光纤陀螺仪的发展现状_周海波
光纤陀螺仪的发展现状_周海波
2005年第24卷第6期 传感器技术(J o u r n a l o f T r a n s d u c e r T e c h n o l o g y)综述与评论光纤陀螺仪的发展现状周海波,刘建业,赖际舟,李荣冰(南京航空航天大学导航研究中心,江苏南京210016)摘 要:根据光纤陀螺仪的工作原理和特点,光纤陀螺仪具有不同的分类。
介绍了国外光纤陀螺仪的现状,预测了近期和长远的发展趋势,旨在对我国的光纤陀螺技术的发展能有所帮助。
关键词:光纤陀螺仪;萨格纳效应;干涉型;谐振式;布里渊式中图分类号:T N2,T P2 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2005)06-0001-03D e v e l o p m e n t s t a t u s o f f i b e r-o p t i c g y r o s c o p e sZ H O UH a i-b o,L I UJ i a n-y e,L A I J i-z h o u,L I R o n g-b i n g(N a v i g a t i o nR e s C e n t e r,N a n j i n gU n i v e r s i t yo f A e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s,N a n j i n g210016,C h i n a)A b s t r a c t:T h ef i b e r-o p t i cg y r o s c o p e(F O G)i sc l a s s i f i e d i n t od i f f e r e n tt y p e sa c c o r d i n gt oi t sp r i n c i p l ea n dc h a r a c t e r i s t i c.T h e i n t e r n a t i o n a l s t a t u so f F O G i si n t r od u ce da n dt h es h o r t-t e r m a n dl o n g-t e r m t r e n dof F O G i sf o r e c a s t.I t w i l l b eb e n e f i t t o t h e c o u r s e o f o u r F O G.K e yw o r d s:F O G(f i b e r-o p t i c g y r o s c o p e);S a g n a c e f f e c t;i n t e r f e r o m e t r i c;r e s o n a n t;B r i l l o u i n0 引 言光纤陀螺仪属于第四代陀螺仪———光学陀螺仪的一种,其基本工作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,汇合到同一探测点,产生干涉。
干涉式光纤陀螺仪
干涉式光纤陀螺仪引言自从1963年制造出第一个基于Sagnac效应的环形激光陀螺仪（RLG）以来，大量光学陀螺仪得到发展，同时其性能也得到验证，其中包括光纤陀螺仪（FOG）[1]。
从20世纪60年代末，位于华盛顿的美国海军实验室就开始研究光纤陀螺技术，目的是研制出比氦氖环形激光陀螺仪成本更低、制造流程更简单、精度更高的光纤角速率传感器。
经过近几十年各国学者开展的大量研究工作，光纤陀螺仪在航海、军事、空间和民用方面都有较大的应用价值。
本报告简单介绍了干涉式光纤陀螺仪原理，类型以及应用等方面。
一、S agnac效应所有的光学陀螺仪的工作原理均基于Sagnac效应，即利用绕垂直于环面的轴旋转的环形干涉仪中两束相反传播的光信号间相移∆φ，或利用在光腔绕垂直于自身的轴旋转时，两个分别沿顺时针（CW）和逆时针（CCW）方向传播的谐振模式间的频移来实现陀螺仪的测量作用。
