专利名称：：以太速度仪的利记博彩app
技术领域：
：本发明涉及一种测量以太运动速度的装置，尤其是安装在汽车、火车、飞机、轮船等运动物体上、测量自身运动速度大小的车载装置。
背景技术：
：1913年，萨格奈克(Sagnac)提出在转动系统中，沿转动方向传播的光(同向光)与逆转动方向传播的光(逆向光)具有不同的光程，世称萨格奈克效应。1925年，麦克尔逊(Michdson)和盖尔(Gale)采用一个周长大约2km的巨大环形干涉仪验证了塞格尼克效应，并测出了地球的旋转。1967年，Pircher和Hepner提出用光纤环代替环形干涉仪的反射镜组光路，提出了光纤陀螺的概念。1976年，V.Vali和R.W.Shorthill在实验室中实现了光纤陀螺，现在这种陀嫘仪称为干涉式光纤陀嫘仪。同样利用萨格奈克效应，采用不同的相位检測技术，发展出另外两种陀螺——谐振式光纤陀螺仪和激光陀螺仪。谐振式光纤陀嫘仪采用循环光波的多波干涉测量塞格尼克效应引起的环形光路的光程和相位变化，激光陀嫘仪则是将光程和相位变化转化为正反两方向光频率变化，通过测量频差实现光程和相位变化的测量。干涉式光纤陀嫘仪和谐振式光纤陀螺仪统称光纤陀螺仪，这三种陀嫘仪又统称光学陀螺仪。从检测的角度看，上述几种装置其实包含两个子系统第一个子系统是将转动角速度变换为光波的相位变化，是由一个环形光路实现，转动时其正反向传播的光有不同的光程，产生不同的频率、相位变化，这就是输出信号；第二个子系统则是将上述光相频率、位差变化变换为干涉条纹、光强变化等，进而变换为光电元件的电流或其它易于检测的量。为了便于以后的叙述，将第一个子系统称为传感系统，第二个子系统称为检测系统。在环形干涉仪中，传感系统由反射镜组及其构成的环状光路实现，检测系统是干涉条纹。在激光陀嫘仪中，传感系统是环形激光谐振腔，本质上是在环形干涉仪的环形光路中加入有源器件，检测系统是频差检测装置，频差检测最终仍是化为相位差检测的。而在两种光纤陀蠊仪中，传感系统由光纤环构成，检测系统是耦合器、偏振器、光电元件及其它附属装置。然而，以上装置都无法检测平动速度，其直接原因在于传感系统的结构对速度而言是对称的。更深层次的原因是物理学中的相对性原理(特别是相对论中的相对性原理)，这是阻碍人们思维创新的根本原因。
发明内容本发明的目的是提供一种装置，它能检測以太风穿过本装置的速度，也通过检測以太风的速度测量自身运动的速度。这种检测对转动也是敏感的，本发明的又一目的就是消除或分离这种敏感性，只检测平动速度，或同时检測出平动速度和转动速度。本发明通过在环形干涉仪、光学陀螺仪的传感系统中添加阻流盒，破坏传感系统结构对速度的对称性，将平动速度信号变换为光程变化或光相位变化，进而通过检測系统检測光程变化或光相位变化，实现速度的检测。本发明提供的装置的具体结构是用一个一定壁厚(l毫米以上，通常需几到几十厘米)的阻流盒，将传感系统中一个与速度总体平行的光路屏蔽起来，另一个平行光路不屏蔽，这样就可以将速度信号变换为光程变化或光相位变化。阻流盒是基本封闭的盒子，内有空腔，壁上有小孔，用于让光或光纤穿过，通常以衰减特征长度小(通常小于20厘米)的材料制成。图l是采用分离元件的环形干涉仪时的原理示意图，图中虚线框代表阻流盒[7]，工作时速度方向为图中水平方向。显然，与速度平行的光路，一段在阻流盒中，一段在阻流盒外。图2是采用干涉式光纤陀螺仪时的原理示意图，光纤环做成较大的圆角矩形，用虚线框所示的阻流盒[7]将与速度平行的一条边包裹起来，工作时速度方向为图中水平方向。同样，与速度平行的光纤光路(有效臂)，一段在阻流盒中，一段在阻流盒外。光纤环并不是限定为圆角矩形，也可以是园环形或其它形状，这时与速度平行指光路的总体方向，这也适用于以下各图。另外，每个环形光路都在一个平面内。图3是采用谐振式光纤陀嫘仪时的原理示意图，光纤环做成较大的圆角矩形，用虛线框所示的阻流盒[7]将与速度平行的一条边包裹起来，工作时速度方向为图中水平方向。同样，与速度平行的光纤光路(有效臂)，一段在阻流盒中，一段在阻流盒外。图4是采用激光陀螺仪时的原理示意图，环形激光谐振腔中与速度平行的光路(有效臂)，一段在虚线框所示的阻流盒[7]中，一段在阻流盒外。同样，工作时速度方向为图中水平方向。进一步推广，也可以采用其它形状的光环路，这时，用与速度总体上平行的原则划分光路的有效臂，不妨任取光环路的一个旋转方向为光路正方向，光路与速度夹角小于90度的光路段称正有效臂，夹角大于90度的光路段称负有效臂，等于90度的光路段称无效臂。显然，整个环路的正、负有效臂在速度方向的投影长度的代数和为零，其中正有效臂的投影长度取正，负有效臂的投影长度取负。使阻流盒中正、负有效臂在速度方向的投影长度不相等，(此时阻流盒外正、负有效臂在速度方向的投影长度也必然不相等)，这样就能实现光程受以太速度影响的总效果不为零。最优的情况是，正、负两种有效臂分别位于阻流盒内、夕卜，如上述4图。次优的情况是，阻流盒内(或外)只有一种有效臂(只有正或只有负)，如实施例3的三维结构。这其实是因结构限制无法完全实现最优情况，仍应视为一种有效臂在内、另一种有效臂在外。