光纤陀螺仪
光纤陀螺仪原理
光纤陀螺仪原理一、引言光纤陀螺仪是一种利用光学原理测量角速度的装置，主要应用于惯性导航、飞行器姿态控制等领域。
本文将详细介绍光纤陀螺仪的原理。
二、光纤陀螺仪的基本结构光纤陀螺仪由三个主要部分组成：激光器、光路系统和检测系统。
其中，激光器产生高强度的单色激光，经过复杂的光路系统后被分成两束相互垂直的线偏振激光，分别沿着两条互相垂直的方向传播。
这两束激光经过反射后再次合并，形成一个干涉图像，在检测系统中被转换为电信号。
三、Sagnac效应在了解光纤陀螺仪原理前，需要先了解Sagnac效应。
Sagnac效应是指在旋转参考系下，沿着闭合路径传播的两束平行平面波之间会产生相移差，即干涉图像会发生位移。
该效应可以通过Michelson干涉仪实验进行验证。
四、工作原理当光纤陀螺仪处于静止状态时，两束激光在光路系统中经过相同的路径，干涉图像不会发生位移。
但是当光纤陀螺仪开始旋转时，由于Sagnac效应的存在，两束激光在传播过程中会发生相位差。
这个相位差与旋转速度成正比，可以通过检测系统测量得到。
由于旋转方向不同，干涉图像的位移方向也不同。
通过检测干涉图像的位移量和旋转时间可以计算出角速度。
五、优点和缺点与机械陀螺仪相比，光纤陀螺仪具有以下优点：精度高、响应速度快、体积小、重量轻、可靠性高等。
但是其缺点也很明显：价格昂贵、对温度和振动敏感、需要较高的技术水平进行维护和校准等。
六、应用领域由于其高精度和可靠性，光纤陀螺仪被广泛应用于惯性导航、飞行器姿态控制、地震勘探等领域。
此外，光纤陀螺仪还可以用于科学研究，例如测量地球自转速度、测量引力波等。
七、结论光纤陀螺仪是一种利用Sagnac效应测量角速度的装置。
其原理基于两束相互垂直的线偏振激光在旋转参考系下产生相位差，通过检测干涉图像的位移量可以计算出角速度。
光纤陀螺仪具有高精度、响应速度快、体积小、重量轻等优点，被广泛应用于惯性导航、飞行器姿态控制等领域。
光纤陀螺仪技术的发展与研究
光纤陀螺仪技术的发展与研究一、引言光纤陀螺仪是一种通过利用光（或电磁波）的干涉效应，测定角速度的高精度陀螺仪，广泛应用于惯性导航、航天、测绘和制导等领域。
随着光纤技术和信息技术的迅猛发展，光纤陀螺仪已经成为高科技领域不可或缺的重要工具之一。
本文将主要探讨光纤陀螺仪技术的发展和研究，通过分类介绍，详细阐述其原理、特点和应用。
二、光纤陀螺仪分类1. 常规光纤陀螺仪常规光纤陀螺仪具有独特的双波长光源、光学路径、检波器和信号处理方法。
其原理基于旋转对光波传播速度产生的不同效应，通过不同的光学干涉方法，最终实现对角速度的精准测量。
常规光纤陀螺仪具有精度高、抗干扰能力强、稳定性好等特点。
广泛应用于惯性导航、飞行器姿态控制、地震测量等领域。
但其灵敏度和稳定性也受到机械和光电元器件的影响，因此需要优化技术和材料、加强可靠性等方面的研究工作。
2. 纤维光栅陀螺仪纤维光栅陀螺仪是利用光纤光栅的干涉效应实现的陀螺仪。
其原理基于声学波的激发和布拉格反射，通过声学-光学相互转换，实现对角速度的高精度测量。
相对于常规光纤陀螺仪，纤维光栅陀螺仪具有灵敏度高、体积小、重量轻、功耗低等优点，可应用于重量限制的场合。
然而其对温度和振动等环境干扰的敏感性也较高，需要进行相应的技术研究和优化。
3. 拉曼光纤陀螺仪拉曼光纤陀螺仪是利用拉曼散射效应实现的陀螺仪。
其原理是通过光场的拉曼反散射，实现光波的频移和相移，从而测量系统的角速度。
相对于常规光纤陀螺仪和纤维光栅陀螺仪，拉曼光纤陀螺仪具有灵敏度高、免受磁场干扰等优点，因此在航天器的导航、高精度地震测量、地下勘探等领域有着广泛的应用。
但其可测量范围较窄，信噪比偏低等问题也需要进一步改进。
三、光纤陀螺仪技术发展光纤陀螺仪技术的发展是基于光纤制造、光学设计、信号处理等多个领域的紧密结合。
