侧面的左侧激光束依次经过左前、左中、左后、正后、右后、右中反射镜的逆时针螺旋抬升环形光路将逆时针激光束投射到右前反射镜1，和衍射激光器投射到反射三棱镜13右侧面的右侧激光束依次经过右前、右中、右后、正后、左后、左中反射镜的顺时针螺旋抬升环形光路将顺时针激光束投射到左前反射镜7。所述逆时针螺旋抬升环形光路是衍射激光器投射到反射三棱镜13左侧面的逆时针激光束经过左前反射镜7抬升反射到左中反射镜6，右中反射镜2经过中途反射镜将逆时针激光束投射到右前反射镜1，再由右前反射镜1抬升反射出；所述顺时针螺旋抬升环形光路是衍射激光器投射到反射三棱镜13右侧面的顺时针激光束依次经过右前反射镜1抬升反射到右中反射镜2、左中反射镜6经过中途反射镜将顺时针激光束投射到左前反射镜7，再由左前反射镜7抬升反射出。

所述左前反射镜7和右前反射镜1都为能够使光路抬升的外仰式设置。所述左中、左后、正后、右后、右中反射镜都为用于形成中途循环光路的直立反射镜；设置所述反射镜之前，先用设在反射镜位置的遮光板调整入射光线，使之可以打在遮光板的中轴线上，当调整好入射光线后再替换安装反射镜。在本发明中为了将激光光束分离为可以独立向两个方向进行传播的光线，故而使用反射三棱镜，利用三棱镜折射光线的功能，达到分光束的目的。由于在实验中采用单一颜色的激光，所以排除了三棱镜会出现色散的可能性，而只会有两个方向折射现象。为了令折射后的光线可以有足够大的折射角度，进而采取了顶角为90°的反射三棱镜。在本发明中利用圆形反射镜，进而改变光线的方向以达到自由光路中光线螺旋上升的目的。采用可调反射镜朝向的支座装置，以便对自由光路中的反射光线的方向进行调整。

所述左右前反射镜7、1设置在圆形平台10上面反射三棱镜13前方左右对称的两侧，所述左右中反射镜6、2设置在圆形平台10上面中部左右对称的两侧，所述左右后反射镜5、3设置在圆形平台10上面衍射激光器两侧左右对称的两侧，所述正后反射镜4设置在圆形平台10上面衍射激光器正后方。

所述衍射激光器是纵向水平激光器11前面设置垂直光阑12。经左前反射镜7反射的逆时针激光束和经右前反射镜1反射的顺时针激光束分别通过反射透射镜8反射和透射，发生干涉，并穿过扩束镜9，照射在毛玻璃观察屏90上。由自由光路最终形成的干涉条纹图像以一个小光斑的形象呈现出，不便于观察和记录采样，故在上述反射透射镜后与干涉条纹的观察屏前安装一个扩束镜，是其起到扩束的作用，放大干涉条纹的图像使之便于观察和记录。任意的反射镜都可以用来分离光束。本实验运用了激光器技术，故将介质膜反射镜用做反射透射镜式分束器。入射角决定了输出光束的出射角，可能为45°这是最常见的，当然还可以为其它的数值，而出射角会影响分束器的性质。通过采用不同的介质膜可以得到很大范围的功率分配比。根据实验过程中的实际情况，本发明采用5：5反射透射镜式分束器。

所述纵向水平激光器为纵向水平安装的激光笔，安装在激光笔前面或前方的垂直光阑用于约束入射光，减少杂散光的干扰，降低无关因素对实验的影响。垂直光阑以光栅常数d=300.0/mm对入射光线进行初步的衍射处理。为使激光笔在实验过程中可以始终保持稳定的工作状态，故而根据激光笔的尺寸和自由光路中光线的高度设计并制造了可以随实际情况调节激光笔出射光线方向的支架，考虑到激光笔开关按钮的即时性，故而进一步在激光笔上加了一个按钮锁定装置，使激光笔在实验过程中可以始终打开的状态，令激光笔的出射光线可以稳定的打在前方的狭缝上。本发明使用的激光器，也就是激光发射器，其型号是303，500nm绿色激光笔，它带有锁定激光的钥匙，以避免功率损失。

圆形平台10上设置测量系统的光束图像摄像头或摄像机，所述光束图像摄像头或摄像机用于拍摄毛玻璃观察屏90显示的干涉后的两条光束图像。分别设置所述光学器件的三个并列圆形平台以相互垂直方式设置在一起，构成陀螺仪的测量部，配联测算部，用于飞行器姿态测控。