[1]为简便分析，首先考虑环形干涉仪内为真空的情况。
在光路中一点放置分光器，当光从该点进入干涉仪后，被分为沿顺时针和逆时针两个方向传播的信号。
当干涉仪相对于惯性坐标系静止时，沿相反方向传播的两束光光程相等，且传播速度均等于c（c为真空中光速）。
经过时间τr，两束光同时回到分光器位置，可求得传播时间τr为：τr =2πRc式中：R为环形干涉仪半径若环形干涉仪以角速度Ω顺时针旋转，则分光器在时间τr内的位移∆l=ΩRτr。
当光在干涉仪中完成一次往返运动时，由于干涉仪转动了一个小角度，环形干涉仪在顺时针方向光束（与Ω方向相同）的光程将略微大于2πR，而逆时针方向光束的光程就将稍小于2πR，顺时针光程L CW与逆时针光程L CCW间的光程差为∆L=L CW−L CCW=2∆l=2ΩRτr=4πΩR2c由于两束光的传播速度相同，均等于真空中的光速c，所以沿逆时针方向的光波先到达分光器处，两束光到达分光器处的时间差等于∆t=∆Lc=4πΩR2c2由干涉仪转动引起的两束光相移∆φ可表示为∆φ=∆t 2πcλ=8π2R2cλΩ式中：λ为光的波长当在有效折射率n eff >1的真实光纤中时，不能直接将c m =cn eff 代入上式。
光纤陀螺的发展现状
光纤陀螺的发展现状光纤陀螺，作为一种高精度传感器，广泛应用于导航、惯性导航和航空航天等领域。
其基本原理是利用光纤制成的螺旋结构，通过测量光的相位差来反映陀螺的旋转速度和方向。
光纤陀螺的发展起源于20世纪70年代。
最早的光纤陀螺是由美国贝尔实验室的科学家发明的，其原理基于双光束干涉。
然而，早期的光纤陀螺由于制造成本高昂且体积较大，限制了其在工业领域中的广泛应用。
随着技术的不断进步，光纤陀螺开始向高精度、小型化、低功耗的方向发展。
在光纤传感器和微纳制造技术的推动下，光纤陀螺得到了快速发展。
目前，光纤陀螺已经实现了高精度测量，并且存在多种型号和规格。
一方面，光纤陀螺的体积已经大幅缩小，小型化的光纤陀螺可以轻松嵌入各种设备中，方便使用和安装。
另一方面，光纤陀螺的测量精度不断提高，可以达到角度偏差很小的水平。
目前市场上的主流光纤陀螺产品主要有激光陀螺和光纤环陀螺。
激光陀螺利用激光的干涉测量原理，具有高精度和高稳定性。
而光纤环陀螺则利用光纤在环形结构中传输的特性，具有更高的灵敏度和更低的温度漂移。
除了在导航和航空航天领域的广泛应用，光纤陀螺还在工业自动化、地质勘探和海洋勘测等领域得到了应用。
例如，在油井钻探中，光纤陀螺可以实时测量钻头的方向和旋转速度，提高作业效率和安全性。
未来，光纤陀螺的发展方向主要集中在提高精度、减小体积和降低功耗。
工业界正在不断探索新的材料和制造工艺，以提高光纤陀螺的性能。
同时，随着人工智能和大数据技术的发展，光纤陀螺还有望在智能驾驶、虚拟现实和机器人等领域得到更广泛的应用。
综上所述，光纤陀螺作为一种高精度传感器，在技术的推动下不断发展。
目前，光纤陀螺已经在多个领域得到了广泛应用，并且在未来仍具有很大的发展潜力。
光纤陀螺寻北仪的发展现状
光纤陀螺寻北仪的发展现状1光纤陀螺的研究及应用现状 (1)2 陀螺寻北仪的发展情况 (1)1光纤陀螺的研究及应用现状在惯性导航和惯性制导系统中，陀螺仪是极其重要的敏感元件。
所谓惯性导航，就是通过测量运载体的加速度，经过计算机运算，从而确定出运载体的瞬时速度和瞬时位置。
所谓惯性制导，则是在得到这些参数的基础上，控制运载体的位置以及速度的大小和方向，从而引导运载体飞向预定的目标。
以陀螺仪和加速度计为敏感元件的惯性导航和惯性制导系统，是一种完全自主式的系统。
它不依赖外部任何信息，也不向外发射任何能量，具有隐蔽性、全天候和全球导航能力。
因此，惯性导航成为现代飞机、大型舰只和核潜艇的一种重要导航手段，而惯性制导则成为地地战术导弹、战略导弹、巡航导弹和运载火箭的一种重要制导方法。
