光纤陀螺仪的原理及应用ppt课件
光纤陀螺仪的原理与应用
光纤陀螺仪的原理与应用1. 引言光纤陀螺仪（Fiber Optic Gyroscope，简称FOG）是一种基于光学原理的惯性导航仪器，用于测量和检测物体的角速度。
光纤陀螺仪在航空航天、导航定位、地震监测等领域有着广泛的应用。
2. 原理光纤陀螺仪的工作原理基于光的干涉现象。
其主要由光源、光纤环、检测器等组成。
•光源：光源发出具有特定波长的光信号。
•光纤环：光纤环是由光纤绕成的一个环状结构，一端接光源，另一端接检测器。
•检测器：检测器用于接收和检测光信号。
当光源发出光信号后，光信号会在光纤环中传播，形成一个封闭光路径。
当光纤环受到旋转等外界作用力时，由于光的波长不变，光信号在光纤环中的传播速度会受到影响，从而引起光的相位差的变化。
通过检测器检测到这一变化，可以得到物体的角速度信息。
3. 优势与应用光纤陀螺仪相较于传统的机械陀螺仪具有以下优势：•高精度：光纤陀螺仪具有高精度的角速度测量能力，能够实现微小角度的测量。
•稳定性：光纤陀螺仪的结构简单，没有磨损部件，因此具有较长的寿命和较好的稳定性。
•抗干扰能力强：光纤陀螺仪能够抵抗振动、温度变化等外界干扰，确保测量的准确性。
•体积小、重量轻：光纤陀螺仪相较于传统陀螺仪，具有体积小、重量轻的特点，适用于各种空间受限的环境。
由于光纤陀螺仪的优势，它在许多领域都有广泛的应用：•航空航天：光纤陀螺仪可以用于航空航天器的导航、姿态控制等，提高飞行安全性和精确度。
•自动驾驶：光纤陀螺仪可以用于自动驾驶车辆的定位和导航系统，实现精确的定位和路径规划。
•地震监测：光纤陀螺仪可以用于地震监测，实时检测地壳运动，提供地震预警。
•水下探测：光纤陀螺仪可以用于水下机器人的导航和定位，提供精确的水下探测能力。
4. 发展与未来趋势光纤陀螺仪是惯性导航技术的重要组成部分，随着科技的不断进步，光纤陀螺仪将继续发展并在更多领域应用。
•提高精度：目前的光纤陀螺仪已经具备较高的精度，但未来仍有提升空间。
光纤陀螺仪原理及其工程应用
仍有较大差距。光纤陀螺技术将成为 21世纪惯性技术重点发展方向 , 必将在我国获得更大发展 ,在军民两用领域得到更广泛应用。
光纤陀螺仪的工程应用
战术导弹制导 航天器姿态调整 卫星定位 精密航天器应用
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。
光纤陀螺仪具有的优点
仪器牢固稳定，耐冲击 结构简单，价格低廉 检测灵敏度和分辨率高 动态范围极宽 寿命长，信号稳定可靠 瞬时启动
光纤陀螺仪的工作原理
Sagnac效应
光纤陀螺的工作原理是基于萨格纳克(Sagnac)效应。萨纳克效 应是相对惯性空间转动的闭环光路中所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等的光，以相反的 方向进行传播，最后汇合到同一探测点。
效应。再通过角速度的时间积分即可确定旋转体的角位置或方位角。
光纤陀螺仪的分类
01 干涉型光纤陀螺仪(I—FOG) 02 谐振式光纤陀螺仪(R-FOG) 03 受激布里渊散射光纤陀螺仪(B-FOG)
光纤陀螺仪的分类
• 干涉型光纤陀螺仪(I—FOG)，即第一代光纤陀螺仪，目
前应用最广泛。它采用多匝光纤圈来增强SAGNAC效应，
01 一个由多匝单模光纤线圈构成的双光束环形干涉仪可提 供较高的精度。 按照检测相位的方法可分为 开环型（左图）和闭环型（右图）
光纤陀螺的工作原理
光纤陀螺的工作原理
光纤陀螺是一种基于光学原理的高精度运动惯量测量仪器，其原
理是利用当光束射入到一个旋转的光纤环路中时，会在光纤环路内发
生一系列干涉现象，从而利用干涉光束相移的变化来测量物体角速度、角位移等运动参数。
光纤陀螺主要由激光器、光源、光纤环路、光电探测器等几个关
键部件组成。
当激光器对光源进行激光，产生一束单色光束，然后将
该光束经过调制后，由一对耦合束分离器分为两路，一路沿顺时针方
向传播，另一路沿逆时针方向传播。
两路光束分别通过光纤环路后，
再次汇聚在耦合器上，随着光纤环路旋转，经过光纤激光束传输的长
度不同，导致从环路内射出的两路光束发生相位差异，这种相位差异
通过光电探测器接收后，就可以计算出物体的角位移和角速度。
与传统的机械陀螺相比，光纤陀螺优点明显，可以提供更高的精度、更宽的测量范围和更长的寿命。
由于光纤陀螺没有耗材和磨损部件，因此可大幅减小维护成本。