因为无论是在阻流盒内或在阻流盒外，同等条件下投影长度相同的正、负有效臂的效果是相互抵消的，这种抵消了的路段等同于无效臂。按照这种抵消等同无效的原则，任何复杂环路化简后的结果都是一种有效臂在阻流盒内、另一种在外，或者都为零。在光纤陀螺仪中，为减小体积、使结构紧凑，光纤环通常做得较小。现在，为了穿过阻流盒，光纤环需要做得较大。相位差的检测则是光学陀嫘仪中的现有技术。相位差到速度的变换由一个计算装置实现，最简单情况是乘一个比例因子。计算装置本身可以是一个单独的模拟、数字部件，也可以由原陀螺仪中硬件或后续数据处理设备实现。与光学陀螺仪类似，上述装置统称光学以太速度仪。为了进一步说明上述装置的工作原理，下面首先介绍发明人提出的珠子以太理论。珠子以太理论认为整个宇宙空间充满了一种由正负电子构成的粒子，它不仅充满了通常所谓的真空，也可以渗透到物质内部，这就人们寻找了几个世纪的以太。为了与传统的光以太、电磁以太区别，这种以太称为珠子以太，上述粒子称为珠子。传统物理理论认为，正负电子相遇时会湮灭，正、负电子消失了，质量转化为了能量。新理论则认为正、负电子并没有消失了，而是形成了珠子，同时放出能量；珠子由于体积很小，呈电中性，因而与其他物质之间相互作用非常微弱，以前未被实验所观察到。在"真空"中，珠子以太就是电磁波的载体；在物质中，珠子以太与物质共同传播电磁波，但珠子数多于原子数，多数场合下起主要作用。与空气分子类似，珠子也不停的运动，非定向运动称为珠子热运动，集体定向运动称为以太风，以太风就是珠子流。珠子运动时与原子核发生碰撞，可改变珠子运动的方向，这将导致以太风的衰减。珠子也与核外电子发生碰撞，不过由于电子的体积和质量都很小，远小于原子核，在一级近似下可以忽略。下面讨论以太风的衰减规律。以太风穿过物质的物理过程，可以用晶体对电子的散射进行类比，可视为珠子流穿过原子核构成的体栅栏。将珠子视为质点、原子核视为小球，假设珠子均匀分布，取以太风的方向为z轴。可以证明，碰撞后的珠子，其速度在z方向分量的平均值为零，即原子核的碰撞截面等于原子核的球大圆面积o"-;rr2。当然，未发生碰撞的珠子，其速度不变。这就是说发生碰撞的珠子由定向运动变为非定向运动，未发生碰撞的珠子继续定向运动。因此，每穿过一道原子核栅栏原子核在Z方向的投影面积定向运动珠子数的衰减比例=--原子核所占据的空间在Z方向的投影面积定向运动的粒子数的变化，也可以用全体粒子在Z方向定向运动的平均速度表示，这两种描述是等价的。因此速度衰减率也就等于上述面积比。设某一区域内物质是均匀分布的，原子核总数为N,区域的体积为V,则原子核数密度为r^N/V,平均每个原子核占据的体积为V/N-l/n，假设每个原子核占据一个边长为/的正方体，贝1』/=1/3^。当以太风以速度v通过这个正方体时，在碰撞截面内的珠子会发生碰撞，速度变为0，而其它珠子不会发生碰撞，速度仍为v，即发生碰撞几率为a〃2，不发生碰撞几率为^CT〃2。这样，碰撞后珠子流定向运动的平均速度变为v(1—o7/2)，速度变化量为Av=-va//2。同时，以太风每经过一个原子所占据的空间的边长，都会有一道原子核槲栏，都会产生这样一次碰撞过程，所以<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>在物质是均匀分布条件下，有v=v。exp(-"o/)=v。exp(-〃/。)其中n为原子核的数量密度，即单位体积中原子核的个数cr为原子核的碰撞截面，即原子核的球大圆面积/。=l/(wcr)，定义为以太衰减特征长度(或称特征衰减长度)，它表示物质对以太风的衰减程度。下面粗略计算一下标准状况下空气中的以太风特征衰减长度。假设空气的粒子数比为氮80%、氧20%，其余忽略。标准状况下1摩尔空气的分子数为阿伏加德罗常数No^6.023X1023，体积为V=22.41X10—3m3，氮、氧都为双原子分子，所以原子数密度=2iV。/F=5.375*1025(m-3)根据核物理，核半径及=&爿1/3，A为核子数，/0=1.1~1.3*10-15迈，取1.2*10"5111。氮核r。2.142/3=2.63X1(T29(m2)氧核<r2=vi22=;r.r。2.162/3=2.87X10.29(m2)平均o"二0.8、+0"o"2=2.68X10-29(m2)/0=l/(wcr)"695(m)这个结果说明以太风在空气中走不了多远，当距离不到500米时(481米)，以太风的强度(或平均速度)就衰减了一半；3千米时，以太风的强度只有e432"1.3%;5千米时，以太风的强度只有^72"0.074%;IO千米时，只剩下e"""0.55n(^了。这表明地球表面的以太相对地面是静止的，这也足以解释以前所有以太观测实验的零结果，因为大气层厚度明显超过10千米。当然，严格的讲，应考虑大气密度的垂直变化，此处不打算详细计算，但可以肯定的说结论是相同的。同样，可以估算以太风在水中的衰减特征长度。水的质量密度为P-l(^kg/m3，水的分子量为18，所以分子数密度w=p/(18")=3.35X1028Cm—3),其中m=1.66X10-27kg为原子质量单位；水分子的碰撞截面tr-;zr。