光纤陀螺概述.
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
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
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。
光纤陀螺的原理及应用
原理
物质受到外界磁场的作用时， 它内部的磁化强度也会发生 变化。表面铁磁共振就是利 用这种变化来检测磁场的方 法。
应用
除了光纤陀螺，表面铁磁共 振还可以应用于医学检测等 领域。
光纤角速度传感器
概念
光纤角速度传感器是利用光纤感 应器对角速度进行测量的装置。
测量原理
光纤角速度传感器是基于光学菲 涅耳效应的，通过比较两束相干 光的相位差来测量角速度。
应用
光纤角速度传感器广泛应用于航 空，航天领域，以及高精度测量 等领域。
光纤陀螺工作原理
1
测量转速
依据光学相位差，测量稳定的光路差，得到转速。
2
修正偏移
通过修正惯性元件对角速度的缓漏和扭曲，并对其加以合成，得到最终的修正偏 移值。
3
输出信息
将信息进行数字调制，再经过光电转换，输出信号。
光纤陀螺应用
航空航天领域中的应用
光纤陀螺可以利用其高精度，稳定性和快速响应等 特点，对导航系统的性能进行优化，有利于飞行器 的稳定性和定位准确性。
高精度测量领域中的应用
光纤陀螺结构先进，性能优良，可以应用于各种高 精度测量领域，例如海洋测量、地震勘测、气象预 报等。
结论
1 光纤陀螺的原理和应用非常广泛。
作为一种高精度、高精度度、高可靠性的惯 性导航仪器，它造福于各种不同领域的技术 创新和发展。
2 但光纤陀螺仍有发展空间。
例如在增加测量精度和减小体积和重量等方 面，还需要不断地进行技术突破和改进。
光纤陀螺的原理及应用
光纤陀螺是一种基于光学原理的惯性导航仪，是现代导航技术的重要组成部 分。
原理介绍
光纤陀螺是基于瞬时轴法和恒星法的惯性导航系统，在运动状态下利用光纤 角速度传感器和光学共振，利用光学效应对角速率进行测量，从而实现对飞 行姿态和导航状态的振是一种基于磁 共振原理的测量方法，常用 于测量光纤陀螺中的磁场。
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。
光纤陀螺研究报告
光纤陀螺研究报告1. 引言光纤陀螺是一种利用光信号传播特性测量旋转的仪器。
它通过利用光纤的特性，实现了高精度的旋转测量。
在航空航天、地质勘探、导航等领域中有着广泛的应用。
本报告将对光纤陀螺的原理、结构、工作原理以及应用进行详细介绍，并探讨其发展趋势。
2. 光纤陀螺的原理光纤陀螺的原理基于光纤中光信号的传播特性。
当光信号通过光纤传播时，光纤会因为光信号传播的路径被旋转而发生相位差。
通过测量这个相位差的变化，可以推算出光纤陀螺所受的旋转角速度。
3. 光纤陀螺的结构光纤陀螺的主要结构包括光纤环、激光器、光探测器、信号处理部分等。
光纤环通常采用螺旋形结构，以增加旋转角度的敏感度。
激光器负责产生光信号，光探测器则用于测量光信号的相位差变化。
信号处理部分主要用于计算旋转角速度并输出测量结果。
4. 光纤陀螺的工作原理光纤陀螺的工作原理可以分为两个步骤：光信号传播和相位测量。
在光信号传播过程中，激光器产生的光信号通过光纤环传播，光信号的路径会因为光纤环的旋转而发生相位差。
在光探测器接收到光信号后，通过相位测量技术测量光信号的相位差变化。
利用旋转角速度和路径长度可以计算出旋转角速度。
5. 光纤陀螺的应用光纤陀螺在航空航天、地质勘探、导航等领域有着广泛的应用。
在航空航天领域，光纤陀螺可以用于飞行器姿态测量、导航系统等。
地质勘探中，光纤陀螺可以用于地下测量、地震监测等。
在导航领域，光纤陀螺可以用于惯性导航系统，提高导航精度。
6. 光纤陀螺的发展趋势随着科技的发展，光纤陀螺也在不断进步和发展。
未来的光纤陀螺有望实现更高的精度和更小的体积。
同时，新材料的应用和制造工艺的改进也将进一步提升光纤陀螺的性能和可靠性。
此外，光纤陀螺的集成化和微纳化也是发展的趋势，有望将其应用于更多领域。
7. 结论光纤陀螺是一种利用光信号传播特性测量旋转的仪器，在航空航天、地质勘探、导航等领域有着广泛的应用。
光纤陀螺的原理和工作原理都基于光信号的传播和相位差的测量。
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。
光纤陀螺仪原理及应用课件
