激光陀螺仪的原理与应用优秀课件
激光陀螺
Lecture 13 -- Laser Gyro
17
3.5*算例
逆时针光束 顺时针光束
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：
光检测器
合光棱镜
2 4A 4 0.11176 sin 600 / 2 V 7.29 105 7.43Hz L 3 0.11176 0.6328 106
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
M4
5. 偏振
端面偏振镜片
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
A D G
2. 矩形方案
E D C
I
B
E H
A B
F C F
优点: 紧凑， 可靠
Lecture 13 -- Laser Gyro
23
4.3 主要工艺突破
Cer-vit 陶瓷玻璃取代 了石英
---- 提高了热稳定性
使用了光胶和接触焊技术 ---- 避免了氦氖气体泄露和甲醛对 气体介质的污染 反射镜涂层工艺的革新, ---- 避免了涂层的变质
qc qc ( La Lb )qc L qc La Lb La Lb L2
ω M1 L M4
M2
4 A qc 4 Aq 4A L 4A 2 2 2 K c L L L L
陀螺ppt课件完美版
2. 观察陀螺进动现象时，可 以通过改变外力矩的大小和方
向来探究其影响。
3. 实验结束后，要及时关闭 电源并拆卸器材，整理实验场
地。
07 总结回顾与展望 未来
关键知识点总结回顾
陀螺仪基本原理
陀螺仪是一种基于角动量守恒原理的装置，用于测量或维持方向 。
陀螺仪的种类与应用
介绍了不同类型的陀螺仪（如机械陀螺仪、光学陀螺仪等）及其 在各领域（如航空、导航等）的应用。
为转子提供稳定的驱动电流， 使转子保持恒定的旋转速度。
信号处理电路
对陀螺仪输出的信号进行放大 、滤波、解调等处理，得到所
需的角速度或角度信息。
典型陀螺仪结构剖析
单轴陀螺仪
仅有一个敏感轴，用于测量绕该轴的 角速度或角度。
双轴陀螺仪
三轴陀螺仪
具有三个相互垂直的敏感轴，可同时 测量绕这三个轴的角速度或角度，广 泛应用于航空航天、导航等领域。
带宽
描述陀螺仪输出信号中随机误差的大小， 通常用单位时间内输出信号的标准差来表 示。
指陀螺仪能够准确测量的角速度范围，通常 以赫兹（Hz）为单位表示。
03 陀螺力学特性分 析
力学基础知识回顾
01
02
03
牛顿运动定律
阐述物体运动与力的关系 ，是分析陀螺运动的基础 。
动量守恒定律
陀螺在不受外力作用时， 其动量保持不变。
03
结合硬件和软件补偿方法，对陀螺仪进行更为全面的误差补偿Biblioteka 。提高测量精度策略
选择高精度陀螺仪
在选购陀螺仪时，应优先考虑精度等级高、 稳定性好的产品。
优化安装环境
为陀螺仪提供稳定的工作环境，减小外部因 素对测量精度的影响。
定期校准
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。
《陀螺》ppt课件优秀版
CHAPTER
陀螺仪在陆地交通领域应用
陀螺仪能够精确测量汽车的横滚、俯仰和偏航角度，为自动驾驶系统提供准确的车辆姿态信息。
姿态测量
结合GPS和其他传感器数据，陀螺仪能够提高汽车的定位精度，确保自动驾驶汽车在复杂道路环境中的稳定行驶。
导航定位
通过实时监测车辆动态参数，陀螺仪有助于自动驾驶系统实现车辆稳定性控制，提高行驶安全性。
陀螺仪在水下潜航器中发挥关键作用，通过实时测量潜航器的姿态和角速度，为深海导航提供精确的数据支持。
深海导航
结合陀螺仪的测量数据和其他传感器信息，水下潜航器可以实现地形匹配和精确定位，提高水下作业的准确性和效率。
地形匹配与定位
陀螺仪作为惯性导航系统的重要组成部分，可以为水下潜航器提供持续、稳定的导航支持，确保潜航器在复杂水下环境中的可靠运行。
控制稳定性
车辆定位与导航
通过对乘客上下车数据的采集和分析，陀螺仪有助于实现客流量的精确统计和预测，为运营调度提供数据支持。
客流统计与分析
安全监控与预警
陀螺仪能够实时监测城市轨道交通系统的运行状态，发现潜在的安全隐患并及时预警，确保乘客出行安全。