配智能转速表的圆形平台设置铰接支座，所述光束图像摄像头或摄像机和智能转速表通过有线或无线通讯方式通讯连接用于测算两条干涉光束图像的计算机；或者智能转速表配置拍摄转速实时显示的转速显示摄像头或摄像机，所述光束图像摄像头或摄像机和转速显示摄像头或摄像机通过无线或有线通讯方式通讯连接用于测算两条干涉光束图像的计算机，此设计用于教学实验。计算机配用壁挂式显示屏后用于科普演示。用于科普演示时，圆形平台上面设置保护所有光学器件的透明穹顶玻璃罩。所述垂直光阑是具有300线光栅的垂直光阑，所述透射反射镜为5:5透射反射镜。底层光路中的激光经300线光栅的垂直光阑发生衍射，分成两条衍射光束，并分别沿相反的方向进行传播。而后这两束光线分别经过多组反射镜的反射后，射向5:5透射反射镜发生干涉叠加。配套的测量设施对整个回转惯性运动系统在运动过程中产生的干涉条纹的图像进行检测和捕捉，并通过干涉条纹在一定时间段内的变化图像分析出相应的光程差等数据。根据Sagnac效应对数据作进一步分析处理，并反馈到回转惯性运动系统中，对其运动过程进行调整，进而使整个系统达到动态平衡的目的。圆形平台还可以进一步配置调速旋转驱动机构。圆形平台设置的铰接支座优选为回转支撑。实验过程中使用接触式转速测量方式，通过智能转速表与圆形平台边缘接触的同步轮和圆形平台之间的半径比计算实验圆形平台的旋转速度。

实施例二，如图3-4所示，本发明基于衍射分光逆向干涉的普适型回转惯性运动测量系统与实施例一的区别在于：所述衍射激光器是纵向水平激光器11与反射三棱镜13之间的光路上设置垂直光阑12。所述圆形平台10上面螺固反射镜的插座基板，插座基板向上制有竖向基管，竖向基管插入反射镜的竖向支杆基部，并用横向紧固螺钉固定。竖向支杆上端固装左右中反射镜6、2，和左右后反射镜5、3，及正后反射镜4的圆环形镜框。竖向支杆上端固装左右前反射镜7、1的U形铰接框，U形铰接框通过附紧固螺钉的横轴铰接左右前反射镜7、1的圆环形镜框。这样，通过竖向支杆与竖向基管的相对旋转调节所有反射镜的方向，通过U形铰接框与圆环形镜框的相对旋转调节两端左右前反射镜7、1的仰角。圆形平台10上面固装一个竖向支座，竖向支座通过可调螺钉固装纵向水平激光器11的U形支架，U形支架前后两端设置的端环分别通过多个并列可调紧固螺钉调节固定穿过端环的水平激光器11。圆形平台上面固装一个竖向间隔的三圆盘竖座，三圆盘竖座的中间层圆盘上面固装一个两侧臂朝上的F型支座前端部，F型支座在两侧臂设置垂直光阑12，并利用穿过后侧臂的纵向螺杆将垂直光阑12挤固在纵向螺杆前端与前侧臂之间。三圆盘竖座的顶层圆盘上面固装反射三棱镜13，优选顶层圆盘上面在反射三棱镜13背后设置遮光块。圆形平台10上面在三圆盘竖座前方螺固反射镜的插座基板，插座基板向上制有竖向基管，竖向基管插入透射反射镜8的倒L型竖杆基部，并用横向紧固螺钉固定。L型竖杆上端向平台中心方向伸出的横臂端设置所述透射反射镜8，优选横臂为可调节长度的横向伸缩臂，松开横向紧固螺钉可调节横臂伸出方向及L型竖杆高度。横臂前端通过可调节螺钉与所述透射反射镜8后部紧固，松开此可调节螺钉可以调节透射反射镜8仰俯角度。所述圆形平台10上面固装一个倒T型座，倒T型座的竖杆上端设置毛玻璃观察屏90，倒T型座的基盘上面固装L支座的横伸臂端，L支座的上伸臂端设置扩束镜9。所述垂直光阑是具有300线光栅的垂直光阑，所述透射反射镜为5:5透射反射镜。底层光路中的激光经300线光栅的垂直光阑发生衍射，分成两条衍射光束，并分别沿相反的方向进行传播。而后这两束光线分别经过多组反射镜的反射后，射向5:5透射反射镜发生干涉叠加。姿态测控是：配套的测量设施对整个回转惯性运动系统在运动过程中产生的干涉条纹的图像进行检测和捕捉，并通过干涉条纹在一定时间段内的变化图像分析出相应的光程差等数据。根据Sagnac效应对数据作进一步分析处理，并反馈到回转惯性运动系统中，对其运动过程进行调整，进而使整个系统达到动态平衡的目的。

