光纤陀螺仪的原理及应用共22页文档
光纤陀螺仪工作原理
光纤陀螺仪工作原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊光纤陀螺仪那神奇的工作原理。
你说这光纤陀螺仪啊，就像是一个超级敏锐的“方向小精灵”。
它是咋工作的呢？这可得好好说道说道。
想象一下，有一束光在细细的光纤里欢快地奔跑，就像我们在操场上尽情地撒欢儿。
这束光会分成两部分，沿着不同的路径跑呀跑。
然后呢，它们又会神奇地相遇。
这时候，要是我们的设备转了个角度，嘿，这两束光跑的路程可就不一样啦！就好像你和小伙伴比赛跑步，跑的路线不同，那到达终点的时间能一样吗？肯定不一样呀！这一点点的差别，光纤陀螺仪就能敏锐地察觉到。
咱平常走路啊、开车啊，要是没有个能准确知道方向的东西，那还不得晕头转向啊！光纤陀螺仪就像我们的贴心小卫士，时刻帮我们盯着方向呢。
你说它厉害不厉害？它就那么安安静静地在那里工作着，默默地为我们指引方向，从不喊累，也从不抱怨。
而且啊，它还特别精准。
就像一个神箭手，指哪儿打哪儿，几乎不会出错。
这可太重要啦，要是它不靠谱，那我们不就像无头苍蝇一样乱撞啦？
它的应用那可广泛了去了。
在航空航天领域，它帮助飞机、卫星稳稳地飞行；在航海领域，让轮船在茫茫大海上也不会迷失方向。
这光纤陀螺仪啊，虽然看起来小小的，可它的本事可大着呢！它就像是隐藏在科技世界里的一个小魔法，默默地发挥着巨大的作用。
所以啊，可别小看了这小小的光纤陀螺仪，它可是我们探索世界、走向未来的重要伙伴呢！它让我们的生活变得更加有序，让我们在前进的道路上更加自信和坚定。
是不是很了不起呢？。
光纤陀螺仪原理
光纤陀螺仪原理一、引言光纤陀螺仪是一种利用光学原理测量角速度的装置，主要应用于惯性导航、飞行器姿态控制等领域。
本文将详细介绍光纤陀螺仪的原理。
二、光纤陀螺仪的基本结构光纤陀螺仪由三个主要部分组成：激光器、光路系统和检测系统。
其中，激光器产生高强度的单色激光，经过复杂的光路系统后被分成两束相互垂直的线偏振激光，分别沿着两条互相垂直的方向传播。
这两束激光经过反射后再次合并，形成一个干涉图像，在检测系统中被转换为电信号。
三、Sagnac效应在了解光纤陀螺仪原理前，需要先了解Sagnac效应。
Sagnac效应是指在旋转参考系下，沿着闭合路径传播的两束平行平面波之间会产生相移差，即干涉图像会发生位移。
该效应可以通过Michelson干涉仪实验进行验证。
四、工作原理当光纤陀螺仪处于静止状态时，两束激光在光路系统中经过相同的路径，干涉图像不会发生位移。
但是当光纤陀螺仪开始旋转时，由于Sagnac效应的存在，两束激光在传播过程中会发生相位差。
这个相位差与旋转速度成正比，可以通过检测系统测量得到。
由于旋转方向不同，干涉图像的位移方向也不同。
通过检测干涉图像的位移量和旋转时间可以计算出角速度。
五、优点和缺点与机械陀螺仪相比，光纤陀螺仪具有以下优点：精度高、响应速度快、体积小、重量轻、可靠性高等。
但是其缺点也很明显：价格昂贵、对温度和振动敏感、需要较高的技术水平进行维护和校准等。
六、应用领域由于其高精度和可靠性，光纤陀螺仪被广泛应用于惯性导航、飞行器姿态控制、地震勘探等领域。
此外，光纤陀螺仪还可以用于科学研究，例如测量地球自转速度、测量引力波等。
七、结论光纤陀螺仪是一种利用Sagnac效应测量角速度的装置。
其原理基于两束相互垂直的线偏振激光在旋转参考系下产生相位差，通过检测干涉图像的位移量可以计算出角速度。
光纤陀螺仪具有高精度、响应速度快、体积小、重量轻等优点，被广泛应用于惯性导航、飞行器姿态控制等领域。
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）
光纤陀螺仪的原理结构
光纤陀螺仪的原理结构光纤陀螺仪的原理和结构是指用光纤做为传感器的陀螺仪。
它是一种利用光信号传输和干涉效应测量旋转角速度的设备。
光纤陀螺仪具有高精度、快速响应、可靠稳定等优点，被广泛应用于航空、航天、导航、地震勘测等领域。
光纤陀螺仪的基本结构包括激光器、光纤传输系统、光波导环和光探测系统。
激光器产生激光光束，光纤传输系统将激光光束通过光纤传输到光波导环。