此外，光纤陀螺还可以通过多路合成，提高稳定性和精度。
但是，光纤陀螺也存在一些缺点。
例如，光纤陀螺仪器体积较大，价格较高，不便于小型化和成本控制。
此外，光纤陀螺的测量精度受
到环境温度、光纤长度等外部条件的影响，需要对相关技术进行调整
和优化，保证其测量稳定性和精度。
在实际应用中，光纤陀螺广泛用于导航、飞行器、地震监测、结构健康监测、姿态控制等领域。
随着科技的发展，光纤陀螺将其应用范围不断扩展，同时也在不断改进和创新，为人类的科技进步作出了重要贡献。
激光陀螺仪的原理与应用 ppt课件
Inertial components
Inertia measurement Inertial navigation Inertial stabilization Inertial guidance
Inertial device is the core of the inertial technology
② The optical path of RLG must be kept in a solid component, so the degree of FOG on the surrounding environment sensitiver than RLG.
③ RLG has some inherent drawbacks, such as mirrors, gas, and under
In 1975, Honeywell company developed the mechanical dithering frequency laser gyro, adopting the technology of laser gyro strapdown inertial navigation system truly entered the practical stage.
• Traditional inertial gyro has a high requirement on the process structures, complex structure, and the precision is restricted.
• R i n g l a s e r g y r o rotor rotating parts, not angular momentum, ring frame, also do not need direction angle sensor moving parts, such as simple structure, long working life, convenient maintenance, high reliability.
激光陀螺仪的原理与应用课件
1
Background
Basic principle 2
3 Main application
Research status 4
The research status of abroad
For the first time in 1963, the Sperry, the company successfully developed the ring laser gyro.
Inertial components
Inertia measurement Inertial navigation Inertial stabilization Inertial guidance
Inertial device is the core of the inertial technology
The actual model ----laser gyro relative interferometer
1
Background
Basic principle 2
3 Main application
① Most of the aircraft and civil aviation abroad F - 22, F - 35, SU - 30 aircraft, B747 and A320 civilian planes
The Principle and Application of Ring Laser Gyro
1
Background
Gyroscope: A sensor which has the ability to perceive
the running speed and maintain the direction of the type.