此外，惯性导航还可陆军炮兵测位、地面战车导航以及大地测绘等领域。
由此可见，陀螺仪在航空、航天、航海、兵器以致国民经济的某些部门中都有着广泛的应用。
2 陀螺寻北仪的发展情况第一阶段，20世纪50年代在船舶陀螺罗经的基础上，研制出矿用液浮式陀螺罗盘，这是陀螺寻北仪发展的初级阶段。
在这个阶段，德国的克劳斯塔尔矿业学院于1949年研制出液浮式单转子陀螺球，电磁定中心，陀螺电源频率333HZ，电压为100伏三相交流电，陀螺转速19000转/分。
一次观测中误差06''±，定向时间4小时，仪器重量640千克。
其型号为MWI，1955年和1959年相继研制出MW3和MW4a型。
精度进一步提高，定向时间进一步缩短，仪器重量进一步减轻。
第二阶段，从20世纪60年代开始，利用金属悬挂带将陀螺灵敏部陀螺马达转子和陀螺房在空气中通过悬挂柱悬挂起来，悬挂带的另一端与支承外壳相固定并采用三根导流管直接向马达供电。
这样构成了摆式陀螺罗盘。
与第一阶段相比，仪器结构大大简化，全套仪器进一步小型化，重量大大减轻，由于电源频率稳定性大大提高，使陀螺转速稳定，减小了角动量脉动，提高了仪器观测精度。
2024年光纤陀螺仪市场前景分析
2024年光纤陀螺仪市场前景分析1. 引言光纤陀螺仪作为一种重要的传感器，广泛应用于航空航天、导航定位、地震监测等领域。
本文将对光纤陀螺仪市场的前景进行分析，探讨其发展趋势和市场规模。
2. 光纤陀螺仪市场现状目前，光纤陀螺仪市场呈现出良好的增长势头。
光纤陀螺仪具有高精度、高稳定性和高灵敏度等特点，逐渐替代了传统机械陀螺仪和MEMS陀螺仪，成为市场上的主流产品。
在航空航天领域，光纤陀螺仪被广泛应用于导航和姿态控制系统。
同时，随着无人机和自动驾驶技术的快速发展，光纤陀螺仪在导航定位和惯性导航系统中也有广阔的市场需求。
3. 光纤陀螺仪市场驱动因素光纤陀螺仪市场的增长得益于以下几个方面的驱动因素：- 技术进步和成本下降：随着光纤传感技术的不断发展和成本的下降，光纤陀螺仪的性能得到了大幅提升，使得其在各个领域应用中具备了竞争优势。
- 航空航天行业的需求增长：随着民航和军航业的不断发展，对导航和姿态控制系统的需求持续增长，光纤陀螺仪作为关键传感器之一，将继续受到市场青睐。
- 自动驾驶技术的兴起：随着自动驾驶技术的推广与应用，光纤陀螺仪在惯性导航和姿态感知方面的需求将进一步增长。
4. 光纤陀螺仪市场挑战与机遇光纤陀螺仪市场面临着一些挑战，同时也带来了一些机遇： - 技术竞争加剧：随着市场竞争的加剧，光纤陀螺仪供应商需要不断提升技术水平，提供更加稳定可靠的产品，以获取市场份额。
- 成本压力增大：光纤陀螺仪的市场规模不断扩大，但面临着陀螺仪本身成本的下降压力。
供应商需要通过技术进步和规模效益来降低生产成本，保持竞争力。
- 新兴应用市场：除了传统领域，如航空航天和导航定位等，光纤陀螺仪在智能穿戴设备、虚拟现实和增强现实等新兴领域也有广阔的市场前景。
5. 光纤陀螺仪市场预测据市场研究公司的数据显示，光纤陀螺仪市场预计将保持稳定增长。
预计到2025年，全球光纤陀螺仪市场规模将超过XX亿美元。
其中，航空航天领域将继续是光纤陀螺仪的主要应用领域，自动驾驶技术的发展将进一步推动市场增长。
2023年光纤陀螺仪行业市场发展现状
2023年光纤陀螺仪行业市场发展现状光纤陀螺仪（FOG）是一种利用Sagnac效应测量旋转角速度的惯性传感器。
在工业、航空、军事、导航、地震等领域有着广泛的应用。
随着技术的不断进步，FOG的市场需求量不断增加。
一、FOG行业市场概况FOG是一种高性能的惯性设备，能够测量极微小的角位移和角速度，具有高精度、高可靠性、长寿命、抗干扰等优点，在航天、军事、制导导航、地震勘探、高速列车等领域有着广泛的应用。
目前，FOG市场以北美和欧洲为主，市场规模较大，亚太地区也在逐渐崛起。
据市场研究机构统计，2019年全球光纤陀螺仪市场规模已经达到了50亿美元，未来几年市场规模还将继续扩大。
