光纤陀螺仪的发展现状--【汉魅HanMei—课程讲义论文分享】

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光纤陀螺仪的发展现状_周海波

2005年第24卷第6期传感器技术(J o u r n a l o f T r a n s d u c e r T e c h n o l o g y)综述与评论光纤陀螺仪的发展现状周海波,刘建业,赖际舟,李荣冰(南京航空航天大学导航研究中心,江苏南京210016)摘　要:根据光纤陀螺仪的工作原理和特点,光纤陀螺仪具有不同的分类。

介绍了国外光纤陀螺仪的现状,预测了近期和长远的发展趋势,旨在对我国的光纤陀螺技术的发展能有所帮助。

关键词:光纤陀螺仪;萨格纳效应;干涉型;谐振式;布里渊式中图分类号:T N2,T P2 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2005)06-0001-03D e v e l o p m e n t s t a t u s o f f i b e r-o p t i c g y r o s c o p e sZ H O UH a i-b o,L I UJ i a n-y e,L A I J i-z h o u,L I R o n g-b i n g(N a v i g a t i o nR e s C e n t e r,N a n j i n gU n i v e r s i t yo f A e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s,N a n j i n g210016,C h i n a)A b s t r a c t:T h ef i b e r-o p t i cg y r o s c o p e(F O G)i sc l a s s i f i e d i n t od i f f e r e n tt y p e sa c c o r d i n gt oi t sp r i n c i p l ea n dc h a r a c t e r i s t i c.T h e i n t e r n a t i o n a l s t a t u so f F O G i si n t r od u ce da n dt h es h o r t-t e r m a n dl o n g-t e r m t r e n dof F O G i sf o r e c a s t.I t w i l l b eb e n e f i t t o t h e c o u r s e o f o u r F O G.K e yw o r d s:F O G(f i b e r-o p t i c g y r o s c o p e);S a g n a c e f f e c t;i n t e r f e r o m e t r i c;r e s o n a n t;B r i l l o u i n0　引　言光纤陀螺仪属于第四代陀螺仪———光学陀螺仪的一种,其基本工作原理基于萨格纳效应,即在同一闭合光路中从同一光源发出两束特征相同的光,沿相反的方向进行传播,汇合到同一探测点,产生干涉。

光纤陀螺寻北仪的发展现状

光纤陀螺寻北仪的发展现状1光纤陀螺的研究及应用现状 (1)2 陀螺寻北仪的发展情况 (1)1光纤陀螺的研究及应用现状在惯性导航和惯性制导系统中，陀螺仪是极其重要的敏感元件。

所谓惯性导航，就是通过测量运载体的加速度，经过计算机运算，从而确定出运载体的瞬时速度和瞬时位置。

所谓惯性制导，则是在得到这些参数的基础上，控制运载体的位置以及速度的大小和方向，从而引导运载体飞向预定的目标。

以陀螺仪和加速度计为敏感元件的惯性导航和惯性制导系统，是一种完全自主式的系统。

它不依赖外部任何信息，也不向外发射任何能量，具有隐蔽性、全天候和全球导航能力。

因此，惯性导航成为现代飞机、大型舰只和核潜艇的一种重要导航手段，而惯性制导则成为地地战术导弹、战略导弹、巡航导弹和运载火箭的一种重要制导方法。

此外，惯性导航还可陆军炮兵测位、地面战车导航以及大地测绘等领域。

由此可见，陀螺仪在航空、航天、航海、兵器以致国民经济的某些部门中都有着广泛的应用。

2 陀螺寻北仪的发展情况第一阶段，20世纪50年代在船舶陀螺罗经的基础上，研制出矿用液浮式陀螺罗盘，这是陀螺寻北仪发展的初级阶段。

在这个阶段，德国的克劳斯塔尔矿业学院于1949年研制出液浮式单转子陀螺球，电磁定中心，陀螺电源频率333HZ，电压为100伏三相交流电，陀螺转速19000转/分。

一次观测中误差06''±，定向时间4小时，仪器重量640千克。

其型号为MWI，1955年和1959年相继研制出MW3和MW4a型。

精度进一步提高，定向时间进一步缩短，仪器重量进一步减轻。

第二阶段，从20世纪60年代开始，利用金属悬挂带将陀螺灵敏部陀螺马达转子和陀螺房在空气中通过悬挂柱悬挂起来，悬挂带的另一端与支承外壳相固定并采用三根导流管直接向马达供电。