近年来，其研究方向主要包括以下三个方面：1. 新型传感器和器件新型光纤传感器和器件的出现，极大地推进了光纤陀螺仪技术的发展。
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。
光纤陀螺仪介绍
光纤陀螺仪简介一、陀螺仪综述陀螺仪，是能够感知自身角运动的变化的仪器，又称角运动传感器。
陀螺仪广泛应用在惯性导航系统(INS,)中。
惯性导航系统，主要由角运动传感器（陀螺仪）、加速度传感器和运算电路三部分主要部件构成，不同于卫星导航系统（北斗导航、GPS导航），惯导系统不依赖外部信号的输入，仅通过测量自身运动的变化便可计算出自身的位臵信息。
如图1-1，INS导航与GPS导航共同组成的GPS/INS组合导航系统，是目前高精度导航仪的主要结构。
GPS/INS组合导航系统陀螺仪关键性能指标：1 零偏稳定性定义：当输入角速度为零时，衡量光纤陀螺仪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。
2 角随机游走定义：表征光纤陀螺仪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仪输出的角速度积分（角度）随时间积累的不确定性（角度随机误差）。
3 标度因数非线性度在输入角速度范围内，光纤陀螺仪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。
物理意义：测量精度（二）陀螺仪主要种类比较1 机械式陀螺仪机械式陀螺仪发展经历了滚珠轴承式陀螺仪、气浮陀螺仪、液浮陀螺仪、磁浮陀螺仪、静电陀螺仪、挠性陀螺仪。
其共同点都是通过测量自由机械转子的运动获得转动参数，不同的是对转子的支撑方式或测量方式。
机械陀螺中静电陀螺仪的漂移率可以达到0.001°/h，甚至更高，能够满足惯性级的精度要求。
但是无论是早期的滚珠轴承陀螺，还是后来发展起来的液浮陀螺、挠性陀螺和静电陀螺，这些机械陀螺都有一个共同的特点，就是采用高速转子。
由于高速转子容易产生质量不平衡问题，容易受到加速度的影响，而且需要一段预热时间，转速才能达到稳定。
同时，高速转子的磨损较快令其使用寿命有限。
机械陀螺共性是存在体积大，结构复杂，可靠性低，带宽和动态范围窄等问题。
三轴机械式陀螺仪结构原理图美国80年代研制的MX（和平保卫者）导弹上搭载的机电陀螺仪是世界上精度最高的机械式陀螺仪，每小时仅偏离1.5*10-5度，使该导弹可以在完全不依赖外部信息的情况下在14000公里射程上偏差小于100米，然而设备成本也极为高昂。
光纤陀螺仪原理
光纤陀螺仪原理1. 引言光纤陀螺仪（Fiber Optic Gyroscope，简称FOG）是一种利用光纤和激光干涉原理测量角位移的装置。
光纤陀螺仪工作稳定、精度高、重量轻、体积小、抗振动能力强，广泛应用于航天、航海、火箭、导弹等领域。
本文将详细解释与光纤陀螺仪原理相关的基本原理。
2. 基本原理光纤陀螺仪的工作原理基于光的干涉效应，通过测量光传播路径中的相位差来得到角位移的信息。
光纤陀螺仪主要由光源、分束器、光纤环路和光电探测器等部分组成。
2.1 光源光纤陀螺仪一般采用激光光源作为发射器。
激光具有单色性、方向性和相干性等优点，可以提供稳定的光信号用于测量。
激光源发射出的激光光束经过准直、偏振等处理后，进入光纤环路进行干涉。
2.2 分束器分束器是将激光光束分成两束的光学组件。
一束光沿着光纤环路的顺时针方向传播，称为顺时针光；另一束光沿着逆时针方向传播，称为逆时针光。
2.3 光纤环路光纤环路是光纤陀螺仪的核心部分，由多个光纤组成。
光纤环路通常采用“S”型或“Z”型布局，其目的是使光在环路中传播一定长度，以增大传播时间，提高测量精度。
