浅谈光纤陀螺技术及其工程应用
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。
光纤通信中的光纤陀螺技术研究
光纤通信中的光纤陀螺技术研究光纤通信在现代通信技术中占有重要的地位，它不仅提高了网络的传输速率和带宽，还提高了网络的可靠性和安全性。
光纤通信中的光纤陀螺技术是一项核心技术，可以在光学通信领域中发挥出重要作用。
本文将详细探讨光纤陀螺技术的原理、应用场景以及当前的研究进展。
一、光纤陀螺技术的原理光纤陀螺是一种将惯性导航传感器的想法与光学传感技术结合的仪器。
它利用光的属性，通过测量光的干涉来检测旋转，并利用检测到的旋转来确定具体方向。
其原理是采用光纤中的光纤环作为检测器，利用光纤中的两束激光束在光纤环中反射出现出变幻，使用光电探测器处理输出信号，可以实时地监测到旋转角速度。
二、光纤陀螺技术的应用场景光纤陀螺技术被广泛应用于惯性导航、火箭制导、天然气采集、地震勘查、精密测量、地球物理勘探、卫星通讯等领域。
以航空领域为例，航空领域的惯性导航系统需要计算对象在空间三维坐标系中的运动状态，并根据该状态实现精确导航和定位。
在这个过程中，光纤陀螺技术可以通过检测飞机的旋转来计算出飞机在空间中的角度和速度，从而帮助导航系统实现更为精确的定位和导航。
三、光纤陀螺技术的研究进展近年来，光纤陀螺技术在实际应用中广泛受到关注，并且取得了一系列令人瞩目的研究进展。
例如，近期研究人员提出了一种高精度、高灵敏度的光纤陀螺，该系统使用了独特的“光纤耦合式陀螺”技术，能够实现在恶劣环境下的高精度测量。
此外，研究人员还提出了一种基于光纤陀螺的高精度声波测量方法，该方法可以实时监测地球板块的运动，并精确测定板块之间的位移。
总之，光纤陀螺技术不仅是一种重要的光学传感器技术，而且是现代通信业中的重要一环。
通过不断地研究和发展，光纤陀螺技术在未来的发展中有望进一步提高其可靠性和实用性，推动光学通信领域的发展。
光纤陀螺线形检测系统的数据处理方法及应用研究
05
结论与展望
研究成果与结论
研究成果
本研究提出了一种基于光纤陀螺的线形检测系统，并对其数据处理方法进行了深入探讨。通过实验验 证，该系统能够实现高精度、实时、在线的线形检测，为工业生产和质量控制提供了新的解决方案。
结论
本研究成功地开发出一种基于光纤陀螺的线形检测系统，并对其数据处理方法进行了详细研究。实验 结果表明，该系统具有高精度、实时、在线等优点，具有广泛的应用前景。
闭环控制系统
光纤陀螺仪是一个闭环控制系统，能够实时感知和修正误差。
光纤陀螺线形检测系统组成
01
02
03
光学干涉系统
由光源、分束器、反射镜 和检测器组成，用于产生 和检测干涉条纹。
信号处理系统
对采集到的干涉条纹信号 进行处理，提取角速度信 息。
控制与驱动系统
控制反射镜的转动，并对 角速度信息进行修正和输 出。
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THANKS
模型评估
采用测试数据集对模型进行评估，比较模型预测结果与实际结果 的差异，确保模型的可靠性和准确性。
04
光纤陀螺线形检测系统的 应用研究
在姿态控制中的应用
总结词
精确、灵敏、可靠
详细描述
光纤陀螺线形检测系统在姿态控制中具有显著的应用价值。由于其具有较高的测量精度和灵敏度，以及可靠的 数据输出，使其成为姿态控制系统中的重要组成部分。通过将光纤陀螺线形检测系统应用于姿态控制中，可以 实现对飞行器、卫星等高速运动体的精确姿态控制，提高其稳定性和导航精度。
《光纤陀螺线形检测系统的 数据处理方法及应用研究》
2023-10-28
contents
目录
• 引言 • 光纤陀螺线形检测系统概述 • 光纤陀螺线形检测系统数据处理方法 • 光纤陀螺线形检测系统的应用研究 • 结论与展望
光纤陀螺的制造技术研究与应用
光纤陀螺的制造技术研究与应用光纤陀螺是一种测量角速度的设备，通过利用光线的传播速度差异来实现角速度的测量。
在现代化的航空航天、军事和工业领域中，光纤陀螺已经成为必不可少的重要设备之一。
本文将介绍光纤陀螺的制造技术研究与应用。
一、光纤陀螺的原理光纤陀螺的原理基于斯特兰效应，即在旋转物体中，光线经过旋转物体后会发生相移。
而光纤陀螺就是利用这一原理，通过光线的传播速度差异来测量旋转物体的角速度。
光纤陀螺包括两个光纤环和一个激光器。
激光器会把激光通过一个60度的分束器，将激光分成两束光，然后通过两个内部反射镜再分别穿过两个光纤环。
当旋转物体旋转时，光线在穿过光纤环的过程中会发生斯特兰效应，导致两束光线相位差异发生变化。
这个相位差异会通过两个光纤环传递回激光器，最终通过检测器进行检测。
因为斯特兰效应的微小特性，光纤陀螺能够极其精确地测量旋转物体的角速度。
二、光纤陀螺的制造技术1. 光纤制备技术光纤的制备是生产光纤陀螺的关键技术之一。
制备高品质的光纤需要高质量的光纤原料、优良的制备设备和经验丰富的技术人员。
目前，国内外的光纤制备设备、技术和制备经验已经十分成熟。
2. 光纤陀螺的组装技术光纤陀螺的组装过程也非常重要，组装技术的精度决定了光纤陀螺的性能。
组装过程包括环与环的连接、传输路线的安排和组件的安装等环节。
组装过程需要耐心、精确的手工操作，同时保持专业的技术水平和对设备的深刻了解，保证组装过程的准确性和稳定性。