光波导环是一个闭合环形结构，光纤会以环形方式被盘绕在上面。
当光波导环以角速度旋转时，由于旋转光路长度的改变，光信号会发生相位差。
最后，光探测系统通过干涉效应来测量光信号的相位差，从而可以间接推导出光波导环的旋转角速度。
光纤陀螺仪工作原理基于Sagnac效应和干涉效应。
Sagnac效应是指当光信号在旋转的均匀介质中传输时，在均匀介质静止时光程差为零，而当介质旋转时，由于光相对旋转介质传播速度的差异，会产生一个光程差。
而干涉效应是指由于光波的相干性，当两束光信号经过耦合后再次分离时，会产生干涉现象，即得到干涉光场。
利用干涉效应，我们可以通过测量干涉光场的变化来得到光波导环旋转角速度的信息。
具体地，光纤陀螺仪的工作过程如下：首先，激光器产生一束高强度的单色激光光束，并通过光纤传输系统将其传输到光波导环。
光波导环的设计使得光信号在环形结构中进行多次来回传输，从而增加了干涉效应的强度和灵敏度。
当旋转光波导环时，光信号会在环形结构上随着旋转方向进行分裂，并沿着相反方向传播。
在传播过程中，光信号经历了环形路径的不同长度，从而产生了一个光程差。
这个光程差会引起光信号的相位差。
光探测系统会接收到经过光波导环的光信号，并将其分为两路，分别称为参考光和测试光。
然后，参考光和测试光会通过一系列的光学器件进行处理。
光学器件可以将两路光信号重新耦合在一起，产生干涉现象。
光探测器会监测干涉光场的强度变化，然后将其转换为电信号。
根据干涉光场的变化，我们可以计算出光波导环旋转的角速度。
光纤陀螺仪的原理及应用
2
M CCW CCCW
M l
M ’
传输光程差
4R 2 L t c c
传输相位差
4 RL S 0 c
(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
fibre optic gyroscope
光纤陀螺仪
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
2 0 1 5 年 5 月 7 日 星 期 四
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
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
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)，
光纤陀螺原理
光纤陀螺原理
光纤陀螺是一种利用光纤作为传感器的陀螺仪，它利用光的干涉原理来测量角
速度，是一种高精度、高灵敏度的惯性导航仪器。
其原理基于光纤在旋转时会受到Sagnac效应的影响，从而实现了角速度的测量。
光纤陀螺的工作原理主要包括光路、干涉和信号处理三个方面。
首先，光纤陀
螺的光路是由光源、分束器、光纤环、合束器和探测器组成的。
光源发出的光经过分束器分为两路，一路顺时针流过光纤环，另一路逆时针流过光纤环，然后再通过合束器汇聚到探测器上。
当光纤环处于静止状态时，两路光程相等，合束器上的光信号干涉消光。
而当光纤环发生旋转时，由于Sagnac效应的存在，两路光程会产
生微小的差异，导致合束器上的光信号发生干涉，从而产生干涉信号。
其次，干涉信号的处理是光纤陀螺中至关重要的一环。
探测器接收到干涉信号后，会将其转换为电信号，并经过放大、滤波、数字化等处理，最终输出为角速度信号。
这些信号经过一系列的计算和处理后，可以准确地反映出光纤陀螺所受到的旋转角速度。
最后，光纤陀螺的原理还涉及到光的干涉现象。
当两路光程差为波长的整数倍时，两路光信号将完全相消，形成干涉消光；而当光程差为波长的奇数倍时，两路光信号将完全相长，形成干涉增光。
通过探测器对干涉信号的检测，可以准确地测量出光纤陀螺所受到的角速度。
总的来说，光纤陀螺利用了光的干涉原理，通过测量光纤环中光路的微小差异，实现了对角速度的高精度测量。
其原理简单而又精密，使得光纤陀螺在导航、航天、地震监测等领域有着广泛的应用前景。
随着科技的不断进步，相信光纤陀螺在未来会有更加广阔的发展空间。
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。
光纤陀螺仪在导航系统中的精度提升