光纤陀螺
干涉式光纤陀螺仪(I—FOG)
第一代光纤陀螺仪，目前应用最广泛。它采用多匝光纤圈来增强SAGNAC 效应，一个由多匝单模光纤线圈构成的双光束环形干涉仪可提供较高的 精度，也势必会使整体结构更加复杂按照检测相位的方法可分为 开环型 和闭环型
开环干涉型光纤陀螺原理图
闭环干涉型光纤陀螺原理图
开&闭环光纤陀螺比较
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)
谐振式光纤陀螺仪(R-FOG)，是第二代光纤 陀螺仪，采用环形谐振腔增强SAGNAC效应， 利用循环传播提高精度，因此它可以采用 较短光纤。R—FOG需要采用强相干光源来 增强谐振腔的谐振效应，但强相干光源也 带来许多寄生效应，如何消除这些寄生效 应是目前的主要技术障碍。 与 I—FOG相比，R— FOG具有以下特点： A. 光纤长度短 ，降低了成本； B. 采用高相干光源，波长稳定性高； C. 检测精度高，动态范围大等。
光纤陀螺
பைடு நூலகம்
光纤陀螺仪
光纤陀螺是一种用于惯性导航的光纤传感器光纤陀螺(7)可与环形激光陀螺一起使用，构成各种惯导系统的传感器，尤其是捷联式惯导系统的传感器；(8)结构简单、价格低，体积小、重量轻。
4分类编辑按工作原理：干涉型光纤陀螺仪(I—FOG)，即第一代光纤陀螺仪，目前应用最广泛。
它采用多匝光纤圈来增强SAGNAC效应，一个由多匝单模光纤线圈构成的双光束环形干涉仪可提供较高的精度，也势必会使整体结构更加复杂；谐振式光纤陀螺仪(R-FOG)，是第二代光纤陀螺仪，采用环形谐振腔增强SAGNAC效应，利用循环传播提高精度，因此它可以采用较短光纤。
R—FOG需要采用强相干光源来增强谐振腔的谐振效应，但强相干光源也带来许多寄生效应，如何消除这些寄生效应是目前的主要技术障碍。
受激布里渊散射光纤陀螺仪(B-FOG)，第三代光纤陀螺仪比前两代又有改进，目前还处于理论研究阶段。
按光学系统的构成：集成光学型和全光纤型光纤陀螺。
按结构：单轴和多轴光纤陀螺。
按回路类型：开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺。
5技术问题编辑光纤陀螺自1976年问世以来，得到了极大的发展。
但是，光纤陀螺在技术上还存在一系列问题，这些问题影响了光纤陀螺的精度和稳定性，进而限制了其应用的广泛性。
主要包括：(1)温度瞬态的影响。
理论上，环形干涉仪中的两个反向传播光路是等长的，但是这仅在系统不随时间变化时才严格成立。
实验证明，相位误差以及旋转速率测量值的漂移与温度的时间导数成正比．这是十分有害的，特别是在预热期间。
(2)振动的影响。
振动也会对测量产生影响，必须采用适当的封装以确保线圈良好的坚固性，内部机械设计必须十分合理，防止产生共振现象。
(3)偏振的影响。
现在应用比较多的单模光纤是一种双偏振模式的光纤，光纤的双折射会产生一个寄生相位差，因此需要偏振滤波。
消偏光纤可以抑制偏振，但是却会导致成本的增加。
为了提高陀螺的性能．人们提出了各种解决办法。
包括对光纤陀螺组成元器件的改进，以及用信号处理的方法的改进等。
光纤陀螺仪原理
光纤陀螺仪原理光纤陀螺仪是一种利用光学原理测量角速度的仪器，其原理基于光的干涉和光纤的特性。
光纤陀螺仪具有高精度、高灵敏度和长寿命等优点，被广泛应用于航空航天、国防军工、地质勘探等领域。
本文将介绍光纤陀螺仪的原理及其工作过程。
光纤陀螺仪的原理是基于Sagnac效应。
Sagnac效应是指当光线沿着一个封闭的回路传播时，如果这个回路发生了旋转，光线在回路中就会产生干涉现象。
光纤陀螺仪利用这一原理来测量光线所受到的旋转影响，从而得到角速度的信息。
光纤陀螺仪由光源、光栅、光纤环和探测器等部件组成。
光源发出的光线经过光栅分成两束，分别沿着光纤环的两个方向传播。
当光纤环发生旋转时，两束光线会产生相位差，这种相位差会随着旋转角速度的变化而变化。
