光纤陀螺
光纤陀螺术语及测试方法
光纤陀螺术语及测试方法一、光纤陀螺原理以萨格耐克〔Sagnac〕效应为根底，由光纤环圈构成的干预仪型角速度测量装置。
当绕其光纤环圈等效平面的垂线旋转时，在环圈中以相反方向传输出的两束相干光之间产生相位差，其大小正比于该装置相对于惯性空间的旋转角速度，通过检测输出光干预强度即反映出角速度的变化。
二、术语及定义1、启动时间光纤陀螺在规定的工作条件下，从加电开始至到达规定性能所需要的时间。
2、零偏当输入角速率为零时，衡量光纤陀螺输出量均值的大小，以规定时间内输出量均值相应的等效输入角速度表示。
不包括由于滞后和加速引起的输出。
3、零偏稳定性当输入角速度为零时，衡量光纤陀螺输出量围绕其均值的离散程度。
以规定时间内输出量的标准偏差相应的等效输入角速度表示，也可称为零漂。
4、零偏重复性在同样条件下及规定间隔时间内，屡次通电过程中，光纤陀螺零偏相对其均值的离散程度。
以屡次测试所得零偏的标准偏差表示。
5、零偏温度灵敏度相对于室温零偏值，由温度变化引起光纤陀螺零偏变化量与温度变化量之比，通常取最大值表示。
6、随机游走系数表征光纤陀螺中角速度输出白噪声大小的一项技术指标，它反映的是光纤陀螺输出的角速度积分〔角度〕随时间积累的不确定性〔角度随机误差〕，也称为角随机游走。
7、标度因数陀螺输出量与输入角速率的比值。
标度因数通常是用某一特定直线的斜率表示。
该直线可以根据在整个输入范围内周期地改变输入量所得到的输入/输出数据，用最小二乘法进行拟合来求得。
8、标度因数非线性度在输入角速度范围内，光纤陀螺输出量相对于最小二乘法拟合直线的最大偏差值与最大输出量之比。
9标度因数重复性在同样条件及规定的角速率下，屡次测量过程中，光纤陀螺标度因数之间的一致程度。
以各次测试所得的标度因数的标准偏差与其平均值之比表示。
10、标度因数温度灵敏度相对于室温标度因数，由温度变化引起的标度因数变化率与温度变化量之比。
通常以最大值表示。
11、频带宽度光纤陀螺频率特性测试中，规定在测得的幅频特性中幅值降低3 dB所对应的频率范围。
光纤陀螺核心器件简介及参数
一、什么是光纤陀螺？光纤陀螺是一种用于惯性导航的光纤传感器陀螺仪(gyroscope)意即“旋转指示器”，是指敏感角速率和角偏差的一种传感器．光纤陀螺仪是广义上的陀螺仪，是根据近代物理学原理制成的具有陀螺效应的传感器。
因其无活动部件——高速转子，称为固态陀螺仪。
这种新型全固态的陀螺仪将成为未来的主导产品，具有广泛的发展前途和应用前景。
二、光纤陀螺核心器件有哪些？1.多功能集成光波导调制器MIOC(Y波导)概述MIOC（集成光学多功能光波导调制器）具有起偏与检偏、分束与合束以及电光相位调制等功能。
理论设计保证产品具有高性能；工艺制备保证产品具有高可靠性；生产控制保证批量产品具有高一致性。
全温范围内具有插入损耗低、偏振消光比高、电光相位调制线性度高的特点。
采用微电子工艺和微光学工艺制作、保偏光纤对准耦合封装技术，具有850nm、1310nm 和1550nm 等多个工作波段。
也可以按照客户的要求定制不同工作波长、不同封装形式等特殊规格的器件。
应用•光纤陀螺•光纤电流传感•其它光纤传感特点•插入损耗低•偏振消光比高•温度相关损耗变化小•电光相位调制线性度高•可靠性高参数表Mini 1310 系列类别参数符号单位性能指标(典型值)光学性能中心波长λc nm 1290~1330 插入损耗IL dB ≤4.全温插入损耗变化∆IL dB ≤0.5 分光比 D - 48/52~52/48 全温分光比变化率∆D % ≤±3.0 背向反射RL dB ≤-55残余强度调制RIM - ≤2/1000 尾纤偏振串音PER dB ≤-30.0全温尾纤偏振串音PER T dB ≤-25.0电学性能半波电压VπV ≤5.0波形斜率S - ≤1/200带宽WMHz ≥300封装结构封装形式- - 可伐镀金封装器件尺寸- mm 20⨯7⨯4.