激光陀螺
激光陀螺】
激光陀螺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。
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激光陀螺是在光学干涉原理基础上发展起来的新型导航仪器，成为新一代捷联式惯性导航系统理想的主要部件，用于对所设想的物体精确定位。
石英挠性摆式加速度计是由熔融石英制成的敏感元件，挠性摆式结构装有一个反馈放大器和一个温度传感器，用于测量沿载体一个轴的线加速度。
光纤陀螺三轴惯测组合由三个光纤陀螺仪和三个石英挠性摆式加速度计组成，可以实时地输出载体的角速度、线加速度、线速度等数据，具有对准、导航和航向姿态参考基准等多种工作方式，用于移动载体的组合导航和定位，同时为随动天线的机械操控装置提供准确的数据。
激光陀螺仪的原理与应用
激光陀螺仪的原理与应用1. 什么是激光陀螺仪？激光陀螺仪是一种采用激光技术进行测量的陀螺仪。
它通过利用光的干涉与散射现象，测量出物体旋转的角速度和角位移，可以用于惯性导航系统、惯性测量单元等应用。
2. 激光陀螺仪的工作原理激光陀螺仪的工作原理基于光的干涉与散射现象。
它包括一个光路系统和一个探测系统。
光路系统：光路系统由激光器、分光器、光纤、光栅、光电二极管等组成。
激光器发出的激光经过分光器分成两束，分别进入顺时针方向旋转和逆时针方向旋转的光纤。
然后，光纤输出的两束光经过光栅的干涉产生相位差，最后被光电二极管接收。
探测系统：探测系统由光电二极管和信号处理电路组成。
光电二极管将接收到的干涉光转化为电信号，经过信号处理电路放大和滤波后，提取出角速度信号。
3. 激光陀螺仪的优点激光陀螺仪相比其他类型的陀螺仪具有一些优点，包括：•高精度：激光陀螺仪的测量精度高，可以提供精准的角速度和角位移信息。
•高稳定性：激光陀螺仪在不同温度、压力等环境下都能保持较好的测量稳定性。
•长寿命：激光陀螺仪的寿命长，可以用于长期运行的系统和设备。
•低噪声：激光陀螺仪的测量信号噪声低，能够准确地感知微小的角速度变化。
4. 激光陀螺仪的应用激光陀螺仪在许多领域都有广泛的应用，主要包括：4.1 惯性导航系统激光陀螺仪可以用于惯性导航系统中，提供准确的航位信息。
它可以测量飞行器、船舶、车辆等运动的角速度和角位移，提供导航和定位的数据。
4.2 惯性测量单元激光陀螺仪可以用于惯性测量单元中，测量对象的姿态和运动状态。
它可以应用在无人机、机器人、汽车等设备中，提供姿态稳定和运动控制所需的测量数据。
4.3 光电稳定平台激光陀螺仪可以用于光电稳定平台中，平衡和稳定光学器件的姿态。
它可以消除振动和扰动对光学系统造成的影响，提高光学系统的稳定性和精度。
4.4 惯性测绘仪激光陀螺仪可以用于惯性测绘仪中，绘制地球表面的地貌和地理特征。
它可以测量飞机、船舶等载具的角速度和角位移，提供制图所需的测量数据。
激光陀螺原理
激光陀螺原理
激光陀螺是一种利用激光技术来实现精密测量的仪器，它的工作原理基于光学干涉和陀螺效应。
激光陀螺通过测量光的传播时间差来检测物体的旋转状态，从而实现精准的导航和定位。
激光陀螺的原理基于光的干涉效应。
当光线经过不同路径传播后再汇聚在一起时，如果光程差满足一定条件，就会发生干涉现象。
激光陀螺利用这种干涉效应来测量光的传播时间，从而确定物体的旋转角度。
当物体发生旋转时，光在不同方向上传播的距离会发生变化，导致光程差的变化，最终通过测量光程差的变化来确定物体的旋转状态。
另一方面，激光陀螺还利用了陀螺效应。
陀螺效应是指当一个旋转体发生旋转时，其自身会产生一个额外的力矩，使得旋转轴相对于其它参考物体保持不变。
激光陀螺利用陀螺效应来实现对物体旋转状态的测量，通过测量旋转轴相对于参考物体的变化来确定物体的旋转角度。
激光陀螺的工作原理可以简单地理解为利用光的干涉效应和陀螺效应来测量物体的旋转状态。
通过精准的光学测量和信号处理，激光陀螺能够实现高精度的导航和定位，广泛应用于航天、航空、军事和科研领域。
总的来说，激光陀螺是一种基于光学原理的精密测量仪器，利用光
的干涉效应和陀螺效应来实现对物体旋转状态的测量。
其工作原理复杂而精密，需要高度的光学技术和信号处理技术支持。
激光陀螺的发展为现代科技领域提供了重要的技术支持，推动了导航和定位技术的发展，为人类探索未知领域提供了重要的帮助。
激光陀螺原理
激光陀螺原理
激光陀螺原理
激光陀螺原理是利用两个激光束来控制陀螺仪的旋转速度及方
向的一种新原理。
它可以实现陀螺仪精密控制。