3. 工艺技术的创新随着科技的进步和需求的不断提高，光纤陀螺的工艺技术也在不断创新。
其中，新的设计模式和材料技术是光纤陀螺行业创新的重要方向。
由于光纤陀螺的精确度和可靠性要求非常高，因此新材料与全新的设计模式对于提高这种精确度和可靠性非常关键。
三、光纤陀螺的应用1. 航空航天光纤陀螺在航空航天领域中被广泛应用，用于测量卫星、飞机、导弹等的角速度和方位角。
光纤陀螺可以保证高精度和尺寸小巧，因此可以在航空航天装备中长期稳定地工作。
光纤陀螺仪技术的发展与研究
光纤陀螺仪技术的发展与研究一、引言光纤陀螺仪是一种通过利用光（或电磁波）的干涉效应，测定角速度的高精度陀螺仪，广泛应用于惯性导航、航天、测绘和制导等领域。
随着光纤技术和信息技术的迅猛发展，光纤陀螺仪已经成为高科技领域不可或缺的重要工具之一。
本文将主要探讨光纤陀螺仪技术的发展和研究，通过分类介绍，详细阐述其原理、特点和应用。
二、光纤陀螺仪分类1. 常规光纤陀螺仪常规光纤陀螺仪具有独特的双波长光源、光学路径、检波器和信号处理方法。
其原理基于旋转对光波传播速度产生的不同效应，通过不同的光学干涉方法，最终实现对角速度的精准测量。
常规光纤陀螺仪具有精度高、抗干扰能力强、稳定性好等特点。
广泛应用于惯性导航、飞行器姿态控制、地震测量等领域。
但其灵敏度和稳定性也受到机械和光电元器件的影响，因此需要优化技术和材料、加强可靠性等方面的研究工作。
2. 纤维光栅陀螺仪纤维光栅陀螺仪是利用光纤光栅的干涉效应实现的陀螺仪。
其原理基于声学波的激发和布拉格反射，通过声学-光学相互转换，实现对角速度的高精度测量。
相对于常规光纤陀螺仪，纤维光栅陀螺仪具有灵敏度高、体积小、重量轻、功耗低等优点，可应用于重量限制的场合。
然而其对温度和振动等环境干扰的敏感性也较高，需要进行相应的技术研究和优化。
3. 拉曼光纤陀螺仪拉曼光纤陀螺仪是利用拉曼散射效应实现的陀螺仪。
其原理是通过光场的拉曼反散射，实现光波的频移和相移，从而测量系统的角速度。
相对于常规光纤陀螺仪和纤维光栅陀螺仪，拉曼光纤陀螺仪具有灵敏度高、免受磁场干扰等优点，因此在航天器的导航、高精度地震测量、地下勘探等领域有着广泛的应用。
但其可测量范围较窄，信噪比偏低等问题也需要进一步改进。
三、光纤陀螺仪技术发展光纤陀螺仪技术的发展是基于光纤制造、光学设计、信号处理等多个领域的紧密结合。
近年来，其研究方向主要包括以下三个方面：1. 新型传感器和器件新型光纤传感器和器件的出现，极大地推进了光纤陀螺仪技术的发展。
光纤陀螺技术及其应用
光纤陀螺技术及其应用张伟伟（河南大学物理与电子学院，开封 475001）光纤陀螺是建立在Sagnac 效应基础上的光学干涉仪，主要用来检测外部载体的运动角位移和角速度。
光纤陀螺与机械陀螺和激光陀螺相比具有结构简单，体积小，质量轻，成本低，灵敏度和分辨率高等一系列优点，引起了国内外人们极大的重视和强烈的兴趣。
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。
但是由于光纤陀螺其传感元件光纤线圈对各种物理量极为敏感会产生陀螺噪声，而且本身固有物理结构，光源质量，光学器件，光探测器等一起也会形成复杂噪声源影响光纤陀螺的灵敏度使精度下降。
目前，国内光纤陀螺仪研制水平与国外相比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。
因此，对于光纤陀螺我们还需要不断地进行研究，以求研制出满足各行各业需要的实用的光纤陀螺。
1 光纤陀螺基本原理各种类型的光纤陀螺，其基本原理都是利用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而已。
Sagnac 效应是指当一环形光路在惯性空间绕垂直于光路平面的轴转动时，光路内相向传播的两列光波之间，将因光波的惯性运动而产生光程差，从而导致两束相干光波的干涉。
该光程差对应的位相差与旋转角速率之间有一定的内在联系，通过对干涉光强信号的检测和解调，即可确定旋转角速率。
如图1所示为光纤陀螺原理示意图，从A 点入射的光被分束器分成等强的两束光,反射光a 进入光纤线圈沿逆时针方向传播，透射光b 被反射镜反射回后又被分束器反射，进入光纤线圈沿顺时针方向传播。
两束光绕行一周后，又在分束器汇合。
当干涉仪无旋转时，沿相反方向传播的两束光绕行一周的光程相同，即两束光波的光程差为0。
当干涉仪绕着其垂直轴以角速度Ω（设逆时针方向为正方向）旋转时，沿相反方向传播的两束光绕行一周的光程和时间就不再相等，其时间差和光程差分别为：2224()a b R t T T c R π∆=-=Ω-Ω Ω≈∆=∆cR t c L 24π（()22Ω>>R c ） 所以光纤环中两束光之间的相移为：Ω=∆=∆λπλπϕc RL 4L 2（R L π2=为光纤环的周长）图1 圆形萨格奈克干涉仪一般情况下，光纤陀螺采用的是多匝光纤线圈（N 匝）的光纤环，两束光绕行N 周再次汇合时的相移应为： Ω=Ω=∆K c RLN λπϕ4（λπc RLN K 4=为光纤陀螺的标度因数）这表明两束光的光程差与输出相移与旋转角速度Ω成正比，所以只要测得光程差或相移就可以求出转动角速度Ω。
光纤陀螺仪的发展及应用
光纤陀螺仪的发展及应用光纤陀螺仪是一种基于光学原理的精密仪器，用于测量和检测物体的角速度和角位移。
