光纤陀螺技术及应用
光纤通信中的光纤陀螺技术研究
光纤通信中的光纤陀螺技术研究光纤通信在现代通信技术中占有重要的地位，它不仅提高了网络的传输速率和带宽，还提高了网络的可靠性和安全性。
光纤通信中的光纤陀螺技术是一项核心技术，可以在光学通信领域中发挥出重要作用。
本文将详细探讨光纤陀螺技术的原理、应用场景以及当前的研究进展。
一、光纤陀螺技术的原理光纤陀螺是一种将惯性导航传感器的想法与光学传感技术结合的仪器。
它利用光的属性，通过测量光的干涉来检测旋转，并利用检测到的旋转来确定具体方向。
其原理是采用光纤中的光纤环作为检测器，利用光纤中的两束激光束在光纤环中反射出现出变幻，使用光电探测器处理输出信号，可以实时地监测到旋转角速度。
二、光纤陀螺技术的应用场景光纤陀螺技术被广泛应用于惯性导航、火箭制导、天然气采集、地震勘查、精密测量、地球物理勘探、卫星通讯等领域。
以航空领域为例，航空领域的惯性导航系统需要计算对象在空间三维坐标系中的运动状态，并根据该状态实现精确导航和定位。
在这个过程中，光纤陀螺技术可以通过检测飞机的旋转来计算出飞机在空间中的角度和速度，从而帮助导航系统实现更为精确的定位和导航。
三、光纤陀螺技术的研究进展近年来，光纤陀螺技术在实际应用中广泛受到关注，并且取得了一系列令人瞩目的研究进展。
例如，近期研究人员提出了一种高精度、高灵敏度的光纤陀螺，该系统使用了独特的“光纤耦合式陀螺”技术，能够实现在恶劣环境下的高精度测量。
此外，研究人员还提出了一种基于光纤陀螺的高精度声波测量方法，该方法可以实时监测地球板块的运动，并精确测定板块之间的位移。
总之，光纤陀螺技术不仅是一种重要的光学传感器技术，而且是现代通信业中的重要一环。
通过不断地研究和发展，光纤陀螺技术在未来的发展中有望进一步提高其可靠性和实用性，推动光学通信领域的发展。
光纤陀螺的原理和应用前景
光纤陀螺的原理和应用前景1. 简介光纤陀螺作为一种高精度惯导传感器，广泛应用于导航、无人驾驶、航天航空等领域。
本文将介绍光纤陀螺的原理和应用前景。
2. 原理光纤陀螺基于Sagnac效应，利用光在旋转系统中传播的差相位来测量旋转角速度。
其主要原理如下：•光路拆分：将入射光束分为两束，经过旋转系统后再合并。
一束沿顺时针方向传播，另一束沿逆时针方向传播。
•光程差：当没有旋转时，两束光在旋转系统中传播距离相等，所以两束光在合并后能够干涉产生等相位。
•旋转效应：当旋转系统发生旋转时，顺时针方向的光程会变短，逆时针方向的光程会变长，导致干涉产生相位差。
•相位差测量：通过检测干涉产生的相位差，就可以计算出旋转角速度。
3. 应用前景光纤陀螺具有高精度、高稳定性、长寿命等优点，因此在许多领域有着广泛的应用前景。
3.1 导航与定位光纤陀螺可以用于惯性导航系统，实现对航空器、潜水器、导弹等的精确导航和定位。
与传统的机械陀螺相比，光纤陀螺具有更高的精度和更小的体积，更适用于高精度导航需求。
3.2 航天航空在航天航空领域，光纤陀螺可以用于姿态控制、角速度测量、飞行参数监测等方面。
光纤陀螺的高精度和高稳定性保证了飞行器的准确性和安全性。
3.3 无人驾驶随着无人驾驶技术的快速发展，光纤陀螺作为惯性导航传感器，在自动驾驶车辆上具有重要的应用前景。
它可以提供准确的车辆姿态信息，改善导航、定位和轨迹控制的精度，提高无人驾驶的安全性和可靠性。
3.4 工业自动化光纤陀螺可以在工业自动化系统中用于测量和控制机器人、加工设备等的姿态和运动状态。
通过实时监测机器人的姿态信息，可以提高生产效率和产品质量。
4. 总结光纤陀螺基于Sagnac效应，利用光在旋转系统中传播的差相位来测量旋转角速度。
其具有高精度、高稳定性、长寿命等优点，在导航、航天航空、无人驾驶和工业自动化等领域有着广泛的应用前景。
随着技术的不断进步，光纤陀螺将继续发挥重要的作用，推动相关领域的发展和进步。
光纤陀螺的制造技术研究与应用
光纤陀螺的制造技术研究与应用光纤陀螺是一种测量角速度的设备，通过利用光线的传播速度差异来实现角速度的测量。
在现代化的航空航天、军事和工业领域中，光纤陀螺已经成为必不可少的重要设备之一。
本文将介绍光纤陀螺的制造技术研究与应用。
一、光纤陀螺的原理光纤陀螺的原理基于斯特兰效应，即在旋转物体中，光线经过旋转物体后会发生相移。
而光纤陀螺就是利用这一原理，通过光线的传播速度差异来测量旋转物体的角速度。