尾纤类型- - SM/PM,φ125μm/80μm光纤尾纤长度L m ≥1.0环境指标工作温度T W℃-45~70储存温度T S℃-55~851310系列类别参数符号单位性能指标(典型值)优级高级光学性能工作波长λc nm129~1330 插入损耗IL dB ≤3.5全温插入损耗变化∆IL dB ≤0.4 ≤0.5 分束比 D % 50±1.5 50±2.0 全温分光比变化率∆D % ≤1.5 ≤3 背向反射RL dB ≤-55 残余强度调制RIM - ≤5/10000 ≤ 2/1000 尾纤偏串音PER dB ≤-30全温尾纤偏振串音PER T dB ≤-30 ≤-27电学性能半波电压VπV ≤3.5 ≤3.5 波形斜率S - ≤1/250 ≤1/250 带宽BW MHz ≥300封装结构封装形式- - 可伐镀金器件尺寸(不含引脚) - mm 30⨯8⨯5 尾纤类型- - SM/PM,φ125μm/80μm光纤尾纤长度L m 1.2环境指标工作温度T W℃-45~+70储存温度T S℃-55~+851550系列类别参数符号单位性能指标(典型值)优级高级光学性能工作波长λc nm 1530~1570插入损耗IL dB ≤3.5全温插入损耗变化∆IL dB ≤0.3 ≤0.5 分束比 D % 50±2.0全温分光比变化率∆% ≤1 ≤3 背向反射RL dB ≤-55 残余强度调制RIM - ≤5/10000 ≤2/1000 尾纤偏振串音PER dB ≤-30全温尾纤偏振串音PERT dB ≤-30 ≤-27电学性能半波电压VπV ≤3.5 ≤4.0 波形斜率S - ≤1/250 ≤1/250 带宽BW MHz ≥300封装结构封装形式- - 特制可伐镀金器件尺寸(不含引脚) - mm 45⨯9⨯5 30⨯8⨯5 尾纤类型- - SM/PM,φ125μm/80μm光纤尾纤长度L m 1.2环境指标工作温度TW ℃-45~+70储存温度TS ℃-55~+85注1：光纤可以选择快慢轴工作注2：满足Telcordia GR468、GJB548B等标准2.保偏光纤分束器PMFS概述PMFS（保偏光纤分束器）的功能是在保持光波原有偏振态前提下，实现光波功率的分束。
光纤陀螺术语及测试方法
光纤陀螺术语及测试方法光纤陀螺是一种利用光学原理来测量角速度和方向的仪器。
其优点包括精度高、响应速度快、稳定性好等，因此在惯性导航、航天航空、自动控制等领域得到了广泛的应用。
光纤陀螺的术语主要包括以下几个方面：1.动态误差：动态误差是指光纤陀螺在运动过程中由于各种因素导致的测量误差。
例如，由于光纤陀螺的光学元件和机械部件在运动时产生的振动、材料膨胀等原因，会导致测量结果的偏差。
2.静态误差：静态误差是指光纤陀螺在静止不动时由于各种因素导致的测量误差。
例如，由于光纤陀螺的温度变化、光学元件和机械部件的松动等原因，会导致测量结果的偏差。
3.小干扰误差：小干扰误差是指光纤陀螺在受到小幅度干扰时产生的测量误差。
例如，由于光纤陀螺的机械结构和光学元件的松动等原因，会导致测量结果的不稳定性。
4.归零误差：归零误差是指光纤陀螺在归零过程中产生的测量误差。
例如，由于光纤陀螺的光纤光路中存在的偏移、偏振和偏心等原因，会导致归零结果的不准确性。
5.偏置误差：偏置误差是指光纤陀螺在测量过程中产生的零点漂移。
光纤陀螺的偏置误差可能由于温度变化、机械部件磨损等原因引起。
除了以上术语之外，光纤陀螺的测试方法主要包括以下几种：1.静态测试：静态测试是指将光纤陀螺放置在静止的环境中，通过测量其输出信号来评估其静态误差。
常用的方法包括将光纤陀螺与参考陀螺或参考仪器进行比较，以确定其零点漂移等测量误差。
2.动态测试：动态测试是指将光纤陀螺安装在运动的平台上，通过测量其输出信号来评估其动态误差。
常用的方法包括将光纤陀螺与参考陀螺或参考仪器进行比较，以确定其响应速度、线性度等测量性能。
3.带宽测试：带宽测试是指通过改变输入信号的频率，测量光纤陀螺输出信号的变化，以确定其响应频率范围。
常用的方法包括使用正弦波信号作为输入信号，测量光纤陀螺输出信号的幅值和相位变化。
4.稳定性测试：稳定性测试是指通过长时间连续测量光纤陀螺输出信号的变化，以确定其稳定性和长期稳定性。
光纤陀螺
EuroFOG(法国)
10゜/h到0.01 ゜/h系列化 0.05゜/h 10゜/h
Fizoptika(俄罗斯) 日立（日本）
3. 与其他陀螺的比较：