二、FOG市场分析1. 航空领域FOG在飞行中的应用主要是姿态控制和导航定位，特别在直升机等旋转飞行器中具有独特优势，目前国内主要的FOG客户也主要集中在航空领域。
FOG的稳定性、精度和长寿命是航空领域最需要的关键技术之一。
2. 地震勘探FOG在地震勘探领域被广泛应用，主要是利用FOG测量地震波的传播速度和振动频率，从而获得地震波速度统计图、地震波传播路径、地震波波形及其时序等重要信息。
目前国内外的地震勘探公司都已广泛采用FOG。
3. 卫星导航在卫星导航领域，FOG可用于信号接收原地验证和定位技术，通常用于提高定位精度和响应速度，可以与卫星导航系统（如GPS）配合使用，从而实现更加精准的导航定位。
三、FOG行业发展趋势1. 光纤陀螺仪芯片技术的不断进步随着光纤陀螺仪芯片技术的发展，光纤陀螺仪市场所涵盖的应用领域也在不断扩大。
FOG芯片技术所兼具的高灵敏度、快速响应与超高精细度，将在数据采集，地震流场监测等广大市场中得到很好地广泛应用。
2. FOG的小型化和便携化FOG的小型化和便携化是今后FOG市场的趋势。
外界对FOG越来越小、轻便、便于移动和操作的要求越来越高，如何大幅减小FOG产品的尺寸、重量和功耗，将是FOG技术发展的新方向。
2024年光纤陀螺仪市场发展现状
2024年光纤陀螺仪市场发展现状概述光纤陀螺仪是一种利用光的性质来检测旋转运动的仪器。
它广泛应用于航空航天、导航控制、地震仪器等领域。
本文将对光纤陀螺仪市场的发展现状进行分析和总结。
市场规模光纤陀螺仪市场在过去几年中保持了稳定的增长。
根据市场研究公司的数据显示，2019年光纤陀螺仪市场规模达到了XX亿元，预计到2025年将达到XX亿元。
市场规模的增长得益于光纤陀螺仪在各个行业中的广泛应用和不断改进的技术。
应用领域光纤陀螺仪在航空航天领域中的应用是其主要的市场驱动力之一。
航天器的导航和姿态控制需要高精度的陀螺仪来实现，光纤陀螺仪以其良好的稳定性和精确性成为了首选。
此外，光纤陀螺仪还被广泛应用于无人机、导弹、火箭等领域。
在导航控制领域，光纤陀螺仪也占据了一定的市场份额。
现代导航系统需要高精度的姿态传感器来提供准确的航向和姿态信息，光纤陀螺仪通过其快速响应、高精确度和抗干扰能力满足了这一需求。
光纤陀螺仪还被广泛应用于地震仪器领域。
地震仪器需要检测地壳的微小震动，并提供高精度的地震数据。
光纤陀螺仪具有较高的测量灵敏度和快速响应的特点，因此被广泛应用于地震监测和研究中。
除了以上领域，光纤陀螺仪还在工业控制、汽车电子等领域中有一定的应用。
随着技术的不断发展，光纤陀螺仪在更多领域将有更广泛的应用空间。
技术进展光纤陀螺仪市场的发展得益于技术的不断进步。
随着尺寸的缩小和制造工艺的改进，光纤陀螺仪的价格逐渐下降，同时性能不断提升。
新型陀螺仪产品采用了更先进的传感器和信号处理技术，具有更高的精确度、更快的响应速度和更好的抗干扰能力。
同时，光纤陀螺仪的可靠性也得到了提升。
传统的光纤陀螺仪需要复杂的光学调谐和温度补偿，容易受到环境影响。
而新一代光纤陀螺仪采用了更稳定的光源和特殊的光学结构，提高了稳定性和可靠性，降低了维护成本。
市场竞争目前，光纤陀螺仪市场竞争激烈。
国内外很多厂商都加大了在光纤陀螺仪领域的研发投入，并推出了各种新产品。
陀螺旋转技术发展现状及未来趋势分析
陀螺旋转技术发展现状及未来趋势分析概述陀螺旋转技术是一种基于陀螺效应的技术，通过利用陀螺的旋转来实现稳定性、导航和定向控制等功能。
近年来，陀螺旋转技术在航空航天、导航系统、自动驾驶和虚拟现实等领域得到了广泛应用。
本文将对陀螺旋转技术的发展现状及未来趋势进行分析。
一、陀螺旋转技术的发展现状1.传统陀螺旋转技术传统的陀螺旋转技术主要依靠机械陀螺仪和光纤陀螺仪。
机械陀螺仪通过旋转陀螺实现测量，具有高精度和稳定的特点，但体积大、重量重、寿命短等缺点限制了其应用范围。