这样构成了摆式陀螺罗盘。

与第一阶段相比，仪器结构大大简化，全套仪器进一步小型化，重量大大减轻，由于电源频率稳定性大大提高，使陀螺转速稳定，减小了角动量脉动，提高了仪器观测精度。

2023年光纤陀螺仪行业市场发展现状

2023年光纤陀螺仪行业市场发展现状光纤陀螺仪（FOG）是一种利用Sagnac效应测量旋转角速度的惯性传感器。

在工业、航空、军事、导航、地震等领域有着广泛的应用。

随着技术的不断进步，FOG的市场需求量不断增加。

一、FOG行业市场概况FOG是一种高性能的惯性设备，能够测量极微小的角位移和角速度，具有高精度、高可靠性、长寿命、抗干扰等优点，在航天、军事、制导导航、地震勘探、高速列车等领域有着广泛的应用。

目前，FOG市场以北美和欧洲为主，市场规模较大，亚太地区也在逐渐崛起。

据市场研究机构统计，2019年全球光纤陀螺仪市场规模已经达到了50亿美元，未来几年市场规模还将继续扩大。

二、FOG市场分析1. 航空领域FOG在飞行中的应用主要是姿态控制和导航定位，特别在直升机等旋转飞行器中具有独特优势，目前国内主要的FOG客户也主要集中在航空领域。

FOG的稳定性、精度和长寿命是航空领域最需要的关键技术之一。

2. 地震勘探FOG在地震勘探领域被广泛应用，主要是利用FOG测量地震波的传播速度和振动频率，从而获得地震波速度统计图、地震波传播路径、地震波波形及其时序等重要信息。

目前国内外的地震勘探公司都已广泛采用FOG。

3. 卫星导航在卫星导航领域，FOG可用于信号接收原地验证和定位技术，通常用于提高定位精度和响应速度，可以与卫星导航系统（如GPS）配合使用，从而实现更加精准的导航定位。

三、FOG行业发展趋势1. 光纤陀螺仪芯片技术的不断进步随着光纤陀螺仪芯片技术的发展，光纤陀螺仪市场所涵盖的应用领域也在不断扩大。

FOG芯片技术所兼具的高灵敏度、快速响应与超高精细度，将在数据采集，地震流场监测等广大市场中得到很好地广泛应用。

2. FOG的小型化和便携化FOG的小型化和便携化是今后FOG市场的趋势。

外界对FOG越来越小、轻便、便于移动和操作的要求越来越高，如何大幅减小FOG产品的尺寸、重量和功耗，将是FOG技术发展的新方向。

光纤陀螺仪的应用及发展

光纤陀螺仪的应用及发展谷军，蔺晓利，何南，姜凤娇，邓长辉（大连海洋大学信息工程学院）摘要：本文介绍了光纤陀螺的工作原理，并根据光纤陀螺的特点介绍了在各个领域的应用，阐述了光纤陀螺在国内外的发展现状，并指出了光纤陀螺的发展趋势。

从发展角度看，光纤陀螺仪将成为21世纪前期的发展重点。

关键词：光纤陀螺；现状；应用；0 引言萨格纳克（Sagnac）在1913年首先论证了运用无运动部件的光学系统能够检测出相对惯性空间的旋转的奇特现象，现在统称为萨格纳克效应。

1976年Vali和Shorthill首次提出了光纤陀螺（Fiber optic gyro）的概念，它标志着第二代光学陀螺的诞生。

光纤陀螺一问世就以其明显的优点、结构的灵活性以及诱人的前景引起了世界上许多科学家和工程师的普遍关注。

国内对光纤陀螺的研究也有20多年的历史，经历开环到闭环的研究历程。

在20多年的研究过程中，光纤陀螺的广泛应用前景已经得到了专家的认可，光纤陀螺作为惯性技术的核心器件，已经逐渐成为陀螺市场的主流产品。

人类对光纤陀螺的需求也变得十分迫切。

光纤陀螺的应用非常广泛，是基于Sagnac效应的原理工作的。

作为继激光陀螺仪之后出现的新一代陀螺，各国的研制工作已经取得了重大的进展。

光纤陀螺仪的研制对惯性导航和控制领域十分重要，随着计算机、微电子和光纤技术的发展和应用，它将取代传统的机械陀螺和平台惯导系统。

与机械陀螺相比，光纤陀螺无运动部件、使用寿命长；全固化结构、抗冲击能力强；测量动态范围大、无预热时问、启动时问短；不受地球吸引力影响；工艺相对简单，价格便宜；对捷联应用有先天优势。