它的工作原理是利用光纤作为传感器，在光的干涉和干扰效应下实现对角速度进行精确测量和计算。
光纤陀螺仪具有高精度、快速响应、长寿命和抗干扰性强等优点，因此在航空航天、导航、地震监测和工业控制等领域得到广泛应用。
光纤陀螺仪的发展经历了几个重要的阶段。
最早的光纤陀螺仪出现在20世纪70年代，它使用了光纤作为传感器，在光的干涉效应下实现对角速度的测量。
然而，当时的光纤陀螺仪体积庞大、价格昂贵、性能不稳定，限制了其在实际应用中的推广和应用。
随着技术的发展，光纤陀螺仪逐渐趋于小型化、高精度化和低功耗化。
在20世纪90年代，研究人员提出了一种新的光纤陀螺仪结构，即光纤环结构。
这种结构有效地实现了对光在光纤中传播时产生的微小光程差的测量，大大提高了陀螺仪的灵敏度和稳定性。
近年来，随着光纤技术的不断进步，光纤陀螺仪实现了更高的分辨率、更低的噪声和更宽的测量范围。
同时，光纤陀螺仪的体积也不断减小，造价也大大降低，使得其在大规模商业化应用中更具有竞争力。
光纤陀螺仪目前在航天航空领域有着广泛的应用。
它可以用于飞行器的导航、姿态控制和稳定系统，实时测量飞行器的角速度和绕各轴旋转角度，从而保证飞行器的安全和稳定。
光纤陀螺仪还可以用于航天器的精确定位和导航，为太空探测任务提供准确的数据支持。
此外，光纤陀螺仪还被广泛应用于民用领域。
例如，光纤陀螺仪可以用于汽车导航系统，提供准确的行驶方向和距离信息；在地震监测中，光纤陀螺仪可以实时监测地壳的变化，预警地震；还可以在工业控制系统中实现精确的角位移测量和控制，提高生产过程的自动化和智能化水平。
总的来说，光纤陀螺仪以其高精度、快速响应和抗干扰性强的特点，成为现代导航和控制系统中不可或缺的重要元件。
随着技术的进一步发展，相信光纤陀螺仪在更多领域的应用前景将更加广阔。
光纤陀螺用途
光纤陀螺用途一、引言随着科技的不断发展，光纤陀螺作为一种新型的惯性导航技术，越来越受到人们的关注。
它具有高精度、高稳定性和长寿命等优点，在航空、航天、军事、海洋等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍光纤陀螺的用途。
二、光纤陀螺概述光纤陀螺是利用光学原理实现惯性导航的一种装置，其基本原理是利用磁悬浮技术将旋转体浮起，通过角速度传感器检测旋转体的旋转角速度，再通过信号处理电路计算出姿态信息。
与传统机械式陀螺相比，光纤陀螺具有更高的精度和稳定性。
三、航空领域1.民用飞机导航系统在民用飞机中，光纤陀螺被广泛应用于惯性导航系统（INS）中。
INS是一种独立于地面设施的全球定位系统（GPS）辅助导航系统，可以提供飞机在三维空间中的位置、速度和姿态信息，具有高精度、高可靠性和长时间稳定性等优点。
光纤陀螺作为INS中的核心部件，可以实现飞机在空中的准确导航。
2.军用飞机导航系统在军用飞机中，光纤陀螺也被广泛应用于INS中。
与民用飞机不同的是，军用飞机需要更高的安全性和隐蔽性。
光纤陀螺具有高精度、高稳定性和防干扰能力强等特点，可以满足军用飞机对导航系统的严格要求。
四、航天领域1.卫星姿态控制在卫星上，光纤陀螺可以作为卫星姿态控制系统（ACS）中的一部分，实现卫星在轨道上的精确定位和精确控制。
ACS可以通过调整卫星各个部分的姿态来实现多种功能，如通信、遥感、导航等。
光纤陀螺具有高精度、长寿命和抗辐射能力强等特点，在卫星姿态控制方面具有重要应用价值。
2.空间望远镜空间望远镜是一种用于观测天体的装置，需要具备高精度、高稳定性和长时间稳定性等特点。
光纤陀螺可以作为空间望远镜的姿态控制系统，实现望远镜的精确定位和精确控制，提高观测精度和可靠性。
五、军事领域1.导弹制导系统在导弹制导系统中，光纤陀螺可以作为惯性导航系统（INS）中的核心部件。
利用INS可以实现导弹的准确制导和打击目标。
光纤陀螺具有高精度、高稳定性和抗干扰能力强等特点，在军事领域具有重要应用价值。
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）
陀螺仪技术进展及其在导航和航空领域中的应用
陀螺仪技术进展及其在导航和航空领域中的应用引言：导航和航空领域中，陀螺仪技术扮演着重要角色。
陀螺仪以其高精度和高鲁棒性，成为现代航空器和导航系统中不可或缺的组成部分。
随着技术的进步，陀螺仪技术不断发展，其应用领域也在不断扩大。
本文将探讨陀螺仪技术的进展，并详细介绍它在导航和航空领域中的应用。
一、陀螺仪技术的进展陀螺仪技术是基于陀螺效应的原理而实现的一种测量仪器。
它可以检测和测量物体的旋转和角度变化，并将这些信息转化为电信号输出。
随着科技的不断进步，陀螺仪技术也在不断发展。
1. 光纤陀螺仪光纤陀螺仪是一种基于光纤干涉原理的陀螺仪。
它通过测量光束在光纤中传输时的干涉效应，来确定物体的旋转角度。
光纤陀螺仪具有高精度、快速响应和较长寿命等优势，被广泛应用于航空、导航以及地震监测等领域。
2. MEMS陀螺仪MEMS陀螺仪是一种微型化的陀螺仪，采用微电子机械系统（MEMS）技术制造。
它具有体积小、重量轻、功耗低的特点，适用于嵌入式设备和消费电子产品。
然而，由于其精度相对较低，主要用于一些对精度要求不高的应用场景。
3. 激光陀螺仪激光陀螺仪利用激光和干涉原理，测量物体旋转产生的角位移。
相比于传统的机械陀螺仪，激光陀螺仪具有更高的精度和更长的工作寿命。