光纤陀螺仪利用光学干涉原理，具有较小的体积和重量，但价格较高且受外界振动影响较大。
2.微型化陀螺旋转技术随着微纳技术的快速发展，微型化陀螺旋转技术得到了广泛关注。
微型化陀螺旋转技术主要包括MEMS陀螺仪和微纳光纤陀螺仪。
MEMS陀螺仪利用微机电系统技术制备微型陀螺仪，具有体积小、功耗低、成本低等优势，已经广泛应用于消费电子产品、智能手机和汽车导航系统等领域。
微纳光纤陀螺仪相比传统的光纤陀螺仪，体积更小，稳定性更高，可以满足复杂环境下的高精度测量需求。
3.集成化陀螺旋转技术随着多元化信息互联时代的到来，陀螺旋转技术与其他传感器和导航技术的集成化成为了发展的趋势。
例如，将陀螺旋转技术与全球定位系统（GPS）相结合，可以实现更精确的导航和定位功能。
此外，陀螺旋转技术还可以与加速度传感器、气压传感器等其他传感器进行融合，提高测量的精度和可靠性。
二、陀螺旋转技术的未来趋势1.高性能微型陀螺旋转技术未来的陀螺旋转技术将更加注重实现高性能微型化。
随着市场需求的增加，对体积小、成本低、功耗低、精度高的微型陀螺仪的需求也将不断增加。
因此，未来的研究方向将集中在微纳制造技术、材料研究和电子电路设计等方面，以实现更好的性能和更广泛的应用。
2.智能化陀螺旋转技术随着人工智能和自动化技术的发展，未来的陀螺旋转技术将更加智能化。
智能化陀螺旋转技术可以通过自主学习和适应能力，实现智能辨识和动态调整，避免外界干扰和振动对测量的影响，提高系统的鲁棒性和稳定性。
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2005年第24卷第6期 传感器技术(J o u r n a l o f T r a n s d u c e r T e c h n o l o g y)综述与评论光纤陀螺仪的发展现状周海波,刘建业,赖际舟,李荣冰(南京航空航天大学导航研究中心,江苏南京210016)摘 要:根据光纤陀螺仪的工作原理和特点,光纤陀螺仪具有不同的分类。
介绍了国外光纤陀螺仪的现状,预测了近期和长远的发展趋势,旨在对我国的光纤陀螺技术的发展能有所帮助。
关键词:光纤陀螺仪;萨格纳效应;干涉型;谐振式;布里渊式中图分类号:T N2,T P2 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2005)06-0001-03D e v e l o p m e n t s t a t u s o f f i b e r-o p t i c g y r o s c o p e sZ H O UH a i-b o,L I UJ i a n-y e,L A I J i-z h o u,L I R o n g-b i n g(N a v i g a t i o nR e s C e n t e r,N a n j i n gU n i v e r s i t yo f A e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s,N a n j i n g210016,C h i n a)A b s t r a c t:T h ef i b e r-o p t i cg y r o s c o p e(F O G)i sc l a s s i f i e d i n t od i f f e r e n tt y p e sa c c o r d i n gt oi t sp r i n c i p l ea n dc h a r a c t e r i s t i c.T h e i n t e r n a t i o n a l s t a t u so f F O G i si n t r od u ce da n dt h es h o r t-t e r m a n dl o n g-t e r m t r e n dof F O G i sf o r e c a s t.I t w i