光纤陀螺包括两个光纤环和一个激光器。
激光器会把激光通过一个60度的分束器，将激光分成两束光，然后通过两个内部反射镜再分别穿过两个光纤环。
当旋转物体旋转时，光线在穿过光纤环的过程中会发生斯特兰效应，导致两束光线相位差异发生变化。
这个相位差异会通过两个光纤环传递回激光器，最终通过检测器进行检测。
因为斯特兰效应的微小特性，光纤陀螺能够极其精确地测量旋转物体的角速度。
二、光纤陀螺的制造技术1. 光纤制备技术光纤的制备是生产光纤陀螺的关键技术之一。
制备高品质的光纤需要高质量的光纤原料、优良的制备设备和经验丰富的技术人员。
目前，国内外的光纤制备设备、技术和制备经验已经十分成熟。
2. 光纤陀螺的组装技术光纤陀螺的组装过程也非常重要，组装技术的精度决定了光纤陀螺的性能。
组装过程包括环与环的连接、传输路线的安排和组件的安装等环节。
组装过程需要耐心、精确的手工操作，同时保持专业的技术水平和对设备的深刻了解，保证组装过程的准确性和稳定性。
3. 工艺技术的创新随着科技的进步和需求的不断提高，光纤陀螺的工艺技术也在不断创新。
其中，新的设计模式和材料技术是光纤陀螺行业创新的重要方向。
由于光纤陀螺的精确度和可靠性要求非常高，因此新材料与全新的设计模式对于提高这种精确度和可靠性非常关键。
三、光纤陀螺的应用1. 航空航天光纤陀螺在航空航天领域中被广泛应用，用于测量卫星、飞机、导弹等的角速度和方位角。
光纤陀螺可以保证高精度和尺寸小巧，因此可以在航空航天装备中长期稳定地工作。
光纤陀螺技术及其应用
光纤陀螺技术及其应用张伟伟（河南大学物理与电子学院，开封 475001）光纤陀螺是建立在Sagnac 效应基础上的光学干涉仪，主要用来检测外部载体的运动角位移和角速度。
光纤陀螺与机械陀螺和激光陀螺相比具有结构简单，体积小，质量轻，成本低，灵敏度和分辨率高等一系列优点，引起了国内外人们极大的重视和强烈的兴趣。
光纤陀螺现已在航空航天、武器导航、机器人控制、石油钻井及雷达等领域获得了较为广泛的应用。
但是由于光纤陀螺其传感元件光纤线圈对各种物理量极为敏感会产生陀螺噪声，而且本身固有物理结构，光源质量，光学器件，光探测器等一起也会形成复杂噪声源影响光纤陀螺的灵敏度使精度下降。
目前，国内光纤陀螺仪研制水平与国外相比已接近惯性导航系统的中、低精度要求，但大多数未到工程实用阶段，也没有可靠性数据。
因此，对于光纤陀螺我们还需要不断地进行研究，以求研制出满足各行各业需要的实用的光纤陀螺。
1 光纤陀螺基本原理各种类型的光纤陀螺，其基本原理都是利用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而已。
Sagnac 效应是指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。
如图1所示为光纤陀螺原理示意图，从A 点入射的光被分束器分成等强的两束光,反射光a 进入光纤线圈沿逆时针方向传播，透射光b 被反射镜反射回后又被分束器反射，进入光纤线圈沿顺时针方向传播。
两束光绕行一周后，又在分束器汇合。
当干涉仪无旋转时，沿相反方向传播的两束光绕行一周的光程相同，即两束光波的光程差为0。
当干涉仪绕着其垂直轴以角速度Ω（设逆时针方向为正方向）旋转时，沿相反方向传播的两束光绕行一周的光程和时间就不再相等，其时间差和光程差分别为：2224()a b R t T T c R π∆=-=Ω-Ω Ω≈∆=∆cR t c L 24π（()22Ω>>R c ） 所以光纤环中两束光之间的相移为：Ω=∆=∆λπλπϕc RL 4L 2（R L π2=为光纤环的周长）图1 圆形萨格奈克干涉仪一般情况下，光纤陀螺采用的是多匝光纤线圈（N 匝）的光纤环，两束光绕行N 周再次汇合时的相移应为： Ω=Ω=∆K c RLN λπϕ4（λπc RLN K 4=为光纤陀螺的标度因数）这表明两束光的光程差与输出相移与旋转角速度Ω成正比，所以只要测得光程差或相移就可以求出转动角速度Ω。
光纤陀螺仪的发展及应用
光纤陀螺仪的发展及应用光纤陀螺仪是一种基于光学原理的精密仪器，用于测量和检测物体的角速度和角位移。
它的工作原理是利用光纤作为传感器，在光的干涉和干扰效应下实现对角速度进行精确测量和计算。
光纤陀螺仪具有高精度、快速响应、长寿命和抗干扰性强等优点，因此在航空航天、导航、地震监测和工业控制等领域得到广泛应用。