它被广泛应用于航空导航、船舶定位和无人车辆等领域。
二、陀螺仪在导航中的应用导航系统中的陀螺仪主要用于测量车辆、船舶、飞机等运动物体的姿态和方位。
通过与其他传感器（如加速度计）组合使用，陀螺仪可以提供更准确的导航信息。
1. 惯导系统惯性导航系统是一种不依赖外部参考物的导航系统。
它通过陀螺仪和加速度计等传感器，测量和计算物体的位置、速度和姿态。
惯导系统广泛应用于航空、航海和导弹等领域，能够在无法接收卫星信号的环境下提供可靠的导航解决方案。
2. 电子稳定平台电子稳定平台是一种利用陀螺仪技术来稳定摄像机或传感器的装置。
它可以通过实时测量物体的角度变化，并根据这些数据来控制摄像机或传感器的姿态，使其始终保持水平或指定的角度。
光纤陀螺技术及应用分析
・
１ ・ ０
・论 文与报 告・
航 空兵器
２０ ０２年第 ４期
光 纤 陀 螺技 术 及 应 用 分析
傅元良 莫 波
（ 北京理工 大学机 电工程 学院 北 京，１０８ ） ００ １
摘
要 ： 述 了光 纤 陀螺的 工作 原 理 和 发展 历 史 、 状 及趋 势 ，介 绍 了一 种新 型 的 叙 现
式 中 ，￡ Ｒ、 、 分 别 表 示光纤 圈长度 、 纤 圈半径 、 、 ｃ 光 光速 、 光波 长 。这样 便 可通 过检 测相位 差 △ 来 获 得
现 ， 学 陀 螺 在 陀 螺技 术 史 上 揭 开 了崭 新 一 页 。激 光
光 陀螺作 为 第一代 的光学 陀螺 ， 中 、 精 度应 用 中 在 低 已进 入实 用 化 。１７ ９６年 ， 国 Ｕａ 学 的 Ｖ．ａ 和 美 ｔ ｈ大 Ｖｌ ｉ Ｒ． ．ｈｒ ｉ 首 次 提 出 了 光 纤 陀 螺 （Ｏ 的概 念 。 Ｗ Ｓｏｔｌ ｈｌ Ｆ Ｇ） 它标 志 着 第 二 代 的光 学 陀 螺—— 光 纤 陀 螺 的诞 生 。 至今 ， 光纤 陀 螺 的精 度 与 最初 相 比提 高 了整 整 ６个
起 ，只是 Ｂ Ｏ Ｆ Ｇ尚处 于原理 性研 究 阶段 。
具 体方 案 有差 动频 率 传播 法 和 锯 齿 波 相位 调 制 反馈
法 。由于 模拟 电路 温 漂严重 ， 量范 围不 宽 ， 便于 测 不
集 成 、 差 补偿 和系 统应 用 ，因此 随着 超大 规模 数 字 误 集 成 电子技 术 的发 展 ，新 的高 性 能 光纤 陀螺 普 遍倾 向于采 用数 字 闭 环检 测 系统 ，其 代 表技 术 就 是 数字 线 性 调频技 术 （ ｉｔ ｅ ｏｙｅ ｅｈｉ ｅ ， 称 为数 ＤｇａＳｒ ｄｎ ｃｎｑ ） 也 ｉｌ ｒ Ｔ ｕ
光纤陀螺仪原理及其工程应用
光纤陀螺仪原理及其工程应用光纤陀螺仪的基本构成由光源、光纤环、探测单元组成。
光源波长单色一致的激光，被光纤环分成两个光路，分别是顺时针和逆时针方向。
当光沿两个光路经过光纤环传播后，两束光会重合，形成干涉。
若光纤环不发生任何旋转，则两束光在探测单元中产生完全相干干涉。
但若光纤环发生了旋转，对应的光程差会发生变化，从而干涉现象也会发生变化，通过观察干涉光强的变化，就可以得到光纤陀螺仪的输出信号，进而计算出旋转角速度。
光纤陀螺仪在航空航天、导航定位、地震监测以及智能交通等领域中有着重要的应用。
在航空航天中，光纤陀螺仪可以用于飞行器的姿态控制、导航定位和惯性导航系统等，可以实现精确的飞行操作和导航定位。
在地震监测中，可以利用光纤陀螺仪对地震产生的地壳运动进行精确测量，以便及时预警和采取应急措施。
在智能交通领域中，光纤陀螺仪可以用于地铁、高铁等交通工具的导航定位和运行控制中，确保交通运行的精准和稳定。
另外，光纤陀螺仪还可以应用于油井钻井、测量仪器、无人车等领域。
在油井钻井中，可以利用光纤陀螺仪实现井深测量和定向钻井，提高钻井效率和精确度。
在测量仪器领域，光纤陀螺仪可以用于惯性测量单元、陀螺仪罗盘等设备中，实现精确的测量和定位功能。
在无人车领域，光纤陀螺仪可以用于自动驾驶系统中，提供准确的姿态和角速度信息，以实现安全稳定的驾驶。
综上所述，光纤陀螺仪具有高精度、稳定性好、抗振能力强等特点，使其在航空航天、导航定位、地震监测以及智能交通等领域中得到了广泛的应用。
随着技术的不断发展和创新，光纤陀螺仪在工程应用中将会有更广阔的前景和应用空间。
光纤陀螺仪原理及其工程应用
光纤陀螺仪的发展现状
• 到目前为止 ,光纤陀螺已从供战术应用的低精度型向导航用的中精度
和高精度型发展 ,以光纤陀螺为基础的惯性系统也开始在越来越多的 场合得到应用。
• 随着我国工业现代化的发展 ,各领域对光纤陀螺的需求越来越大。北
京理工大学、北京航空航天大学等都开展了光纤陀螺的研制并取得了 较大的成果。
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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）
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光纤陀螺仪的分类
• 谐振式光纤陀螺仪(R-FOG)，是第二代光纤陀螺仪，采用环
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光纤陀螺仪的发展现状
• 光纤陀螺的发展是日新月异的。许多大公司出于对其市场前景的看好，