探测器接收到两束光线的干涉信号，通过测量干涉信号的变化来计算出光纤环的旋转角速度。
光纤陀螺仪的工作过程可以简单描述为，光源发出的光线经过光栅分成两束，分别沿着光纤环的两个方向传播，然后再次汇聚到探测器上。
当光纤环发生旋转时，两束光线会产生相位差，这种相位差会随着旋转角速度的变化而变化。
探测器接收到两束光线的干涉信号，通过测量干涉信号的变化来计算出光纤环的旋转角速度。
光纤陀螺仪具有许多优点，例如精度高、灵敏度高、响应速度快、使用寿命长等。
与传统的机械陀螺仪相比，光纤陀螺仪无需机械零件，因此具有更高的稳定性和可靠性。
此外，光纤陀螺仪还可以实现全方位测量，适用于复杂的工作环境。
总之，光纤陀螺仪利用光学原理和光纤技术实现了对角速度的高精度测量，具有广泛的应用前景。
随着光纤技术的不断发展和完善，光纤陀螺仪将在航空航天、国防军工、地质勘探等领域发挥越来越重要的作用。
光纤陀螺仪原理及其工程应用
光纤陀螺仪的工作原理
Sagnac效应
光纤陀螺的工作原理是基于萨格纳克(Sagnac)效 应。萨纳克效应是相对惯性空间转动的闭环光路中 所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等的光，以相反 的方向进行传播，最后汇合到同一探测点。
若绕垂直于闭合光路所在平面的轴线，相对惯 性空间存在着转动角速度，则正、反方向传播的光 束走过的光程不同，就产生光程差，其光程差与旋 转的角速度成正比。因而只要知道了光程差及与之 相应的相位差的信息，即可得到旋转角速度。
总体而言 ,我国在光纤陀螺关键技术及实用化上与 国外先进水平相比仍有较大差距。光纤陀螺技术将 成为 21世纪惯性技术重点发展方向 ,必将在我国获 得更大发展 ,在军民两用领域得到更广泛应用。
光纤陀螺仪的工程应用
战术导弹 航天器姿态 卫星定位 精密航天器
制导
调整
应用
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。
光纤陀螺仪的工作原理
设光纤圈直径为D；L为光纤敏感环的光纤总长度， 则：
式中：
被s称为比例因子，它表征光纤陀螺灵
敏度的大小。所
以通过检测相位差 ，就可以确定旋转角速度力 ， 这就Sagnac
效应。再通过角速度的时间积分即可确定旋转体的 角位置或方位角。
光纤陀螺仪的分类
01 干涉型光纤陀螺仪(I—FOG) 02 谐振式光纤陀螺仪(R-FOG) 03 受激布里渊散射光纤陀螺仪(B-FOG)
光纤陀螺仪
光纤陀螺仪光纤陀螺仪属于第四代陀螺仪——光学陀螺仪的一种，其基本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，回合到同一探测点，产生干涉。
若存在绕垂直于闭合光路所在平面的轴线相对惯性空间转动的角速度，则沿正、反方向传播的光束产生光程差，该差值与角速度成正比。
通过光程差与相应的相位差的关系，可通过检测相位差计算角速度。
它一般由光纤传感线圈、集成光学芯片、宽带光源和光电探测器组成。
与传统的机械陀螺仪相比，具有无运动部件、耐冲击、结构简单、启动时间短、灵敏度高、动态范围宽、寿命长等优点。
与另一种光纤陀螺仪——环形激光陀螺仪相比，光纤陀螺仪不需要光学镜的高精度加工、光腔的严格密封和机械偏置技术，能够有效克服了激光陀螺的闭锁现象，易于制造。
1、光纤陀螺仪的分类光纤陀螺仪按照不同的分类标准，有不同的分类结果。
按结构可分为单轴和多轴光纤陀螺，光纤陀螺的多轴化是其发展方向之一。
按其回路类型可分为开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺两类，开环光纤陀螺不带反馈，直接检测光输出，省去许多复杂的光学和电路结构，具有结构简单，价格便宜，可靠性高和功率消耗低等优点，缺点是靠增加单模光纤的长度来提高陀螺仪的灵敏度，输入输出线性度差，动态范围小，主要用作角度传感器。