光纤陀螺仪的发展经历了几个重要的阶段。
最早的光纤陀螺仪出现在20世纪70年代，它使用了光纤作为传感器，在光的干涉效应下实现对角速度的测量。
然而，当时的光纤陀螺仪体积庞大、价格昂贵、性能不稳定，限制了其在实际应用中的推广和应用。
随着技术的发展，光纤陀螺仪逐渐趋于小型化、高精度化和低功耗化。
在20世纪90年代，研究人员提出了一种新的光纤陀螺仪结构，即光纤环结构。
这种结构有效地实现了对光在光纤中传播时产生的微小光程差的测量，大大提高了陀螺仪的灵敏度和稳定性。
近年来，随着光纤技术的不断进步，光纤陀螺仪实现了更高的分辨率、更低的噪声和更宽的测量范围。
同时，光纤陀螺仪的体积也不断减小，造价也大大降低，使得其在大规模商业化应用中更具有竞争力。
光纤陀螺仪目前在航天航空领域有着广泛的应用。
它可以用于飞行器的导航、姿态控制和稳定系统，实时测量飞行器的角速度和绕各轴旋转角度，从而保证飞行器的安全和稳定。
光纤陀螺仪还可以用于航天器的精确定位和导航，为太空探测任务提供准确的数据支持。
此外，光纤陀螺仪还被广泛应用于民用领域。
例如，光纤陀螺仪可以用于汽车导航系统，提供准确的行驶方向和距离信息；在地震监测中，光纤陀螺仪可以实时监测地壳的变化，预警地震；还可以在工业控制系统中实现精确的角位移测量和控制，提高生产过程的自动化和智能化水平。
总的来说，光纤陀螺仪以其高精度、快速响应和抗干扰性强的特点，成为现代导航和控制系统中不可或缺的重要元件。
随着技术的进一步发展，相信光纤陀螺仪在更多领域的应用前景将更加广阔。
光纤陀螺仪的原理和应用
光纤陀螺仪的原理和应用1. 光纤陀螺仪的基本原理光纤陀螺仪是一种基于光学原理的惯性传感器，用于测量物体在空间中的角速度和角度变化。
它是一种无接触、高精度、长寿命的传感器，广泛应用于导航、航天、航海、地震监测等领域。
光纤陀螺仪的原理基于光的干涉效应。
其主要构成部分包括光源、光纤环路、检测器等。
•光源：光源产生出一束光通过一个光纤环路。
•光纤环路：光源发出的光经过光纤环路后，沿着相反的方向传播。
光纤环路通常采用多圈的结构，可通过增加光纤的长度来提高灵敏度和稳定性。
•检测器：光纤环路的两个光束经过合并后，再传输到检测器上。
当光纤环路发生旋转时，其中一个光束相对于另一个光束发生相位差，这种相位差会被检测器测量。
光纤陀螺仪利用光的干涉效应来测量旋转角速度。
当光纤环路不发生旋转时，两个光束的相位差为零；而当光纤环路发生旋转时，由于受到Coriolis力的影响，两个光束会发生相位差，该相位差与物体旋转的角速度成正比。
通过测量相位差，可以计算出物体的旋转角速度。
光纤陀螺仪的工作原理基于震动陀螺仪的原理，但优势在于不需要旋转部件，故具有更高的精度和可靠性。
2. 光纤陀螺仪的应用光纤陀螺仪由于其高精度、长寿命等特点，被广泛应用于以下领域：2.1 航空航天在航空航天领域，光纤陀螺仪常用于惯性导航系统中，用于测量飞行器的姿态、角速度和加速度。
光纤陀螺仪可以为无人机、导弹、卫星等提供高精度的导航和定位能力。
2.2 海洋勘探在海洋勘探领域，光纤陀螺仪用于测量船只、潜水器和潜水员的姿态和行为。
通过监测船只或潜水器的姿态信息，可以提高海洋勘探的定位和导航精度，确保勘探任务的安全和高效完成。
2.3 地震监测光纤陀螺仪在地震监测中的应用越来越广泛。
它可以用于测量地震波传播路径的分布和地球的扭转等参数。
通过光纤陀螺仪的高精度测量，可以提高地震监测的准确性和灵敏度，为地震预警和地震学研究提供重要的数据支持。
2.4 惯性导航光纤陀螺仪在惯性导航系统中起到核心作用。
光纤陀螺的原理及应用
光纤陀螺的原理及应用光纤陀螺是一种基于光纤的惯性导航装置，利用光纤的特性来测量物体在空间中的转动角速度。
它的核心原理是著名的光路差原理，即利用光在不同介质中传播速度不同的性质，通过测量光信号的相位差来推测陀螺的旋转情况。
光纤陀螺的主要构成部分包括光源、光分束器、光偏置器、光栅、光检测器等。
光源发出的光经过光分束器分成两束，依次通过光偏置器，其中一束光经过光栅与另一束光混合后通过光检测器检测。
当光纤陀螺不发生旋转时，两束光的相位相同，检测器输出信号为零；当光纤陀螺发生旋转时，光栅会引起两束光之间的相位差随着陀螺旋转导致变化，通过检测器可以将转动的角速度转化为电信号输出。
光纤陀螺具有许多优势和应用前景。
首先，光纤陀螺具有高精度和高稳定性，可以测量微小的角速度变化，适用于高精度导航和姿态控制。