激光陀螺的基本原理：在陀螺仪转动方向上间隔设置两个激光源，激光源的转动速度与陀螺仪的转动速度一样，激光源的频率为两激光源频率差值，即ΔΩ。
当陀螺仪转动时，由于两激光光束是垂直的，激光源产生的光斑会交错，产生ΔΩ信号用于控制陀螺仪的转速，从而控制陀螺仪的旋转方向。
激光陀螺技术的优点是它可以实现精确精度的控制，在对称转动情况下可以达到百万分之一的精确控制，可以大大提高定位精度。
可应用于三维空间测量、晶体结构衍射、太阳能定向等领域。
激光陀螺原理的主要缺点是成本高，而且激光陀螺受到温度、压力等外界环境影响，可靠性也不是特别高。
因此，激光陀螺的应用一般都涉及到高精度的场合，比如航空航天、精密机械等行业。
- 1 -。
二频机抖激光陀螺原理
二频机抖激光陀螺原理
二频机抖激光陀螺的原理是Sagnac效应。
与传统的机械陀螺相比，激光陀螺具有精度高、耐环境性能好、动态性能好、启动时间短、寿命长及数字式输出等特点，是捷联式惯性导航系统的理想元件。
Sagnac效应是当两个相对传播的光束在闭合回路中传播时，它们所携带的
信号在稳定条件下出现相位差的现象。
这种效应在光学领域有广泛的应用，包括但不限于光纤陀螺、激光陀螺等。
二频机抖激光陀螺通过信号读出装置输出两路相位差为π/2的正弦拍频信号，可以得出闭锁阈值、抖动调制和放点噪声等信息。
以上内容仅供参考，建议查阅关于二频机抖激光陀螺的书籍或咨询专业人士获取更准确的信息。
激光陀螺原理
激光陀螺原理
激光陀螺是一种利用激光干涉原理测量角速度的仪器，它具有高精度、高灵敏度、长寿命等优点，在航空、航天、地震、大地测量等领域有着广泛的应用。
激光陀螺的原理基于两束光的干涉，即一个被分成两束光后沿不同路径传播，再合成成为一束光的过程，其干涉条纹的移动量与陀螺的角速度成正比，通过测量干涉条纹移动的量，可以计算出陀螺的角速度。
激光陀螺由光源、分束器、反射器、探测器等部件组成。
当光源发出一束光经分束器分成两束光后，一束光被反射器反射后回到分束器上，而另一束光则直接到达探测器上。
当陀螺绕其轴线旋转时，由于科里奥利力的作用，反射器的方向会发生改变，使得反射器反射回来的光路长度发生变化，从而导致两束光的相位差发生变化，产生干涉条纹的移动。
激光陀螺的测量精度与光路长度、光程差、光波长等因素有关。
为了提高测量精度，激光陀螺通常采用多路光路、多束激光等方法，同时还需考虑陀螺的温度、振动等因素对测量精度的影响。
激光陀螺在现代科技中有着广泛的应用。
例如在航空、航天领域中，它可以用于导航、姿态控制等方面；在地震、大地测量等领域，它
可以用于精确测量地球的旋转、地壳运动等信息。
激光陀螺的应用不仅提高了测量精度和稳定性，还推动了科学技术的发展。
激光陀螺原理是一种基于激光干涉原理测量角速度的仪器，具有高精度、高灵敏度、长寿命等优点，在航空、航天、地震、大地测量等领域有着广泛的应用。
激光陀螺仪原理
激光陀螺仪原理
激光陀螺仪是一种利用激光的特性进行测量的仪器，其原理基于Sagnac效应。
Sagnac效应是指当光束在旋转体上绕着不同
方向的闭合路径进行传播时，会因为旋转体的旋转而导致光程差的增加或减小，从而产生干涉现象。
而激光陀螺仪就是利用这种干涉现象来测量角速度的。
激光陀螺仪由激光器、分束器、光纤、合束器和光探测器组成。
激光器发出一束平行光，经过分束器后分成两股相同的光束。
其中一支光束沿顺时针方向传播，另一支光束沿逆时针方向传播。
这两支光束通过光纤分别绕过旋转体并再次汇聚在合束器上。
最后，合束器会将两束光进行干涉，并将干涉产生的信号传递给光探测器进行测量。
当旋转体不转动时，两束光程差相等，干涉信号为零。
而当旋转体以一定角速度转动时，两束光的光程差将会发生变化，进而产生干涉信号。
干涉信号的大小与旋转体的角速度成正比，可以通过测量干涉信号的强度来计算角速度的大小。
激光陀螺仪的优点是精度高、响应速度快、使用寿命长等。
它在惯导系统、导航系统、飞行器姿态控制等领域有着广泛的应用。
激光陀螺仪原理
激光陀螺仪原理
激光陀螺仪原理是利用激光的干涉原理来测量物体的旋转角速度的一种仪器。
该原理基于受到科里奥利力的影响，当物体发生旋转时，激光束经过旋转后的路径差会引起干涉条纹的移动，通过测量移动的干涉条纹数来计算物体的旋转角速度。
激光陀螺仪通常由一个光源和两个相邻的光探测器构成。
光源通过分束器分成两束相干的平行激光束，分别由光路1和光路
2进入陀螺仪中。
光路1和光路2在陀螺仪的内部分别沿着两
个正交的轴进行封闭环形路径传播。
当陀螺仪处于静止状态时，两束激光束的光程差为零，干涉条纹处于静止状态。
但当陀螺仪受到旋转时，光程差会发生变化，引起干涉条纹的移动。