光纤陀螺是一种全固态的光学陀螺仪，它的主要优点在于；①无 运动部件，仪器牢固稳定，耐冲击且对加速度不敏感；②结构简单， 零部件少，价格低廉；③启动时间短(原理上可瞬间启动)；④检测灵 敏度和分辨率极高(可达 10rad/s)；⑤可直接用数字输出并与计算机 接口联网；⑥动态范围极宽(约为 2000°/s)；⑦寿命长，信号稳定 可靠；⑧易于采用集成光路技术；⑨克服了因激光陀螺闭锁现象带来 的负效应；⑩可与环形激光陀螺一起集成捷联式惯性系统传感器。
屏幕
分光镜 光源
反射镜 1
反射镜 2
反射镜 3
萨格纳克效应已经得到广泛的应用， 由萨格纳克效应研制出的光 纤陀螺已成功地用于航空、航天等领域，是近 20 年发展较快的一种 陀螺仪。 根据sagnac效应 ，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。 以干涉式光纤陀螺为例，如图1所示，光源(SLD)发出的光经分束器 (coupler)分为两束后，进入一半径为R的单模光纤环(fiber coil) 中，分别沿顺时针方向(CW)及逆时针方向(CCW)反向传输，最后同向 回到分束器形成干涉。显然，当环形光路相对于惯性参照系静止时， 经顺、逆时针方向传播的光波回到分束器时有相同的光程，即两束光 波的光程差等于0；当环行光路绕垂直于所在平面并通过环心的轴以 角速度Ω 旋转时，则沿顺、逆时针方向传播的两波列光波在环路中传 播一周产生的光程差为：
光纤陀螺
光纤陀螺
Lecture 14 -- Fiber Optic Gyro
1
Outline
1. 光纤陀螺概述 2. 光程差, 相位差和互易性 光程差 3. 相位偏置和相位调制 4. 开环、闭环光纤陀螺, 谐振光纤陀螺 开环、闭环光纤陀螺 5. 其它问题
Lecture 14 -- Fiber Optic Gyro
~ fm
D PSD SF
引入放大器 SF 和相位 形成闭环. 变换器 PT, 形成闭环
Lecture 14 -- Fiber Optic Gyro
17
4.3 谐振型光纤陀螺
PSD1 D1 SL LR SL1 PSD2 D2 L2 SL2 C L1
光纤线圈
分成两束, 谐振器). 来自 LR 的激光被 SL 分成两束 从两端进入线圈 (谐振器 谐振器 当光纤陀螺旋转, 两束光的谐振频率变化. 当光纤陀螺旋转 两束光的谐振频率变化 频率差和输入角速度成正比, 测量. 频率差和输入角速度成正比 由两个检测器和 PSD 测量
π π
2
−π
−
π
2
0
∆ϕ
当输入的相移 ∆φ=0，检测器的输出 ， 如左图所示. 如左图所示 I
ϕm
当 ∆φ≠0, 检测器的输出如右图所 示. 输出信号的均值取决于当前曲线下 的面积. 的面积
−π −
π
2
0
π π
2
∆ϕ
ϕm
Lecture 14 -- Fiber Optic Gyro
12
3.3*交变相位偏置 交变相位偏置
5
2.1 Sagnac 干涉仪 静止 干涉仪:
环形 Sagnac 干涉仪
光纤陀螺技术参数选型
光纤陀螺技术参数选型1.光纤陀螺工作原理光纤陀螺是一种利用回波光纤中光信号相位差变化来测量转动角速度的设备。
其基本原理是通过光纤传输光信号的相位差变化来实现转动角速度的测量。
2.光纤陀螺技术参数光纤陀螺的技术参数包括测量范围、分辨率、精度、稳定性等。
2.1测量范围光纤陀螺的测量范围是指其能够测量的转动角速度的上下限。
根据具体应用的需求，需要选用合适的测量范围，以保证光纤陀螺可以满足实际测量需要。
2.2分辨率光纤陀螺的分辨率是指其能够测量的最小角速度变化，也可以理解为陀螺仪的感知能力。
分辨率越高，表示光纤陀螺对微小的角速度变化更加敏感。
2.3精度光纤陀螺的精度是指其输出值与实际值之间的误差。
精度越高，表示光纤陀螺的测量结果与实际值之间的偏差越小。
2.4稳定性光纤陀螺的稳定性是指其在长期工作过程中输出值的稳定性能。
稳定性越好，表示光纤陀螺的测量结果在不同环境条件下的波动较小。
3.光纤陀螺技术参数选型方法在确定光纤陀螺的技术参数时，需要综合考虑实际应用需求、成本和技术可行性等因素。
以下是一些常用的光纤陀螺技术参数选型方法：3.1根据应用需求确定测量范围根据实际测量需求，确定光纤陀螺的测量范围。
需要考虑转动角速度的最大值和最小值，以保证光纤陀螺能够满足实际测量需求。
3.2根据应用场景确定分辨率根据应用场景的需求，确定光纤陀螺的分辨率。
一般来说，对于需要测量微小角速度变化的应用，需要选择具有高分辨率的光纤陀螺。