在城市轨道交通系统中，陀螺仪能够提供准确的车辆定位和导航信息，确保列车在复杂环境中的稳定运行。
随着MEMS技术的发展，陀螺仪将越来越微型化和集成化，降低成本并拓展应用领域。
微型化和集成化
提高陀螺仪的测量精度和稳定性是未来发展的重要方向，以满足高端应用的需求。
高精度与高性能
将陀螺仪与其他传感器（如加速度计、磁力计等）进行融合，通过算法优化提高数据处理的准确性和效率。
多传感器融合与算法优化
陀螺仪在发展过程中面临着技术、市场和应用等多方面的挑战，但同时也为相关产业带来了巨大的发展机遇。
激光陀螺原理工艺PPT课件
7.29
10 5
7.43Hz
8
激光陀螺 结构工艺
激光介质：氦氖气体（频谱 纯度高、反向散射小） 腔体材料：熔凝石英、陶瓷
腔体尺寸：周长200～450mm 谐振腔形状：三角、四边
（优缺点： K = 4A / Lλ ） 装配组合：分离、整体式 整体式激光陀螺介绍 谐振腔和光路 反射镜（反射膜、凹面、半透） 氦氖气体 阴阳电极：双阳极 控制回路：凹镜、激励电压
光学陀螺概述2
光纤陀螺仪：适应捷联系统需求
基本原理：同激光陀螺，只是 用外部激光源，用光导纤维传播。 优点：成本低、体积小重量轻。 发展： 1970s 光纤技术发展 1976 年犹它大学瓦里设想和演示 1978 麦道研制出第一个实用产品 1980s后，Littion，Honeywell， Draper 等公司以及英、法、德、 日、苏等国也展开了研制。
新的反射镜涂层工艺，解决了 涂层变质问题
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2019/9/18
11
L
激光频差正比于输入角速度
干涉条纹以一定的速度移动 7
激光陀螺 频差测量
例：三角谐振腔边长=111.76mm 激光波长λ = 0.6328μ m
用来测地球转动角速度
V 4A L
4 0.11176 2 sin 60 0 / 2 3 0.11176 0.6328 10 6
如果用来测量 0.015 0/h 的 角速度，测量精度无法保 证
4
激光陀螺 结构
激光陀螺相对干涉仪的改进 无源谐振腔→激光谐振腔 测量光程差→谐振频率差
谐振腔(Resonating Cavity)结构： 激光管(光源) + 反射镜(光路) 激光管 = 氦氖气体 + 端面镜片 谐 转，则会引起两路光程不等。
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。
激光陀螺原理
90年代，根据先进巡航导弹和战术飞机导航的要求，美国进行了激光陀螺捷联性能的研究（ SPS）。麦
克唐纳·道格拉斯公司被选为 SPS的主承包商，其次还有霍尼威尔、利顿、洛克威尔、辛格·基尔福特等公
司参加。
国外激光陀螺仪的研制单位很多，其中，美国和法国研制的水平较高，此外还有俄罗斯、德国等国家。
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
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
激光陀螺仪花费了很长时间和大量投资解决了闭锁问题，直到 80年代初才研制出飞机导航级仪表，此后就
迅速应用于飞机和直升机，取代了动力调谐陀螺和积分机械陀螺仪。目前已广泛用于导航、雷达和制导等
领域。
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
2024年度-20陀螺课件(共33张PPT)pptx
MEMS技术发展趋势
随着MEMS技术的不断发展，其应用领域不断拓展，同时向着更高性能、更低功 耗、更小体积的方向发展。
5
陀螺发展历程及现状
发展历程
从最早的机械陀螺到现代的光学陀螺和微机械陀螺，陀螺技术经历了不断的发 展和创新。
现状
目前，光学陀螺和微机械陀螺已成为主流，具有高精度、高可靠性、小型化等 优点。同时，随着人工智能、物联网等技术的发展，陀螺的应用领域也在不断 扩展。
6
02 陀螺仪结构与工 作原理 7
陀螺仪基本结构组成
手段提高陀螺仪的测量精度和稳定性。
10
03 光学陀螺技术及 应用 11
光学陀螺概述及分类
01
02
03
光学陀螺定义
利用光学原理测量角速度 的装置。
光学陀螺分类
根据测量原理不同，可分 为干涉式、谐振式和受激 布里渊散射式等。