应用干涉仪的原理，可以通过光探测器对干涉条纹的移动进行测量，并将移动的干涉条纹数转化为角速度。
激光陀螺仪的精度取决于干涉条纹的移动量的精确测量。
通常使用光电探测器来检测干涉条纹的移动，并将其转化为电信号。
这些电信号经过放大和处理后，传送到计算机或显示器上进行处理和显示。
激光陀螺仪具有很高的精度和稳定性，可以应用于惯性导航、航天器姿态控制、地震测量等领域。
它相比于其他类型的陀螺仪具有较小的尺寸和重量，同时也不会因为其结构的机械磨损而导致性能的下降，因此在一些高精度和长寿命要求的应用中得到了广泛的应用。
激光陀螺测速原理
激光陀螺测速原理激光陀螺测速原理1. 引言•激光陀螺是一种利用光学原理来测量角速度的仪器，广泛应用于导航、定位和惯性导航系统等领域。
2. 原理概述•通过测量光在光纤中传播的路径差，激光陀螺可以计算出物体的角速度。
3. 光纤传感器•激光陀螺主要依靠光纤传感器来实现测速的功能。
•光纤传感器是由一束激光光源、一根光纤和一个光探测器组成。
4. 光路差测量•光纤传感器中的光源发出一束激光，经过光纤传播到达光探测器。
•当陀螺仪旋转时，光经过光纤的传播路径会发生微小的路径变化。
•光探测器可以测量出光传播的路径差，通过这个路径差可以计算出物体的角速度。
5. Sagnac效应•激光陀螺测速原理基于Sagnac效应。
•Sagnac效应是指当激光光束在旋转体（如陀螺仪）中传播时，由于旋转体的旋转，光在传播路径上经历的光程差会发生变化。
•这种光程差变化会引起干涉现象，通过干涉现象的变化可以计算出物体的角速度。
6. 光学干涉•光纤传感器中的光纤是为了增加光程差的变化而设置的。
•光在光纤中的传播速度比在空气中的传播速度要慢，这就导致了光纤传感器中光程差会随着旋转体的旋转而发生变化。
•在光探测器中，光的干涉变化会被转化为电信号，并经过计算和处理得到物体的角速度。
7. 优点和应用•激光陀螺测速原理具有精度高、响应速度快、抗干扰能力强等优点。
•激光陀螺广泛应用于导航、惯性导航系统、航天器、飞行器等需要测量角速度的领域。
结论•激光陀螺测速原理通过光纤传感器和Sagnac效应实现了测量物体角速度的功能。
•这种技术具有广泛的应用前景，并在多个领域发挥着重要的作用。
激光陀螺测速原理1. 引言•激光陀螺是一种利用光学原理来测量角速度的仪器，广泛应用于导航、定位和惯性导航系统等领域。
2. 原理概述•通过测量光在光纤中传播的路径差，激光陀螺可以计算出物体的角速度。
3. 光纤传感器•激光陀螺主要依靠光纤传感器来实现测速的功能。
•光纤传感器是由一束激光光源、一根光纤和一个光探测器组成。
P08激光陀螺误差、光纤陀螺
K值稳定性控制途径： 激光波长
自锁区： -ωL～ωL 典型值：3600/h
激光陀螺 自锁原因及对策
产生原因：反射镜反向散射
克服自锁的途径： ➢ 正面：尽力减小自锁区（提高 光学元件质量和气体纯度） ➢ 间接途径：偏频
➢顺时光束 A 的反向散射 A’ ➢A’ 和逆时光束 B 耦合 ➢牵引（B 与 A’ 频率趋同） ➢类似，A 与 B’ 也频率趋同 ➢A与B频率趋同，无频差输出
激光陀螺 零偏误差
➢激光陀螺误差源：异于机械式 误差分类 ➢零偏误差：输入角速度为零 时激光陀螺的频差输出（0 / h）
➢主要原因：郎缪尔流效应
➢直流放电激活原子→阳极 ➢阴极←阳极激活原子 ➢综合形成郎缪尔流 ➢导致激光在介质中折射率不 同，造成附加光程差 ➢补偿措施：双阳极方案
激光陀螺 标度因数与自锁误差
输出均值能够反映ωA的大小和方向
激光陀螺 磁镜偏频
引入机械抖动后的输入输出曲线
磁镜(Magnetic Mirror)偏频：横向 克尔磁光效应
➢对称入射的线偏振光
机抖偏频是目前最成熟的偏频方案， 尤其适用三轴整体式的激光陀螺
➢施加垂直于入射面的横向磁场 ➢产生相位差或光程差 ➢把激光陀螺的一个反射镜做成磁镜 ➢磁场周期性变化，产生周期性偏频
I 均值的改变量与Δφ成正弦 Δφ正负由一次谐波相位判断 相位调制、相位调制器（PM）
光纤陀螺 开环干涉型
工作原理： ➢ LR 光源被 SL 分成两束 ➢两束光分别从光纤线圈两端进入 ➢分别从光纤线圈另一端导出 ➢中间都经过相位调制器 PM ➢两束光经 SL 汇合， ➢由检测器 D 接收，输出电流 ➢经过相敏解调器 PSD 解调 ➢得到直流分量（正比于Δφ）
求解 La 得到
激光陀螺的工作原理
激光陀螺的工作原理
激光陀螺是一种利用激光束与旋转物体之间的相互作用来测量旋转角度或保持航向稳定的设备。
它的工作原理如下：
1. 激光发射：激光陀螺内置激光器，通过能量输入和放大，产生稳定的激光束。