2(2+162,=3.777X1(T29(m2);因此，水的特征衰减长度/0=l/(wcr)=0.791(m)=79.1(cm)这个特征衰减长度也很有代表意义，它使以斐索(Fazeau)实验为代表的一大批实验失效，(起码不能用来反驳本理论)。因为泸"5%，要以5%精度測量以太的牵引效果，水管的长度和直径起码在3/。X24.75米，而斐索实验的水管的长度仅1.5米，直径就更小，因而也就说不清到底測的是什么了——"部分牵引"固然不错，但到底有多大的"部分"，恐怕很难说清。对固态或液态的纯净物，特征衰减长度可进一步表示为-其中，P为该物质的质量密度，"=1.66X10-27kg为原子质量单位，r。=1.2*10'15m，A为该组份的原子量，A为该组份的原子数。例如水的分子式为H20，贝U:J产l，x尸2(氢)，j2=16,JC2=1(氧)。对单质可进一步简化为/0=i—367—由此，可以估算常用材料的特征衰减长度如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>严格的讲，对不同的元素，"的值是有细微变化的，这里统一取为1.2*10—15m,虽然不很精确，但也不会有太大的偏离。单从衰减特征长度看，对以太风的衰减效果依次是铂、金、汞、铜、铁、铅，它们的衮减特征长度都小于20厘米。但铂、金效果虽然最好，显然太昂贵；汞、铜效果次之，但也不经济、实用；铁、铅才更有实用价值。再结合机械性能，铁是最佳选择。当然，这里的铁、铅泛指一切钢铁材料、钢铁合金、铅合金，因为起作用的是原子核，因此，凡铁元素和铅元素总含量超过一定比例的金属材料都适用，而铁、铅的非金属化合物(如Fe203、PbS)的铁、铅质量百分比含量基本都在90%以下，故设定材料的铁元素和铅元素质量百分比含量之和大于90%，这就基本排除了非金属化合物，也保证了有足够多的铁、铅原子核。下面就用珠子以太理论来解释本发明的工作原理。如前所述，由于大气的影响，地面的以太相对地面是静止的。当物体相对地面运动时，也就与以太相对运动，等效于迎面有以太风吹来，测量以太风的速度，就测出了物体相对地面的运动速度，即实现了车载测量。珠子以太理论认为在"真空"中，光在以太中的速度是恒定的(珠子以太理论与爱因斯坦的相对论是不相容的)。所谓"真空"，指没有原来公知的实物物质，如原子、原子核、电子等等，但不包括场，因为新理论认为场是珠子或实物物质的状态。这样，观测者与以太相对运动时，等价于观测者静止，有以太风吹过。从观测者角度看，当光顺着以太风传播时，速度为c+v，光逆着以太风传播时，速度为c-v。而在厚壁封闭容器的空腔内(即阻流盒内)，由于容器的衰减作用(阻流盒用特征衰减长度短的材料制成)，以太风的速度减为v'，光的顺风速度为c+v'，逆风速度为c-v'。显然，容器的厚壁应与材料的特征衰减^:度相当，才有明显的可观测效应。例如对铁质容器，特征衰减长度约为18cm，厚壁为15cm时，v'/v=e—15/18"0.4346，将有明显效应；而厚壁为lmm时，v'/<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>，观测很困难。厚壁太小，衰减效果差，观察难度大；厚壁太大，衰减效果虽好，但经济性、实用性相对较差。厚壁大小的选择其实是由光路有效臂长度、光相位检测的精度决定光路短、光相位检测精度较低，就必须采用较厚壁；反之，可用较薄的壁。宇宙射线穿透铅板的实验显示，在前15cm内，强度为指数衰减，因此，1至15厘米的厚壁较为适宜。先看图1的环形干涉仪的原理，其本质上是斐索实验装置。设以太风从左向右，其中有两路与速度平行的光路(有效臂)，也有两路方向相反的光。第一路逆时针传播的光，在"真空"中顺以太风传播，速度为C+V，在阻流盒空腔中逆风传播，速度为C-V';第二路顺时针传播的光，在"真空"中逆风传播，速度为c-v，在阻流盒空腔中顺风传播，速度为c+v'。设有效臂长为f，两环路有效臂光程一真空中的等效长度——分别为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>环路的光程差为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>9上式化简时考虑到V《C,在一级近似下，分母的？-V2、一-V"简化为C2。其中K=l-v'/val-一〃。称阻流盒系数，是与材料、厚壁、阻流盒结构等因素有关的常数，d为厚壁。严格的讲，该常数须用流体力学的方法计算，或直接用实验測得，上式仅为工程估计值，但与实际值相差不会太大。由环路光程差可直接求出环路光相位差A-=^=^U这样，就实现了速度到光相位差的变换。对图2所示的干涉式光纤以太速度仪，原理完全相同，区别仅在于光是在介质中传播，因此，用介质中的光速c/n代替"真空"中的光速c即可，对应光程变为n1^和nL2，n为折射率。当然，严格的讲，还须考虑光纤本身对以太的牵引，不过牵引效果可以折算到上述常数中。显而易见，光纤环的总有效臂长是各段光纤有效臂之和，即还与圏数正比。同理，对图4所示的激光以太速度仪，以太速度对环路光程的影响可以用L！