闭环光纤陀螺包含闭环环节，大大降低光源漂移的影响，扩大了光纤陀螺的动态范围，对光源强度变化和元件增益变化不敏感，陀螺漂移非常小，输出线性度和稳定性至于相位变换器有关，主要应用于中等精度的惯性导航，对光纤陀螺的小型化和稳定性有重要作用，是高精度光纤陀螺研究的主要趋势。
按光学系统的构成可分为全光纤型和集成光学器件型。
全光纤型陀螺成本较低，但实现高精度的技术难度较大，大多用于精度要求不高和低成本的场合。
集成光学器件光纤陀螺在信号处理中可采用数字闭环技术，易于实现高精度和高稳定性，是目前最常用的光纤构成模式。
按性能和应用的角度可分为速率级、战术级和惯性级3个级别。
光纤陀螺仪原理及应用课件
光纤陀螺仪的应用
光纤陀螺仪在导航和惯性测量中具有广泛的应用。它被用于惯性导航系统、 无人机、机器人、地震监测和飞行器姿态控制等领域。
光纤陀螺仪在航空航天领域的 应用
光纤陀螺仪在航空航天领域具有重要的应用价值。它被用于飞行器导航、星 敏感器校准、航天器定位和控制等关键任务。
光纤陀螺仪未来的发展趋势
光纤陀螺仪的未来发展趋势包括提高精度和稳定性、减小体积和重量、降低成本，并结合其他传感器和技术实 现更复杂的功能。
光纤陀螺仪原理及应用课 件
欢迎大家来到光纤陀螺仪原理及应用课件。本课件将为您介绍光纤陀螺仪的 概述、工作原理、精度和性能、应用领域以及未来的发展趋势。
光纤陀螺仪的概述
光纤陀螺仪是一种基于光学原理的高精度角速度传感器，用于测量物体的转动状态。通过光学纤维在物体旋转 时产生的干涉效应来实现角速度测量。
光纤陀螺仪的工作原理
光纤陀螺仪利用Sagnac效应，即在旋转参考帧中光的光程差导致相位差，从 而测量旋转角速度。光纤螺旋形状的布局使其具有高灵敏度和稳定性。
光纤陀螺仪的精度和性能
光纤陀螺仪具有较高的精度和性能。其精度可达到每小时几百亿分之一度，稳定性较好，可广泛应用于导航、 惯性测量和姿态控制等领域。
《陀螺仪工作原理》课件
contents
目录
• 陀螺仪简介 • 陀螺仪的工作原理 • 陀螺仪的结构与组成 • 陀螺仪的特性与性能指标 • 陀螺仪的发展趋势与未来展望
01
陀螺仪简介
定义与作用
定义
陀螺仪是一种用于测量或维持方 向的工具，它基于陀螺的特性进 行工作。
作用
陀螺仪广泛应用于导航、航空、 军事等领域，用于确定方向、姿 态和角速度等参数。
高精度与高稳定性
通过技术创新和材料改进 ，提高陀螺仪的测量精度 和稳定性，满足高端应用 领域的需求。
多轴与多模式
开发多轴和多模式陀螺仪 ，实现同时对多个方向的 角速度测量，拓展陀螺仪 的应用范围。
智能化与网络化
结合物联网和人工智能技 术，使陀螺仪具备远程控 制和数据共享功能，提高 其实用性和便利性。
刚体性
定轴指向
在静态情况下，陀螺仪的旋转轴不会 因为外力的作用而发生弯曲或变形。
在静态情况下，陀螺仪的旋转轴能够 稳定地指向某一特定方向。
进动角速度与外力矩关系
当外力矩作用于陀螺仪时，陀螺仪的 旋转轴的进动角速度与外力矩的大小 成正比。
陀螺仪的性能指标
测量精度
陀螺仪能够准确测量旋转轴的 角度变化，其精度决定了陀螺
陀螺仪的种类
01
02
03
04
机械陀螺仪
利用旋转轴方向的惯性来测量 或维持方向。
光学陀螺仪
利用光束的干涉效应来测量角 速度。
激光陀螺仪
利用激光干涉效应来测量角速 度。
光纤陀螺仪
利用光纤的干涉效应来测量角 速度。
陀螺仪的应用领域
航海
用于船舶和潜艇的 导航和控制。
汽车
光纤陀螺概述PPT课件
图2 光纤陀螺工作原理图
第8页/共21页
第3节光纤陀螺的工作原理
由式( 1)-( 2) 计算可得:
t 4 R2 ………………（3）
c2
进而可以求得两束光之间的相位差:
s
t
8 A c
………………(4)
第9页/共21页
第3节光纤陀螺的工作原理
实际上为了提高测量精度、减小陀螺体积, 一般将总长度为L 的
内容安排
• 光纤陀螺的定义、简介、特点； • 光纤陀螺的分类； • 光纤陀螺的工作原理； • 光纤陀螺的误差分析； • 光纤陀螺的应用与发展。
第1页/共21页
第1节光纤陀螺的定义、简介、特点