具体实验过程：调整激光器，使之水平，并令激光器射出的激光能够垂直通过垂直光阑的狭缝并发生衍射，衍射后的中央主激光照射在直角三棱镜的两个等腰侧面上。然后调整放置在实验平台外围的各个反射镜，令顺向和逆向光线可以完整的绕完一周，并最终射在放置在直角三棱镜上方的投射反射镜上。透射反射镜将改变顺时针光线的传播方向，于是，顶层光路中沿相反方向传播来的两束光线都将经过扩束镜后射在固定在透射反射镜前的毛玻璃观察屏上，由于这两束光线是从同一光源即激光发射器中射出的相干光，故两束光线会在毛玻璃观察屏上产生干涉，形成干涉条纹。打开激光发射器后，开启安装实验台上拍摄干涉条纹的光束图像摄像机和拍摄智能型数字转速表上转速数据的转速显示摄像机。转动圆形可旋转实验平台，可以观察到与实验台平行的高亮度激光从激光发射器中射出，而后这一束光将照射在与激光器垂直放置的光栅上，并发生光栅衍射。通过光栅衍射现象产生的正负一级衍射条纹进而会打到直角三棱镜两个等腰的侧面上发生镜面反射，经镜面反射后的这两条反射光线分别沿顺时针和逆时针方向传播，沿顺时针进行传播的光线依次经过顺时中途反射镜，沿逆时针进行传播的光线则反之，即沿逆时中途反射镜的次序进行传播。当圆形可旋转实验平台停止旋转后，首先关闭激光器，然后将两个摄像机拍摄到的视频进行保存。改变圆形可旋转实验平台的旋转方向，重复上述实验，拍摄几组对照视频。全部实验组的视频拍摄并保存完毕后，将摄像机从固定架取下，读取并上传实验视频。

测算原理：如图5所示，在静止时，射入系统的光束分成两个向相反方向传播的光线，这些光线以相同的速度沿相反方向移动后以同相位返回。如图6所示，当干涉仪旋转时，静止的观测者在惯性参考系中可看到光线将从M点射入干涉仪，同时会以同速度c射向反方向；而后在通过环路传输的时间内，分束器将移动到M^、，此时观测者会看到，与分束器移动同向的旋转的光线必将在一个超过一圈的路径上进行传播，而反向旋转光线的传播路径则必定不到完整的转一圈。该路径差2△l _v可通过干涉手段进行测量。首先需牢记一个作为前提的基本点：这是不仅仅是处在静止惯性系中的观测者发现的，还是处在旋转系中的观测者发现的。因为两束向相反方向传播的旋转光线返回到分束器位置上的同一点，故这适用于因果关系原则：如果两个事件发生在空间内的同一点上，那么它们所发生的时间差在任何参考系中都守恒(即v/c的一阶比)。把Sagnac效应与众所周知的相对论运动学问题进行比较实际上是很有趣的，这就解释了事件的同时性并不是一个绝对的概念。

进一步考虑一个由远离两个反射镜（M₁和M₂）的源S所组成的系统，如图7所示。光由光源S射出并分别以相反的方向发射，在经过M₁和M₂的反射后，两个方向的光线同时返回到光源S。现在，如果系统横向移动，如图8所示，观察者将观察到光线首先接触到反射镜M₁，而后向入射光线移动，然后是另一面反射镜M₂。这两个事件之间的延迟基本上与Sagnac延迟相同，即用圆路径的周长代替源和镜像之间的距离，以及由平移速度旋转引起的切向速度。然而，在这种由Sagnac方式转变后的情况下，这两个事件都发生在两个不同的点上，故因果关系原则则不再适用。

总之，底层分光光路设计：如图1所示，在实验过程中，水平放置的激光器射出激光，而后这束激光会通过放置在三棱镜子前的垂直光阑，并发生衍射。经衍射后的1级条纹将分别打在反射三棱镜的两个侧面上，并发生反射。反射光线分别射向右前反射镜和右前反射镜，而后以顺时针和逆时针的方向，借助以恰当角度放置的中途光路反射镜依次进行反射，使光线呈现一种螺旋上升的趋势（顺时针或逆时针），从而形成顺时针和逆时针方向的两条环形反射光路。顶层干涉光路设计：即回转惯性运动系统中自由光路的顶层干涉光路设计，如图2所示，在底层光路中顺时针和逆时针传播结束的光线，进一步射向放置在顶层的透射反射镜，顺时针和逆时针光线分别经过透射反射镜上的反射和透射作用，而后这两束光线将发生干涉，并穿过扩束镜，照射在毛玻璃观察屏上。同时，在配套测量系统设计方案中，将使用摄像机对观察屏进行拍摄，进而完成对干涉图像的采样，以便进一步分析。

如图3-4所示，激光光源发出初始光束，初始光束经由放置在三棱镜子前的垂直光阑，发生衍射。经衍射后的1级条纹将分别打在反射三棱镜的两个侧面上，并发生反射。两条反射光线分别打在左右两侧具有仰角的左右前反射镜上。左右前反射镜的仰角是使光路呈现螺旋上升趋势，最终射向顶层的透射反射镜，顺时针光路的光线发生反射，逆时针光路的光线发生透射，经过透射反射镜后汇聚为末端光线。

采用上述技术方案后，本发明基于衍射分光逆向干涉的普适型回转惯性运动测量系统具有能将微小的回转变化形象、具体的测算出来，不仅适用教学和科普演示，而且，体积小精度高的优势更适合组合成陀螺仪用于飞行姿态测控，集实验验证演示一体的优点。