2. 光分裂：激光束经过分束器分裂成两束，分别称为信号光和参考光。
3. 光路分离：信号光与参考光进入不同的光路，分别经过不同的传感器和光学部件。
4. 信号光与旋转物体相互作用：信号光进入光学部件后，被分成两束平行光束。
其中一束通过旋转物体，如陀螺环，受到该旋转物体的影响。
5. 光路调制：通过光学部件对信号光进行频率调制，将旋转物体的旋转角度转变为激光光束的频率变化。
6. 参考光干扰：参考光在不经过旋转物体的情况下进入光学部件，与信号光的光路具有相同的光学路径。
7. 干涉检测：信号光与参考光在光学探测器处重合，形成干涉。
光学探测器测量干涉信号，获得旋转物体相对于参考光的相位偏移。
8. 相位测量：通过测量干涉信号的相位偏移，可以计算出旋转物体的旋转角度。
总之，激光陀螺通过利用激光束与旋转物体之间的光学干涉原理，测量旋转物体的旋转角度，并转换为激光光束的频率变化或相位偏移，从而实现角度的测量或航向的稳定。
激光陀螺原理
激光陀螺原理
激光陀螺是一种利用激光技术测量旋转角速度的仪器。
其原理基于光学陀螺的运行方式，通过光的干涉效应来检测旋转角速度。
激光陀螺的工作原理可以简单理解为光在旋转的环境中传播时，会受到旋转的影响，从而产生干涉效应，通过检测这种干涉效应来确定旋转的角速度。
激光陀螺的基本结构包括激光器、光路系统、探测器和信号处理器等组成部分。
激光器发射出单色、相干性强的激光光束，经过光路系统的反射和干涉后，最终到达探测器。
当激光光束受到旋转环境的影响时，会产生干涉效应，这种干涉效应会在探测器中转化为电信号，经过信号处理器处理后得到旋转角速度的测量结果。
激光陀螺相比传统机械陀螺具有更高的精度和稳定性，可以应用于导航、姿态控制、地震监测等领域。
激光陀螺的优势在于其无机械运动部件，因此不受机械磨损和惯性等因素的影响，具有更长的使用寿命和更高的测量精度。
激光陀螺的原理虽然复杂，但在实际应用中却具有广泛的用途。
通过不断的技术创新和改进，激光陀螺的性能得到了进一步提升，使其在航天、航空、军事等领域发挥着重要作用。
激光陀螺的发展不仅推动了光学技术的进步，也为人类社会的发展做出了重要贡献。
总的来说，激光陀螺的原理虽然复杂，但其应用前景广阔，为人类
社会的发展带来了巨大的推动力。
随着科技的不断进步和应用需求的增加，相信激光陀螺将在未来发展中发挥出更加重要的作用，为人类社会的发展带来更多的惊喜和便利。
激光陀螺闭锁效应
《激光陀螺闭锁效应》一、引言激光陀螺，作为现代导航和定位系统中的关键部件，其精度和稳定性对于航空航天、军事防御、无人驾驶等领域具有深远的影响。
然而，激光陀螺在实际应用中，特别是在高速旋转或极端环境下，会出现一种被称为“闭锁效应”的现象，这严重影响了其性能的发挥。
本文旨在深入探讨激光陀螺闭锁效应的原理、影响因素以及应对策略。
二、激光陀螺闭锁效应的原理激光陀螺的工作原理基于Sagnac效应，即在同一光源发出的两束光波在同一闭合光路中沿相反方向传播一周后会产生的干涉现象。
但在某些条件下，如高速旋转或强振动环境下，激光陀螺的内部光路可能会发生变化，导致两束光波的干涉现象受到影响，进而使得输出信号失真或完全丢失，这就是所谓的“闭锁效应”。
三、影响激光陀螺闭锁效应的因素1. 光学系统的稳定性：光学元件的微小移动或变形都可能导致光路的变化，从而引发闭锁效应。
2. 环境因素：如温度、压力等环境因素的变化也可能对激光陀螺的光学系统产生影响，进而影响其工作性能。
3. 驱动电信号的稳定性：激光陀螺的正常工作需要稳定的驱动电信号。
如果电信号不稳定，可能会导致激光陀螺的输出信号失真，从而引发闭锁效应。
四、应对激光陀螺闭锁效应的策略1. 光学系统优化：通过改进光学元件的设计、提高元件的加工精度和装配精度等方法，可以提高光学系统的稳定性，从而降低闭锁效应的发生概率。
2. 环境控制：对激光陀螺的使用环境进行严格的控制，以保持环境的稳定性和适宜性。
例如，可以采用恒温、恒压等措施来消除温度和压力变化对光学系统的影响。
3. 电信号稳定技术：通过改进电源设计、采用高性能电子元器件等技术来提高电驱动系统没有任何常见故障出现过异常的味象床角เเ targ scritps稳定的电信号驱动。
这可以减少由于电信号不稳定导致的激光陀螺输出信号失真和闭锁效应。
4. 控制系统优化：采用先进的控制算法和闭环控制技术来提高激光陀螺的稳定性和抗干扰能力。
这可以有效地减少外界因素对激光陀螺工作性能的影响，降低闭锁效应的发生概率。
激光陀螺简介
激光陀螺仪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。
