光纤陀螺仪的原理及应用
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检测器
分束镜 光源
透镜
透镜
光纤线圈
光纤陀螺结构图
光纤陀螺仪原理-Sagnac效应 Sagnac效应[2]
如(a)所示，在无旋转条件下，两束光传输时间相等，为
tCCW tCW
L 2R c c
M CCW CCCW
M l
M ’
如(b)所示，ω旋转条件下为
t CCW
2R c R
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
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
干涉式光纤陀螺仪(I-fog)
开环光纤陀螺是依据Sagnac原理，通过干涉光强的
变化直接检测干涉后的Sagnac相移。
优点： 明显非线性 精度差 输入范围小 电路简单
缺点： 非线性严重 精度低 动态范围窄
Company Logo
www.themegallery.com
干涉式光纤陀螺仪(I-fog) 干涉式陀螺首次应于道尼尔328客机上，目前应用于波 音777飞机的姿态和空气数据系统(SAARU)
结构简单
尺寸小 重量轻 ……
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。
注意：R-FOG研究起步较晚，且对光源要求十分苛刻，所以 目前R-FOG还处于实验室研究阶段，但是和I-FOG相比有上述
优势，因此各国都投入大量人力对其进行研究，相信在不久 的将来，R-FOG一定可以在惯性导航与制导等诸多领域得到 广泛应用。
布里渊型光纤陀螺( B— FOG)
或受激布里渊散射光纤环形激光陀螺( B— FRLG) 。
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
螺 ，属第 1代光纤陀螺 。[3]
按照检测相位的方法可分为 开环型（左图）和闭环型（右图）
宽带光源
ASE
耦合器 光电检测器
Y波导 光纤环
干涉光强信号
A/ D
逻辑电路
D/ A
转速信号
左图
右图
2001 ．4
[3] 王惠文．光纤传感技术与应用 [ M] ．北京 ： 国防工业出版社
调制电压信号
PIN
www.themegallery.com
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
为：
[4]
※A为光传播路径包围的面积一般的向量表达
[4]《The Fiber-Optic Gyroscope 》 Hervé C.Lefèvre 著 张 贵 才
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
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。
光纤陀螺仪的应用 光纤陀螺研制状况
我国国内目前光纤陀螺研制状况：
据不完全统计，国内从事源自文库纤陀螺研究的研究所、院校、 民营单位共有几十家，其中比较著名的有：
航天时代电子公司
航天三院三十三所 北京航空航天大学
哈尔滨工程大学
浙江大学、清华大学 兵器205所
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 3 年 1 2 月 7 日 星 期 六
2 0 1 3 年 1 2 月 7 日 星 期 六
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)，
光纤陀螺仪的应用
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 , 20001169 - 172.
船舶707所
航天工业总公司所属13所和上海803所、航空618所
光 纤 陀 螺 仪 可 以 干 什 么 呢 ？ ？ ？
光 纤 陀 螺 让 你 的 人 生 保 持 平 衡 ！
天将降大任于是人也，必先苦其心志，劳其筋 骨，饿其体肤空乏其身，行拂乱其所为，所以动心 忍性，曾益其所不能。 100108班 第三组与众共勉
干涉光线仪 装置安放处
道尼尔328客机
Company Logo
谐振腔光纤陀螺 ( R— FOG)
谐振腔光纤陀螺（R-FOG）是第 2代光纤陀螺。
谐振腔光纤陀螺结构图
谐振腔光纤陀螺 ( R— FOG)
与 I—FOG相比，R— FOG具有以下特点：
A. 光纤长度短 ，降低了成本； B. 采用高相干光源，波长稳定性高； C. 检测精度高，动态范围大等。
Contents
1 2 3 4
什么是光纤陀螺仪
基本原理-sagnac效应
光纤陀螺仪的分类 光纤陀螺仪应用研究
fibre optic gyroscope
光纤陀螺仪（fibre optic gyroscope）是一种利用
萨格奈克( S a g n a c ) 效应测量旋转角速率ω 的
新型全固态惯性仪表。[1]
(a)
t CW
2R c R
(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
国防工业出版社 2012 .2
[2]《工程光学》 西安工业大学 韩 军、刘 钧 编著
光纤陀螺仪原理-Sagnac效应 Sagnac效应[2]