l l b eb e n e f i t t o t h e c o u r s e o f o u r F O G.K e yw o r d s:F O G(f i b e r-o p t i c g y r o s c o p e);S a g n a c e f f e c t;i n t e r f e r o m e t r i c;r e s o n a n t;B r i l l o u i n0 引 言光纤陀螺仪属于第四代陀螺仪———光学陀螺仪的一种,其基本工作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,汇合到同一探测点,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。
与另一种光学陀螺仪———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,能够有效地克服了激光陀螺的闭锁现象,易于制造。
本文从光纤陀螺仪的原理和优点出发,着重对光纤陀螺仪的分类、国外研究现状及其发展趋势做了详细的介绍,希望对我国的光纤陀螺的研制和发展有所裨益。
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,光纤陀螺的多轴化正是其发展方向之一。
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、价格收稿日期:2004-11-20便宜、可靠性高、消耗功率低等优点,缺点是靠增加单模光纤的长度来提高陀螺的灵敏度,输入-输出线性度差、动态范围小,主要用作角度传感器[1]。
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只与相位变换器有关[2],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。
按照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以采用数字闭环技术,易于实现高精度和高稳定性,是目前最常用的光纤陀螺构成模式。
按照性能和应用的角度可分为速率级、战术级和惯性级等3个级别[3]。
速率级光纤陀螺已经产业化,主要应用于机器人、地下建造隧道、管道路径勘测装置和汽车导航等对精度要求不高的场合。
日本、法国等国家研制、生产的这种精度的陀螺仪,已大批量应用到民用领域。
战术级光纤陀螺具有寿命长、可靠性高和成本低等优点,主要用于战术导弹、近程/中程导弹和商用飞机的姿态对准参考系统中。
惯性级光纤陀螺主要是用于空间定位和潜艇导航,其开发和研制正逐步走向成熟,美国有关公司和研究机构是研制、生产该级别光纤陀螺的佼佼者,如H o n e y w e l l,N o r t h r o p等公司。
1 传 感 器 技 术 第24卷 按工作原理可分为干涉式光纤陀螺、谐振式光纤陀螺和布里渊式光纤陀螺。
其中,干涉型光纤陀螺是这3种陀螺中发展最早、最为成熟、应用最广泛的,其惯性级产品的研制与开发也正日趋成熟。
但是,由于一些随机性、非互易性因素的影响,大大限制了其性能的提高[4]。
谐振式光纤陀螺与环形激光陀螺仪相似,利用循环的环形谐振腔来增强旋转引起的S a g n a c效应。
与干涉型光纤陀螺相比,可靠性高、结构简化、温度分布漂移小、动态范围大。
但是,对光源要求比较苛刻,这一点影响到它的发展。
布里渊式光纤陀螺是利用布里渊光纤环形激光器的频率变化原理构成测量装置,具有结构简单、成本低、光器件少、线性度好、动态范围大,适于高精度检测,缺点是存在锁定现象。
2 国外研究状况从1976年美国U t a h大学的V a l i和S h o r t h i l l首次提出了光纤陀螺的概念至今,光纤陀螺以其显著的优点、灵活的结构和诱人的前景,受到世界许多国家的大学和科研机构的重视,取得很大的进展。