或L2来表示，与激光陀嫘仪相同，以太速度产生的光程变化也会影响环形谐振腔中正反方向激光束的频率，测量其频率差即可求出以太速度。对图3所示的谐振式光纤以太速度仪，只利用一个旋转方向的光多波千涉，不妨选择Lp在V《C下》有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>谐搌条件就是速度为零时上述光程为波长的整数倍，前一项的相位为2n的整数倍，可以视为0。速度不为零时，相位差的变化可以视为与速度有正比关系。谐振式的相位差是对零点的差，干涉式的两路光对零点偏差方向相反，相减后零点自动消除，相位差加倍。从这点看干涉式更优。谐振式也有一些利用双向传播光实现差动机制的改进方案，但这些相位差检溯技术只是本发明的基础，而不是本发明的内容，不再详细讨论。总而言之，环形光路的环路相位差与速度有正比关系。以上都是有效臂与速度平行的情形，当环形光路的有效臂方向与平动速度有夹角时，环路相位差还与该夹角的余弦正比。显然，平行时环路相位差最大，这个方向也就是该环形光路的最敏感方向。无论环形光路的形状简单与复杂、规则与不规则，都有一个确定的最敏感方向，这个方向主要由环形光路与阻流盒的相互关系确定。如果将阻流盒的壁厚、环形光路的壁厚都视为零，最敏感方向就是环形光路与阻流盒两个交点的连线方向。当然这两者都不可能为零，最敏感方向可近似认为是两者中心线交点的连线方向。在前述光学以太速度仪中，实际上包含了光学陀嫘仪，因而对转动也是敏感的，前述正比关系是在无转动情况下得出的。为消除转动的影响，本发明提出一种对称双环的蝶形结构，其中两环结构相同，在一平面内对称布置，对称轴平行于速度方向，相邻的两个有效臂置于同一阻流盒内，远离的两个有效臂置于阻流盒外，如图7、9;或者反过来，相邻的两个有效臂置于阻流盒外，远离的两个有效臂分别置于两个阻流盒内，这两个阻流盒结构也相同，并对同一轴对称，如图8。后者虽然结构较前者复杂，但效果是相同的。其原理为以同样的旋向标定方向，由于两环是对称的，平动产生的环路相位差刚好是相反的，转动产生的环路相位差则相同。设转动产生的环路相位差为A^，平动产生的环路相位差为A^，两环的环路相位差分别为A^、△&，则有=A-R+，A^2=AA_A^K于是这样，经过简单的加减运算，平动与转动的速度就可以同时渊量到。本发明的目的实现。由以上原理可知，本技术方案的核心是通过加减运算分离平动与转动速度，因此，只要A^、A^满足上述表达式，本方案就能成立。即只需要1、由速度引起的两环的环路相位差大小相同，方向相反；2、由转速引起的两环的环路相位差相同。满足这两个条件可称为相位对称。由前述单环的原理推导，条件1只需两环的阻流盒系数与有效臂长度的乘积/rf(多圈时还乘以圈数)相等即可；由光学陀螺仪原理，条件2只需两环包含的面积(多圈时还乘以圈数)相等即可。因此，理论上只需满足相位对称，并不一定需要几何上的对称(包含轴对称与中心对称)。显然，几何对称一定是相位对称，而相位对称包含的范围则更宽。不过，从制作工艺上及消除寄生效应考虑，几何对称更优，因此图7、8、9都是几何对称的。更进一步，相位对称也不是必须的，只要两环的参数固定的，可由实验測定，总有A^""Q+V(Eql)其中Q为转速，V为平动速度，系数ku、k12、k21、k22由实验确定。只要四个系数不是十分特殊(^^2*^^21)，两个方程线性无关，就可以解出Q和V。这种非对称的结构必须引入另一个约束，就是两个环形光路的最敏感方向是平行的(最好是反向平行)，且与希望测量的速度方向平行，否则，会受到横向运动的影响。当三者平行时，有效臂对横向运动而言是无效臂，就不会有影响了。所谓反向平行指一个环的正有效臂在阻流盒内、另一个环的负有效臂在阻流盒内，这时速度引起的两个环路相位差变化方向相反。这既可以使检测更加灵敏，也肯定保证了(Eql)两个方程线性无关。当然，判定正、负有效臂时，两环路的选定方向必须是一致的，如都选逆时针方向。非对称的结构的一种极端形式是令k22=0，这其实是一个光学速度仪加一个光学陀螺仪。不过，采用对称形式可能有一些其它方面的优势。因为以上各种分析都采用了理想化近似，实际与理想总是有差别的，表现为各种寄生效应，采用对称形式可以最大程度消除这些寄生效应。因此，明智的选择是采用对称形式进行设计，而用一般方程进行校正(或标定)。本发明还提出另一种对称双环的蝶形结构，其中两环结构相同，在一平面内对称布置，对称轴平行于速度方向，而且，双环是反向串联的。即整个环形光路由两个旋转方向相反的子环串联构成，形似阿拉伯数字8。任一束光在其中传播时，若先在一个子环中逆时针旋转，则在另一个子环中顺时针旋转。正也是大多数人书写数字8时的笔顺。可以将中间的两个有效臂置于同一阻流盒内，远离的两个有效臂置于阻流盒外，如图IO、11、13、14;也可以像如图8那样反过来，中间相邻的两个有效臂置于阻流盒外，远离的两个有效臂分别置于两个阻流盒内。同样，这两种情况的阻流盒也都是对称的。与前一方案略有不同，基本要求是前一方案的条件2~^旋转相位对称，这是由于旋转效应是光学串联方法消除，此法只能对大小相同、方向相反的相位变化直接抵消，无法对旋转引起的相位变化进行比例变换。