简介现代光纤陀螺仪包括干涉式陀螺仪和谐振式陀螺仪两种，它们都是根据塞格尼克的理论发展起来的。
塞格尼克理论的要点是这样的：当光束在一个环形的通道中前进时，如果环形通道本身具有一个转动速度，那么光线沿着通道转动的方向前进所需要的时间要比沿着这个通道转动相反的方向前进所需要的时间要多。
也就是说当光学环路转动时，在不同的前进方向上，光学环路的光程相对于环路在静止时的光程都会产生变化。
利用这种光程的变化，如果使不同方向上前进的光之间产生干涉来测量环路的转动速度，这样就可以制造出干涉式光纤陀螺仪，如果利用这种环路光程的变化来实现在环路中不断循环的光之间的干涉，也就是通过调整光纤环路的光的谐振频率进而测量环路的转动速度，就可以制造出谐振式的光纤陀螺仪。
从这个简单的介绍可以看出，干涉式陀螺仪在实现干涉时的光程差小，所以它所要求的光源可以有较大的频谱宽度，而谐振式的陀螺仪在实现干涉时，它的光程差较大，所以它所要求的光源必须有很好的单色性。
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。
１９７６年等提出了现代光纤陀螺仪的基本设想，到八十年代以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。
由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可*等等优点，所以目前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。
和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。
激光陀螺
光学陀螺应用
激光陀螺广泛地应用于重要的民用经济领域， 更是重要的军事装备系统的核心部件，各国都 在严格控制其技术外流。
美国F22战斗机（两个激光陀螺仪的 超黄蜂LN-100F惯性导航系统(HHC)）
苏-35（ShO-l3A激光陀螺仪）
光学陀螺的种类
• 谐振腔式（频率式）光学陀螺—激光陀螺 • 干涉型（相位式）光学陀螺—光纤陀螺 谐振腔式光学陀螺的代表为以He-Ne气体 环形激光器为核心的激光陀螺，它亦是目 前广泛应用的导航级光学陀螺。后者的代 表是由多圈光纤构成的光纤干涉仪为核心 的光纤陀螺
He-Ne激光陀螺
激光陀螺中的两大核心问题
• 闭锁效应 由于激光介质的色散、模式牵引和反射镜等光 学元件对光束的后向散射等原因，有源环形腔 内正、反向行波的频率接近到一定程度时，将 突然变成完全一样，即存在一个可能达到的最 小频差 L 。 • 模式竞争 由于 r c，相向行波的频率将会十分接 近，顺、逆时针运行的行波模之间将会发生争 夺同一群反转粒子数的竞争，结果导致其中一 个行波模的熄灭，使环形激光器不能用于激光 陀螺。
激光陀螺（laser gyroscope）
激光问世以后不久，人们就提出将这种优质的 光源用于制造陀螺仪。 1963年美国斯佩里公司研制出世界上第一台环 形激光陀螺。但由于激光陀螺固有的闭锁效应和 模式竞争等问题给激光陀螺的研制带来许多困难。 1975年美国霍尼韦尔研制出机械抖动偏频的激 光陀螺，激光陀螺从此进入实用阶段。
激光陀螺
laser gyroscope
outline
• 激光陀螺原理（sagnac 效应） • 应用 • 激光陀螺两大关健技术及对策
sagnac 效应
光纤陀螺
8A c
激光陀螺仪的原理和工作特性分析
激光陀螺仪的原理和工作特性分析激光陀螺仪是一种基于光学原理工作的惯性导航仪器，用于测量和监测物体的角速度和方向。
它利用激光束在光纤内传输的方式来感知物体的旋转运动，具有较高的精度和稳定性。
本文将对激光陀螺仪的原理、工作特性以及应用领域进行分析。
激光陀螺仪的原理主要基于两种光学现象：Sagnac效应和干涉测量。
首先是Sagnac效应。
当激光束沿一个封闭的环路进行传播时，如果该环路发生旋转，激光束在顺时针和逆时针方向上会遇到不同的光程差，这会导致干涉现象的产生。
根据Sagnac效应，光程差与旋转速度之间存在线性关系。
因此，通过测量干涉现象可以求得物体的旋转速度。
其次是干涉测量。
激光陀螺仪将激光束分为两束，一束顺时针传播，一束逆时针传播。
两束激光束再次汇聚时，会发生干涉。
这种干涉现象会造成光功率的变化，通过测量光功率的变化可以推导出物体的旋转速度。
激光陀螺仪的工作特性主要体现在以下几个方面。
首先是高精度和稳定性。
激光陀螺仪利用光学原理进行测量，相比传统的机械陀螺仪具有更高的测量精度和长期稳定性。