中文名：光纤陀螺 英文名:Fiber Optical Gyro 定 义：应用激光及光导纤维技术测量物体相对于
相位偏置
2
的调M制器。
调制之后干涉光强度
图4 开环I- FOG 结构框图
为:
I I0 1sin(s )………………（7）
第14页/共21页
第4节光纤陀螺的误差分析
图5 光纤陀螺噪声来源机理
第15页/共21页
第4节光纤陀螺的误差分析
低精度的光纤陀螺的噪声主要表现为白噪声，而在中、 高
精度光纤陀螺的输出1 噪声中，除了高斯白噪声外，还
最大敏感度, 并能分辨 的极性, 应进行 相位偏置调制, 使陀
螺工作在灵敏度和线性度均最高的区域。 2
图3 干涉式光纤陀螺的响应
第13页/共21页
第3节光纤陀螺的工nac 相移, 并通过在光纤线圈
的一端放置压电陶瓷环PZT , 作为产生 结构如图4 所示。
惯 性空间的角速度或转动角度的无自转质量的新 型光学陀螺仪。
光纤陀螺仪原理
光纤陀螺仪原理光纤陀螺仪是一种利用光的干涉现象来测量角速度的仪器，它是一种高精度、高灵敏度的惯性导航传感器。
光纤陀螺仪的工作原理是基于光的干涉效应和相对论效应，它通过光的传播和干涉来测量旋转角速度，具有测量精度高、动态响应快、寿命长等优点，因此在航天、航空、导航等领域得到了广泛的应用。
光纤陀螺仪的基本结构包括光源、光栅、光纤环、探测器等部件。
光源发出的光经过光栅分成两束，分别沿着光纤环的两个相对方向传播，然后再次汇聚到探测器上。
当光纤环受到旋转作用时，光的传播路径会发生微小的变化，导致两束光之间产生相位差，通过测量相位差的变化就可以确定光纤环受到的旋转角速度，从而实现对角速度的测量。
光纤陀螺仪的工作原理可以用相对论效应来解释。
根据相对论效应的原理，当光在惯性参考系和非惯性参考系中传播时，会出现光程差，这种光程差的变化与参考系的旋转有关。
光纤陀螺仪利用这种原理来测量旋转角速度，通过测量光程差的变化来确定光纤环受到的旋转作用，从而实现对角速度的测量。
在实际应用中，光纤陀螺仪的测量精度受到多种因素的影响，包括光源的稳定性、光栅的精度、光纤环的稳定性等。
为了提高测量精度，需要对这些因素进行精确的控制和校准。
此外，光纤陀螺仪还需要考虑温度、振动等外界环境因素对测量精度的影响，因此在实际应用中需要进行相应的环境补偿和误差校正。
总的来说，光纤陀螺仪是一种基于光的干涉效应和相对论效应来测量角速度的高精度、高灵敏度的惯性导航传感器，它在航天、航空、导航等领域具有重要的应用价值。
通过对光的传播和干涉进行精确的测量，光纤陀螺仪可以实现对角速度的高精度测量，为导航和定位提供了可靠的技术支持。
随着光纤陀螺仪技术的不断发展和完善，相信它将在未来得到更广泛的应用和推广。
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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。
2
M CCW CCCW
M l
M ’
传输光程差
2 4 R L tc c
传输相位差
4 RL S 0c
(a)
(a)系统静止；(b)系统旋转
(b)
图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应
国防工业出版社年 2012 . 2
[2 ]《工程光学》 西安工业大学 韩 军、刘 钧 编著
干涉光线仪 装置安放处
道尼尔328客机
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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 I—FOG相比，R— FOG具有以下特点：
A. 光纤长度短 ，降低了成本； B. 采用高相干光源，波长稳定性高； C. 检测精度高，动态范围大等。
(a)
2 R tCW c R
(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