实际上所列各图都是几何对称的，自然包含了相位对称，也就包含了条件2的旋转相位对称。串联的方式可以是在一个子环旋转多圈后再进入另一个子环反向旋转同样圈数，如图ll、13;也可以是在一个方向旋转一圈后，就进入另一个环反向旋转一圈，如此重复多次，如图10、14。如图10表面上只有一圈，其实光在其中仍是旋转了许多圈。本方案整个环形光路的环路相位差就是前一方案中A^、A^之差，转动的影响已由光学串联方法消除，这可以减少一半的相位检测装置，但也失去了检测转速的功能。对平面运动，有两维速度及一维转动三个自由度。本发明提供一种用三个环形光路襴量三个自由度运动的方案如图14，在所測平面运动内对称地设置三个相鬨的环形光路A、B、C，阻流盒也是对称的。这是一种旋转对称，各环形光路的有效臂夹角为120度。由这三个环形光路的环路相位差，就可以确定平面运动的两个平动速度和一个转动速度。另一种更一般的方案只需使三个环形光路共面、各自的最敏感方向互不相同即可。当环形光路的有效臂方向与平动速度有夹角时，环路相位差还与该夹角的余弦正比。若环形光路的方位用图i5所示的方位角e卜e2、03表示，因垂直关系，变为正弦。若速度v与X轴夹角为a(如图14)，同时考虑转速Q的影响，有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>这样，只要方位角^、e2、93不是很特殊，三个方程就线性无关，由三个环形光路的环路相位差，就可以解出两个平动速度Vx、Vy和转动速度Q。以上其实也包含了相位对称条件，表现为各方程的k卜k2相等。也可推广至无需相位对称的一般情况，此时可一般的表示为.<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>)其中的系数^0V-1A3)均由实验确定。只要该系数矩阵[iy的行列式不为零，三方程线性无关，就可以由其逆矩阵解出两个平动速度Vx、Vy和转动速度Q:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>通常，只要三个环形光路的最敏感方向两两不同，就能使系数矩阵的行列式不为零，为零反倒是小概率事件。若真出现，适当调整最敏感方向即可。与一维速度情形相同，由于以上各种分析都采用了理想化近似，实际装置与理想总有差别，将有各种寄生效应，采用几何对称时可以最大程度消除这些寄生效应，因此，明智的选择是采用几何对称进行设计，而用一般方程进行校正(或标定)。对三维运动，有6个自由度，需要6个光环路。根据物理学原理，渊量三个正交方向的速度和转速即可，这可以用三套正交放置的成对光环路实现。这三对光环路既可以是单独的，也可以是有共同部件的。.图18提供了一种测量三个方向的速度与转速的方案，三个蝶形双环放置在三个相互垂直的平面内，三个蝶形双环相邻的两个有效臂相互靠近；一个公用阻流盒，包裹每个蝶形双环相邻的两个有效臂。这样，就可以搠量速度与转速在三维空间的各三个独立分量。从对称性上考虑，三个蝶形双环的对称轴最好共点。从工艺上看，球形阻流盒最简单，可以由8块完全相同的弧面拼接而成(图19)，中间由一固定芯(图20)固定，这既可增加机械强度，也可增加阻流效果。本发明还提供一种更简单的减少转动干扰的结构环面垂直于地面，有效臂平行于速度方向(如图5)。这是基于一个简单的事实火车、汽车等运动体通常只有左右方向的转动，很少有俯仰方向的转动，即使有，幅度也较小。这样，通过简单的方位调整，虽不能消除，但将转动的影响将到最低。这种结构还可以采用等强度的(3X3)耦合器[IO，直接检测两个的输出光强度P,、P2，由(P"P2)/(P!+P2)计算出以太速度，并消除光源光强度。具体结构由实施例给出。在前述分析中，是将阻流盒视为完全封闭的，而实际上，由于必须留出光线或光纤进出的通道——小孔，它会导致泄漏效应，减少阻流盒的阻流效果。对光纤的情形，小孔可以是封闭的——用光纤封闭的，但是，光纤的材料通常是石英玻璃，其特征衰减长度较长，而阻流盒是用铁、铅等以太衰减特征长度短的材料制成，因而也有一定程度的泄漏效应。为此本发明还提供一种阻流盒的结构其特征为阻流盒内的空腔，在以太流动方向上的截面，明显大于小孔的截面。这是根据流体力学的连续性原理流速与截面积成反比。虽然，由于珠子以太也能穿过阻流盒本身，上述关系并不严格成立，但是，如果截面积之比产生的衰减大于阻流盒厚度产生的衰减，则，阻流盒中珠子以太的速度就主要由阻流盒的厚度决定，泄漏效应影响相对较小。这显然就是所希望的，同时也提供了截面积的设计准则。图5、6、7、8、11、17中的阻流盒即为这种结构的实例。另外，小孔在側面也可以减少泄漏效应。本发明的有益效果是在现已基本成熟的光学陀嫘基础上，增加組流盒，即可用于測量以太速度，进而测量运动物体的速度，具有结构简单、牢固，测量精度高的优点。蝶形双环结构可以同时測量平动与转动，8字形双环结构可以消除转动影响，共面三环结构可以同时测量平面运动的两个平动速度与一个转动速度，既实用又经济。附蹈说明图1是环形干涉以太速度仪原理图。图2是干涉式光纤以太速度仪原理图。图3是谐振式光纤以太速度仪原理图。