其次，光纤陀螺不受外部电磁干扰的影响，可以用于恶劣环境下的导航。
此外，光纤陀螺体积小、重量轻，便于安装和集成到各种设备中。
光纤陀螺广泛应用于航空、航天、航海、导弹、船舶、地质勘探以及工业自动化等领域。
在航空和航天领域，光纤陀螺可用于惯性导航系统，实现飞行器的精确定位、测速和姿态控制。
在导弹领域，光纤陀螺可以提供快速、精确的导航信息，有效支持导弹的制导和弹道控制。
在地质勘探中，光纤陀螺可以应用于油气勘探、地震监测等领域，提供地下结构和地震信号的测量。
在工业自动化中，光纤陀螺可用于机器人导航和姿态控制，提高自动化生产线的准确性和效率。
除了以上应用领域，光纤陀螺还具有许多潜在的应用前景。
例如，在虚拟现实和增强现实领域，光纤陀螺可用于实现更精确的姿态追踪和身体定位。
在医疗领域，光纤陀螺可以应用于体内导航和手术辅助等方面，提高手术精确度和安全性。
在车辆导航和自动驾驶领域，光纤陀螺可以用于精确定位和路径规划，提高车辆导航的准确性和安全性。
总之，光纤陀螺是一种基于光纤的惯性导航装置，利用光路差原理测量物体的转动角速度。
它具有高精度、高稳定性和抗干扰性强的特点，广泛应用于航空、航天、航海、导弹、船舶、地质勘探和工业自动化等领域。
光纤陀螺原理及应用课件
欢迎参加本课程！本课程将介绍光纤陀螺的定义、原理和应用领域，以及其 在惯性导航、航空航天和地震监测中的重要性。让我们开始吧！
光纤陀螺的定义和原理
光纤陀螺利用光纤中的轴向光束干涉现象实现精密测量。光纤陀螺原理基于 光的传播速度与光路长度的微小变化。
光纤陀螺的结构和工作方式
光纤陀螺由光源、光路、光探测器和信号处理器组成。通过检测光纤中的干 涉信号，确定旋转角速度。
光纤陀螺的发展前景及挑战
光纤陀螺具有广阔的应用前景，但也面临着技术创新、信号处理和成本降低等挑战。持续研究和发展将推动其应用 领域的拓展。
Hale Waihona Puke 光纤陀螺的应用领域惯性导航
光纤陀螺用于导航系统，提供高精度的姿态和位置测量，应用于航空、航海和地面交通领域。
航空航天
光纤陀螺在航空航天中用于飞行器姿态控制、飞行参数测量和导航系统，提高飞行安全性。
地震监测
光纤陀螺可用于监测地壳运动和地震活动，提供准确的地震测量数据，助力地震预警系统的 建设。
光纤陀螺在惯性导航中的应用
光纤陀螺在惯性导航系统中扮演关键角色，提供精确的旋转角速度测量，用于定位、姿态控制和目标追踪。
光纤陀螺在航空航天中的应用
光纤陀螺在飞行器控制、导航和引导系统中广泛应用。高精度的姿态测量和 导航数据提高了航空航天系统的性能和安全性。
光纤陀螺在地震监测中的应用
光纤陀螺通过监测地壳运动和地震活动，为地震学家提供准确的地震测量数 据，帮助预测和研究地震现象。
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。
光纤陀螺仪原理及其工程应用
光纤陀螺仪原理及其工程应用光纤陀螺仪的基本构成由光源、光纤环、探测单元组成。
光源波长单色一致的激光，被光纤环分成两个光路，分别是顺时针和逆时针方向。
当光沿两个光路经过光纤环传播后，两束光会重合，形成干涉。
若光纤环不发生任何旋转，则两束光在探测单元中产生完全相干干涉。
但若光纤环发生了旋转，对应的光程差会发生变化，从而干涉现象也会发生变化，通过观察干涉光强的变化，就可以得到光纤陀螺仪的输出信号，进而计算出旋转角速度。
光纤陀螺仪在航空航天、导航定位、地震监测以及智能交通等领域中有着重要的应用。
在航空航天中，光纤陀螺仪可以用于飞行器的姿态控制、导航定位和惯性导航系统等，可以实现精确的飞行操作和导航定位。
在地震监测中，可以利用光纤陀螺仪对地震产生的地壳运动进行精确测量，以便及时预警和采取应急措施。
在智能交通领域中，光纤陀螺仪可以用于地铁、高铁等交通工具的导航定位和运行控制中，确保交通运行的精准和稳定。
另外，光纤陀螺仪还可以应用于油井钻井、测量仪器、无人车等领域。
在油井钻井中，可以利用光纤陀螺仪实现井深测量和定向钻井，提高钻井效率和精确度。
在测量仪器领域，光纤陀螺仪可以用于惯性测量单元、陀螺仪罗盘等设备中，实现精确的测量和定位功能。
在无人车领域，光纤陀螺仪可以用于自动驾驶系统中，提供准确的姿态和角速度信息，以实现安全稳定的驾驶。
综上所述，光纤陀螺仪具有高精度、稳定性好、抗振能力强等特点，使其在航空航天、导航定位、地震监测以及智能交通等领域中得到了广泛的应用。