传输时间差
t tCCW
4R tCW 2 c
分束镜 光源
透镜
透镜
光纤线圈
光纤陀螺结构图
光纤陀螺仪原理-Sagnac效应 Sagnac效应[2]
如(a)所示，在无旋转条件下，两束光传输时间相等，为
tCCW tCW
L 2R c c
M CCW CCCW
M l
M ’
如(b)所示，ω旋转条件下为
t CCW
2R c R
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
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
干涉式光纤陀螺仪(I-fog)
开环光纤陀螺是依据Sagnac原理，通过干涉光强的
变化直接检测干涉后的Sagnac相移。
优点： 明显非线性 精度差 输入范围小 电路简单
缺点： 非线性严重 精度低 动态范围窄
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干涉式光纤陀螺仪(I-fog) 干涉式陀螺首次应于道尼尔328客机上，目前应用于波 音777飞机的姿态和空气数据系统(SAARU)
结构简单
尺寸小 重量轻 ……
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。
注意：R-FOG研究起步较晚，且对光源要求十分苛刻，所以 目前R-FOG还处于实验室研究阶段，但是和I-FOG相比有上述
优势，因此各国都投入大量人力对其进行研究，相信在不久 的将来，R-FOG一定可以在惯性导航与制导等诸多领域得到 广泛应用。
布里渊型光纤陀螺( B— FOG)
或受激布里渊散射光纤环形激光陀螺( B— FRLG) 。
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
螺 ，属第 1代光纤陀螺 。[3]
按照检测相位的方法可分为 开环型（左图）和闭环型（右图）
宽带光源
ASE
耦合器 光电检测器
Y波导 光纤环
干涉光强信号
A/ D
逻辑电路
D/ A
转速信号
左图
右图
2001 ．4
[3] 王惠文．光纤传感技术与应用 [ M] ．北京 ： 国防工业出版社
调制电压信号
PIN
www.themegallery.com
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
为：
[4]
※A为光传播路径包围的面积一般的向量表达
[4]《The Fiber-Optic Gyroscope 》 Hervé C.Lefèvre 著 张 贵 才
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
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。
光纤陀螺仪的应用 光纤陀螺研制状况
我国国内目前光纤陀螺研制状况：
据不完全统计，国内从事源自文库纤陀螺研究的研究所、院校、 民营单位共有几十家，其中比较著名的有：
航天时代电子公司
航天三院三十三所 北京航空航天大学
哈尔滨工程大学
浙江大学、清华大学 兵器205所
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 3 年 1 2 月 7 日 星 期 六
2 0 1 3 年 1 2 月 7 日 星 期 六
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)，
光纤陀螺仪的应用
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 , 20001169 - 172.
船舶707所
航天工业总公司所属13所和上海803所、航空618所
光 纤 陀 螺 仪 可 以 干 什 么 呢 ？ ？ ？
光 纤 陀 螺 让 你 的 人 生 保 持 平 衡 ！
天将降大任于是人也，必先苦其心志，劳其筋 骨，饿其体肤空乏其身，行拂乱其所为，所以动心 忍性，曾益其所不能。 100108班 第三组与众共勉
干涉光线仪 装置安放处
道尼尔328客机
Company Logo
谐振腔光纤陀螺 ( R— FOG)
谐振腔光纤陀螺（R-FOG）是第 2代光纤陀螺。
谐振腔光纤陀螺结构图
谐振腔光纤陀螺 ( R— FOG)
与 I—FOG相比，R— FOG具有以下特点：
A. 光纤长度短 ，降低了成本； B. 采用高相干光源，波长稳定性高； C. 检测精度高，动态范围大等。
Contents
1 2 3 4
什么是光纤陀螺仪
基本原理-sagnac效应
光纤陀螺仪的分类 光纤陀螺仪应用研究
fibre optic gyroscope
光纤陀螺仪（fibre optic gyroscope）是一种利用
萨格奈克( S a g n a c ) 效应测量旋转角速率ω 的
新型全固态惯性仪表。[1]
(a)
t CW
2R c R
(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
国防工业出版社 2012 .2
[2]《工程光学》 西安工业大学 韩 军、刘 钧 编著
光纤陀螺仪原理-Sagnac效应 Sagnac效应[2]
传输时间差
t tCCW
4R tCW 2 c