它可以提供高达0.01°/h的测量精度，适用于对角速度变化需求较高的应用场景。
其次是宽动态范围。
激光陀螺仪可以在较大的转速范围内工作，通常可以覆盖从几度每小时到数十万度每小时的运动速度。
这使得激光陀螺仪在高速旋转的应用中具有优势，例如飞行器导航、导弹制导等。
第三是快速响应和低延时。
激光陀螺仪可以实时获取角速度信息，并以快速响应的方式进行输出。
与传统陀螺仪相比，激光陀螺仪的响应时间更短，延时更小，这使得它在需要实时控制的应用中表现出色。
第四是无需标定和校准。
传统的机械陀螺仪需要进行定标和校准，以消除误差和漂移。
而激光陀螺仪不需要进行这些操作，能够在长期使用过程中保持较高的准确性和一致性。
最后是抗振动和抗冲击。
激光陀螺仪的光学系统和光纤耐受较强的振动和冲击，能够在恶劣环境下稳定工作。
这使得激光陀螺仪适用于需要抗干扰能力较高的应用，例如军事领域和航天领域。
激光陀螺的工作原理
激光陀螺的工作原理
激光陀螺是一种利用激光光束进行测量和控制的仪器，它的工作原理基于激光的干涉和光学陀螺的原理。
激光陀螺的工作原理可以分为两个方面：激光干涉测量和光学陀螺效应。
我们来看激光干涉测量。
激光陀螺中常用的激光器是氦氖激光器，它可以产生一束相干光。
这束相干光被分为两股，一股通过激光器的分束器，沿着陀螺的一条轴线射出；另一股则通过激光器的反射镜，沿着陀螺的另一条轴线射出。
当这两束光再次汇聚时，会形成干涉条纹。
当陀螺保持静止时，两束光的光程差是固定的，干涉条纹也是固定的。
但是，当陀螺发生旋转时，由于陀螺的转动会改变光束的传播时间，导致两束光的光程差发生变化，进而导致干涉条纹的移动。
通过检测干涉条纹的移动，我们可以确定陀螺的旋转速度和方向。
我们来看光学陀螺效应。
光学陀螺的原理是基于科氏效应，即旋转物体会引起光的相位差。
在激光陀螺中，当激光束穿过陀螺的旋转结构时，由于旋转结构的作用，光的传播方向会发生微小的变化，从而引起光的相位差。
为了检测这个微小的相位差，激光陀螺采用了一种称为光纤环的结构。
这个光纤环由两根光纤组成，分别固定在陀螺的两个端点上。
当激光束通过光纤环时，由于相位差的存在，光束会在光纤环中反
射多次，形成一个光纤环中的相位差。
通过检测这个相位差的变化，我们可以确定陀螺的旋转速度和方向。
总的来说，激光陀螺的工作原理是基于激光干涉测量和光学陀螺效应。
通过检测干涉条纹的移动和光纤环中的相位差变化，可以确定陀螺的旋转速度和方向。
激光陀螺具有精度高、稳定性好等优点，在惯性导航、航天器姿态控制等领域有着广泛的应用前景。
我国激光陀螺制造技术简述
我国激光陀螺制造技术简述1.引言1.1 概述概述:激光陀螺是一种利用光学原理进行测量和稳定导航的高精度仪器。
它通过利用激光干涉的技术，实现对角速度的测量，从而使得惯性导航和导航系统的精度大幅提升。
激光陀螺具有很高的灵敏度和精确度，可以实现对角速度的精确测量，其稳定性和可靠性也远远超过了传统机械陀螺。
因此，激光陀螺在航天、航海、导航、定位等领域具有广泛的应用前景。
本文将简要介绍我国激光陀螺制造技术的发展现状和未来发展趋势。
首先，将介绍激光陀螺的原理和基本工作原理，然后重点探讨我国激光陀螺制造技术的研究与发展情况。
最后，将总结目前激光陀螺制造技术的现状，并展望我国激光陀螺制造技术的未来发展方向。
通过本文的介绍，读者可以了解到我国激光陀螺制造技术在航天、航海、导航、定位等领域的应用现状，同时也能够了解到我国激光陀螺制造技术的发展潜力和未来发展方向。
希望本文能对读者进一步了解和认识我国激光陀螺制造技术起到一定的帮助和指导作用。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构：本文主要从概述、正文和结论三个方面介绍我国激光陀螺制造技术的发展情况。
首先，在引言部分中概述激光陀螺的基本原理和应用领域，并明确本文的目的。
接着，在正文部分分为两个小节，分别是激光陀螺的原理和我国激光陀螺制造技术的发展。
其中，激光陀螺的原理部分将详细介绍激光陀螺的工作原理和关键技术要点。
而我国激光陀螺制造技术的发展部分将回顾我国激光陀螺制造技术的历史发展过程，并重点介绍我国在激光陀螺制造方面取得的成就和创新。
最后，在结论部分，将总结激光陀螺制造技术的现状，概述我国激光陀螺制造技术的未来发展前景，并展望未来我国在激光陀螺制造领域的发展方向。
通过以上文章结构的安排，旨在系统而全面地介绍我国激光陀螺制造技术的发展情况，使读者能够全面了解激光陀螺的原理和我国在该领域的科技进步。