3.3根据应用精度确定精度要求根据应用的精度要求，确定光纤陀螺的精度。
对于需要高精度测量的应用，需要选择具有高精度的光纤陀螺。
3.4根据应用稳定性确定稳定性要求根据应用的稳定性要求，确定光纤陀螺的稳定性。
对于需要长期稳定工作的应用，需要选择具有良好稳定性的光纤陀螺。
4.光纤陀螺技术参数选型的注意事项在进行光纤陀螺技术参数选型时，需要注意以下几个方面：4.1应用需求的准确把握需要充分了解实际应用需求，使技术参数选型更加准确。
光纤陀螺仪原理
光纤陀螺仪原理1. 引言光纤陀螺仪（Fiber Optic Gyroscope，简称FOG）是一种利用光纤和激光干涉原理测量角位移的装置。
光纤陀螺仪工作稳定、精度高、重量轻、体积小、抗振动能力强，广泛应用于航天、航海、火箭、导弹等领域。
本文将详细解释与光纤陀螺仪原理相关的基本原理。
2. 基本原理光纤陀螺仪的工作原理基于光的干涉效应，通过测量光传播路径中的相位差来得到角位移的信息。
光纤陀螺仪主要由光源、分束器、光纤环路和光电探测器等部分组成。
2.1 光源光纤陀螺仪一般采用激光光源作为发射器。
激光具有单色性、方向性和相干性等优点，可以提供稳定的光信号用于测量。
激光源发射出的激光光束经过准直、偏振等处理后，进入光纤环路进行干涉。
2.2 分束器分束器是将激光光束分成两束的光学组件。
一束光沿着光纤环路的顺时针方向传播，称为顺时针光；另一束光沿着逆时针方向传播，称为逆时针光。
2.3 光纤环路光纤环路是光纤陀螺仪的核心部分，由多个光纤组成。
光纤环路通常采用“S”型或“Z”型布局，其目的是使光在环路中传播一定长度，以增大传播时间，提高测量精度。
在光纤环路中，顺时针光和逆时针光通过相同的光纤传输，形成光纤内壁的干涉。
2.4 光电探测器光电探测器用于测量干涉光信号的强度。
光纤环路两端分别安装有光电探测器，用于接收顺时针光和逆时针光经过干涉后的光强信号。
3. 工作过程光纤陀螺仪的工作过程可以分为两个阶段，即初级调零和运行测量。
3.1 初级调零初级调零是为了消除光纤陀螺仪中的零偏误差。
在初级调零过程中，设备会自动采集并记录下零偏误差的数值。
首先，光纤陀螺仪的光源发射激光光束，分束器将光束分成顺时针光和逆时针光，然后它们分别沿着光纤环路传播。
在传播过程中，如果光纤环路没有发生旋转，则顺时针光和逆时针光会以相同的路径传播回来。
当顺时针光和逆时针光在光纤环路两端重新合成时，它们会以特定的相位关系进行干涉。
这种干涉会导致光电探测器接收到的光强发生相应的变化。
光纤陀螺资料课件
02
光纤陀螺技术
光纤陀螺的关键技术
光学干涉技术
光学波导技术
信号处理技术
光纤陀螺的技术优势
高精度测量
。
抗干扰能力强
可靠性高 成本低
光纤陀螺的技术挑战
温度稳定性
标定和校准
光纤陀螺的测量精度受温度影响较大， 需要采取有效的温度补偿措施提高稳 定性。
光纤陀螺的测量精度需要经过标定和 校准，这是一项复杂的工作，需要高 精度的测试设备和专业的技术人员。
光学噪声Βιβλιοθήκη 光纤陀螺的光学干涉信号较弱，容易 受到光学噪声的干扰，需要优化光学 系统降低噪声。
03
光纤陀螺的制造工艺
光纤陀螺的制造流程
光纤绕制
测试与调整
材料准 备
光学元件装配
封装与成品检验
关键制造工艺与技术
高精度光纤绕制
温度补偿技术
光学元件对准与固定 信号处理与控制技术
制造工艺的优化与改进
持续改进绕线工艺
05
光纤陀螺的发展趋势与展望
技术发展趋势
集成化与微型化 高精度与高稳定性 多轴与阵列化
应用领域拓展
智能交通
航空航天 机器人
未来展望与挑 战
新材料与新工艺 系统集成与智能化 标准化与可靠性
THANKS
感谢观看
引入新材料和新技术
加强质量管理与监控
04
光纤陀螺的性能测试与评估
测试方法与标准
测试方法
测试标 准
性能参数与指 标
性能参数
性能指标
性能测试案例分析
测试案例一
对某品牌的光纤陀螺进行偏振稳定性测试，测试结果显示该光纤陀螺在长时间内 具有良好的偏振稳定性，能够满足高精度测量的需求。
光纤陀螺原理
光纤陀螺原理
光纤陀螺是一种利用光纤的特性实现转角测量的仪器。
它的工作原理基于Sagnac效应，即当光束在光纤环路中沿两个相反方向传播时，由于旋转而造成的路径长度差会导致干涉，进而产生一个可测量的相位差。