图4是激光以太速度仪原理图。图5是实施例1的结构示意图。图6是实施例2的结构示意图。图7是实施例4、蝶形双环干涉式光纤以太速度仪的结构示意图。图8是阻流盒分离结构的蝶形光纤环结构示意图。图9是实施例5、双环激光以太速度仪的结构示意图。图10是实施例7、"8"字环路激光以太速度仪的结构示意图。图11是"8"字环路光纤以太速度仪的结构示意图。图12是"8"字环路光纤环集中绕法的示意图。图13是"8"字环路光纤环分布绕法的示意图。图14是三环光学速度仪的原理示意图。图15是三环光学速度仪的三个环形光路方位示意图。图16是实施例9、三环激光速度仪的示意图。图17是实施例8、三环光纤速度仪的示意图。图18是三维光纤环布置示意图。图19是三维光纤环阻流盒结构示意图。图20是三维光纤环固定芯结构示意图。图中l.光源，2.光探测器，3.耦合器，4.偏振器，5.相位调制器，6.光纤环，7.阻流盒，8.激光器，9.固定芯，10.(3X3)耦合器A.B.C.三环光学速度仪的光纤环A、光纤环B、光纤环C具体实施方式下面结合本发明提出的以太速度仪的实施例。图5是根据本发明提出的实施例1，是直接光强检测式光纤以太速度仪的实施例。如图5，速度仪由光源[l]、光探測器[2]、等强度(3X3)耦合器[IO〗、光纤环[6]、阻流盒[7]、固定芯[9]及相关电路、运算器等构成。光源[l]发出的光经(3X3)耦合器[10〗分束后，以相反方向进入光纤环[6，沿环传播若干周后，又汇集到(3X3)耦合器[IO]，并产生干涉，由两个光探测器[2]检测。由于(3X3)分束器[10]产生等强度的分束，静止时，两个光探测器[2]检測的光强度PbP2相等；运动时，如前所述，由于阻流盒[7]的作用，分束后的两束光有相差，干涉时条纹移动，表现为光强度P,、P2不再相等，由(Pt-P2)/(P!+P2)运算器就可以计算出以太速度，并消除光源光强度波动。由于是单环，采用了环面垂直于地面，有效臂平行于速度的方法，以减少萨格奈克效应的影响。这种装置有一定的非线性，但可以用模拟电路、数字电路、微电脑等手段校正。阻流盒采用铸铁件，由两瓣拼成，拼接面磨光，以减少泄漏。倒面的小孔是在拼接面上开槽而成，既便于加工，也便于安装光纤环。小孔应尽量小，以刚好能穿过光纤环为限，内部中空部分截面尽量大于小孔截面，以减少小孔泄漏效应。阻流盒的这些技术特征，也适用于后续各实施例。由于这种方案的相位检測精度较低，需采用较大的壁厚，以5到15厘米为宜，也可以采用15厘米以上。为增强性能，还可以采用保偏光路，光纤、耦合器[10]采用保偏器件，光源[l]、光探測器[2]之前增加偏振器。图6是根据本发明提出的实施例2，是干涉式光纤以太速度仪的实施例。如图6，传感系统由光纤环[6]、阻流盒[7]、固定芯[9]等构成。相位检渊装置包含光源[1〗、光探测器2]、耦合器[3、偏振器[4]、相位调制器[5]及相关电路、运算器等。光源[1〗发出的光经第一个耦合器[3]、偏振器[4]，由第二个耦合器[3]分为两束。一束以逆时针方向进入光纤环[6],另一束先由相位调制器[5]调制，然后以顺时针方向进入光纤环[6]。两束光沿环传播若干周后，又回到第二耦合器[3]汇合，并产生干涉。干涉光经偏振器[4、第一个耦合器[3]、进入光探测器[2],变为电信号由电路处理。先不考虑调制作用。静止时，阻流盒内外的以太速度都为零、光速相等，顺、逆时针两方向光的相位差为零；运动时，如前所述，由于阻流盒的阻流作用，盒内外的以太速度不等，导致光速也不相等，环路相位差不为零、且与运动速度正比，干涉光的强度将因此变化。相位调制器[5]是引入一个附加的90度相位差，因而静止时环路相位差也为90度，使干涉光的强度呈现正弦关系，改善灵敏度与线性度。运动时则用反馈控制技术调节相位调制器的附加相位差，使总相位差始终在90度附近，保持最好的灵敏度与线性度。这些都是干涉式光纤陀嫘仪中广泛采用的相位调制闭环控制技术。由测得的环路相位差值即可由运算器得出平动速度。阻流盒采用以太衰减特征长度小于20厘米的材料制成，本例采用含铅较高的钢铁材料制成，其铁、铅总含量超过99%(质量百分比)。硫、磷、铅都是易切削钢的添加剂，以铅替硫、磷，既不影响对以太的衰减，也改善材料加工性能。其它事项与实施例1基本相同。由于这种方案的相位检测精度较高，可以采用较小的壁厚，但通常大于l毫米，以10到50毫米为宜，这与相位检测系统的检測精度有关。本例的阻流盒也适用以后各例，相同之处不再重复。本例中，光纤环换用谐振陀螺仪中谐振环，相位检测换用谐振式的，也可构成谐振式光纤以太速度仪。谐振式的基本连接如图3，光纤环自身闭合，有两个耦合器[3]，光源[1通过一个耦合器输入光，多次循环的多波牛涉光由另一个耦合器输出到检測器[2]。速度为零时合适的光频产生谐振，检测器的光强最大。运动时由于阻流盒的阻流作用，盒内外的以太速度不等，导致光速也不相等，环路相位发生变化、偏离谐振光强降低，由此获得环路相位差值，由运算器得出平动速度。图4是根据本发明提出的实施例3，是激光以太速度仪的实施例。如图，本例由阻流盒[7]、激光器[8及反射镜等构成，反射镜形成的谐振腔的一条有效臂在阻流盒[7]中，一条在外。