同时，结合发展趋势和前景，为我国激光陀螺制造技术未来的发展提供展望和思考。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
不同于机械陀螺
零偏 -- 零输入时的频差输出 (0/h) 主要原因 --- Langmuir 流效应
Lecture 13 -- Laser Gyro
26
5.1 零偏误差 – Languir 流效应
−
直流放电: 直流放电 激活的原子 → 阳极 阴极 ← 阳极附近激活原子的密度增大 形成对流: 形成对流 Langmuir 流
机械陀螺: 机械陀螺 转子式或振动式 激光陀螺: 激光陀螺 为满足 SINS 的需求 基本原理: 基本原理 Sagnac 效应 优点: 优点 结构简单 动态范围宽 启动和响应快 过载能力大 可靠性高 输出易于数字化 全固态结构形式
O
H I
Lecture 13 -- Laser Gyro
3
1.2 激光陀螺 发展历程 激光陀螺:
14
3.2 激光的谐振产生
3. 波长 反射膜的厚度控制在 λ/4 获得期望的波长
M3
4. 相同相位 选择回路的周长
ω M1 L M4 M2
得到同相位的驻波 5. 偏振 端面偏振镜片
M4
Lecture 13 -- Laser Gyro
15
3.3 谐振频率
M3
假设激光谐振腔的光路长度为 L, 等于 q 倍的波长 λ
M2
Sagnac 干涉仪 光路结构 如果干涉仪相对惯性空间静止, 如果干涉仪相对惯性空间静止 光路 A 和 B 的光程
ω
M3
a b
Q
M1
La = Lb = L
当干涉仪以角速度 ω 相对惯性 空间旋转, 空间旋转 则 La ≠ Lb
S
Lecture 13 -- Laser Gyro
8
2.2 光程差
M2
Lecture 13 -- Laser Gyro
29
5.3*自锁 原因 自锁: 自锁
∆v
− ωL
原因： 原因：反射镜的反向散射
0 ωL
ω
A’ A
ω
A
自锁区: 自锁区 -ωL～ωL 典型值: 典型值 3600/h 光束 A 产生反向散射光束 A’
Lecture 13 -- Laser Gyro
30
5.3*自锁 反向散射 自锁: 自锁
M4
频差正比于输入角速度 干涉条纹以相应的速度平移
Lecture 13 -- Laser Gyro
17
3.5*算例 算例
逆时针光束 顺时针光束
三角形的谐振腔， 三角形的谐振腔，周长 L 111.76 =3×111.76mm ×
半透反射镜
条纹
波长 λ= 0.6328µm 测量地球转速，得到： 测量地球转速，得到：
∆V = Kω
K 值的扰动导致误差 值的因素: 影响 K 值的因素
K=
4A Lλ
谐振腔的周长选取及控制 谐振腔的形状选取 激光的波长 (0.6328 / 1.15 / 3.39 µm ) 小型化面临 的挑战 28cm ～ 0.010/h ～ 5×10-6 × 12cm ～ 0.10/h ～ 3×10-4 ×
光束 A 产生反向散射光束 A’ A’ 和光束 B 耦合 频率牵引效应( 频率牵引效应 B 和 A’ ) A’ = A B = B’ A A’ B’ B
B
ω
A
类似地, 类似地 牵引效应也存在于 A 和 B’ 之间 的频率趋于相同, 最终 A 和 B 的频率趋于相同 导致零输出
Lecture 13 -- Laser Gyro
L2 16 ( L / 4 ) 2 ∆L ≈ ω = ω = 4Aω 4c 4c c
Lecture 13 -- Laser Gyro
10
2.3 Michelson 干涉仪试验
光程差和输入角速度成正比 ----- 上述公式对任何形状的闭合光 路都成立. 路都成立 Michelson 的干涉仪实验 的干涉仪实验(1925)： ： 矩形面积: 矩形面积 A = 600×300 × 激光的波长 λ= 0.7µm 测量地球的自转角速度，光程差为： 测量地球的自转角速度，光程差为： ∆L=0.175µm，or λ/ 4 ， 个明暗条纹周期间距. 干涉条纹移动了 1/4 个明暗条纹周期间距 m2
Lecture 13 -- Laser Gyro
24
Outline
1. 激光陀螺简介 2. Sagnac 效应及其引起的光程差 3. 激光陀螺的频差输出 4. 激光陀螺装配及工艺 5. 激光陀螺的误差及对策
Lecture 13 -- Laser Gyro
25
5.1 零偏误差
误差源: 误差源 误差分类: 误差分类
20
4.1 装配