具体来说，光纤陀螺由一个光源、光纤环路、光探测器和控制电路组成。
光源发出的光束通过分光器被均分为两束，分别进入光纤环路的两个入口端。
光在光纤中的传播速度是固定的，但光纤环路的旋转会改变光束在光纤中的传播时间。
当光束传播一周后重新汇合，光束会被分光器重新合并成一个信号，然后被光探测器接收。
如果光纤环路没有旋转，两束光传播的时间是一样的，干涉发生，相位差为零。
但是当光纤环路以角速度ω旋转时，在光纤中沿顺时针方向传播的光束会比逆时针方向传播的光束传播时间短。
这就导致两束光传播的相位差不再为零，而是与角速度ω成比例。
通过将光探测器输出的干涉信号与参考信号进行比较，可以测量出相位差，从而计算出光纤环路的转角。
控制电路可以根据测得的相位差来实时调整光束的光程差，以使得干涉信号保持在理想状态。
光纤陀螺具有高精度、高稳定性和抗干扰能力强的特点，被广泛应用于惯性导航、航天航空等领域。
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。
光纤陀螺的精度和稳定性研究
光纤陀螺的精度和稳定性研究光纤陀螺是一种利用光纤的技术来测量角速度和角位移的设备，它在惯性导航、精密导航和航空航天等领域得到广泛的应用。
其优点在于精度高、稳定性强、寿命长、重量轻以及体积小等特点。
本文将深入探讨光纤陀螺的精度和稳定性研究，为读者带来一份的科学知识。
1. 光纤陀螺介绍光纤陀螺的工作原理是利用旋转光路效应，将激光束从光纤中传入陀螺仪，在单位时间内测量旋转角度和旋转速度，从而得到角速度和角位移的数据。
它与传统的机械陀螺相比，具有更高的精度和稳定性，并且摩擦和磨损小，减少了运动部件的故障和损坏。
2. 精度研究光纤陀螺的精度是指测量角速度和角位移的精度，在实际应用中，这是非常关键的，特别是在高精度测量中。
目前，研究人员采用了多种方法来提高光纤陀螺的精度，例如：采用更高的分辨率、适度地减小量程、优化信号处理算法和补偿噪声等，使测量的误差尽可能地减小。
3. 稳定性研究光纤陀螺的稳定性是指在变化的环境条件下，其测量精度的保持能力。
如果在复杂的环境中，光纤陀螺的稳定性较差，则会影响其应用价值。
因此，研究光纤陀螺的稳定性有着重要的意义。
研究人员通过降低环境温度、减小机械负载、研究隔振系统和优化结构设计等方法提高光纤陀螺的稳定性，并保证其在极端环境下也能够正常工作。
4. 常见应用光纤陀螺在军事、航空航天、自动驾驶等领域得到了广泛的应用。
例如，在惯性导航系统中，光纤陀螺具有更好的性能，能够提供更精确、更可靠的角度测量信息；在飞行模拟中，光纤陀螺能够实时地测量飞机的各种角度信息，从而模拟更精细的飞行过程；在智能机器人中，光纤陀螺可用于机器人运动的控制和姿态稳定等。
5. 未来发展随着技术不断的发展，光纤陀螺的应用也将会越来越广泛。
在未来，研究人员将继续致力于提高光纤陀螺的精度和稳定性，并且开发更多的应用场景。
同时，将适应新的需求和挑战，将光纤陀螺的技术发展到更高的层次。
总之，光纤陀螺的精度和稳定性是其在现实应用中的关键，对于提高光纤陀螺的精度和稳定性有着长期的研究和探索价值。
光纤陀螺原理
光纤陀螺原理
光纤陀螺是一种基于光学原理的惯性测量装置，用于测量和感知角速度。
它利用光线在光纤中的传输特性来实现精确的陀螺效应。
在光纤陀螺中，光信号被一个光源产生，并由光纤传输到光接收器。
光信号在光纤中以一定的速度传输，当光纤被转动时，光信号的传播路径会发生变化。
这个变化会引起传输速度的微小改变，进而产生一个相位差。
通过测量这个相位差，可以得到光纤陀螺所受到的转动角速度。
具体而言，光纤陀螺通过分析光信号的相位差，并利用相关的计算算法，将相位差转换为角速度的测量结果。
在光纤陀螺中，有两种光纤的布局方式，分别是光纤环路和光纤两芯。
光纤环路是将光纤以一个环状的方式布置在装置中，用来增强相位差的检测。
光纤两芯则是采用两根光纤互相配对，通过相对传输速度的差异来测量角速度的变化。
光纤陀螺作为高精度的角速度测量装置，广泛应用于惯性导航、航空航天、汽车导航、地震监测等领域。
它具有响应速度快、精度高、抗干扰性强等特点，并且不需要接触物体，可以在复杂环境下进行准确的测量。
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。
光纤陀螺概述.