光纤陀螺仪的应用
光纤陀螺仪在导航和惯性测量中具有广泛的应用。它被用于惯性导航系统、 无人机、机器人、地震监测和飞行器姿态控制等领域。
光纤陀螺仪在航空航天领域的 应用
光纤陀螺仪在航空航天领域具有重要的应用价值。它被用于飞行器导航、星 敏感器校准、航天器定位和控制等关键任务。
光纤陀螺仪未来的发展趋势
光纤陀螺仪的未来发展趋势包括提高精度和稳定性、减小体积和重量、降低成本，并结合其他传感器和技术实 现更复杂的功能。
光纤陀螺仪原理及应用课 件
欢迎大家来到光纤陀螺仪原理及应用课件。本课件将为您介绍光纤陀螺仪的 概述、工作原理、精度和性能、应用领域以及未来的发展趋势。
光纤陀螺仪的概述
光纤陀螺仪是一种基于光学原理的高精度角速度传感器，用于测量物体的转动状态。通过光学纤维在物体旋转 时产生的干涉效应来实现角速度测量。
光纤陀螺仪的工作原理
光纤陀螺仪利用Sagnac效应，即在旋转参考帧中光的光程差导致相位差，从 而测量旋转角速度。光纤螺旋形状的布局使其具有高灵敏度和稳定性。
光纤陀螺仪的精度和性能
光纤陀螺仪具有较高的精度和性能。其精度可达到每小时几百亿分之一度，稳定性较好，可广泛应用于导航、 惯性测量和姿态控制等领域。
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。
光纤陀螺原理
光纤陀螺原理光纤陀螺是一种利用光学原理测量角速度的仪器，它是利用光的干涉现象来测量旋转角速度的一种高精度陀螺仪。
光纤陀螺以其高精度、高灵敏度、高稳定性等特点，在航空航天、国防军工、地质勘探等领域得到了广泛的应用。
本文将介绍光纤陀螺的工作原理及其应用。
光纤陀螺的工作原理是基于光的干涉现象。
当光线通过光纤时，如果光纤受到旋转的影响，光线的传播速度会发生微小的变化，这种变化会导致光的相位发生变化。
通过测量这种相位变化，就可以得到光线所受到的旋转影响，进而测量出角速度。
光纤陀螺主要由光源、光纤、光路和检测器等部件组成。
光源发出的光线经过光纤传输到光路中，当光线受到旋转影响时，光线的相位会发生变化，最后被检测器检测到，并转换成电信号输出。
通过对电信号的处理，就可以得到光纤陀螺所受到的旋转角速度。
光纤陀螺具有高灵敏度和高稳定性的特点，这是因为光纤陀螺采用了光学干涉原理来测量角速度，光的波长非常短，因此可以实现非常高的分辨率。
同时，光纤陀螺的工作原理不受外界磁场和电场的影响，因此具有很高的稳定性。
光纤陀螺在航空航天、国防军工、地质勘探等领域有着广泛的应用。
在航空航天领域，光纤陀螺可以用于飞行器的导航和姿态控制，可以实现对飞行器的高精度定位和导航。
在国防军工领域，光纤陀螺可以用于武器系统的姿态控制和目标跟踪，可以提高武器系统的精确度和打击效果。
在地质勘探领域，光纤陀螺可以用于测量地球的自转角速度和地壳的运动情况，可以为地质勘探提供重要的数据支持。
总的来说，光纤陀螺是一种高精度、高灵敏度、高稳定性的角速度测量仪器，具有广泛的应用前景。
随着光纤技术和光学技术的不断发展，光纤陀螺将会在更多领域得到应用，并发挥重要作用。
光纤陀螺简介
光纤陀螺简介光纤陀螺的工作原理是基于萨格纳克(Sagnac)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。
光纤陀螺按照工作原理可以分为：干涉型光纤陀螺仪和谐振式光纤陀螺仪。
干涉型光纤陀螺仪，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。
而谐振式光纤陀螺仪，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。
谐振式光纤陀螺仪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。
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的能力；(2)绕制的光纤较长，使检测灵敏度和分辨率比激光陀螺仪提高了好几个数量级；(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；(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；(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。
未来光纤陀螺的发展将着重于以下几个方面：(1)高精度。