产生激光的介质： 产生激光的介质： 频谱纯度高, 氦氖气体 (频谱纯度高 反 频谱纯度高 向散射小) 向散射小 腔体材料： 腔体材料： 高温熔凝的石英或陶瓷 玻璃 腔体周长: 腔体周长 200～450mm ～ 腔体形状：三角形或矩形 腔体形状： 装配方式： 装配方式：分离式或整体式
Lecture 13 -- Laser Gyro
4
1.3 产品 - GG1389
GG1389 -- Honeywell (1980)
Lecture 13 -- Laser Gyro
5
1.4 激光陀螺 国内的研制情况 激光陀螺:
国内的研制及应用 1970s 中后期 -- 开始研究和试制 1990 前后 -- 进入应用 1990s 中后期 应用达到高峰 中后期-仍面临的问题: 仍面临的问题 造价仍比较高 体积仍然偏大 不能完全满足 SINS 的要求
发展历程 1960 -- 激光器出现 1963 -- Sperry 公司研制出首台激光陀螺样机 1970s中期 -- 精度获得突破 达到惯性级 中期 精度获得突破, 1980s -- 开始得到应用 早期研制机构 Honeywell: Litton Sperry 谐振腔形状 三角形 矩形 三角形 偏频方案 机械抖动 机械抖动 磁镜偏频
16
3.4 谐振频率差
频率差： 频率差： ∆V = Vb − Va
M3
qc qc ( La − Lb )qc ∆L ⋅ qc = − = ≈ La Lb La Lb L2
ω M1 L M4 M2
4 Aω qc 4 Aq 4A L 4A = ⋅ 2 = 2 ω = 2 ω = ω = Kω c L L L λ Lλ
ω 条纹
角度
顺时针光束
计数器 光检测 器
角速率
光检测器
合光棱镜
脉冲
频率计
Lecture 13 -- Laser Gyro
19
Outline
1. 激光陀螺简介 2. Sagnac 效应及其引起的光程差 3. 激光陀螺的频差输出 4. 激光陀螺装配及工艺 5. 激光陀螺的误差及对策
Lecture 13 -- Laser Gyro
L = qλ ⇒ λ =
M2
ω M1 L M4
L q
激光的频率: 激光的频率
M4
Vq =
c
因此
绕着谐振腔平面的法线方向旋转， 当谐振腔以角速度 ω 绕着谐振腔平面的法线方向旋转，则 qc qc Vb = Va = Lb La 频率差： 频率差：
qc Vq = L
λ
Lecture 13 -- Laser Gyro
Laser Gyro
激光陀螺
Lecture 13 -- Laser Gyro
1
Outline
1. 激光陀螺简介 2. Sagnac 效应及其引起的光程差 3. 激光陀螺的频差输出 4. 激光陀螺装配及工艺 5. 激光陀螺的误差及对策
Lecture 13 -- Laser Gyro
2
1.1 激光陀螺简介
光程差的计算: 光程差的计算 分束点的切向速度: 分束点的切向速度
L L 0 v = cos 45 ω = ω 4 2 4 v 在分束点处的光路 A 和 B 上的投影 上的投影:
0
ω
M3
a b
M1
L v n = v cos 45 = ω Q 8 S 传播一周回到分束点, 当光束 a 传播一周回到分束点 它走过了 更多的光程: 更多的光程 L La = L + v n t a = L + ω ⋅ t a t a = La / c 注意到 8
Lecture 13 -- Laser Gyro
21
4.1 装配
整体式激光陀螺 谐振腔同时作为激光管 谐振腔充满了氦氖气体 光路: 光路 反射镜
一个凹面反射镜 一个半透反射镜 阴极和阳极： 阴极和阳极：双阳极
Lecture 13 -- Laser Gyro
22
4.2 三轴整体式激光陀螺
的需求, 为更好地满足 SINS 的需求 在同一块腔体材料上加工出三个谐 振腔 ---- triad. 三轴激光陀螺的两种光路方案： 三轴激光陀螺的两种光路方案： 1. 三角形方案
起决定作用的实际 上是相位差
4A ∆L = ω c
Lecture 13 -- Laser Gyro
11
Outline
1. 激光陀螺简介 2. Sagnac 效应及其引起的光程差 3. 激光陀螺的频差输出 4. 激光陀螺装配及工艺 5. 激光陀螺的误差及对策
Lecture 13 -- Laser Gyro
31
5.3 自锁 解决方案 自锁:
对策: 对策 直接法 -- 减小自锁区 (提高光学器件的质量和气 提高光学器件的质量和气 体介质的纯度 间接法 -- 偏频 利用偏置频率ω 利用偏置频率 0 把工作点移出自锁 区
∆v
∆V = K (ω + ω 0 )
ω = ∆V / K − ω 0
− ωL
0 ωL
Lecture 13 -- Laser Gyro