激光器[8]受谐振腔的选频作用，输出一定频率的光。以太的速度对环形谐振腔的光程产生影响，使输出两输出光的频率反向变化。两输出光在谐振腔外汇合、干涉，出现随时间变化的低频强度变化信号，检测其频率就是两输出光的频差，由此可以得出环路相位差，并计算出速度。阻流盒与前述实施例相同，以后各例亦然，除特殊结构外，不再重复。图7是根据本发明提出的实施例4，是蝶形双环干涉式光纤以太速度仪的实施例。如图7，传感系统由两个完全相同的光纤环[6]、对称的阻流盒[7]、固定芯[9等构成。每个光纤环配接图2相同的相位检测装置，包含光源、光探测器、耦合器、偏振器、相位调制器及相关电路、运算器等。每个通道其工作原理、结构与实施例2完全相同，不再重复。本例的特征在于两个光纤环公用一个阻流盒，阻流盒上有4个小孔，嵌套了两个光纤环。嵌套后两个光纤环及阻流盒呈轴对称，对称轴就是所测速度方向。两个光纤环也在一个平面内，此平面垂直于所测转速方向。由于是几何对称，可以由两环路相位差之和计算转速，之差计算平动速度。也可以由实验分别测定两环路相位差与转速、平动速度的比例系数，得出方程(Eql)，并由此计算转速与速度。这样可以进一步修正制造过程及寄生效应带来的不对称性，提高精度。本实施例的传感系统也可以采用图8所示的双环结构，两个环形光路分别配置两个对称的阻流盒。为了简洁，图8中光纤环与相位检测装置的连接未画出。本例中，光纤环也可换用谐振陀嫘仪中谐振环，相位检溯换用谐振式。相位检渊方式的改变并不影响本实施例的效果。图9是根据本发明提出的实施例5，是双环激光速度仪的实施例。本例实际上是由两个实施例3的轴对称布置而成。本例与后续各例实质上都是多套速度仪的组合，因此主要说明相互间位置关系。与实施例4相同，两个环形光路共面、轴对称，公用一个阻流盒。转速由两环路相位差之和计算，平动速度由其差计算。图1K12、13是根据本发明提出的实施例6，是8字环路光纤速度仪的实施例。本例中，光纤环[6]由两个方向相反的子环构成。可以按图12那样，先在上方的子环逆时针绕若干圈(图示为3圈)，再在下方的子环顺时针绕若干圈(图示为3圈)。可以按图13那样，按大多数人书写阿拉伯数字8字的笔顺，首先在上方的子环逆时针绕一圈，其次在下方的子环顺时针绕一圈，再返回上方的子环逆时针绕一圈，再在下方的子环顺时针绕一圈，如此重复若干圈(图示为3圈)。这两种方法的基本原理是相同的，图12的集中绕法工艺简单，但对称性较差，对寄生效应抑制作用弱；图13的分布绕法工艺复杂，但对称性较好，对寄生效应抑制作用强，总体效果更好。由于两个子环结构相同、旋向相反、相互对称，由萨格奈克(Sagnac)效应产生的环路相位差相互抵消，由阻流盒[7引起的速度效应则相互叠加，环路相位差与速度成正比关系，由相位检测系统测出环路相位差即可求得速度。本例图示的相位检测系统是干涉式，也可以采用谐振式。由于谐振式的光纤环长度较短，因而更为适宜，特别是对图13的分布绕法。图10是根据本发明提出的实施例7，是8字环路激光速度仪的实施例。如图，激光器[8]所发射激光经反射镜反射，在阻流盒[7]中交叉，形成一个形i以何拉伯数字"8"的环形光路，环形光路以图中的对称轴对称，这样就消除了萨格奈克效应的影响，使环路相位差与速度成正比关系，由相位检测系统测出环路相位差即可求得速度。图17是根据本发明提出的实施例8，是三环光纤速度仪的实施例。如图17，速度仪包含三个相同的园形光纤环，阻流盒截面也呈园环形，三个光纤环都在所需检測运动的平面内，以阻流盒截面圆心旋转对称分布，相互夹角120°,其最敏感方向也就相互夹角120°。显然，阻流盒也以同样方式旋转对称。由于园形的对称性，由光纤环与阻流盒构成的传感系统实际上还有三个对称轴，这虽不是必须的，但可以降低某些寄生效应。另外，光纤环在阻流盒内外的长度也大致相等，以保证有较长的有效臂。每个光纤环还配备一个相位检测系统，它们既可用干涉式也可用谐振式，图中未画出。本实施例其实就是图14用光纤环的具体实现，结合图15的标记，有e！^0、02=120°、e3=240°。根据前面的理论描述及这里的实际参数，环路相位差与速度、转速的关系为-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage18</formula>其中的系数kl、k2可以由理论计算，也可以由实验确定。由此，可用计算装置计算出平动速度Vx、Vy和转动速度Q。如前所述，这是在理想条件下的结果，也可以通过实验測出方程(Eq2)中各系数，由方程(Eq3)计算速度和转速，这样的校正可以进一步提高测量的准确性。本实施例应用时，各环面与运动平面平行即可。例如可水平安装在车辆上，平时測量车辆的前进速度，在制动(刹车)时可同时测量前进速度、横向速度、转动速度，这对于防抱死、侧滑、甩尾的车辆安全系统很有意义。图16是根据本发明提出的实施例9，是三环激光速度仪的实施例。本实施例与前一实施例基本相同，差别仅在于三个环形光路都由激光环形光路构成，由三个环路相位差计算速度、转速的方式也与前例一样。图18、19、20是根据本发明提出的实施例10，是三维干涉式光纤速度仪的实施例。