在光纤环路中，顺时针光和逆时针光通过相同的光纤传输，形成光纤内壁的干涉。
2.4 光电探测器光电探测器用于测量干涉光信号的强度。
光纤环路两端分别安装有光电探测器，用于接收顺时针光和逆时针光经过干涉后的光强信号。
3. 工作过程光纤陀螺仪的工作过程可以分为两个阶段，即初级调零和运行测量。
3.1 初级调零初级调零是为了消除光纤陀螺仪中的零偏误差。
在初级调零过程中，设备会自动采集并记录下零偏误差的数值。
首先，光纤陀螺仪的光源发射激光光束，分束器将光束分成顺时针光和逆时针光，然后它们分别沿着光纤环路传播。
在传播过程中，如果光纤环路没有发生旋转，则顺时针光和逆时针光会以相同的路径传播回来。
当顺时针光和逆时针光在光纤环路两端重新合成时，它们会以特定的相位关系进行干涉。
这种干涉会导致光电探测器接收到的光强发生相应的变化。
光纤陀螺仪原理及其工程应用
仍有较大差距。光纤陀螺技术将成为 21世纪惯性技术重点发展方向 , 必将在我国获得更大发展 ,在军民两用领域得到更广泛应用。
光纤陀螺仪的工程应用
战术导弹制导 航天器姿态调整 卫星定位 精密航天器应用
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。
光纤陀螺仪具有的优点
仪器牢固稳定，耐冲击 结构简单，价格低廉 检测灵敏度和分辨率高 动态范围极宽 寿命长，信号稳定可靠 瞬时启动
光纤陀螺仪的工作原理
Sagnac效应
光纤陀螺的工作原理是基于萨格纳克(Sagnac)效应。萨纳克效 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。
效应。再通过角速度的时间积分即可确定旋转体的角位置或方位角。
光纤陀螺仪的分类
01 干涉型光纤陀螺仪(I—FOG) 02 谐振式光纤陀螺仪(R-FOG) 03 受激布里渊散射光纤陀螺仪(B-FOG)
光纤陀螺仪的分类
• 干涉型光纤陀螺仪(I—FOG)，即第一代光纤陀螺仪，目
前应用最广泛。它采用多匝光纤圈来增强SAGNAC效应，
01 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。 按照检测相位的方法可分为 开环型（左图）和闭环型（右图）
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。
光纤陀螺仪原理及其工程应用
光纤陀螺仪的发展现状
• 到目前为止 ,光纤陀螺已从供战术应用的低精度型向导航用的中精度
和高精度型发展 ,以光纤陀螺为基础的惯性系统也开始在越来越多的 场合得到应用。
• 随着我国工业现代化的发展 ,各领域对光纤陀螺的需求越来越大。北
京理工大学、北京航空航天大学等都开展了光纤陀螺的研制并取得了 较大的成果。
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光纤陀螺仪的分类
• 干涉型光纤陀螺仪(I—FOG)，即第一代光纤陀螺仪，目
前应用最广泛。它采用多匝光纤圈来增强SAGNAC效应，
01 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。 按照检测相位的方法可分为 开环型（左图）和闭环型（右图）
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光纤陀螺仪的分类
• 谐振式光纤陀螺仪(R-FOG)，是第二代光纤陀螺仪，采用环
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光纤陀螺仪的发展现状
• 光纤陀螺的发展是日新月异的。许多大公司出于对其市场前景的看好，
也纷纷加入到研究开发的行列中来。由于光纤陀螺在机动载体和军事 领域的应用甚为理想，因此各国的军方都投入了巨大的财力和精力。