也纷纷加入到研究开发的行列中来。由于光纤陀螺在机动载体和军事 领域的应用甚为理想，因此各国的军方都投入了巨大的财力和精力。
• 目前一些发达国家如美、日、德、法、意、俄等在光纤陀螺的研究方
面取得了较大进步，一些中低精度的陀螺已经实现了产品化，而少数 高精度产品也开始在军方进行装备调试。
• 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。
14Βιβλιοθήκη 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。
光纤陀螺仪的原理及应用
光纤陀螺仪的发展现状和趋势
光纤陀螺仪目前已经取得了长足的发展，技术不断进步。未来，随着对导航 和姿态测量需求的增加，光纤陀螺仪有望实现更高的精度和更广泛的应用。
光纤陀螺仪的技术挑战和解决 方案
光纤陀螺仪在实际应用中仍面临一些挑战，如温度漂移、光纤损耗等问题。 为了解决这些问题，科学家们正在努力开发新的材料和技术，以提高光纤陀 螺仪的性能。
光纤陀螺仪的应用领域
• 航空航天：飞机、导弹、卫星等导航定位系统 • 智能交通：自动驾驶、船舶姿态控制 • 工业制造：机器人导航、运动控制 • 科学研究：地震仪、地壳运动监测 • 军事：导弹发射控制、舰船、战车稳定控制
光纤陀螺仪的优势和特点
• 高精度：能够测量非常微小的角速度变化 • 高稳定性：对温度、震动等环境因素的影响较小 • 长寿命：光纤陀螺仪无机械零件，寿命长 • 抗干扰能力强：能够在复杂环境下工作
光纤陀螺仪的原理及应用
光纤陀螺仪是一种基于光学原理Fra bibliotek高精度惯性测量装置，广泛应用于导航、 航空航天、智能交通等领域。
光纤陀螺仪的定义及基本原理
光纤陀螺仪是通过利用光的干涉现象来测量角速度的一种设备。它基于狭缝 效应，通过检测光纤中光传输的相位变化来计算角速度。
光纤陀螺仪的工作原理
光纤陀螺仪利用角速度对光纤中光的相位差的影响，通过探测这一差异来测 量角速度。光纤陀螺仪通过光源、光纤、光路、检测器等组成，实现对角速 度的测量。
结论和展望
光纤陀螺仪作为一种高精度的惯性测量装置，具有重要的应用价值。随着技术的进一步发展和需求的增加，光 纤陀螺仪将在更多领域得到应用，并为社会发展做出更大的贡献。
光纤陀螺技术及应用
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光纤陀螺仪及其应用
光纤陀螺仪及其应用引言光纤陀螺仪是一种基于光纤技术制造的高精度陀螺仪，具有广阔的应用前景。
它在现代科技领域，如测量速长、角速度、导航系统、机器人控制等方面发挥着越来越重要的作用。
本文将详细介绍光纤陀螺仪的基本原理及在各领域的应用，并展望其未来发展。
光纤陀螺仪的基本原理光纤陀螺仪主要利用光的干涉原理来测量角速度。
在光纤陀螺仪中，激光束被分成两路，分别沿不同的路径传输，然后再合并。
当光纤环路中存在角速度时，两路光束的相位差会发生变化，通过测量相位差即可计算出角速度。
关键技术包括光捕捉、光路传输及数字信号处理等。
光纤陀螺仪的应用领域1、测量速长：光纤陀螺仪可以用于测量物体的速度和长度。
通过测量物体在不同位置的速度，结合光纤陀螺仪的高精度测角技术，可以计算出物体的长度。
2、角速度：光纤陀螺仪在军事、航空航天、无人驾驶等领域中被广泛应用于测量角速度。
例如，在导弹制导、无人机飞行控制、车船驾驶等场景中，需要精确的角速度信息来确保精确打击或安全行驶。
3、导航系统：光纤陀螺仪是惯性导航系统中的重要组成部分。
在卫星导航系统中，光纤陀螺仪可以提供高精度的角速度和加速度信息，与卫星信号相结合，实现更加精确的导航。
4、机器人控制：在机器人控制领域，光纤陀螺仪可以用于监测机器人的姿态和角速度，以确保机器人的精确动作和稳定运行。
特别是在一些恶劣环境（如高温、低温、强电磁场等）中，光纤陀螺仪更是具有其他类型陀螺仪无法比拟的优势。
光纤陀螺仪的未来展望随着科技的不断发展，光纤陀螺仪的技术也在不断进步。
未来，光纤陀螺仪将朝着更高精度、更小体积、更低成本、更高可靠性方向发展。
同时，随着5G、物联网、人工智能等技术的快速发展，光纤陀螺仪的应用场景也将越来越广泛。
市场潜力巨大，为光纤陀螺仪的发展带来了更多的机会和挑战。
结论光纤陀螺仪作为一种重要的传感器，在测量速长、角速度、导航系统、机器人控制等领域中具有广泛的应用。
本文详细介绍了光纤陀螺仪的基本原理及在各领域的应用，并展望了其未来的发展。
光纤陀螺的原理及应用
光纤陀螺的原理及应用1. 引言光纤陀螺（Fiber Optic Gyroscope，简称FOG）是一种利用光学原理测量旋转的装置。
它通过光的干涉效应来感知旋转角速度，广泛应用于导航、航天、船舶、航空等领域。
本文将介绍光纤陀螺的工作原理和应用。
2. 光纤陀螺的工作原理光纤陀螺的工作原理基于Sagnac效应。
当光沿着一个闭合环路传播时，如果环路在一个平面内以某一速度旋转，光将会沿着环路两个方向分别传播一段距离，而在环路中会产生两束具有不同光程差的光。
当这两束光重新相遇时，它们会发生干涉。
根据Sagnac效应，干涉产生的结果与旋转角速度成正比。
通过测量干涉信号的相移，可以获得旋转角速度的信息。
3. 光纤陀螺的结构光纤陀螺一般由光纤环路、光源、探测器和信号处理器等部分组成。