如图18，传感系统由三对蝶形光纤环构成，每对双环的两个环完全相同，三对环位于三个相互垂直的平面内，相互靠近，三对称轴正交于一点，该点也是阻流盒[7与固定芯[9的球心。阻流盒[7]由8块相同的球形弧面构成，8块弧面拼接为球，每个弧面的三条边都有半个孔，拼接后形成12个孔，如图19。固定芯[9]为有6个槽的球体，6个槽位于三个相互垂直的平面内，且对球心对称，如图20。槽的形状与光纤环是配合的，使光纤环刚好能嵌入。本例中阻流盒用铅制成，因铅较软，易于成型。为了清楚表示位置关系，图18、19分别给出安装后三对环、8块弧面拼接为阻流盒各自的位置。实际安装时，是先将三对环分别嵌入固定芯[9]的6个槽，然后再将8块弧面安装在固定芯外，形成阻流盒，拼接后形成的12个孔正好是光纤环进出阻流盒的通道，当然，这12个孔与光纤环也是配合的。本例就是三套实施例4的装置在三个相互垂直的平面内的组合，因而，速度、相位检测等与实施例4相同。本例可以同时溯量三维的平动与转动速度。本例中，光纤环换用谐振环，相位检测换用谐振式，也可构成三维谐振式光纤以太速度仪。权利要求1.一种测量以太运动速度、及由此测量自身运动速度的装置，至少包含一套光学陀螺仪，该光学陀螺仪可以为A)干涉式光纤陀螺仪，包含形成环形光路的光纤环、及其余部件；B)谐振式光纤陀螺仪，包含形成环形光路的光纤环、及其余部件；C)激光陀螺仪，包含形成环形光路的环形光谐振腔、及其余部件；它们都能检测光沿环形光路传播的相位差，即环路相位差；其特征在于还包含至少一个阻流盒和计算装置；阻流盒是一定壁厚的、基本封闭的中空盒体，其上有至少两个将盒体内部空间与外界连通的小孔，该小孔刚好能使光纤环或光束穿过；通过这些小孔，环形光路与阻流盒嵌套；每个环形光路的正、负两种有效臂，一种在阻流盒内，另一种在阻流盒外；所述有效臂为环形光路与以太运动速度或自身运动速度方向总体平行的路段，按环路某一指定方向，与运动速度方向夹角小于90度的路段为正有效臂、大于90度的路段为负有效臂；计算装置根据所测环形光路的环路相位差计算速度。2.根据权利要求l所述装置，其特征在于包含偶数个环形光路，两两成对；每对的两个环形光路结构相同，在一平面内轴对称布置；该平面与此对环形光路所测量的转动速度方向垂直，该对称轴与此对环形光路所測量的平动速度方向平行；每对的两个环形光路，可公用一个阻流盒，也可分别配置阻流盒，阻流盒的形状与位置以同一对称轴对称的；多对环形光路也可公用一个阻流盒，此阻流盒的形状与位置对每一对称轴都是对称的；计算装置根据每对环形光路的两个环路相位差，计算所测方向的平动速度和转动速度。3.根据权利要求l所述装置，其特征在于所述环形光路由两个旋转方向相反的子环串联构成，形似阿拉伯数字8;两个子环结构相同，在一平面内轴对称布置；对称轴与该环形光路所測量的速度方向平行；两个子环可公用一个阻流盒，也可分别配置阻流盒，阻流盒的形状与位置以同一对称轴对称的；串联的方式可以是在一个子环旋转多園后再进入另一个子环反向旋转同样圈数；也可以是在一个方向旋转一圈后就进入另一个环反向旋转一圈，如此重复多次。4.根据权利要求l所述装置，其特征在于包含三个共面的环形光路，其中任意两个环形光路的最敏感方向不平行；计算装置根据三个环形光路的环路相位差，及试验测得的环路相位差与速度和转速的系数矩阵的逆，计算所在平面的两个平动速度和转动速度。5.根据权利要求4所述装置，其特征在于所述三个环形光路的结构相同，在一平面内旋转对称布置，任意两个环形光路的最敏感方向夹角为120°;三个环形光路公用一个阻流盒，阻流盒的形状与位置以同样方式旋转对称。6.根据权利要求l所述装置，其特征在于-只包含一个环形光路，该环形光路与地平面垂直。7.根据权利要求l、2、3、4、5或6所述装置，其特征在于制作阻流盒的材料，其以太衰减特征长度小于20厘米。8.根据权利要求l、2、3、4、5或6所述装置，其特征在于制作阻流盒的材料，其中铁元素与铅元素含量的质量百分比之和大于90%9.根据权利要求l、2、3、4、5或6所述装置，其特征在于-阻流盒壁厚在1至15厘米范围。10.根据权利要求l、2、3、4、5或6所述装置，其特征在于阻流盒内的空腔，在以太流动方向上的截面，大于小孔的截面。全文摘要本发明以太速度仪提供了一种测量以太速度的装置，可用于汽车、飞机等运动物体上测量自身运动速度。典型结构是在由光源[1]、探测器[2]、耦合器[3]、偏振器[4]、相位调制器[5]、光纤环[6]构成的光纤陀螺仪基础上，增加与光纤环嵌套的阻流盒[7]，使光环路相位差随速度变化，探测器检测由此产生的光强变化，即可测量速度。同样也可以在激光陀螺仪中增加阻流盒实现测量速度。本发明还提供同时检测平动与转动速度的双环结构、消除转动影响的8字双环结构、检测平面运动的两维速度与转动的三环结构、及检测三维运动的平动与转动共6个速度的6环结构等装置。其中三环结构特别适用于检测汽车刹车时的前进、侧滑、甩尾情况。文档编号G01C19/64GK101118247SQ20061010825公开日2008年2月6日申请日期2006年8月2日优先权日2006年8月2日发明者朱筱杰申请人:朱筱杰