更高的精度是光纤陀螺取代激光陀螺在高等导航中地位的必然要求，目前高精度的光纤陀螺技术还没有完全成熟。
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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
—高速转子，称为固态陀螺仪。
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：
(1)零部件少，仪器牢固稳定，具有较强的抗冲击和抗加
速运动的能力； (2)绕制的光纤较长，使检测灵敏度和分辨率比激光陀螺 仪提高了好几个数量级； (3)无机械传动部件，不存在磨损问题，因而具有较长的
第5节光纤陀螺的应用与发展
由于光纤陀螺的种种优点的存在, 使其取得了相当广泛的应用。
图6 陀螺的零偏稳定性
第5节光纤陀螺的应用与发展
陀螺的应用领域主要是由陀螺零偏稳定性决定的, 由此可见光纤陀螺 的应用几乎覆盖了目前所需要的全部领域, 见表1。
第5节光纤陀螺的应用与发展
光纤陀螺的应用领域在立足陆用的同时, 向航空、航海和航天领 域发展, 如布撒器、制导导弹、舰载火炮以及潜艇、卫星等。将来光 纤陀螺必将在更为广泛的领域发挥重要的作用。
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。
第2节纤陀螺的分类
按工作原理：干涉型光纤陀螺仪(I—FOG)，目
前应用最广泛；谐振式光纤陀螺仪(R-FOG)； 受激布里渊散射光纤陀螺仪(B-FOG)
按光学系统的构成：集成光学型和全光纤型光
纤陀螺
按回路类型：开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺
图4 开环I- FOG 结构框图
调制之后干涉光强度为:
I I0 1 sin(s )………………（7）
螺的误差分析
低精度的光纤陀螺的噪声主要表现为白噪声，而在中、高 精度光纤陀螺的输出噪声中，除了高斯白噪声外，还包含
1 f
最大敏感度, 并能分辨 的极性, 应进行 相位偏置调制, 使陀 螺工作在灵敏度和线性度均最高的区域。
2
图3 干涉式光纤陀螺的响应
第3节光纤陀螺的工作原理
开环式I- FOG 直接检测干涉后的Sagnac 相移, 并通过在光纤线 圈的一端放置压电陶瓷环PZT , 作为产生 相位偏置 M 的调 制器。结构如图4 所示。 2
通过检测干涉光强得到光的相位变化信息。光强与相移的关系是一个隆
起的余弦函数:
I I0 1 cos(s )………………（6）
第3节光纤陀螺的工作原理
第3节光纤陀螺的工作原理
由(6)式和图3可见, 在输入角速度很小的情况下, 光探测器输出信号
的敏感度为零, 而且不能辨别角速度 的方向。为了获得输出信号
光纤绕制成N匝直径为D的线圈, 则(4) 式可修正为:
8 A 2 LD s N …………（5） c c
式中: A R 2 为环形光纤回路所围的面积, K为光波波长。通过解 调相位差 s , 就可以利用上式求出陀螺的旋转角速度 。
第3节光纤陀螺的工作原理
干涉型光纤陀螺（I-FOG）在结构上就是如图2 所示的Sagnac 干涉仪,
光纤陀螺的实现如图2 所示 , 从光源发出的光经分束器后分为两束, 分别沿顺时针方向及逆时针方向进入光纤环传输。在惯性参考系中, 当环形回路以角速度作顺时针旋转时, 由Fizeau 效应有:。
Ccw Cccw
c 1 R(1 2 )………………（1） n n
c 1 R(1 2 )………………（2） n n
光纤陀螺代表着未来惯性器件的发展方向, 世界各国都在不断加 大对光纤陀螺的研究, 我国也已将其列为惯性技术领域重点发展的技 术之一。随着光纤制造技术和集成光路技术的不断发展, 光纤陀螺产 品将向着多元化、小型化、实用化方向发展, 并会在国防军事、科学 研究、以及人们的生产生活等方面拥有越来越广阔的应用前景。
性空间的角速度或转动角度的无自转质量的新 型光学陀螺仪。
第1节光纤陀螺的定义、简介、特点
简介：
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—
图2 光纤陀螺工作原理图
第3节光纤陀螺的工作原理
由式( 1)-( 2) 计算可得:
4 R 2 t 2 ………………（3） c
进而可以求得两束光之间的相位差:
8 A s t ………………(4) c
第3节光纤陀螺的工作原理
实际上为了提高测量精度、减小陀螺体积, 一般将总长度为L的