与激光陀螺相比，光纤陀螺的成本低、性价比高；体积小、功耗低、应用灵活；克服了激光陀螺闭锁带来的负效应；随着工艺和信号处理方案的发展，精度也可以和激光陀螺相当。

1 光纤陀螺仪光纤陀螺仪是光学陀螺仪的一种。

所谓光学陀螺仪就是利用萨格纳克Sagnac)效应构成的陀螺仪。

利用光纤线圈构成的干涉仪效应来敏感角运动的装置称为干涉型光纤陀螺仪(IFOG)；采用光纤作为谐振器来敏感角运动的装置称为谐振型光纤陀螺仪(RFOG)；利用布里渊光纤环形激光器的频率变化原理构成的测角装置称为布里渊光纤陀螺仪(BFOG)。

2024年光纤陀螺仪市场发展现状

2024年光纤陀螺仪市场发展现状概述光纤陀螺仪是一种利用光的性质来检测旋转运动的仪器。

它广泛应用于航空航天、导航控制、地震仪器等领域。

本文将对光纤陀螺仪市场的发展现状进行分析和总结。

市场规模光纤陀螺仪市场在过去几年中保持了稳定的增长。

根据市场研究公司的数据显示，2019年光纤陀螺仪市场规模达到了XX亿元，预计到2025年将达到XX亿元。

市场规模的增长得益于光纤陀螺仪在各个行业中的广泛应用和不断改进的技术。

应用领域光纤陀螺仪在航空航天领域中的应用是其主要的市场驱动力之一。

航天器的导航和姿态控制需要高精度的陀螺仪来实现，光纤陀螺仪以其良好的稳定性和精确性成为了首选。

此外，光纤陀螺仪还被广泛应用于无人机、导弹、火箭等领域。

在导航控制领域，光纤陀螺仪也占据了一定的市场份额。

现代导航系统需要高精度的姿态传感器来提供准确的航向和姿态信息，光纤陀螺仪通过其快速响应、高精确度和抗干扰能力满足了这一需求。

光纤陀螺仪还被广泛应用于地震仪器领域。

地震仪器需要检测地壳的微小震动，并提供高精度的地震数据。

光纤陀螺仪具有较高的测量灵敏度和快速响应的特点，因此被广泛应用于地震监测和研究中。

除了以上领域，光纤陀螺仪还在工业控制、汽车电子等领域中有一定的应用。

随着技术的不断发展，光纤陀螺仪在更多领域将有更广泛的应用空间。

技术进展光纤陀螺仪市场的发展得益于技术的不断进步。

随着尺寸的缩小和制造工艺的改进，光纤陀螺仪的价格逐渐下降，同时性能不断提升。

新型陀螺仪产品采用了更先进的传感器和信号处理技术，具有更高的精确度、更快的响应速度和更好的抗干扰能力。

同时，光纤陀螺仪的可靠性也得到了提升。

传统的光纤陀螺仪需要复杂的光学调谐和温度补偿，容易受到环境影响。

而新一代光纤陀螺仪采用了更稳定的光源和特殊的光学结构，提高了稳定性和可靠性，降低了维护成本。

市场竞争目前，光纤陀螺仪市场竞争激烈。

国内外很多厂商都加大了在光纤陀螺仪领域的研发投入，并推出了各种新产品。

陀螺仪的发展历程以及现状的文献综述

陀螺仪的发展历程以及现状的文献综述摘要概述了陀螺的发展情况，论述了光纤、静电陀螺等几种现代陀螺的基本原理、分类以及其中一些国内外的研究现状。

关键词光纤陀螺静电陀螺激光陀螺振动陀螺作者简介：男，北京航空航天大学，本科生1.陀螺的发展简史陀螺仪器最早是用于航海导航，但随着科学技术的发展，它在航空和航天事业中也得到广泛的应用。

自1910年首次用于船载指北陀螺罗经以来，陀螺已有近100年的发展史，发展过程大致分为4个阶段:第一阶段是滚珠轴承支承陀螺马达和框架的陀螺；第二阶段是20世纪40年代末到50年代初发展起来的液浮和气浮陀螺；第三阶段是20世纪60年代以后发展起来的干式动力挠性支承的转子陀螺；目前陀螺的发展已进入第四个阶段，即静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺和振动陀螺。

[1]2.光纤陀螺光纤陀螺(FOG)是一种利用萨格奈克(Sagnac)效应测量旋转角速率的新型全固态惯性仪表。

自从1976年Vali和Shoahil首次提出光纤陀螺的概念以来，引起了国内外人们极大的重视和强烈的兴趣，由于光纤陀螺与机电陀螺或激光陀螺相比有一系列优点，诸如体积小，质量轻，成本低等，特别引起海、陆、空三军的高度重视。