• 目前一些发达国家如美、日、德、法、意、俄等在光纤陀螺的研究方
面取得了较大进步，一些中低精度的陀螺已经实现了产品化，而少数 高精度产品也开始在军方进行装备调试。
• 总体而言 ,我国在光纤陀螺关键技术及实用化上与国外先进水平相比
仍有较大差距。光纤陀螺技术将成为 21世纪惯性技术重点发展方向 , 必将在我国获得更大发展 ,在军民两用领域得到更广泛应用。
14Βιβλιοθήκη 光纤陀螺仪的工程应用战术导弹制导 航天器姿态调整 卫星定位 精密航天器应用
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。
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应用于人体医学、城建监控、环境监测等方面 。干涉陀 螺仪也是目前光纤传感器市场中重要的一类．它应用于航 天航海、机器人工业、白控汽车、深钻、发动机及军事方 面。
二、陀螺仪概述
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．自1852年陀螺仪问世，因其独特的性能，广泛 地应用于航海、航空、航天以及国民经济等领域。 迄今为止，陀螺仪从传统的刚体转子陀螺仪 刚体转子陀螺仪到新型的固态陀螺仪 固态陀螺仪， 刚体转子陀螺仪 固态陀螺仪 种类十分繁多。 液浮陀螺、静电陀螺和动力调谐陀螺是技术成熟的三种刚体转子 刚体转子 陀螺仪，达到了精密仪器领域内的高技术水平。 陀螺仪 随着光电技术、微米／纳米技术的发展，新型陀螺仪如激光陀螺、 光纤陀螺和微机械陀螺应运而生。它们都是广义上的陀螺仪 广义上的陀螺仪，是 广义上的陀螺仪 根据近代物理学原理制成的具有陀螺效应 陀螺效应的传感器。因其无活动 陀螺效应 部件—高速转子，称为固态陀螺仪 固态陀螺仪。这种新型全固态的陀螺仪将 固态陀螺仪 成为未来的主导产品，具有广泛的发展前途和应用前景。
静电陀螺仪组成的静电陀螺监控器(ESGM) 与舰船惯性导航系 统(SINS)组成SINS／ ESGM组合导航系统，该系统是目前最高精 度等级的惯性导航设备，它能满足潜艇及航母高精度、高可靠性 潜艇及航母高精度、 潜艇及航母高精度 和隐蔽性的要求。 和隐蔽性的要求。
陀螺仪概述
2) 中高精度陀螺仪 中高精度陀螺仪指精度在5×10-4 º/h到10-1 º/h的陀螺仪。 目前最具有发展前景的陀螺仪就是光学陀螺仪 光学陀螺仪，主要指激 光学陀螺仪 激 光陀螺仪和光纤陀螺仪，激光陀螺属于第一代光学陀螺， 光陀螺仪和光纤陀螺仪 光纤陀螺属于第二代光学陀螺．
光纤传感技术
光纤传感器与常规传感器相比的最大优点是对电磁干扰的 对电磁干扰的 高度防卫度，而且它可以制成小型紧凑 小型紧凑的器件，具有多路 高度防卫度 小型紧凑 复用的能力，以及可以制成分布式的传感结构等，不少光 纤传感器与对应的常规传感器相比，在灵敏度、动态范围、 灵敏度、 灵敏度 动态范围、 可靠性等方面也具有明显的优势。 可靠性
三、光纤陀螺仪
微机械框架式陀螺仪的工作原理 框架式陀螺仪由内框架和外框架组成，二者相互正交， 均为挠性轴。检测质量固定在内框架上。检测质量绕驱动 轴振动，由于振动角很小，故检测质量点的振动可认为是 沿输出轴的线振动。 当有角速度输入时，哥氏力作用在检测质量上，使其 绕输出轴振动，测量电容 差值的变化，得到正比于输 入角速度的输出电压信号。
光纤陀螺的发展现状