光纤环路是光纤陀螺中最核心的部分，通常采用一个闭合的环路，光纤被环绕在其中。
环路一般通过一定的结构和材料来保持其稳定性和刚度。
光源发出一束光，经过分光器分成两束光，分别经过光纤环路的两个不同方向传播。
这里的光源一般采用激光器，因为激光的光线干涉效应最为显著。
探测器接收到光纤环路中两束光重新相遇后产生的干涉信号，并将其转化为电信号。
信号处理器对探测器接收到的电信号进行放大、滤波和数字化处理，然后通过算法获取旋转角速度的信息。
4. 光纤陀螺的优势相比传统的机械陀螺，光纤陀螺具有以下优势：•高精度: 光纤陀螺可以实现更高的精度，达到0.01度/小时甚至更高的级别。
•高灵敏度: 光纤陀螺可以感知更小的旋转角速度，对于微小运动的测量非常有优势。
•快速响应: 光纤陀螺的响应速度非常快，可以在毫秒甚至微秒级别对旋转进行测量。
•高可靠性: 光纤陀螺不需要机械部件，减少了零部件运动带来的磨损和故障风险。
•可扩展性: 光纤陀螺可以通过增加光纤环路的长度来提高精度和灵敏度。
5. 光纤陀螺的应用光纤陀螺在以下领域有广泛的应用：5.1 航天导航光纤陀螺被广泛用于航天器的姿态控制和导航系统。
光纤陀螺技术及其应用
纤 陀螺 的理论 基础 。
（） １
／ｏ ＬＣ
式 中， 为光路 所包 围 的面积 ，对 于光 纤线 圈而言 ，
Ｓｚ２ ＝ Ｒ ；Ｎ为光纤匝数； 为光波长 ； 为真空中的 ｃ ０ ｃ
圈的延伸长度制成 的，无需截断光纤，因此精度较
前 者更胜 一 筹 。
图 １ 光纤 陀螺 仪 原 理 图
３ 光纤 陀螺 的关键技术和待解决 的
问题
３１ 纤熔 接技 术 ．光 光 路 连 接 时进 行 的光 纤熔 接 效 果可 能会 对 光 纤陀螺 仪 的整体 性 能产生很 大 影响 ，所 以在 光路 设
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目前 ，光纤 陀螺 仪主 要用 于在汽 车 自动导航 系 统 、汽 车姿态 控制 系统 、汽车 控制 仪器 。另外 ，在 列 车导 航 中也有 应用 Ｉ。 以光 纤 陀螺 为基础 的定 位 ６ Ｊ
采用框架引入机械运动改变 陀螺工作方式 ，均可在
一
定程度 上 降低动 态 误差对 系统 的影 响 。
２１干涉 型光 纤 陀螺仪 ．
干涉型光纤陀螺仪属于第一代光纤陀螺仪 ，也 是发展较为完善的一类，目前应用最广泛 。它是利 用干涉测量技术把相位调制光转变为振幅调制光；
光纤陀螺仪的原理和精度提升技术
光纤陀螺仪的原理和精度提升技术光纤陀螺仪是一种利用光纤的波导特性测量角速度和角位移的高精度仪器。
它利用光束经过光纤的传播速度可受到旋转的影响这一原理来实现测量。
光纤陀螺仪广泛应用于导航、航天、航海、地震、无人驾驶等领域，并且随着技术的不断提升，其精度也在不断提高。
一、光纤陀螺仪的原理光纤陀螺仪的工作原理可以简单描述为：当光束通过光纤中心轴进入光纤时，会以高度集中在纤芯中心的方式传播。
如果光纤处于静止状态，那么光束经过光纤后会保持原样。
但是，如果光纤发生旋转，由于光纤的波导特性，光束在传播过程中会发生折射，导致光束的传播方向发生改变。
利用这种光纤的特性，我们可以通过测量光束传播方向的改变来计算出光纤的旋转角速度。
二、光纤陀螺仪的精度提升技术在实际应用中，光纤陀螺仪的精度是十分重要的。
为了提升光纤陀螺仪的精度，人们在不同方面做出了一系列的改进和创新。
1. 光纤质量的提升精度提升的第一步就是提升光纤的质量。
目前，制备光纤的技术已经非常成熟，可以制造出质量极高的光纤。
高质量的光纤具有以下特点：纤芯和包层之间的折射率差小、纤芯材料的纯度高、光纤的直径均匀等。
这些特点使得光纤在传播光束时能够更加稳定和准确。
2. 光源和光探测器的改进另一个提升精度的关键是改进光源和光探测器。
光源的稳定性和光束发散度对光纤陀螺仪的精度有着重要影响。
传统的光源如半导体激光器已经无法满足要求，逐渐被更加稳定和发散度更小的光源所取代。
光探测器也在不断研究中，以提高光纤陀螺仪的精确测量。
3. 温度和振动的控制温度和振动的控制对于光纤陀螺仪的精度提升也非常关键。
光纤陀螺仪的性能受到温度和振动的影响较大，因此，为了提高精度，需要采取相应的控制措施。
如采用温度稳定性好的材料、防振设计以及振动补偿等技术手段，可以有效地减小温度和振动对光纤陀螺仪的影响，提高其精度。
4. 数据处理算法的优化除了硬件上的改进，优化数据处理算法也是提升光纤陀螺仪精度的一种重要手段。
光纤陀螺的应用与技术研究
光纤陀螺的应用与技术研究随着现代技术的发展，光纤陀螺技术在导航系统、航空航天、海洋地球物理勘探、卫星通信等领域得到了广泛的应用。
光纤陀螺是一种利用光学原理测量角位移的惯性导航传感器，它拥有体积小、重量轻、响应速度快、准确性高等优点。
本文将分别从光纤陀螺概述、光纤陀螺工作原理、光纤陀螺的应用、光纤陀螺技术进展四个方面，详细阐述光纤陀螺技术的应用与技术研究。
一、光纤陀螺概述光纤陀螺是指利用光纤技术来检测陀螺仪转动的一种光学陀螺仪，是目前最先进的惯性导航传感器之一。
在高速移动的控制系统中，精准的角度传感器是十分关键的元件，而光学陀螺的优点在于，不受机械惯性的影响，可以获得高精确度的角度测量结果。
光纤陀螺作为一种高精度、高稳定的角速度传感器，包含了激光器、光路、探头、光电器件等部分，在不同领域有着广泛的应用。