在这短短的20多年里，光纤陀螺得到了很大的发展。

国外中、低精度光纤陀螺已经产业化，高精度的光纤陀螺的开发和研制也正逐步走向成熟。

美国Honeywell公司的保偏型光纤陀螺的零偏稳定性已经达到0．00038°／h，是目前报道的最高精度的光纤陀螺，拟用于潜艇导航或深层空间飞行器。

光纤陀螺现已在航空航天、武器导航、机器人控制、石油钻井及雷达等领域获得了较为广泛的应用。

国内光纤陀螺仪研制水平已接近惯性导航系统的中、低精度要求，但大多数未到工程实用阶段，也没有可靠性数据。

光纤陀螺仪属于所谓“敏感技术”，在目前复杂的技术环境中，很难从他人那里得到更多的借鉴和参考，只有靠我们自力更生走符合。

[2]光纤陀螺采用的是Sagnac干涉原理，用光纤绕成环形光路并检测出随转动而产生的反向旋转的两路激光束之间的相位差，由此计算出旋转的角速度。

光纤陀螺综述

光纤陀螺综述摘要：从光纤陀螺诞生以来，它就以其显著的优点，灵活的结构和诱人的前景引起了世界上诸多国家的大学和科研机构的普遍重视，为此综述了光纤陀螺的基本原理和它的特点以及分类，,着重描述和总结了光纤陀螺在国内外发展的技术趋势和产业化情况。

可以看到,随着现代微电子技术、光电子技术和信号处理技术的发展,光纤陀螺在未来惯性测量领域中占据越来越重要的位置。

关键词：光纤陀螺，Sagnac效应，发展引言自从1976年美国犹他大学的V ALI和SHORTHILL等人成功研制第1个光纤陀螺(fiber-optic gyroscope, FOG)以来，光纤陀螺已经发展了30多年。

在30多年的发展过程中，许多基础技术如光纤环绕制技术等都得到了深入地研究。

光纤陀螺仪的突出特点使其在航天航空、机载系统和军事技术上的应用十分理想，因此受到用户特别是军队的高度重视，以美、日、法为主体的光纤陀螺仪研究工作已取得很大的进展。

光纤陀螺仪研究工作大部分集中在干涉式，只有少数公司仍在研究谐振式光纤陀螺。

光纤陀螺的商品化是在上世纪90年代初才陆续展开，中低精度的光纤陀螺(特别是干涉式光纤陀螺)己经商品化，并在多领域内应用，高精度光纤陀螺仪的开发和研制正走向成熟阶段。

在国外，l°/h至0.01°/h的工程样机已用于飞行器惯性测量组合装置。

美国利顿公司已将0.1°/h的光纤陀螺仪用于战术导弹惯导系统。

新型导航系统FNA2012采用了l°/h的光纤陀螺仪和卫星导航GPS．美国国防部决定光纤陀螺仪的精度1996年达到0.01°/h ；2001年达到0.001°/h；2006年达到0.0001°/h ，有取代传统的机械陀螺仪的趋势。

1、原理[1][9]光纤陀螺的基本工作原理来自Sagnac效应。

Sagnac效应是相对于惯性空间转动的闭环光路中断传播光的一种普遍的相关效应，即在同一闭合光路中从同一光源发出的两束特征相同的光，以互为相反的方向传输并最后汇聚到同一探测点；若绕垂直于闭合光路所在平面的垂线，相对惯性空间存在着旋转角速度，则正、反两束光走过的光程不等，产生光程差。

光纤陀螺小型化技术的研究现状分析

光纤陀螺小型化技术的研究现状分析摘要：光纤陀螺仪（FOG）作为一种导航仪器，在航海、航天乃至国防等多个领域都获得了广泛应用。

就目前来看，光纤陀螺仪（FOG）受到体积的限制，导致其在航海、航天以及国防领域的应用备受限制。

这主要是因为光纤陀螺仪（FOG）广泛应用于无人机、水下机器人等方面，而随着科技的进步，这些设备的体积越来越小，对于导航的精准度也进一步提升，这也促使光纤陀螺（FOG）小型化技术进一步发展。

基于此，本文围绕光纤陀螺仪（FOG）小型化技术展开研究，对其技术原理、发展历程以及主要研究方向进行分析，并对其主要面临的技术问题展开研究，以供参考。

关键词：光纤陀螺；小型化技术；集成化引言光纤陀螺（FOG）是一种惯性陀螺仪，可以做到对物体运动方位实施精准把控[1]。

光纤陀螺仪（FOG）可以实现对载体相对惯性空间运动角速率进行测量，并且有着使用年限长、精准度高，并且其可以测量的范围也非常大，所以在航海、航天、工业乃至国防等领域都可以看到光纤陀螺仪（FOG）的身影，并已经成为现代化惯性器件的主流，也是今后惯性器件技术发展的主要方向。