第3节光纤陀螺的工作原理
光纤陀螺的基本原理是基于Sagnac 效应, 如图1所示,在同一光学
回路中, 沿顺时针方向( CW) 逆时针方向( CCW) 传播的两束光,
当回路绕垂直于自身的轴转动时将使两束光产生相位差, 该相位 差的大小与光回路的旋转速率成比例。
图1:Sagnac 效应原理图
第3节光纤陀螺的工作原理
了具有自相似性的
分型噪声。
1 f
分形噪声是一种具有长程相似性、自相似性及 度特点的非平稳噪声。
类型普
第4节光纤陀螺的误差分析
从误差特性的角度来分析，光纤陀螺的噪声主要包括量化噪声、随机 游走、偏置不稳定性和速率随机游走。其中，随机游走系数的主要来 源是光源的的相对强度噪声、探测器的电噪声和散粒噪声以及相关时 间比采样时间短的其他高频噪声项和光线陀螺中的二阶背向散射，这 些噪声均可用白噪声描述。零偏不稳定性源于法拉第磁场效应、温度 波动引起的飘移或其他低频环境噪声以光纤陀螺中的偏振演变和探测 器的闪烁噪声。
光纤陀螺概述
2012年5月13日
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惯
使用寿命；
(4)易于采用集成光路技术，信号稳定，且可直接用数字 输出，并与计算机接口联接；
第1节光纤陀螺的定义、简介、特点
与机电陀螺、激光陀螺相比，具有如下特点：
(5)通过改变光纤的长度或光在线圈中的循环传播次数，
可以实现不同的精度，并具有较宽的动态范围； (6)相干光束的传播时间短，因而原理上可瞬间启动，无 需预热； (7)可与环形激光陀螺一起使用，构成各种惯导系统的传
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
Sagnac效应 2 Sagnac效应
传输相位差
4π RL ∆Φ S = Ω λ0 c
如何检测相位差？利用光的干 如何检测相位差？ 振动频率相同、 涉：振动频率相同、方向相 同、相位差恒定
I = I 0 (1 + cos ∆Φ s )
通过检测光强来检测相位差， 通过检测光强来检测相位差， 进而检测转动角速率。 进而检测转动角速率。 问题： 问题：旋转角速率产生的光程 差太小，很难被检测。 差太小，很难被检测。
4 光纤陀螺研制及应用状况
•光纤陀螺应用级别划分 光纤陀螺应用级别划分 光纤陀螺
级别
速率级 战术级 惯性级 战略级
零偏稳定性(度/ 标度因数稳 小时) 定性
10~1000 0.1~10 0.01 0.001 0.1~1% 10~1000 ppm <5 ppm <1 ppm
4 光纤陀螺研制及应用状况
t CCW = t CW =
L 2πR = c c
如(b)所示，旋转条件下， (b)所示，旋转条件下， 所示
t CCW =
2πR c − ΩR
t CW
2πR = c + ΩR
理想环形光路系统中的Sagnac Sagnac效应 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 系统静止； (a)系统静止；(b)系统旋转
图3 数字闭环I-FOG结构示意图
π
干涉光强信号
调制电压信号
3 光纤陀螺基本原理及特点
•光纤陀螺实物图 光纤陀螺实物图 光纤陀螺
3 光纤陀螺基本原理及特点
•光纤陀螺实物图 光纤陀螺实物图 光纤陀螺
3 光纤陀螺基本原理及特点
•光纤陀螺优点 光纤陀螺优点 光纤陀螺
光纤陀螺的原理及构成
光纤陀螺的原理及构成
光纤陀螺是一种利用光纤传感器和光学干涉原理测量角速度的仪器。
它的原理基于光波通过光纤的传输和干涉。
光纤陀螺的构成主要包括以下部分：
1. 光源：发出光波的光源，一般采用激光器。
2. 光纤：将光波从光源传输到光学器件中。
3. 光学器件：包括分束器、合束器和反射镜等，用于将光波分成两路，经过不同的光程后再合并起来，以检测出旋转角速度。
4. 光电探测器：检测干涉信号并将信号转换成电信号输出。
5. 控制系统：用于控制光纤陀螺的运转，包括光源的控制、光学器件的调整和信号的处理等。
当光纤陀螺旋转时，由于旋转会改变光波经过光程的长度，因此在两路光波合并时会产生干涉。
通过检测干涉信号的变化，可以测量出旋转角速度。
由于光纤陀螺具有高灵敏度和稳定性，因此在惯性导航、航空航天等领域得到了广泛应用。
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。
- 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)。
静电陀螺仪组成的静电陀螺监控器(ESGM) 与舰船惯性导航系 统(SINS)组成SINS／ ESGM组合导航系统，该系统是目前最高精 度等级的惯性导航设备，它能满足潜艇及航母高精度、高可靠性 潜艇及航母高精度、 潜艇及航母高精度 和隐蔽性的要求。 和隐蔽性的要求。
陀螺仪概述