光纤陀螺仪在导航系统中的精度提升一、光纤陀螺仪概述光纤陀螺仪（Fiber Optic Gyroscope, FOG）是一种利用光波导原理工作的角速度传感器，它具有高精度、高可靠性、长寿命等优点，在现代导航系统中扮演着重要角色。
与传统的机械陀螺仪相比，光纤陀螺仪没有旋转部件，因此具有更高的稳定性和更低的维护成本。
1.1 光纤陀螺仪的工作原理光纤陀螺仪的工作原理基于萨格纳克效应（Sagnac Effect），即当光在闭合路径上传播时，由于存在角速度，逆时针和顺时针方向上的光速会有所不同。
通过测量两个方向上光程差，可以计算出角速度。
1.2 光纤陀螺仪的组成光纤陀螺仪主要由光源、光纤环、光电探测器、信号处理器等部分组成。
光源发出的光信号通过耦合器进入光纤环，光纤环的一端固定，另一端可以旋转。
当光纤环旋转时，逆时针和顺时针方向上的光信号会产生相位差，这个相位差由光电探测器检测，并转换为电信号，最后由信号处理器进行处理和分析。
1.3 光纤陀螺仪的优势光纤陀螺仪的优势主要体现在以下几个方面：- 高精度：由于光纤陀螺仪测量的是光的相位差，因此其测量精度非常高。
- 高稳定性：光纤陀螺仪没有机械旋转部件，因此不受机械磨损和振动的影响。
- 长寿命：由于光纤陀螺仪的稳定性和可靠性，其使用寿命非常长。
- 抗干扰能力强：光纤陀螺仪对电磁干扰和温度变化具有很好的抵抗能力。
二、光纤陀螺仪在导航系统中的应用光纤陀螺仪在导航系统中的应用非常广泛，包括航空、航天、航海、陆地车辆导航等领域。
在这些领域中，光纤陀螺仪主要用于提供高精度的角度信息，以实现精确导航。
2.1 航空导航系统在航空导航系统中，光纤陀螺仪可以提供飞机的姿态信息，包括俯仰角、滚转角等。
这些信息对于飞机的稳定飞行和精确导航至关重要。
2.2 航天导航系统在航天导航系统中，光纤陀螺仪可以用于测量卫星或航天器的姿态变化，为航天器的轨道控制和姿态调整提供重要数据。
2.3 海上导航系统在海上导航系统中，光纤陀螺仪可以为船舶提供准确的航向信息，帮助船舶在复杂的海洋环境中保持正确的航向。
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)
光纤陀螺仪的原理
光纤陀螺仪的原理今天来聊聊光纤陀螺仪的原理，这个东西可真是高科技的产物呢。
你有没有想过，在咱们生活中，有时候咱们闭着眼原地转几圈，停下来之后就感觉晕头转向的，都不知道自己面向哪个方向了。
其实啊，这就和方位感的测定有关。
而光纤陀螺仪呢，就像是一个超级精确的“小指南针”，不过它可不是靠地球磁场来工作的，而是靠着光。
咱们先来说说光纤。
光纤就像一根超级细又超级透明的小管道，光在这个小管道里面跑。
光纤陀螺仪里面呢，有一束光沿着光纤线圈在跑。
当这个光纤陀螺仪静止的时候，光就沿着这个光纤一圈一圈地跑，没什么特殊情况。
这就好比在一个平静的环形跑道上，运动员（光）就按照既定的路线稳稳地跑着。
这就要说到一个很重要的原理啦，叫萨格纳克效应。
当这个光纤陀螺仪开始转动的时候，事情就变得有意思了。
光沿着顺时针和逆时针跑的路程好像就不一样了呢。
打个比方，就好像我们在一个旋转的圆盘上，有两个人同时反向沿着圆盘的边缘跑步。
圆盘一转起来，朝着圆盘转动方向跑的人，他跑过的路程就比逆着圆盘转动方向跑的人长啦。
光也是这样，由于光纤陀螺仪转动，顺时针和逆时针传播的光就产生了相位差。
老实说，我一开始也不明白这个相位差到底意味着什么。
后来我才知道，这个相位差就能告诉我们这个陀螺仪转动的角速度和方向。
就像我们知道了两个跑步的人的路程差，就能算出圆盘的转动速度和转动方向一样。
光纤陀螺仪这玩意儿用处可大了。
比如说在飞机导航里。
飞机在空中要确定自己的飞行方向啊姿态这些重要信息。
光纤陀螺仪就能高精度地检测出飞机哪怕是非常微小的转向角度变化。
这样飞机就能一直沿着正确的航线飞行啦。
延伸思考一下呢，光纤陀螺仪现在精度这么高，但是随着科技发展，是不是还能更精确呢？毕竟在一些超精细的航空航天任务或者深海探测里，再微小的角度误差都可能带来大问题。
我觉得这也是科研人员不断探索的方向。
我在这里也就分享了一点我对光纤陀螺仪原理的理解啦，不知道大家有没有不同的见解或者还有别的什么疑问呢？欢迎大家一起来讨论呀。