一、光纤陀螺（FOG）技术原理分析光纤陀螺仪（FOG）技术的出现离不开萨格奈克效应（Sagnac），其主要是利用萨格奈克效应对载体的角速率信号实施测量，这也是惯性空间转动闭环光路中一种非常常见的光传播效应[2]。

闭环光路中，光的传播主要是发生在同一闭合光路中，向一个光源同时发射两束相同的光，在反方向传播下最终在同一探测点完成汇合。

当垂直于闭合光路所处平面轴线，在相对惯性空间存在转动角速度，那此时发出的光束和反方向传播的光束就会出现不同，这种不同也被称之为光程差。

因为光程差和相对惯性空间存在的旋转角速度成正比，所以在求旋转角速度时，只需要掌握光程差和相位差信息即可。

光纤陀螺（FOG）技术主要有三种，分别为干涉式光纤陀螺、布里渊光纤陀螺以及谐振腔光纤陀螺[3]。

其中干涉式光纤陀螺因为其具备互易性结构，两束发射的光在反方向传播时有着具备相同的传输特征，再加上其附加位移也相同，且有着良好的共模抑制效果，有利于避免寄生效应，所以精准度也更高。

光纤陀螺的发展现状

2 国内外研究及产业化情况
图 1 螺的分类按其结构和原理可分为干涉式光纤陀螺 ( I2FOG) 、谐振式光纤陀螺 (R 2FOG) 、光纤型环形激光陀螺 ( FRLG) 、布里渊光纤陀螺 (B 2FOG) 。而 I2 FOG按结构分类又可分为开环和闭环两种 ,还按其相位解调方式分类等。
光纤陀螺的价格下降有两个原因 ,首先是上世纪 90年代初 ,全球范围内越来越多公司参与光纤陀螺的生产 ,产量不断上升 ,价格便随之下降。其次 ,得益于全球光纤通信技术的发展 ,光纤陀螺的工作波长逐渐从 850nm 移向 1550nm ,这就能应用于光纤通信中不断进步的新型光纤、高性能光源、光电集成、数字信号处理等技术 ,使其在提高性能的同时又降低了成本。
(1) Honeywell公司 Honeywell公司是环形激光陀螺的先驱 ,也是光纤陀螺的有力竞争者。其生产的干涉式光纤陀螺规格齐全 ,从战术级 ( 1°/ h ～10°/ h ) 到导航级 ( 0. 01°/ h ～ 0. 003°/ h) 、战略级 ( 0. 001°/ h) 都具备。该公司的高精密光纤陀螺采用 2km ～4km 的保偏光纤线圈 ,高功率的光纤激光器 ,并采用特殊措施压制噪声 ,获得很好的标度因数线性度和动态范围 (偏置精度 0. 00023°/ h, 随机游走角 0. 00009°/ h1 /2 ,标度因数 0. 3 ×10 - 6 ) 。现在 , Honeywell公司的研究重点已经从战术级的光纤陀螺转移到高精度、战略级光纤陀螺 (如高精密消偏型陀螺 )在姿态与航向参考系统的应用研究上。 (2) Northrop Grumman公司该公司的导航系统部门是于 2001年收购原 L itton 公司的主要部门而成立的。L itton公司在光纤陀螺研究上基础深厚 ,曾为美国海军研制光纤陀螺平台罗经 , 如今美国进行的木卫二探索计划都是取用 L itton公司的光纤陀螺产品。收购 L itton公司使 Northrop Grum2

光纤陀螺的发展与应用前景

光纤陀螺的发展与应用前景作者：杨金帅来源：《中国科技纵横》2018年第21期摘要：目前，光纤陀螺作为一种惯性导航领域的新技术，本文详细阐述了光纤陀螺的起源、基本原理以及应用前景。

此外还详细介绍了光纤陀螺的核心元件光纤环圈的工作原理。

进一步指出了光纤陀螺与其它光学陀螺相比具体的优势和广阔前景，旨在为业界人士提供价值参考。

关键词：光纤陀螺；发展；应用前景中图分类号：TN253 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0020-02在现代国防技术领域中，惯性技术在其中发挥着举足轻重的作用，同时，惯性技术是一种综合性实用尖端技术，综合了多学科的前沿科技。

因此，得到了业界相关人士的重视和关注，已经被广泛应用在航天、航空、航海等多个领域。

陀螺仪是惯性系统中必不可少的重要组成部分，主要用于测量载体的角位移和姿态角。

陀螺仪的性能优劣主要取决于惯性导航系统性能的好坏。

相对于传统的机械陀螺，光纤陀螺具备抗冲击、使用年限长、结构简单及重量轻等诸多优势。

因此，光纖陀螺的应用前景十分广阔。

本文深入探究了光纤陀螺的基本原理、发展和应用前景。

1 光纤陀螺的发展史1.1 陀螺的历史陀螺一直人们的追捧和喜欢，抽打陀螺仪已然成为春季孩子们最喜爱的游戏之一。

随着时代的发展和科学技术的不断进步，陀螺的材质和形状花样越来越多，不断推陈出新，打陀螺仪不仅适合年轻人，而且同样适合老年人，在技艺精湛的工匠思维下也更具趣味性和完美性。