随着技术的不断发展和创新，光纤陀螺仪在工程应用中将会有更广阔的前景和应用空间。
光纤陀螺仪的原理及应用
光纤陀螺仪的原理及应用光纤陀螺仪（Fiber Optic Gyroscope，FOG）是一种基于光学原理的精密惯性测量装置，用于测量和监测旋转运动。
它利用光纤的传输特性和Sagnac效应实现测量旋转运动的原理。
光纤陀螺仪的原理是基于Sagnac效应。
Sagnac效应是20世纪初法国物理学家Sagnac发现的一种光学现象，它是由于光在旋转系统中传播时，相对于旋转系统固连的坐标系，光沿顺时针和逆时针方向传播所需的时间不同而导致的。
光纤陀螺仪利用这个效应，通过测量光在光纤中的传播时间差来推测出旋转系统的旋转信息。
光纤陀螺仪的基本结构包括光源模块、光纤环和检测模块，其中光纤环是光纤陀螺仪的关键部件。
光纤环是由一个光纤来回缠绕而成的环形结构，通过环形的光纤路径，光可以顺时针和逆时针两个方向传播。
当光纤环不发生旋转时，两束光沿相同路径传播，其光程差为零；而当光纤环发生旋转时，两束光会在循环路线上产生不同程度的光程差，其大小与旋转角速度和环形光纤长度有关。
光纤陀螺仪通过光纤环中的相位差来测量旋转运动。
光纤陀螺仪通过向光纤环中注入一束激光光束，并分成顺时针和逆时针两个传输方向，经过一段一致长度的光纤后再汇合，再通过光探测器对两束光信号进行比较，并检测出相位差。
应用方面，光纤陀螺仪具有广泛的应用领域：1. 惯性导航系统：光纤陀螺仪广泛应用于航天、航海、军事等领域中的惯性导航系统中，用于测量航天器、舰船或导弹的姿态、角速度和角加速度，实现精确导航和定位。
2. 地震预警：光纤陀螺仪可以用于测量地震、地壳运动和地球自转等地球物理学参数，通过分析和监测这些数据，可以提前预警地震活动，为地震防灾提供重要信息。
3. 石油勘探：光纤陀螺仪可以应用于石油勘探领域，用于测量地下油田的地质构造、井筒位置和地震勘探过程中的旋转运动等参数，提高勘探效果和资源利用率。
4. 智能车辆导航系统：光纤陀螺仪可以用于智能车辆导航系统中，用于测量车辆的姿态和旋转运动，提供准确的车辆导航和行驶方向。
光纤陀螺在测绘中的应用
光纤陀螺在测绘中的应用测绘是一门古老而又重要的学科，它在人类社会发展的各个领域都起着至关重要的作用。
而随着科技的不断进步和创新，各种新的测绘技术被应用于实践中，为测绘工程师带来了更高的精度和效率。
其中，光纤陀螺在测绘中的应用被广泛关注和研究。
一、光纤陀螺技术的原理和特点光纤陀螺是一种基于光学原理的高精度角位移测量仪器，其工作原理是利用光的传输和反射原理来测量旋转的相对速度和角位移。
它的核心部件是一段光纤，在光纤中激发出光脉冲，通过光纤的内部传输，再反射回来。
通过测量纠正后的光纤路径与未经旋转前路径的差异，可以精确计算出旋转的角度和速度。
光纤陀螺的最大特点是高灵敏度和高稳定性。
相比于传统的机械陀螺，光纤陀螺无需物理接触，因此避免了摩擦和磨损带来的误差。
而且光纤陀螺的传感器具有很高的灵敏度，可以检测微小的旋转角度变化，提供更加准确和精细的数据。
另外，光纤陀螺还具有良好的抗震性能和稳定性，能够在各种恶劣的环境条件下正常工作。
二、光纤陀螺在地壳形变监测中的应用地壳形变是地球上自然活动的表现，是地震、地热、地质构造等现象的结果。
准确监测地壳形变对于研究地球内部结构、预测地震等具有重要意义。
而光纤陀螺的高精度和高灵敏性使得它成为地壳形变监测的理想工具之一。
利用光纤陀螺进行地壳形变监测的原理是通过布设光纤传感网络，实时收集大量的旋转数据。
这些数据可以反映出地壳的微小变形和扭转，从而研究地表的运动情况。
通过长期的观测和数据分析，可以更好地了解地震活动的规律和特点，提高地震预警的准确性。
三、光纤陀螺在测量车辆行驶轨迹中的应用车辆行驶轨迹的测量对于城市规划和交通管理具有重要意义。
传统的轨迹测量方法多依赖于GPS和惯性导航系统，但在城市的高楼大厦中，信号受到遮挡和干扰，测量误差较大。
而通过光纤陀螺的应用，则能够提供更加准确和稳定的轨迹测量结果。
利用光纤陀螺进行车辆轨迹测量的原理是在车辆上固定一段光纤陀螺，通过测量光纤陀螺与地面之间的角位移，可以计算出车辆的移动轨迹。
光纤陀螺仪及其应用
光纤陀螺仪及其应用引言光纤陀螺仪是一种基于光纤技术制造的高精度陀螺仪，具有广阔的应用前景。