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。
光纤陀螺的原理及应用
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。
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 , 2000116Sagnac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
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
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。
检测器
分束镜 光源
透镜
透镜
为：
光纤陀螺仪基本原理与分类
光纤陀螺仪是一种先进的测量技术，被广泛应用于航空、航天、船舶、机械、通信等领域。
它通过光纤技术实现了旋转角度测量，可以大大提高测量精确度，更容易控制和维护。
本文将介绍光纤陀螺仪的基本原理和分类。
首先，光纤陀螺仪的基本原理是利用激光光束的散射原理，以及纤维的特性，将纤维内的传感器和激光发射器结合在一起，当旋转时，传感器会检测到激光的散射变化，并将数据反馈给控制系统，从而实现旋转角度的测量。
其次，根据不同的结构特点，光纤陀螺仪可以分为准确度分类和多功能分类。
准确度分类包括单模式陀螺仪、双模式陀螺仪和多模式陀螺仪，其中单模式陀螺仪最为常见，具有较好的精度，也是最为经济和实用的陀螺仪；双模式陀螺仪精度更高，能够测量精密的角度变化；多模式陀螺仪则是最高精度的陀螺仪，能够测量极细微的角度变化。
多功能分类包括普通型陀螺仪和组合型陀螺仪，前者具有较高的精度，后者则有较低的精度，但具有较多的功能，可以实现多种传感数据的测量和控制。
再次，光纤陀螺仪具有良好的抗干扰能力，能够抗高压、高温、腐蚀性介质等环境。
它能够抵抗外部电磁干扰，因此可以用于无线电环境中，具有很高的安全性。
最后，光纤陀螺仪的优点很多，比如，它的精度高，分辨率高，可靠性强，抗干扰性好，维护成本低，安装简单，使用寿命长等。
因此，它在航空、航天、船舶、机械、通信等领域得到了广泛应用。
综上所述，光纤陀螺仪具有良好的精度和抗干扰能力，因此在航空、航天、船舶、机械、通信等领域得到了广泛应用。
它可以分为准确度分类和多功能分类，并具有很多优点，如精度高、可靠性强、安装简单等。
光纤陀螺原理讲课文档
的宽度，而反馈台阶的值 保持不变。利用数字斜波和一个稳定的电子时钟，标度 因数基本上只与线圈几何长度上的萨格奈克效应有关，而与折射率没有关系。
4. 数相字位斜台波阶方幅法值允可许以将对动应态着范大围于很±容πr易ad地的扩相展位到，D几/个A转条换纹器。的存溢储出J 在自寄动存把实器际中的的
宽带光源
ASE
光电检测器
PIN
耦合器
Y波导
光纤环
干涉光强信号 调制电压信号
A/D
逻辑电路
D/A
转速信号
采用Y波导和全数字闭环处理方案的 最佳IFOG结构
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信号的偏置调制与解调
I(S) I0 1 c oS s
I0
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I ( S ) I 0 1 c o S s b ) (
Φb必须和预定的灵敏度一样稳定！
现在七页，总共二十七页。
信号的偏置调制与解调
“互易性偏置调制—解调”
m m (t) m (t )
互易性相位调制器
m (t)
光纤环
在光纤线圈的一端放置一个互易性相位调制器作为时延线，可完全克服相位 偏置的漂移问题。
由于互易性，两束干涉波受到完全相同的相位调制，但不同时，其时延等于 调制器和分束器之间的长、短光路的群传输时间之差τ。
旋转时，则有：
I(S ,b)I01cosS (b) I(S , b)I01cosS (b)
两种调制态之差变为：
I ( S ,b ) I 0 [ c S o b ) c s o S ( b ) s 2 I ] 0 s (b s i n i s