1.2 光纤陀螺的基本原理Sagnac效应就是光纤陀螺的工作原理，在闭合回路中，分别从顺时针和逆时针两个方向进行传播的两束光，它们之间的光程差△L，同真空中的光速是反比例关系，此外与回路面积A 和闭合回路的旋转角度Ω都是正比例关系。

即：（1）由N圈光纤绕制形成的闭合回路属于光纤陀螺闭合回路，累积光路差为：（2）对应的Sagnac相位差为：（3）在公式（3）中，光纤敏感环的光纤总长度为L，用字母D代表光纤圈直径D；光在真空中的波长用表示，而光纤维圈的面积则用A表示，则：（4）（1）在具体光纤陀螺闭合回路中，主要是有效利用N圈光纤绕制来完成的，其主要光程差为：（2）光纤陀螺的实际闭环由N型光纤构成，累积光路差为在式它称为比例因子，而光纤陀螺灵敏度用表示。

光纤陀螺仪

摘自《中国惯性技术学报》
光纤陀螺仪原理-Sagnac效应
1913年，萨格奈克（Sagnac ）论证了运用无运动部件的光学系统同样能够检测相对惯性空间的旋转。他采用了一个环形干涉仪，并证实在两个反向传播光路中，旋转产生一个相位差。
光纤陀螺仪原理-Sagnac效应
Sagnac 效应
理想条件下，环形光路系统中的Sagnac效应如图1所示。一束光经分束器M进入同一光学回路中，分成完全相同的两束光 CCW和CCCW，分别沿顺时针方向(CW)和逆时针方向(CCW) 相向传播，当回路绕垂直于自身的轴转动时，将使两束光产生相位差，该相位差的大小与光回路的旋转速率成比例。
CCCW
M
l
M ’
4 RL S 0c
(a)
(b)
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
Sagnac 效应
传输相位差：
S
4 RL 0c
那么，问题来了？？
如何检测相位差？
利用光的干涉：振动频率相同、方向相同、相位差恒定
干涉式光纤陀螺 ( 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)。
干涉式陀螺装置安放处
道尼尔328客机
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。它利用一个循环的环形谐振腔来增强旋转引起的萨格奈克效应。
CCCW
tCCW
2R
c R
M
l
M ’
tCW
2R
c R
(a)
(b)

光纤陀螺仪的发展及应用

光纤陀螺仪的发展及应用摘要：作为光纤传感器的一种，光纤陀螺仪具有了更多的优点，它具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等等优点，就是因为这些优点，光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统的陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。

本文主要介绍了光纤陀螺仪的工作原理，特点，分类，应用及发展现状。

关键词：光纤传感器，陀螺仪，光纤陀螺仪，导航系统。

Abstract：As one of the fiber sensors,FOG has more advantages.It has a compact structure,high sensitivity,high reliability and so on.Just because of these advantages,FOG nearly replace all the traditional mechanical gyroscopes and become the critical component of modern navigational instruments.This paper introduces the working principle,the features,sorts,usage and statues of development of the FOG.Key words:fiber sensors,gyroscopes,FOG,navigation system.引言：现代陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。

传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。

自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展已经进入了一个全新的阶段。

浅述陀螺仪与惯性技术的发展现状

浅述陀螺仪与惯性技术的发展现状激光陀螺仪[激光陀螺仪的定义]激光于1960年在世界上首次出现。

1962年，美、英、法、前苏联几乎同时开始酝酿研制用激光来作为方位测向器，称之为激光陀螺仪。

激光陀螺仪的原理是利用光程差来测量旋转角速度（Sagnac效应）。

在闭合光路中，由同一光源发出的沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光和光干涉，利用检测相位差或干涉条纹的变化，就可以测出闭合光路旋转角速度。

激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，环形激光器由三角形或正方形的石英制成的闭合光路组成，内有一个或几个装有混合气体（氦氖气体）的管子，两个不透明的反射镜和一个半透明镜。

用高频电源或直流电源激发混合气体，产生单色激光。

为维持回路谐振，回路的周长应为光波波长的整数倍。

用半透明镜将激光导出回路，经反射镜使两束相反传输的激光干涉，通过光电探测器和电路输入与输出角度成比例的数字信号。

[技术难点]激光陀螺仪需要突破的主要技术为漂移、噪声和闭锁阈值。

1. 激光陀螺仪的飘移激光陀螺仪的飘移表现为零点偏置的不稳定度，主要误差来源有：谐振光路的折射系数具有各向异性，氦氖等离子在激光管中的流动、介质扩散的各向异性等。