它在现代科技领域，如测量速长、角速度、导航系统、机器人控制等方面发挥着越来越重要的作用。
本文将详细介绍光纤陀螺仪的基本原理及在各领域的应用，并展望其未来发展。
光纤陀螺仪的基本原理光纤陀螺仪主要利用光的干涉原理来测量角速度。
在光纤陀螺仪中，激光束被分成两路，分别沿不同的路径传输，然后再合并。
当光纤环路中存在角速度时，两路光束的相位差会发生变化，通过测量相位差即可计算出角速度。
关键技术包括光捕捉、光路传输及数字信号处理等。
光纤陀螺仪的应用领域1、测量速长：光纤陀螺仪可以用于测量物体的速度和长度。
通过测量物体在不同位置的速度，结合光纤陀螺仪的高精度测角技术，可以计算出物体的长度。
2、角速度：光纤陀螺仪在军事、航空航天、无人驾驶等领域中被广泛应用于测量角速度。
例如，在导弹制导、无人机飞行控制、车船驾驶等场景中，需要精确的角速度信息来确保精确打击或安全行驶。
3、导航系统：光纤陀螺仪是惯性导航系统中的重要组成部分。
在卫星导航系统中，光纤陀螺仪可以提供高精度的角速度和加速度信息，与卫星信号相结合，实现更加精确的导航。
4、机器人控制：在机器人控制领域，光纤陀螺仪可以用于监测机器人的姿态和角速度，以确保机器人的精确动作和稳定运行。
特别是在一些恶劣环境（如高温、低温、强电磁场等）中，光纤陀螺仪更是具有其他类型陀螺仪无法比拟的优势。
光纤陀螺仪的未来展望随着科技的不断发展，光纤陀螺仪的技术也在不断进步。
未来，光纤陀螺仪将朝着更高精度、更小体积、更低成本、更高可靠性方向发展。
同时，随着5G、物联网、人工智能等技术的快速发展，光纤陀螺仪的应用场景也将越来越广泛。
市场潜力巨大，为光纤陀螺仪的发展带来了更多的机会和挑战。
结论光纤陀螺仪作为一种重要的传感器，在测量速长、角速度、导航系统、机器人控制等领域中具有广泛的应用。
本文详细介绍了光纤陀螺仪的基本原理及在各领域的应用，并展望了其未来的发展。
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。
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。
- 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)。
收 稿 日 期 ： ２００６－ １１－ １０ ； 修 订 日 期 ： ２００６－ １２－ ０９ 基 金 项 目 ： 教 育 部 新 世 纪 人 才 计 划 资 助 项 目（ＮＥＣＴ－ ０５－ ０１８３） 作 者 简 介 ： 杨 远 洪 （１９６９－ ）， 男 ， 湖 北 武 汉 人 ， 教 授 ， 主 要 从 事 光 纤 陀 螺 及 相 关 技 术 研 究 。Ｅｍａｉｌ ： ｙｈｙａｎｇ＠２６３．ｎｅｔ．ｃｎ
关键词： 光纤陀螺； 惯性系统； 光电探测； 观测卫星 中 图 分 类 号 ： ＴＮ２５３；Ｖ２４１．５ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： １００７－ ２２７６（ ２００７） ０５－ ０６２６－ ０６
Ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃ ｇｙｒ ｏｓｃｏｐｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
第５期
杨远洪等： 光纤陀螺技术及应用
６２７
调制器、模拟和数字信号检测技术等， 都得 到 了 深 入 地 研 究 ； ＦＯＧ 的 各 种 误 差 因 素 ， 如 “Ｓｈｕｐｅ”效 应 引 入 的 温 度误差、偏振非互易、后向散射、Ｋｅｒｒ 效应等， 都被 揭示 出来并找到了有效的解决方法。在这个 时期 Ｉ!ＦＯＧ 的 潜力已经显现出来， 基于它的样机已能提供试用。 １９８６￣１９９６ 年为 ＦＯＧ 技术迅速发展和成熟时期， 有关 ＦＯＧ 研 发 大 都 集 中 在 Ｉ!ＦＯＧ 上 ， 许 多 公 司 都 开 发 出 ＦＯＧ 产品并投入试用， 有些公司甚至已具有了相 当大 的生产规模。在 １９９６ 年的 ＦＯＧ２０ 周年会议上， 国外许 多公司都报道了它们的 ＦＯＧ 产品， ＦＯＧ 已经达到了很 高的精度， 且能覆盖高、中、低精度范围， ＦＯＧ 在几乎所 有 的 惯 性 技 术 领 域 都 找 到 了 它 的 位 置 。１９９６ 年 至 今 ， ＦＯＧ 的研究主要集中在扩大应用领域、进一步 提高性 能和降低成本上， 即在高端要取代最高精度的机械陀 螺、在低端要比现有的陀螺便宜， ＦＯＧ 的这些特点和优 势已得到充分的应用和实践验证。