二、光纤陀螺工作原理光纤陀螺的工作原理是利用光纤的光学特性来检测出转动角度，其基本构成包括光路系统和电路系统，光纤陀螺通过真空腔体结构，固定有一个转速极高的陀螺旋转体，这个旋转体上有一个大量绕行的光纤环，利用光纤自身的光学特点，通过反射、相位差和光纤束往返传输等方式，测量陀螺旋转体的角速度，实现精确定位和高精度角速度测量。
三、光纤陀螺的应用光纤陀螺的应用非常广泛，包括飞行器导航、导弹制导、漫游导航、无人车辆导航、地震勘探、探测船舶定位、卫星姿态控制、雷达探测、矿山勘探等。
其中，最具代表性的就是在民用、军用飞行器中使用，光纤陀螺提供了精确的飞行安全保障，解决了传统机械陀螺存在的短板。
四、光纤陀螺技术进展近年来，光纤陀螺技术的进展主要是在三个方面：一是开展更高精度、更高性能的光纤陀螺研究，二是开发更高效的光纤陀螺信号处理、运算和控制技术，三是探索应用场景，挖掘潜在的应用领域。
现代光纤陀螺技术的发展，不仅扩展了其应用范围，还在技术上实现了多中心的共性研究，满足了不同领域的需求。
综上所述，光纤陀螺技术的应用与技术研究发展迅速，并已在各种领域中得到了广泛的应用。
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光纤陀螺的分类和性能参数
分类 （! ） 按光路工作方式分， 光纤陀螺可分为干涉
型光纤陀螺 （2345 ） 、 谐振型光纤陀螺 （6345） 和布 里渊型光纤陀螺 （7345 ） 。 2345 是第一代光纤陀螺， 技术上已经成熟， 正在实用化； 6345 是第二代光纤
收稿日期： ’""%+"’+’,
’" 世纪 ," 年代，光纤传感技术伴随着光纤通
信技术的发展而迅速发展起来。该技术是以光波为 载体， 光纤为媒质， 感知和传输外界被测量信号的 新型传感技术，以独特的优良性能赢得极大的重 视， 并在各个领域中得到研究和应用。光纤陀螺技 术是光纤传感技术的一个特例， 是利用光学传输特 性而非转动部件来敏感角速率和角偏差的惯性传 感技术。
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性能参数
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民用技术现状 作为角速率传感器的光纤陀螺，用做定位、 导
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航和姿态控制在许多精度要求不高的民用场合有 很大的市场。为了降低光纤陀螺成本， 研究单位主 要从以下几方面入手： （’ ） 光源方面。首先考虑使用短波长 （?3@） 光 源， 理论上 ?AB7AC 效应与波长成反比， 在相同灵 敏 度下可以缩短光纤长度。同时， 单模光纤的直径正 比于波长， 所以光纤环直径更小， 与之匹配的光电 管加工要求也远低于长波长器件的要求。 （% ） 光纤环方面。伴随着光纤通信的发展， 单模 光纤的性能有了很大提高， 耗损降低， 价格低廉， 与 之配套的光源、探测器等各种光纤器件逐渐成熟， 成为去偏器件研制的基础， 单模去偏光纤陀螺成本 低、 体积小、 传感线圈小， 易加长光纤用以提高灵敏 度、 抗辐 射 ， 制作简单， 但与保偏光纤陀螺相比， 偏
的主要原因有反馈信号的不对称、 温度应力变化等 它的误差主 %随机游走反映 "#$ 的相位噪声。
自动化与仪表 !""#$!% 万方数据
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专题研究 置稳定性差。 （!） 信号调制与解调方面。用开环结构可以简 化光纤陀螺结构， 省掉复杂昂贵的闭环结构。 设任意时刻光纤陀螺转动角速度为 $ （" ） ， 那么 在 "%!" 时刻光纤陀螺所测量的角度 （以水平方向为 准） 为 （"） #$&#+%!$ ’!" 式中： #+为初始时刻光纤陀螺所在点的切线方向角 度。在该点 $ 光纤陀螺二维运动速度分量为 %（ &% $,-.#$ & "） %（ &% $./0#$ ’ "） 应变形成的轨迹曲线为 （"） ( &!%（ ’!" & "） （"） ) &!%（ ’!" & "） 以上各式只要已知 #+， 光纤陀螺输出每一时刻 的转动角速度， 通过时间积分可求出该时刻的角度 由附加的加速度计测出瞬时速度 % $， 则可以求出 #$， 瞬时分速度 %（ 和 %（ ， 由瞬时分速度对时间积分 & "） ’ "） 则可求出线位移， 从而绘出轨迹曲线。这些可以通 过编写一个简单的积分程序软件完成， 即通过光纤 陀螺的转动角和线速度值得到坝体的形变状态信 息。由于假设二采样点之间是直线， 所以采样点的 间隔大小是测量是否精确的因素之一。 以上证明了该技术大坝测斜的理论可行性。在 实际的大坝变形测量中，注重整体的宏观变形， 局 部的坑洼可以忽略，因此希望光纤陀螺低动态、 高 灵敏度。考虑到光纤陀螺的成本和大坝监测的精度 要求， 大坝测斜用光纤陀螺可以采用战术级的开环 单模光纤陀螺， 我国的光纤陀螺技术能够达到此要 求。另外， 测试系统的封装结构坚固可靠， 免去维修 费用， 经济方便。可见， 该设想无论在理论上还是客 观条件上都是可行的。 光纤陀螺技术是新兴技术， 它的开发应用还有 待进一步研究， 在工程实践中可以开拓光纤陀螺技 术更多的应用领域。
!