2) 中高精度陀螺仪 中高精度陀螺仪指精度在5×10-4 º/h到10-1 º/h的陀螺仪。 目前最具有发展前景的陀螺仪就是光学陀螺仪 光学陀螺仪，主要指激 光学陀螺仪 激 光陀螺仪和光纤陀螺仪，激光陀螺属于第一代光学陀螺， 光陀螺仪和光纤陀螺仪 光纤陀螺属于第二代光学陀螺．
图6 光纤陀螺仪工作示意图
具体推导： 具体推导：
光纤陀螺仪
与机电陀螺或激光陀螺相比， 与机电陀螺或激光陀螺相比，光纤陀螺具有如下特点：
(1)零部件少，仪器牢固稳定，具有较强的抗冲击和抗加速运动 抗冲击和抗加速运动的能 抗冲击和抗加速运动 力； (2)绕制的光纤较长，使检测灵敏度和分辨率 灵敏度和分辨率比激光陀螺仪提高了好 灵敏度和分辨率 几个数量级 ； (3)无机械传动部件，不存在磨损问题，因而具有较长的使用寿命 较长的使用寿命； 较长的使用寿命 (4)易于采用集成 集成光路技术，信号稳定，且可直接用数字输出，并与 集成 计算机接口联接； (5)通过改变光纤的长度或光在线圈中的循环传播次数，可以实现不 可以实现不 同的精度，并具有较宽的动态范围 较宽的动态范围； 同的精度 较宽的动态范围 (6)相干光束的传播时间短，因而原理上可瞬间启动 瞬间启动，无需预热； 瞬间启动 (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 是级联式惯导系统 级联式惯导系统的传感器； 级联式惯导系统 (8)结构简单、价格低，体积小、重量轻．
光学系统的构成 ：集成光学型 全光纤型 集成光学型和全光纤型 集成光学型 全光纤型光纤陀 螺 结构：单轴和多轴 单轴和多轴光纤陀螺 单轴和多轴 回路类型：开环光纤陀螺 闭环光纤陀螺 开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺 开环光纤陀螺
开环光纤陀螺
开环光纤陀螺不带反馈 不带反馈，直接检测光输出，省去许多复杂 不带反馈 的光学和电路结构，具有结构简单、价格便宜、可靠性高、 结构简单、价格便宜、可靠性高、 结构简单 消耗功率低等优点，缺点是靠增加单模光纤的长度来提高 消耗功率低等 陀螺的灵敏度，输入一输出线性度差、动态范围小，主要 用作角度传感器 。开环的干涉型光纤陀螺(IOFG)的基本 结构是一个环形双光束干涉仪。
三、光纤陀螺仪
微机械框架式陀螺仪的工作原理 框架式陀螺仪由内框架和外框架组成，二者相互正交， 均为挠性轴。检测质量固定在内框架上。检测质量绕驱动 轴振动，由于振动角很小，故检测质量点的振动可认为是 沿输出轴的线振动。 当有角速度输入时，哥氏力作用在检测质量上，使其 绕输出轴振动，测量电容 差值的变化，得到正比于输 入角速度的输出电压信号。
应用于人体医学、城建监控、环境监测等方面 。干涉陀 螺仪也是目前光纤传感器市场中重要的一类．它应用于航 天航海、机器人工业、白控汽车、深钻、发动机及军事方 面。
二、陀螺仪概述
陀螺仪(gyroscope)意即“旋转指示器”，是指敏感角速率和角偏 差的一种传感器．自1852年陀螺仪问世，因其独特的性能，广泛 地应用于航海、航空、航天以及国民经济等领域。 迄今为止，陀螺仪从传统的刚体转子陀螺仪 刚体转子陀螺仪到新型的固态陀螺仪 固态陀螺仪， 刚体转子陀螺仪 固态陀螺仪 种类十分繁多。 液浮陀螺、静电陀螺和动力调谐陀螺是技术成熟的三种刚体转子 刚体转子 陀螺仪，达到了精密仪器领域内的高技术水平。 陀螺仪 随着光电技术、微米／纳米技术的发展，新型陀螺仪如激光陀螺、 光纤陀螺和微机械陀螺应运而生。它们都是广义上的陀螺仪 广义上的陀螺仪，是 广义上的陀螺仪 根据近代物理学原理制成的具有陀螺效应 陀螺效应的传感器。因其无活动 陀螺效应 部件—高速转子，称为固态陀螺仪 固态陀螺仪。这种新型全固态的陀螺仪将 固态陀螺仪 成为未来的主导产品，具有广泛的发展前途和应用前景。
光纤陀螺仪
光纤陀螺仪的工作原理
光纤陀螺的工作原理是基于萨格纳克 萨格纳克(Sagnac)效应 效应。萨纳克效应 萨格纳克 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。
五、光纤陀螺的发展现状
光纤陀螺的发展是日新月异的。不仅是科学家热心于此，许多大公司 公司 出于对其市场前景 市场前景的看好，也纷纷加入到研究开发的行列中来。由于 市场前景 光纤陀螺在机动载体和军事领域 机动载体和军事领域的应用甚为理想，因此各国的军方 军方都 机动载体和军事领域 军方 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 中低精度的陀螺已经实现了产品化， 中低精度的陀螺已经实现了产品化 高精度产品也开始在军方进行装备调试。 高精度产品也开始在军方进行装备调试。 美国在光纤陀螺的研究方面一直保持领先地位。目前美国国内已经有 美国 多种型号的光纤陀螺投入使用。以斯坦福大学和麻省理工大学为代表 的科研机构在研究领域中不断取得突破，而几家研制光纤陀螺的大公 司在陀螺研制和产品化方面也做得十分出色。最著名的 最著名的Litton公司和 最著名的 公司和 Honeywell公司代表了国际上光纤陀螺的最高水平。 公司代表了国际上光纤陀螺的最高水平。 公司代表了国际上光纤陀螺的最高水平