１ ＦＯＧ 的原理
１．１ Ｓａｇｎａｃ 效 应 及 角 速 度 测 量 Ｓａｇｎａｃ 效 应 指 ： 当 由 一 个 光 源 发 出 的 两 束 光 在 一
个闭合的任意形状光路中沿相反方向传播时， 在环路 沿其等效面矢量轴有一个转动时， 这两束光将产生一 个 正 比 于 转 速 的 位 相 差 ， 即 Ｓａｇｎａｃ 相 移 ， 可 表 示 为［２］：
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： Ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃ ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ； Ｉｎｅｒｔｉａｌ ｍｅａｓｕｒｅ ｕｎｉｔ； Ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｎｄｅｒ； Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ
０引言
１９１３ 年法国人Ｇ．Ｓａｇｎａｃ 提出了 Ｓａｇｎａｃ 效应。１９７６ 年 ， 美 国 学 者Ｖ．Ｖａｌｉ 和Ｒ．Ｗ． Ｓｈｏｒｔｈｉｌｌ 首 次 提 出 光 纤 陀 螺（ＦＯＧ）这 个 概 念［１］， 他 们 使 用 多 圈 光 纤 环 形 成 大 等 效 面积的闭合 光路， 利用Ｓａｇｎａｃ 效应实现了 载 体 的 角 运 动测量。使得这种光纤角运动传感器具备了完整的陀 螺功能。ＦＯＧ 是全固态的陀螺， 与传统的机械陀螺 相 比 ， 具 有 工 艺 简 单 、力 学（振 动 、冲 击）性 能 好 、可 靠 性 高 等特点， 与稍早的激光陀 螺 （ ＲＬＧ） 相 比 ， 除 了 工 艺 简 单 外 ， 在 体 积 、电 特 性 和 成 本 及 可 靠 性 方 面 ， 都 具 有 较
但由于 Ｙ 波导等器件价格较高， 因此这种陀螺成本
较 高 。闭 环 ＦＯＧ 可 覆 盖 １￣０．０００ １ （°）／ｈ 的 精 度 范 围 ，
已广泛应用在各种惯性系统上。
（ａ）Ｓｃｈｅｍｅ ｄｉａｇｒａｍ 图 ４ 闭 环 Ｉ"ＦＯＧ
Ｆｉｇ．４ Ｃｌｏｓｅ"ｌｏｏｐ ＩＦＯＧ
（ｂ）Ｒｅｓｐｏｎｓｅ
２ ＦＯＧ 特点及技术
式 中 ： Ｌ 为 所 用 光 纤 的 长 度 ； Ｄ 为 光 纤 环 的 直 径 ； )! 为
成为可测量的电信号：
Ｉ＝Ｋ［１＋ｃｏｓ（’&Ｒ ）］
（３）
式中： Ｋ 为与光源光强有关的系数。通过测量 Ｉ 可确 定 这 个 位 相 差 ’&Ｒ ， 进 而 通 过 公 式（２）确 定 ＦＯＧ 所 敏 感的角速率 %， 实现载体的旋转运动的实时测量。但 公 式（３）表 明 Ｉ 与 ’&Ｒ 成 余 弦 关 系 ， 在 零 转 速 附 近 灵 敏 度最低， 所以在实际的角速度测量时， 都需要通过相 位 调 制 技 术 将 工 作 点 偏 置 到 ±(／２ 附 近 ， 实 现 高 精 度 检测， 如图 ２ 所示。
第 ３６ 卷第 ５ 期 Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．５
红外与激光工程 Ｉｎｆｒａｒｅｄ ａｎｄ Ｌａｓｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２００７ 年 １０ 月 Ｏｃｔ． ２００７
光纤陀螺技术及应用
杨远洪， 申 彤， 郭锦锦
（北 京 航 空 航 天 大 学 光 电 技 术 研 究 所 ， 北 京 １０００８３）
摘 要 ： 简 单 回 顾 了 光 纤 陀 螺 ３０ 年 的 技 术 研 究 和 应 用 情 况 ； 介 绍 了 光 纤 陀 螺 的 基 本 原 理 ， 总 结 了 光纤陀螺的特点和关键应用技术； 以光纤陀螺在光电探测和卫星观测系统中的应用为主要背景， 详细 介 绍 了 具 有 代 表 性 的 ＬＮ２００ 系 列 光 纤 陀 螺 惯 性 系 统 的 技 术 特 点 和 应 用 情 况 ； 同 时 介 绍 了 光 纤 陀 螺 在 机 载 红 外 前 视 、红 外 天 体 观 测 平 台 和 高 精 度 对 地 观 测 卫 星 中 的 典 型 应 用 ， 为 光 纤 陀 螺 在 相 关 领 域 的 应 用 提 供 了 参 考 和 依 据 。简 单 总 结 了 我 国 光 纤 陀 螺 的 发 展 和 应 用 情 况 。经 过 ３０ 年 的 发 展 ， 光 纤 陀 螺 及 相 关技术已达到很高的水平， 已成为惯性系统的主流和首选仪表。