光学陀螺应用领域
航空、航天、航海、兵器 等领域中的导航、制导和 控制等。
12
的需求。
22
06 未来发展趋势与 挑战 23
新型陀螺技术研究方向
光学陀螺技术
利用光学原理，研究高精 度、高稳定性的光学陀螺 ，提高测量精度和抗干扰 能力。
微机电陀螺技术
通过微纳加工技术，制造 微型化、低功耗的陀螺仪 ，满足便携式设备和微型 飞行器等领域的需求。
原子陀螺技术
基于原子干涉原理，研究 高灵敏度、高分辨率的原 子陀螺，为高精度导航和 定位提供技术支持。
利用光学谐振腔的旋转多普勒效应，通过测量谐振腔中顺时针和 逆时针传播的两束光的频率差来检测角速度。
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。
激光陀螺仪原理
激光陀螺仪原理
激光陀螺仪是一种利用激光干涉原理测量角速度的仪器，它广泛应用于导航、
航天、航空等领域。
激光陀螺仪的原理十分复杂，但是通过简单的介绍，我们可以初步了解它的工作原理。
激光陀螺仪的工作原理主要基于两个基本原理，激光干涉和相对论效应。
首先，激光陀螺仪利用激光的干涉原理来测量角速度。
它通过将激光分成两束，分别沿着相对方向传播，然后再将它们合并在一起。
当激光束旋转时，由于旋转带来的相位差，合并后的激光将产生干涉条纹，通过测量这些条纹的移动来确定角速度。
其次，激光陀螺仪还利用了相对论效应来提高精度。
根据相对论效应，光在不
同惯性参考系中传播的速度是不同的，而激光陀螺仪正是利用了这一特性。
通过在陀螺仪回转时测量激光在两个方向上的传播时间差，可以得到角速度的准确测量值。
除了以上基本原理外，激光陀螺仪还需要考虑一些影响其精度和稳定性的因素。
例如，温度变化、机械振动、光源稳定性等因素都会对激光陀螺仪的性能产生影响，因此在实际应用中需要进行相应的校准和补偿。
总的来说，激光陀螺仪是一种基于激光干涉和相对论效应的测量角速度的仪器。
它的原理虽然复杂，但通过对其基本原理的了解，我们可以初步理解它的工作原理。
在实际应用中，激光陀螺仪的精度和稳定性受到多种因素的影响，因此需要进行相应的校准和补偿，以确保其准确可靠地工作。
《陀螺》PPT优秀课件(2024)
在复杂环境中（如隧道、城市峡谷等），陀螺仪能够弥补GPS信号 丢失的不足，确保无人驾驶车辆的稳定导航。
自主导航能力
陀螺仪为无人驾驶车辆提供自主导航能力，使其能够在无外部信号干 扰的情况下实现精确导航和定位。
2024/1/24
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05
陀螺仪在其他领域应用拓展
2024/1/24
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虚拟现实技术
2024/1/24
列车定位与导航
陀螺仪与全球卫星导航系 统（GNSS）等结合，为 高速铁路列车提供精确的 定位和导航服务。
列车自动驾驶辅助
陀螺仪在高速铁路列车自 动驾驶系统中发挥重要作 用，协助实现列车的自动 控制和调度。
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无人驾驶车辆导航与定位系统
导航定位精度提升
陀螺仪与其他传感器（如GPS、惯性测量单元等）融合，提高无人 驾驶车辆的导航定位精度。
陀螺仪可实时跟踪用户头部姿态和位置变化，将虚拟信息准确地 叠加到真实场景中。
场景融合
利用陀螺仪数据，可将虚拟物体与真实场景进行无缝融合，提升 用户体验。
互动体验
陀螺仪增强了用户在增强现实环境中的沉浸感和互动性，使体验 更加自然和流畅。
21
机器人自主导航技术
姿态稳定
陀螺仪可帮助机器人保持稳定的姿态和平衡，实 现在复杂环境中的自主移动。
中的稳定性，提高命中精度。
抗干扰能力
基于陀螺仪的导弹制导系统具有 较强的抗干扰能力，能够在复杂 电磁环境下正常工作，确保导弹
的命中率和作战效果。
2024/1/24
9
卫星姿态控制系统
01
卫星姿态测量
陀螺仪能够精确测量卫星的姿态角速度和加速度，为卫星提供准确的姿
态信息，确保卫星在轨运行的稳定性和安全性。
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.
