光纤陀螺的原理及应用
合集下载
相关主题
- 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)。
➢ 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。
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
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.
A/
逻辑电路
D/
D
A
转速信号
左图
右图
[3] 王惠文．光纤传感技术与应用 [ M] ．北京 ： 国防工业出版社 2001 ．4
干涉式光纤陀螺仪(I-fog)
www.themegallery.com
❖ 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
(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
[2 ]《工程光学》 西安工业大学 韩 军、刘 钧 编著 国防工业出版社年 2012 . 2
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
缺点： 非线性严重 精度低 动态范围窄
Company Logo
干涉式光纤陀螺仪(I-fog)
www.themegallery.com
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)
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)
(a)系统静止；(b)系统旋转
[2]《工程光学》 西安工业大学 韩 军、刘 钧 编著 国防工业出版社 2012 .2
光纤陀螺仪原理-Sagnac效应
❖Sagnac效应[2]
传输时间差
t
tCCW
tCW
4R2
c2
传输光程差
L t c 4R 2
c
M CCW
CCCW
M
l
M ’
传输相位差
S
4 RL 0c
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 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。
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
2020年3月25日星期三
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 c
2R
c
M CCW
M
l
M ’
如(b)所示，ω旋转条件下为
CCCW
tCCW
2R
c R
tCW
2R
c R
(a)
(b)
图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应
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。
检测器
分束镜 光源
透镜
透镜
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 螺 ，属第 1代光纤陀螺 。[3]
ห้องสมุดไป่ตู้
➢ 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
光电检测器
PIN
耦合器
Y波导
光纤环
干涉光强信号 调制电压信号
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 ➢ 结构简单 ➢ 尺寸小 ➢ 重量轻 ➢ ……
光纤陀螺仪的应用
Contents
1
什么是光纤陀螺仪
2
基本原理-sagnac效应
3
光纤陀螺仪的分类
4
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]
为：
R
8A c
[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 》 HervéC.Lefèvre 著 张 贵 才 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)
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)
➢ 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)， 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
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。
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
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.
A/
逻辑电路
D/
D
A
转速信号
左图
右图
[3] 王惠文．光纤传感技术与应用 [ M] ．北京 ： 国防工业出版社 2001 ．4
干涉式光纤陀螺仪(I-fog)
www.themegallery.com
❖ 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
(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
[2 ]《工程光学》 西安工业大学 韩 军、刘 钧 编著 国防工业出版社年 2012 . 2
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
缺点： 非线性严重 精度低 动态范围窄
Company Logo
干涉式光纤陀螺仪(I-fog)
www.themegallery.com
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)
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)
(a)系统静止；(b)系统旋转
[2]《工程光学》 西安工业大学 韩 军、刘 钧 编著 国防工业出版社 2012 .2
光纤陀螺仪原理-Sagnac效应
❖Sagnac效应[2]
传输时间差
t
tCCW
tCW
4R2
c2
传输光程差
L t c 4R 2
c
M CCW
CCCW
M
l
M ’
传输相位差
S
4 RL 0c
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 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。
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
2020年3月25日星期三
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 c
2R
c
M CCW
M
l
M ’
如(b)所示，ω旋转条件下为
CCCW
tCCW
2R
c R
tCW
2R
c R
(a)
(b)
图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应
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。
检测器
分束镜 光源
透镜
透镜
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 螺 ，属第 1代光纤陀螺 。[3]
ห้องสมุดไป่ตู้
➢ 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
光电检测器
PIN
耦合器
Y波导
光纤环
干涉光强信号 调制电压信号
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 ➢ 结构简单 ➢ 尺寸小 ➢ 重量轻 ➢ ……
光纤陀螺仪的应用
Contents
1
什么是光纤陀螺仪
2
基本原理-sagnac效应
3
光纤陀螺仪的分类
4
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]
为：
R
8A c
[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 》 HervéC.Lefèvre 著 张 贵 才 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)
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)
➢ 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)， 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