日本紧随美国之后，在中低精度陀螺实用化方面走在了世界前列。许 日本 多公司都开始批量生产多种中低精度的光纤陀螺。 西欧几个国家以及俄罗斯的第一代光纤陀螺也已经投入生产，少 西欧 数中、高精度陀螺已经装备到了空军、海军及导弹部队中。 我国光纤陀螺的研究相对起步较晚，但是在广大科研工作者的努 我国 力下，已经逐步拉近了与发达国家间的差距。航天工业总公司、 上海803所、清华、浙大、北方交大、北航等单位相继开展了光纤 陀螺的研究。 根据目前掌握的信息看，国内的光纤陀螺研制精度已经达到了惯 导系统的中低精度 中低精度要求，有些技术甚至达到了国外同类产品的水 中低精度 平。但是国内的研究仍然大多停留在实验室阶段 实验室阶段，没有形成产品， 实验室阶段 距离应用还有差距。所以我们在这方面仍然有很长的路要走。
开环干涉型光纤陀螺原理图
闭环光纤陀螺
闭环光纤陀螺包含闭环环节 闭环环节，它引入了反馈相移。它由激光器光源LR、 闭环环节 分束器SL、相位调制器PM、光检测器D和相敏解调器PSD、伺服放 大器SF、相位变换器PT组成反馈回路。 从LR出来的光经分束器SL分成等强的两束，其中顺时针方向传播的 光由透镜L1 耦合进人光纤线圈的一端。而逆时针方向传播的光通过 相位调制器PM后，由透镜L2 耦合进入光纤线圈的另一端。这两束光 分别从光纤线圈的相反两端出射。当光纤陀螺输入轴旋转时，两束光 之间的相移将发生变化，两束光经分束器SL汇合后。由光检测器D接 收，经工作频率为fm 的相敏解调器PSD解调，并经低通滤波后送人 伺服放大器SF驱动相位变换PT，产生与旋转相移∆Φ大小相等符号相 反的信号，使光纤陀螺始终处于在其最灵敏的零位附近 最灵敏的零位附近工作。 最灵敏的零位附近
陀螺仪概述
根据其精度范围陀螺仪大致分为三部分：超高精度陀螺仪、中高 精度陀螺仪和低精度陀螺仪。 1） 超高精度陀螺仪 超高精度陀螺仪指精度在10-6 º/h～5×10-4 º／h范围内的陀螺仪， 主要包括静电陀螺、磁浮陀螺和液浮陀螺 静电陀螺、 静电陀螺 磁浮陀螺和液浮陀螺。目前最高精度的陀螺 仪是静电陀螺仪。
闭环干涉型光纤陀螺原理图
闭环光纤陀螺
和开环IOFG相比，闭环IOFG多了一个反馈回路 反馈回路，它引入 反馈回路 了反馈相移。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 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 敏感，陀螺漂移非常小 换器有关 ，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。
最近几年，由于光纤陀螺在 精度、性能和尺寸上具有 更大的潜力，越来越受到 各国陆海空三军的青睐。
陀螺仪概述
有关专家认为：精度在10-2 º/h或者更高的光纤陀螺将代 替激光陀螺，这是发展趋势。在军用方面，飞机、舰艇、 潜艇以及导弹均将装备光纤陀螺用以导航和制导 导航和制导，而且卫 导航和制导 卫 宇宙飞船上也将会装备光纤陀螺仪用于与地形跟踪匹 星、宇宙飞船 配和导向，火箭发射场上光纤陀螺仪用于火箭升空发射跟 火箭升空发射跟 踪及测定等。 踪及测定 在民用方面，光纤陀螺仪 可用于飞机导航和石油勘察、 飞机导航和石油勘察、 飞机导航和石油勘察 钻井导向(确定下钻的位置)， 钻井导向 特别是在工业上的应用具有 极大的发展潜力。
光纤陀螺仪
—用于惯性导航的光纤传感器
李晓静 光学工程 2005202094
一、光纤传感技术
光纤传感技术是20世纪70年代伴随着光导纤维及光纤通信 技术的发展而发展起来的一种以光为载体、光纤为媒质， 感知和传输 传输外界信号(被测量)的新型传感技术。 感知 传输
所谓“感知”，实质上是外界信号对光纤中传播的光波实 施调制 调制。所谓“传输”，是指光纤将受外界信号调制的光 调制 波传输到光探测器进行检测，将外界信号从光波中提取出 来并按需要进行数据处理，也就是解调 解调。 解调
五、光纤陀螺的发展现状