应用
光纤陀螺的用途可以概括为 ! 种： 定位、 姿态
控制和绝对方向测量。当光纤陀螺用来确定方位 时， 它是惯性基准基， 给出的量为方位角 （如陆基车 辆导航系统） ； 在姿态控制系统中， 光纤陀螺提供运 载器的倾斜角 （如 无 人 驾 驶 的 直 升 飞 机 、 卫星等的 控制） ； 在绝对方向的测量时， 光纤陀螺作为基本的 方向功能单元测量地球的转速， 起校准作用。目前， 光纤陀螺已广泛用于航空、 航天、 车辆导航、 水坝测 斜、 石油钻 井 测 量 、 定位定向系统、 航空摄影、 航空 农药喷洒等诸多领域。 在水坝测斜中， 利用大坝形变对运动中的光纤 陀螺的影响， 使光纤陀螺产生一转动分量， 转动的 大小与平动速度及形变量成正比， 光纤陀螺转动角 和线位移能共同反映坝体形变。该测量基于 " 点假 设： #）在运动轨迹中每一个微小移动轨迹都可假设 为一个微小圆弧， 近似为直线运动， 轨迹是这些微 小圆弧组成的轨迹； 光纤陀螺为小动态系统。 $） 坝体蓄水前后迎水面的变化如图 "。图 "# 为蓄 水前的迎水坝面，图 "$ 为蓄水后在水压力作用下 迎水面发生凹向下游的挠曲变形。
专题研究
文章编号： !""!#$$%%&’""()"’#""!%#"*
浅谈光纤陀螺技术及其工程应用
" 刘秋满 !， 蔡德所 !，
（!"三峡大学 光纤传感实验室， 湖北 宜昌 ##$%%& ； 广西 南宁 ’$%%&$( &"广西省水利厅，
摘要： 介绍了光纤陀螺技术的原理、 分类、 性能参数， 概述了该技术的国内外研究现状及发 展方向、 应用领域， 重点探讨了在大坝变形监测中的应用原理、 技术要求和可行性分析。 关键词： 光纤陀螺；大坝测斜； 应用 中图分类号： #"$!%&’ 文献标志码： (
# $%& 的发展现状
现阶段， 光纤陀螺技术有二个发展方向—— —高 精度 （航天领域） 和低成本 （民用领域） 。
#"’
国内外发展现状 光纤陀螺技术的发展历史不长， 各国都在积极
研究。其中， 美国在该技术领域处于领先地位； 日本 的发展应用速度也很快； 中国起步比较晚， 发展水 平不高但速度很快。 美国有很多公司致力于光纤陀螺技术的发展。 其中， 低精度应用领域中 345567 公司 "#$ 技术在中、 已经成熟， 并达到了产品化。美国的 8679:;9<< 公司 已研制出用于战术导弹制导的中精度闭环 ="#$ ， 用 于飞机导航、 空间导航和陆地导航的导航级精度的 闭环 ="#$ ， 用于航海、 航天的精密级闭环 "#$。 日本的 "#$ 技术发展迅速，水平和美国相当， 但由于其特殊国情主要开拓的是民用领域。日立公 司强调把低精度开环 ="#$ 投入应用，以市场为导 向， 着重降低成本。 国内的研究单位很多，航天集团 && 所、 ’& 所、 浙江大学、 北方交通大学、 北京航空航天大 >)& 所， 学等都相继开展了光纤陀螺的研制工作。目前国内 的 ="#$ 只能达到中低精度， 正致力于高精度 ="#$ 和集成光学芯片、 全数字式设计的研制和开发。
$%&’%( 效应原理
!
历史回顾
（!）机械陀螺 陀螺仪又称偏差接收器。它是惯性元件之一，
光学陀螺有一系列优于机电陀螺的特点： 没 !） 有旋转部 件 ， 所以结构简单、 体积小、 质量轻、 可靠 性高、 寿命长； 动态范围宽； 单轴灵敏度高， 即 ’） *） 敏感轴垂直于环腔平面，对其他正交轴向的角速 度、 角加速度、 线加速度不敏感， 没有机电陀螺受交 叉耦合而产生的误差； 功耗低， 数字化输出， 便于 %） 信号处理自动化； 有利于采用光集成技术， 实现 (） 全光纤陀螺化和集成化。
"阀 值 与 分 辨 率 分 别 表 示 光 纤 陀 螺 能 敏 感 的
最小输入速率和规定的输入速率下能敏感的最小 输入速率增量， 都表征光纤陀螺的灵敏度。
# 最大输入角速度也即光纤陀螺的动态范围，
即光纤陀螺可敏感的速率范围。
$ 零偏和零偏稳定性影响标度因数的稳定性， 带有极大的随机性产生偏值误差 影响 "#$ 的精度。
叉陀螺和光纤陀螺等光学陀螺仪。 光 学 陀 螺 都 是 基 于 -./0.1 效 应 的 陀 螺 仪 。
-./0.1 效 应 即 在 光 路 有
旋转运动时，光 在 闭 合 光路中沿顺时针 和 逆 时 针方向的传播时 间 就 会 产生差别，这种 时 间 差 反映的就是旋转角速 率。如图 ! 所示。
图!
"
!" 万方数据
!"#$%&#’$( ) *(+#,"%-(#&#’$( .//0!."
陀螺仪敏感导航基准坐标系相对惯性坐标系的角 偏差， 并将这个信号提供给惯性系统， 可应用于卫 星、 导弹、 舰船惯性导航、 制导和姿态测量等系统， 也可用于地质、 矿山、 地下工程钻井、 坑道方位测 量， 以及车载定位定向系统。由于高速旋转的 “转 子” 的质量不平衡、 各转动自由度的交叉耦合效应、 转子转动惯量、 转子支撑的有害力矩等因素严重影 响陀螺精度的提高， 制约惯性技术的发展。 （’ ） 光学陀螺 由于激光的发明，低损耗光 纤 的 出 现 及 近 *" 年来光电技术的飞速发展，出现了各种没有高速 “转子” 的固体陀螺， 如激光陀螺、 半球谐振陀螺、 音