国防工业出版社 2012 .2
[2]《工程光学》 西安工业大学 韩 军、刘 钧 编著
光纤陀螺仪原理-Sagnac效应 Sagnac效应[2]
传输时间差
4 R t t t 2 CCW CW c
王巍 译 国防工业出版社
光纤陀螺仪的分类
干涉式光纤陀螺 ( I — FOG)
fibre optic gyroscope
谐振腔光纤陀螺 ( R— FOG)
布里渊型光纤陀螺( B— FOG)
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
光纤陀螺仪的原理及应用
Contents
1 2 3 4
什么是光纤陀螺仪
基本原理-sagnac效应
光纤陀螺仪的分类 光纤陀螺仪应用研究
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ω 的
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的Sagnac相移。
优点： 明显非线性 精度差 输入范围小 电路简单
缺点： 非线性严重 精度低 动态范围窄
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)
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）
宽带光源
ASE
耦合器 光电检测器
Y波导 光纤环
干涉光强信号
A/ D
逻辑电路
D/ A
转速信号
左图
右图
2001 ．4
[3] 王惠文．光纤传感技术与应用 [ M] ．北京 ： 国防工业出版社
调制电压信号
PIN
检测器
分束镜 光源
透镜
透镜
光纤线圈
光纤陀螺结构图
光纤陀螺仪原理-Sagnac效应 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
L 2 R t t CCW CW c c
如(b)所示，ω旋转条件下为
M CCW CCCW
M l
M ’
tCCW
2 R c R
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)
或受激布里渊散射光纤环形激光陀螺( B— FRLG) 。
干涉式光纤陀螺仪(I-fog)
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：
8A R c
[4]
※A为光传播路径包围的面积一般的向量表达
[4]《The Fiber-Optic Gyroscope 》 Hervé C.Lefèvre 著 张 贵 才
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)，
光纤陀螺仪的应用
战术导弹制导
B
陆地交通导航
A
fibre optic gyroscope
C
航天器姿态调整
精密航天器应用
E
D
卫星定位
还有很多很多……
光纤陀螺仪的应用
[5]
[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 , 20001169 - 172.
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。
光纤陀螺仪的应用 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：
新型全固态惯性仪表。[1]
机械陀螺
光纤陀螺仪
光纤陀螺
[1] 孙 丽 ， 王 德钊．光纤陀螺的最新 进展 [ J ] ． 航 天 控 制 ， 2 0 0 3， ( 3 )：7 5— 8 0 ．
fibre optic gyroscope
光有旋转部件和摩擦部件 寿命长 动态范围大 瞬时启动
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