光纤陀螺的发展是日新月异的。不仅是科学家热心于此，许多大公司 公司 出于对其市场前景 市场前景的看好，也纷纷加入到研究开发的行列中来。由于 市场前景 光纤陀螺在机动载体和军事领域 机动载体和军事领域的应用甚为理想，因此各国的军方 军方都 机动载体和军事领域 军方 投入了巨大的财力和精力。 目前一些发达国家如美、日、德、法、意、俄等在光纤陀螺的研究方 面取得了较大进步，一些中低精度的陀螺已经实现了产品化，而少数 中低精度的陀螺已经实现了产品化， 中低精度的陀螺已经实现了产品化 高精度产品也开始在军方进行装备调试。 高精度产品也开始在军方进行装备调试。 美国在光纤陀螺的研究方面一直保持领先地位。目前美国国内已经有 美国 多种型号的光纤陀螺投入使用。以斯坦福大学和麻省理工大学为代表 的科研机构在研究领域中不断取得突破，而几家研制光纤陀螺的大公 司在陀螺研制和产品化方面也做得十分出色。最著名的 最著名的Litton公司和 最著名的 公司和 Honeywell公司代表了国际上光纤陀螺的最高水平。 公司代表了国际上光纤陀螺的最高水平。 公司代表了国际上光纤陀螺的最高水平
光Hale Waihona Puke 陀螺仪光纤陀螺仪的工作原理
光纤陀螺的工作原理是基于萨格纳克 萨格纳克(Sagnac)效应 效应。萨纳克效应 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。
四、光纤陀螺存在的技术问题
光纤陀螺自1976年问世以来，得到了极大的发展。但是，光纤陀 螺在技术上还存在一系列问题，这些问题影响了光纤陀螺的精度 和稳定性，进而限制了其应用的广泛性．主要包括： (1)温度瞬态的影响。理论上，环形干涉仪中的两个反向传播光路是 温度瞬态的影响。 温度瞬态的影响 等长的，但是这仅在系统不随时间变化时才严格成立。实验证明， 相位误差以及旋转速率测量值的漂移与温度的时间导数成正 比．这是十分有害的，特别是在预热期间。 (2)振动的影响。振动也会对测量产生影响，必须采用适当的封装以 振动的影响。 振动的影响 确保线圈良好的坚固性，内部机械设计必须十分合理，防止产生 共振现象。 (3)偏振的影响。现在应用比较多的单模光纤是一种双偏振模式的光 偏振的影响。 偏振的影响 纤，光纤的双折射会产生一个寄生相位差，因此需要偏振滤波。 消偏光纤可以抑制偏振，但是却会导致成本的增加。 为了提高陀螺的性能．人们提出了各种解决办法。包括对光纤陀 螺组成元器件的改进 元器件的改进，以及用信号处理的方法的改进 信号处理的方法的改进等。 元器件的改进 信号处理的方法的改进
图6 光纤陀螺仪工作示意图
具体推导： 具体推导：
光纤陀螺仪
与机电陀螺或激光陀螺相比， 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 抗冲击和抗加速运动的能 抗冲击和抗加速运动 力； (2)绕制的光纤较长，使检测灵敏度和分辨率 灵敏度和分辨率比激光陀螺仪提高了好 灵敏度和分辨率 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 较长的使用寿命； 较长的使用寿命 (4)易于采用集成 集成光路技术，信号稳定，且可直接用数字输出，并与 集成 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 可以实现不 同的精度，并具有较宽的动态范围 较宽的动态范围； 同的精度 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 瞬间启动，无需预热； 瞬间启动 (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 是级联式惯导系统 级联式惯导系统的传感器； 级联式惯导系统 (8)结构简单、价格低，体积小、重量轻．