2. 激光陀螺仪的噪声激光陀螺仪的噪声表现在角速度测量上。

噪声主要来自两个方面：一是激光介质的自发发射，这是激光陀螺仪噪声的量子极限。

二是机械抖动为目前多数激光陀螺仪采用的偏频技术，在抖动运动变换方向时，抖动角速率较低，在短时间内，低于闭锁阈值，将造成输入信号的漏失，并导致输出信号相位角的随机变化。

3. 激光陀螺仪的闭锁阈值闭锁阈值将影响到激光陀螺仪标度因数的线性度和稳定度。

闭锁阈值取决于谐振光路中的损耗，主要是反射镜的损耗。

[国外概况]美国斯佩里公司于1963年首先次做出了激光陀螺仪的实验装置。

1966年美国霍尼威尔公司开始使用石英作腔体，并研究出交变机械抖动偏频法，使这项技术有了使用的可能。

1972年，霍尼威尔公司研制出GG-1300型激光陀螺仪。

光纤陀螺仪

光纤陀螺仪一、光纤传感技术光纤传感技术是20世纪70年代伴随着光导纤维及光纤通信技术的发展而发展起来的一种以光为载体、光纤为媒质，感知和传输外界信号(被测量)的新型传感技术。

光纤传感技术光纤传感器与常规传感器相比的最大优点是对电磁干扰的高度防卫度，而且它可以制成小型紧凑的器件，具有多路复用的能力，以及可以制成分布式的传感结构等，不少光纤传感器与对应的常规传感器相比，在灵敏度、动态范围、可靠性等方面也具有明显的优势。

二、陀螺仪概述陀螺仪(gyroscope)意即“旋转指示器”，是指敏感角速率和角偏差的一种传感器．自1852年陀螺仪问世，因其独特的性能，广泛地应用于航海、航空、航天以及国民经济等领域。

迄今为止，陀螺仪从传统的刚体转子陀螺仪到新型的固态陀螺仪，种类十分繁多。

随着光电技术、微米／纳米技术的发展，新型陀螺仪如激光陀螺、光纤陀螺和微机械陀螺应运而生。

它们都是广义上的陀螺仪，是根据近代物理学原理制成的具有陀螺效应的传感器。

因其无活动部件—高速转子，称为固态陀螺仪。

这种新型全固态的陀螺仪将成为未来的主导产品，具有广泛的发展前途和应用前景。

根据其精度范围陀螺仪大致分为三部分：超高精度陀螺仪、中高精度陀螺仪和低精度陀螺仪。

1)超高精度陀螺仪指精度在10-6 º/h～5×10-4 º／h范围内的陀螺仪，主要包括静电陀螺、磁浮陀螺和液浮陀螺。

目前最高精度的陀螺仪是静电陀螺仪。

2)中高精度陀螺仪指精度在5×10-4 º/h到10-1 º/h的陀螺仪。

目前最具有发展前景的陀螺仪就是光学陀螺仪，主要指激光陀螺仪和光纤陀螺仪，激光陀螺属于第一代光学陀螺，光纤陀螺属于第二代光学陀螺．3)低精度陀螺仪指精度范围超过10-1 º/h的陀螺仪。

目前有发展前景的是微机械陀螺仪。

微机械陀螺仪有望在一些新的领域中得到应用，如车载导航系统、天文望远镜、工业机器人、计算机鼠标，甚至是玩具上。

光纤陀螺综述

可以看到,随着现代微电子技术、光电子技术和信号处理技术的发展,光纤陀螺在未来惯性测量领域中占据越来越重要的位置。

在30多年的发展过程中，许多基础技术如光纤环绕制技术等都得到了深入地研究。

光纤陀螺仪研究工作大部分集中在干涉式，只有少数公司仍在研究谐振式光纤陀螺。

在国外，l°/h至0.01°/h的工程样机已用于飞行器惯性测量组合装置。

美国利顿公司已将0.1°/h的光纤陀螺仪用于战术导弹惯导系统。

1、原理[1][9]光纤陀螺的基本工作原理来自Sagnac效应。

光学陀螺的发展与应用论文

光学陀螺的发展与应用摘要：通过对光学陀螺仪的基础介绍，光学陀螺具有可观的精度潜力，以其为核心构件的惯性导航系统成为惯性系统技术的重要发展方向。

根据光纤陀螺仪的工作原理和特点，光纤陀螺仪利用光路替代了传统陀螺的机械转子，陀螺无旋转和运动部件，具有传统机械陀螺不可比拟的优势。

陀螺性能稳定，可靠性好；能够承受强烈的速度和振动冲击，寿命长，动态范围广；不存在马达的启动和稳定问题，启动迅速，具有很高的标度因子稳定性；输出信息数字化，方便计算机处理；相对于同精度的机械陀螺，成本低；动态测量范围大，可直接固联于载体，便于构成捷联惯性系统。