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
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。
激光陀螺仪呈圆形，两束激光在圆中逆向传播。
激光的工作波长按照光圆周传播的总距离为波长的整数倍关系自动调整。
这里，如果使整个装置以角速度ω绕圆的中心轴旋转，当旋转同方向的激光束绕圆周一周时，其传播的光程距离比静止时稍长，而旋转反方向的激光束的光程距离比静止时稍短。
于是，两列波因干涉产生差拍（频率差的节拍）。
通过测定该差频可知旋转角速度。
差频可用△f=4ωS/λL表示。
陀螺旋转的时候自传轴始终指着一个方向陀螺仪，就是现代的指北针！它广泛用在航空，航海，等领域。
陀螺仪输出的是旋转角速度。
目前市场上有单轴、双轴、三轴。
单轴：可检测一个面上的旋转数据。
双轴：可检测两个面上的运动。
如air mouse、tv game 等三轴：可检测空间的运动。
比如惯性导航、机器人、导弹定位。
陀螺仪又分激光、机械、MEMS等很多种类，主要应用不同市场。
这就是它的基本工作原理改变方向需要额外施加外力，因此陀螺仪一般都是和外界保持很小的作用方式，一般被摩擦力很小的转轴系统悬挂比较高精度的还会用到激光陀螺仪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。
陀螺仪器不仅可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器。
《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
激光陀螺仪
激光陀螺仪的原理
• 实际模型----激光陀螺 相对干涉仪
激光陀螺仪的原理
• 简化模型----环形干 涉仪
• 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 光程差ΔL。
激光陀螺
• 我国已经成为世界上第四个具备独立研制激光陀 螺能力的国家，产品应用范围覆盖陆海空天等多 个领域。激光陀螺虽小，却集成了光、机、电等 诸多领域高精尖技术，是一个国家科技实力和军 事实力的综合体现。
陀螺仪特性
• 进动性：在运转中的陀螺仪，如果在旋转轴上施 加一个力矩，旋转轴并不沿施力方向运动，而是 顺着转子旋转向前90度垂直施力方向运动。
• 坦克、火炮等常规兵器
– “帕拉丁”自行榴弹炮 – 瑞典的BKAN1A和FH-77B型榴弹炮 – 精密测量侦察车和布雷德利战车
• 各种战术导弹和战略导弹
– 小型洲际弹道导弹“侏儒” – Block III战斧巡航导弹
• 观察微小的地震效应、固体地面潮汐效应
2013/5/12
发展现状
2013/5/12
ห้องสมุดไป่ตู้
(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
激光陀螺仪的原理
• 分别求出两个方向的时间
t CCW
2R c R
M CCW CCCW
M l
M ’
t CW
2R c R
4R2 c2
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1
1
Background
2
Gyroscope: A sensor which has the ability to perceive
the running speed and maintain the direction of the type.
Traditional gyro
Ring laser gyro 5
① RLG's zero bias and scale factor of the system parameters are stability compared with FOG, so the calibration difficulty relatively easy.
13
1
Background
Basic principle 2
3 Main application
Research status 4
14
The research status of abroad
For the first time in 1963, the Sperry, the company successfully developed the ring laser gyro.
(a)
(b)
8
• The time of two directions
tCCW
2R
cR
tCW
2R
cR
• Transmission time
ttCCW tCW4c 2R2
M CCW
CCCW
(a)
M
l
M ’
(b)
9
Constitute of the RLS
Partial frequency components Cheng long control component Signal readout system Ring laser Logic circuit The power component The installation structure Electromagnetic shielding cover, etc
Basic principle 2
7
Rotation free condition, two beams of light transmission time, which is,
tCCW tCWL c2cRM CCWMl
M ’
Under the condition of rotating,
CCCW
the condition of low speed it is easy to closure.
Fiber optic gyro
Ring laser gyro
④ The precision of RLG is high , but the price also high.
6
1
Background
3
Inertial components
Inertia measurement Inertial navigation Inertial stabilization Inertial guidance
Inertial device is the core of the inertial technology
4
• 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.
③ All kinds of tactical and strategic missiles Small intercontinental ballistic missiles "dwarf" The Block III tomahawk cruise missile.
④ Observe the tiny seismic effect and the solid ground tidal effect
② Conventional weapons such as tanks, artillery "Latin" howitzer Swedish BKAN1A and FH - 77 - b howitzers Precision measurement reconnaissance vehicles
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The actual model ----laser gyro relative interferometer
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1
Background
Basic principle 2
3 Main application
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① Most of the aircraft and civil aviation abroad F - 22, F - 35, SU - 30 aircraft, B747 and A320 civilian planes
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.
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