光纤陀螺的原理及应用课件.ppt

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1、fibre optic gyroscope,光电学院100108班 第三组组长：秦二雷 100108110组员：邢腾飞 100108113 张福年 100108114 张一铭 100108115 张 羽 100108116 邹晓东 100108117 指导老师：杨 利 红 教授,2022年12月5日星期一,光纤陀螺仪,Contents,fibre optic gyroscope,光纤陀螺仪（fibre optic gyroscope）是一种利用萨格奈克( S a g n a c ) 效应测量旋转角速率的新型全固态惯性仪表。1,1 孙 丽 ， 王 德钊光纤陀螺的最新 进展 J 航 天 控 制 ，

2、 2 0 0 3， ( 3 )：7 5 8 0 ,机械陀螺,光纤陀螺,光纤陀螺仪,fibre optic gyroscope,光纤陀螺仪与传统机械陀螺仪相比，具有以下优点：没有旋转部件和摩擦部件寿命长动态范围大瞬时启动结构简单尺寸小重量轻,光纤陀螺彩色球,fibre optic gyroscope,摘自中国惯性技术学报2005年10月刊,光纤陀螺仪原理-Sagnac效应,各种类型的光纤陀螺,基本原理都是利用 Sagnac 效应 ,只是各自所采用的位相或频率解调方式不同,或者对光纤陀螺的噪声补偿方法不同。,光纤陀螺结构图,Sagnac效应2,如(a)所示，在无旋转条件下，两束光传输时间相等，为,

3、如(b)所示，旋转条件下为,图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应(a)系统静止；(b)系统旋转,光纤陀螺仪原理-Sagnac效应,2工程光学 西安工业大学 韩 军、刘 钧 编著 国防工业出版社 2012 .2,Sagnac效应2,传输时间差,传输光程差,传输相位差,图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应 (a)系统静止；(b)系统旋转,2 工程光学 西安工业大学 韩 军、刘 钧 编著 国防工业出版社年 2012 . 2,光纤陀螺仪原理-Sagnac效应,干涉式光纤陀螺仪(I-fog),4The Fiber-Optic Gyroscope Herv C.Lefvre 著 张 贵 才 王

4、巍 译 国防工业出版社,当环行光路绕垂直于所在平面并通过环心的轴以角速度旋转时，则沿顺 、 逆时针方向传播的两波列光波在环路中传播一周产生的相位差为：,A为光传播路径包围的面积一般的向量表达,4,光纤陀螺仪的分类,干涉式光纤陀螺仪(I-fog),干涉型光纤陀螺 ( I F O G) 是研究开发最早 、 技术最为成熟的光纤陀螺 ，属第 1代光纤陀螺 。3,按照检测相位的方法可分为 开环型（左图）和闭环型（右图）,3 王惠文光纤传感技术与应用 M 北京 ： 国防工业出版社 2001 4,左图,右图,干涉式光纤陀螺仪(I-fog),开环光纤陀螺是依据Sagnac原理，通过干涉光强的变化直接检测干涉后

5、的Sagnac相移。 优点： 缺点： 明显非线性 非线性严重 精度差 精度低 输入范围小 动态范围窄 电路简单,Company Logo,干涉式光纤陀螺仪(I-fog),干涉式陀螺首次应于道尼尔328客机上，目前应用于波音777飞机的姿态和空气数据系统(SAARU),Company Logo,道尼尔328客机,干涉光线仪装置安放处,谐振腔光纤陀螺 ( R FOG),谐振腔光纤陀螺（R-FOG）是第 2代光纤陀螺。,谐振腔光纤陀螺结构图,谐振腔光纤陀螺 ( R FOG),与 IFOG相比，R FOG具有以下特点： 光纤长度短 ，降低了成本； 采用高相干光源，波长稳定性高； 检测精度高，动态范围大

6、等。,注意：R-FOG研究起步较晚，且对光源要求十分苛刻，所以目前R-FOG还处于实验室研究阶段，但是和I-FOG相比有上述优势，因此各国都投入大量人力对其进行研究，相信在不久的将来，R-FOG一定可以在惯性导航与制导等诸多领域得到广泛应用。,布里渊型光纤陀螺( B FOG),布里渊型光纤陀螺是第 3 代光纤陀螺，又称光纤环形激光陀螺( F RLG)，或受激布里渊散射光纤环形激光陀螺( B FRLG) 。,光纤陀螺仪的应用,还有很多很多,光纤陀螺仪的应用,5蔡 青.保偏光纤温度特性研究A 中国光学学会.展望 21 世纪初光电技术发展趋势研讨会论文集C 海口:中国光学学会光电技术委员会 , 20

7、001169 - 172.,5,光纤陀螺仪的应用,光纤陀螺仪的应用,光纤陀螺仪的应用状况,1.战略导弹系统和潜艇导航应用；2.卫星定向和跟踪；3.战术武器制导与控制系统；4.各种运载火箭应用；5.姿态航向基准系统； 6.舰船、导弹和军民用飞机的惯性导航；7.陆地导航系统(+GPS)；8.天体观测望远镜的稳定和调向；9.汽车导航仪、天线摄像机的稳定、石油钻井定向、机器人控制、各种极限作业的控制置等工业和民用领域。,光纤陀螺研制状况,我国国内目前光纤陀螺研制状况：,据不完全统计，国内从事光纤陀螺研究的研究所、院校、民营单位共有几十家，其中比较著名的有：,航天时代电子公司航天三院三十三所北京航空航天大学哈尔滨工程大学 浙江大学、清华大学兵器205所船舶707所航天工业总公司所属13所和上海803所、航空618所,光纤陀螺仪的应用,