陀螺仪概述
3) 低精度陀螺仪
低精度陀螺仪指精度范围超过10-1 º/h的陀螺仪。目前有 发展前景的是微机械陀螺仪 微机械陀螺仪。虽然精度低，但低廉的价格 微机械陀螺仪 使其具有广阔的应用前景。微机械陀螺仪有望在一些新的 领域中得到应用，如车载导航系统、天文望远镜、工业机 车载导航系统、 车载导航系统 天文望远镜、 器人、计算机鼠标，甚至是玩具上。 器人、计算机鼠标
陀螺仪概述
根据其精度范围陀螺仪大致分为三部分：超高精度陀螺仪、中高 精度陀螺仪和低精度陀螺仪。 1） 超高精度陀螺仪 超高精度陀螺仪指精度在10-6 º/h～5×10-4 º／h范围内的陀螺仪， 主要包括静电陀螺、磁浮陀螺和液浮陀螺 静电陀螺、 静电陀螺 磁浮陀螺和液浮陀螺。目前最高精度的陀螺 仪是静电陀螺仪。
开环干涉型光纤陀螺原理图
闭环光纤陀螺
闭环光纤陀螺包含闭环环节 闭环环节，它引入了反馈相移。它由激光器光源LR、 闭环环节 分束器SL、相位调制器PM、光检测器D和相敏解调器PSD、伺服放 大器SF、相位变换器PT组成反馈回路。 从LR出来的光经分束器SL分成等强的两束，其中顺时针方向传播的 光由透镜L1 耦合进人光纤线圈的一端。而逆时针方向传播的光通过 相位调制器PM后，由透镜L2 耦合进入光纤线圈的另一端。这两束光 分别从光纤线圈的相反两端出射。当光纤陀螺输入轴旋转时，两束光 之间的相移将发生变化，两束光经分束器SL汇合后。由光检测器D接 收，经工作频率为fm 的相敏解调器PSD解调，并经低通滤波后送人 伺服放大器SF驱动相位变换PT，产生与旋转相移∆Φ大小相等符号相 反的信号，使光纤陀螺始终处于在其最灵敏的零位附近 最灵敏的零位附近工作。 最灵敏的零位附近
最近几年，由于光纤陀螺在 精度、性能和尺寸上具有 更大的潜力，越来越受到 各国陆海空三军的青睐。
陀螺仪概述
有关专家认为：精度在10-2 º/h或者更高的光纤陀螺将代 替激光陀螺，这是发展趋势。在军用方面，飞机、舰艇、 潜艇以及导弹均将装备光纤陀螺用以导航和制导 导航和制导，而且卫 导航和制导 卫 宇宙飞船上也将会装备光纤陀螺仪用于与地形跟踪匹 星、宇宙飞船 配和导向，火箭发射场上光纤陀螺仪用于火箭升空发射跟 火箭升空发射跟 踪及测定等。 踪及测定 在民用方面，光纤陀螺仪 可用于飞机导航和石油勘察、 飞机导航和石油勘察、 飞机导航和石油勘察 钻井导向(确定下钻的位置)， 钻井导向 特别是在工业上的应用具有 极大的发展潜力。
光纤陀螺仪
—用于惯性导航的光纤传感器
李晓静 光学工程 2005202094
一、光纤传感技术
光纤传感技术是20世纪70年代伴随着光导纤维及光纤通信 技术的发展而发展起来的一种以光为载体、光纤为媒质， 感知和传输 传输外界信号(被测量)的新型传感技术。 感知 传输
所谓“感知”，实质上是外界信号对光纤中传播的光波实 施调制 调制。所谓“传输”，是指光纤将受外界信号调制的光 调制 波传输到光探测器进行检测，将外界信号从光波中提取出 来并按需要进行数据处理，也就是解调 解调。 解调
闭环干涉型光纤陀螺原理图
闭环光纤陀螺
和开环IOFG相比，闭环IOFG多了一个反馈回路 反馈回路，它引入 反馈回路 了反馈相移。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 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只与相位变 敏感，陀螺漂移非常小 换器有关 ，主要应用于中等精度的惯导系统，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。
光纤陀螺的发展现状
日本紧随美国之后，在中低精度陀螺实用化方面走在了世界前列。许 日本 多公司都开始批量生产多种中低精度的光纤陀螺。 西欧几个国家以及俄罗斯的第一代光纤陀螺也已经投入生产，少 西欧 数中、高精度陀螺已经装备到了空军、海军及导弹部队中。 我国光纤陀螺的研究相对起步较晚，但是在广大科研工作者的努 我国 力下，已经逐步拉近了与发达国家间的差距。航天工业总公司、 上海803所、清华、浙大、北方交大、北航等单位相继开展了光纤 陀螺的研究。 根据目前掌握的信息看，国内的光纤陀螺研制精度已经达到了惯 导系统的中低精度 中低精度要求，有些技术甚至达到了国外同类产品的水 中低精度 平。但是国内的研究仍然大多停留在实验室阶段 实验室阶段，没有形成产品， 实验室阶段 距离应用还有差距。所以我们在这方面仍然有很长的路要走。