的 竞 争 力 ， 有 时 甚 至 是 唯 一 的 选 择［３］。 ２．２ ＦＯＧ 基本技术
经 过 ３０ 年 的 发 展 ， Ｉ"ＦＯＧ 技 术 已 经 成 熟 ， 并 形 成 一个优选的基本设计原则：
"#Ｒ
＝
４$
２
Ａ·%
（１）
ｃ
式 中 ： "&Ｒ 为 Ｓａｇｎａｃ 相 移 ； $ 为 光 的 频 率 ； ｃ 为 真 空 中
的 光 速 ； Ａ 为 面 积 矢 量 ； % 为 速 度 矢 量 。当 用 一 个 光 纤
环（如图 １）来实现这个闭合光路时， 上式可改写为：
’&Ｒ
＝
２(ＬＤ )! ｃ
·%
（２）
ｖ＝Ｋｓｏ·ｓｉｎ（Ｋｓ·%）
（４）
式 中 ： Ｋｓｏ ， Ｋｓ 为 比 例 系 数 。 公 式（４）表 明 ， 开 环 ＦＯＧ 的 输出与转速 % 呈非线性关系， 如图 ３（ｂ）所示。因此这
种 陀 螺 适 合 做 中 、低 精 度 陀 螺 使 用 。由 于 它 成 本 低 ， 因
此在一些精度和线性要求低的场合具有较高的应用
２．１ ＦＯＧ 特点 （１） 具有很大的设计灵活性， 可以满足各种不同
的应用需求 ＦＯＧ 的 精 度 由 所 采 用 的 方 案 和 组 成 它 的 各 部 分
的 参 数 决 定 ， 体 现 在 系 统 对 Ｓａｇａｎｃ 相 移 的 检 测 精 度 上 ， ＦＯＧ 所 能 测 量 的 最 小 角 速 度 为 ：
大的优势。作为关键的惯性仪表， 在军事上具有极高的 应用价值， 这使得它在出现之初就引起各发达国家的 重视， 经过 ３０ 年的发展， ＦＯＧ 已成为惯性技术 领域的 主流陀螺， 并在多种场合得到了成功的应用。
在 ３０ 年 的 发 展 过 程 中 ， ＦＯＧ 经 历 了 方 案 探 索 、技 术 研 究 、 产 品 开 发 ３ 个 阶 段 ： １９７６￣１９８６ 年 是 ＦＯＧ 发 展 的 方 案 探 索 阶 段 。 在 此 阶 段 ， 出 现 了 许 多 ＦＯＧ 方 案 ， 如 干 涉 型 开 环 、闭 环 ＦＯＧ （ Ｉ !ＦＯＧ） 、谐 振 型 ＦＯＧ （Ｒ!ＦＯＧ）、布 里 渊 ＦＯＧ（Ｂ!ＦＯＧ） 等 ； 许 多 基 础 技 术 ， 如 宽 谱 光 源 、保 偏 光 纤 及 器 件 、光 纤 环 绕 制 技 术 、Ｙ 波 导
图 ２ Ｓａｇｎａｃ 干 涉 仪 的 响 应 曲 线 Ｆｉｇ．２ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ Ｓａｇｎａｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ
１．２ 开环ＦＯＧ 开 环 ＦＯＧ 由 宽 谱 光 源 、耦 合 器 、偏 振 器 、光 纤 环 、
位相调 制器和检测电路组成， 其 原 理 如 图 ３（ａ）所 示 。 其输出与敏感到的转速 % 的关系为：
价 值 。 俄 罗 斯 的 Ｆｉｚｏｐｔｉｋａ 和 美 国 的 ＫＶＨ 等 公 司 都 有
相应的产品并已大量应用。
图 １ 用光纤环组合的闭合光路 Ｆｉｇ．１ Ｃｌｏｓｅｄ ｆｉｂｅｒ ｃｏｉｌ ｗｉｔｈ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ
所 用 光 源 的 平 均 光 波 长 。这 个 位 相 差 的 变 化 可 通 过 光 的干涉转化为输出光信号的强度变化， 经光电转换便
６２８
红外与激光工程
第 ３６ 卷
所 示 。检 测 电 路 为 全 数 字 电 路 。输 出 与 敏 感 到 的 转 速
! 的关系为：
Ｄｏ ＝Ｋｓｃ·!
（５）
式 中 ： Ｋｓｃ 为 比 例 系 数 。Ｉ"ＦＯＧ 具 有 很 好 的 线 性 ， 如 图 ４ （ ｂ） 所 示 。现 阶 段 中 、高 精 度 光 纤 陀 螺 都 为 闭 环 ＦＯＧ，
ＹＡＮＧ Ｙｕａｎ!ｈｏｎｇ， ＳＨＥＮ Ｔｏｎｇ， ＧＵＯ Ｊｉｎ!ｊｉｎ