光学陀螺的发展历程介绍了国外光纤陀螺仪的现状，预测了近期和长远的发展趋势，旨在对我国的光纤陀螺技术的发展能有所帮助。

回顾光纤陀螺仪的发展历程，从长远看，随着光纤通信技术、集成光学技术和光纤传感技术的发展，更多先进的成果将应用在光纤陀螺中，使得光纤陀螺的性能得以整体提高，应用范围更加广泛，干涉型光纤陀螺的应用领域将集中在惯性级上，有望取代静电悬浮陀螺。

光纤陀螺发展的方向：一是向更高精度、更高可靠性的方向发展，为航天、航空、航海提供高精度的惯性元件；二是向体积小、高度集成、价格便宜、结构更牢固的超小型化方向发展，为战术级应用提供坚固、廉价的惯性传感器；三是朝多轴化方向发展。

关键词：光学陀螺仪；萨格纳效应；干涉型；谐振式；布里渊式一、光学陀螺的基础介绍惯性技术是惯性导航与惯性制导、惯性仪表、惯性测量以及相关测试设备和装置技术的总称。

它是一种利用惯性原理或其他有关原理，自主地测量和控制运载体角运动及线运动参数的工程技术。

惯性技术是完全自主式的测量方法，它不依赖光线、电磁波、声音、磁场等外部信息来测量运载体的线运动和角运动参数。

因此惯性技术被广泛应用于国防高科技、航天科技、飞机、船舶与海洋科技领域。

随着惯性技术的不断发展，它的应用领域延伸到现代化交通运输、海洋开发、大地测量与勘探、石油钻井、矿井、隧道的掘进与贯通、机器人控制、现代化医疗器械、摄影技术以及森林防护、农业播种、施肥等民用领域。

光纤陀螺罗经的研制与应用研究进展

光纤陀螺罗经的研制与应用研究进展摘要本文描述了SFIM研制的单轴光纤陀螺和惯性测量装置。

描述了光纤陀螺罗经的应用领域和它在各种领域中被广泛应用的理由。

光纤陀螺仪的应用程序实现了从机械陀螺仪向集成混合导航系统的转变更新。

经过不断发展和攻关努力，现正专注小型化多轴的陀螺仪的研究。

最有希望的子系统是将旋转速率传感器与光纤陀螺仪巧妙的结合在一起的惯性测量组合。

1、引言单轴光纤陀螺仪的基本设计已经被完成。

而在研制领域中仍然需要在实际设计和现有的生产条件下提高限制和分析误差的性能，光纤陀螺仪不断更新发展的主要驱动力是降低成本的需要。

已知的设计有很多共同的特点，但也有不同的解决方案，以应对不同的应用领域中的具体问题。

单轴陀螺仪的销售机会是直截了当的替换在此之前的单轴机械陀螺仪；使用在极端特殊的二维导航任务中，作为无人飞行器的导向罗经；作为经典惯性传感器组件中的传感器由三个单独的陀螺仪和三个加速计组成；应对古典式陀螺仪在灵活性和环境条件都完成不了的极端特殊的测量工作。

新设计的驱动程序的多轴陀螺仪仍属于高功耗光纤陀螺仪，相比纯机械陀螺，其仍存在相当大的尺寸，而且造价又一次成为考虑的因素。

所有这些都是多轴光纤陀螺仪朝着解决信号处理的多路复用和光学组件的普遍应用的方向发展的原因。

2、单轴光纤陀螺仪2.1 设计和基本配置众所周知，在实际的FOG 中，光学部分是最小的配置。

电子信号的读取和处理高度的集成在一起，以联合的模拟和数字ASIC实现。

为了完成，简单的总结和重复设计的主要特点，如下所示：1、低成本的多模激光二极管作为光源，波长820nm，多达15mw的光功率射入单模光纤尾纤。

它安装在热电冷却器、唯独传感器和显示器二极管半蝴蝶包中。

2、多功能集成光学模块包括一个含有偏光片的辫状射出或输入通道、Y型分叉管和一对与钛非漫射波导安装在Z切理铌酸盐底片上的调相器。

3、保偏光纤用来做尾纤和纤维线圈，其长度为100m，一个Sagnac相移大约为1μrad，输入速率为1 ° / h。