但是,光纤陀螺在各国的发展状况、研究情况不尽相同,具有各自的特点。
国外光纤陀螺的研制主要集中在美国、日本、法国、德国和英国,美国、欧洲在中高精度光纤陀螺的研发上占有明显优势,日本则更注重于低精度光纤陀螺的商业应用。
2.1 美国的研究状况美国是最早研制与应用光纤陀螺的国家。
早在20世纪80年代,美国就开始对光纤陀螺仪进行全面的研究。
N o r t h r o p,H o n e y w e l l等公司和斯坦福大学等都是赫赫有名的研究机构。
它们研究的光纤陀螺受到国家和基金支持,主要应用在军事上。
其中,比较具有代表性的是N o r t h r o p 公司———从事光纤陀螺研究的公司,2001年8月,由L i t t o n 集成系统、L i t t o n意大利、L i t t o n加拿大等七家L i t t o n公司合并而成。
其光纤陀螺技术在低中精度应用领域已经成熟,并已经产品化,主要客户是美国陆军、空军、海军和波音、空客等主要的航空公司。
1988年,该公司研制出实验惯性装置,所用到的惯件器件是光纤陀螺和硅加速度计。
1989年,研制并论证了系统飞行试验装置。
1991年、1992年,研制出用于导弹和姿态与航向参考系统的惯性测量系统。
1992年,研制出全球定位系统与惯导系统组合的导航系统。
如今,其生产的光纤陀螺产品有F O G200,600,1000,2500等系列,分为导航类、战术类、民用航空类和太空类,应用在陆地、海洋、太空等领域,精度为1°/h～0.001°/h,既有单轴结构,也有双轴、三轴结构。
该公司生产用于太空用途的光纤陀螺抵抗辐射能力强,达到使用15年可靠性超过99.6%的优异性能。
美国H o n e y w e l l公司一直致力于发展用于空间定位和潜艇导航应用的精确级光纤陀螺。
其研制的第一代高性能的干涉型光纤陀螺采用的是T i内扩散集成光学相位调制器、0.83μm宽带光源、光电探测器/前置放大器模块、保偏光纤偏振器等。
第二代高性能干涉型光纤陀螺采用了集成光学多功能芯片技术以及全数字闭环电路。
几年前, H o n e y w e l l公司使用4000m光纤,5.5i n(l i n=25.4m m)保偏光纤环和掺铒光纤光源,进行了稳定温度条件下的闭环漂移测试,角度随机游走(A R W)精度为0.00019°/h,偏置稳定性优于0.0003°/h[5],相当于漂移率为一个半世纪旋转一周。
现已应用在高性能惯性参考系统中,能够改变光纤线圈大小和光纤的长度,以满足具体任务的要求。
2.2 日本研究状况日本是紧随美国开展光纤陀螺研究和应用的国家,其主要的研究机构有东京大学尖端技术室和日立、住友电工、三菱、日本航空电子工业(J A E)等公司。
日立公司主要研制速率级光纤陀螺,其最重要的贡献在于简化了干涉型光纤陀螺的系统配置,大大地降低了系统成本,使光纤陀螺的民用范围得到很大的扩展,例如:用于汽车导航系统、清洁机器人、光罗盘、农用直升机姿态控制系统等。
到1996年,已经具备每月生产5000只光纤陀螺的能力[6],在光纤陀螺的商业领域占据一定的市场份额。
另外,该公司在一些高级凌志轿车上安装了基于光纤陀螺的导航系统。
日本航空电子工业公司研制的开环干涉型光纤陀螺,其主要技术是使用0.83μm弱相关光源、单根消偏1.3μm 光纤(电信用光纤),以达到低成本,主要应用于商业领域。
其研制的闭环干涉型光纤陀螺采用双消偏结构,以获得战术级精度和更宽的动态范围,主要应用于航天领域,如,火箭的姿态控制系统。
目前,其生产的干涉型光纤陀螺在商业领域已经得到较为广泛的应用,例如:应用于遥控直升机、足球场割草机、火车定位检测系统和超市清洁机器人。
2.3 欧洲研究状况法国I x s e a S A S公司的前身是P h o t o n e t i c s公司的导航分部,从事光纤陀螺的研发有16年,拥有多项关键专利,应用领域涉及海上、水下应用和太空等。