激光陀螺仪的原理与应用优秀课件
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激光陀螺
Lecture 13 -- Laser Gyro
17
3.5*算例
逆时针光束 顺时针光束
三角形的谐振腔，周长 L 111.76 =3×111.76mm
半透反射镜
条纹
波长 λ= 0.6328μm 测量地球转速，得到：
光检测器
合光棱镜
2 4A 4 0.11176 sin 600 / 2 V 7.29 105 7.43Hz L 3 0.11176 0.6328 106
14
3.2 激光的谐振产生
3. 波长 反射膜的厚度控制在 λ/4
获得期望的波长
M3
4. 相同相位
选择回路的周长
ω M1 L M4 M2
得到同相位的驻波
M4
5. 偏振
端面偏振镜片
Lecture 13 -- Laser Gyro
15
3.3 谐振频率
M3
假设激光谐振腔的光路长度为 L, 等于 q 倍的波长 λ
A D G
2. 矩形方案
E D C
I
B
E H
A B
F C F
优点: 紧凑， 可靠
Lecture 13 -- Laser Gyro
23
4.3 主要工艺突破
Cer-vit 陶瓷玻璃取代 了石英
---- 提高了热稳定性
使用了光胶和接触焊技术 ---- 避免了氦氖气体泄露和甲醛对 气体介质的污染 反射镜涂层工艺的革新, ---- 避免了涂层的变质
qc qc ( La Lb )qc L qc La Lb La Lb L2
ω M1 L M4
M2
4 A qc 4 Aq 4A L 4A 2 2 2 K c L L L L
陀螺ppt课件完美版
2. 观察陀螺进动现象时，可 以通过改变外力矩的大小和方
向来探究其影响。
3. 实验结束后，要及时关闭 电源并拆卸器材，整理实验场
地。
07 总结回顾与展望 未来
关键知识点总结回顾
陀螺仪基本原理
陀螺仪是一种基于角动量守恒原理的装置，用于测量或维持方向 。
陀螺仪的种类与应用
介绍了不同类型的陀螺仪（如机械陀螺仪、光学陀螺仪等）及其 在各领域（如航空、导航等）的应用。
为转子提供稳定的驱动电流， 使转子保持恒定的旋转速度。
信号处理电路
对陀螺仪输出的信号进行放大 、滤波、解调等处理，得到所
需的角速度或角度信息。
典型陀螺仪结构剖析
单轴陀螺仪
仅有一个敏感轴，用于测量绕该轴的 角速度或角度。
双轴陀螺仪
三轴陀螺仪
具有三个相互垂直的敏感轴，可同时 测量绕这三个轴的角速度或角度，广 泛应用于航空航天、导航等领域。
带宽
描述陀螺仪输出信号中随机误差的大小， 通常用单位时间内输出信号的标准差来表 示。
指陀螺仪能够准确测量的角速度范围，通常 以赫兹（Hz）为单位表示。
03 陀螺力学特性分 析
力学基础知识回顾
01
02
03
牛顿运动定律
阐述物体运动与力的关系 ，是分析陀螺运动的基础 。
动量守恒定律
陀螺在不受外力作用时， 其动量保持不变。
03
结合硬件和软件补偿方法，对陀螺仪进行更为全面的误差补偿Biblioteka 。提高测量精度策略
选择高精度陀螺仪
在选购陀螺仪时，应优先考虑精度等级高、 稳定性好的产品。
优化安装环境
为陀螺仪提供稳定的工作环境，减小外部因 素对测量精度的影响。
定期校准
激光陀螺仪的原理与应用
激光陀螺仪的原理与应用1. 什么是激光陀螺仪？激光陀螺仪是一种采用激光技术进行测量的陀螺仪。
它通过利用光的干涉与散射现象，测量出物体旋转的角速度和角位移，可以用于惯性导航系统、惯性测量单元等应用。
2. 激光陀螺仪的工作原理激光陀螺仪的工作原理基于光的干涉与散射现象。
它包括一个光路系统和一个探测系统。
光路系统：光路系统由激光器、分光器、光纤、光栅、光电二极管等组成。
激光器发出的激光经过分光器分成两束，分别进入顺时针方向旋转和逆时针方向旋转的光纤。
然后，光纤输出的两束光经过光栅的干涉产生相位差，最后被光电二极管接收。
探测系统：探测系统由光电二极管和信号处理电路组成。
光电二极管将接收到的干涉光转化为电信号，经过信号处理电路放大和滤波后，提取出角速度信号。
3. 激光陀螺仪的优点激光陀螺仪相比其他类型的陀螺仪具有一些优点，包括：•高精度：激光陀螺仪的测量精度高，可以提供精准的角速度和角位移信息。
•高稳定性：激光陀螺仪在不同温度、压力等环境下都能保持较好的测量稳定性。
•长寿命：激光陀螺仪的寿命长，可以用于长期运行的系统和设备。
•低噪声：激光陀螺仪的测量信号噪声低，能够准确地感知微小的角速度变化。
4. 激光陀螺仪的应用激光陀螺仪在许多领域都有广泛的应用，主要包括：4.1 惯性导航系统激光陀螺仪可以用于惯性导航系统中，提供准确的航位信息。
它可以测量飞行器、船舶、车辆等运动的角速度和角位移，提供导航和定位的数据。
4.2 惯性测量单元激光陀螺仪可以用于惯性测量单元中，测量对象的姿态和运动状态。
它可以应用在无人机、机器人、汽车等设备中，提供姿态稳定和运动控制所需的测量数据。
4.3 光电稳定平台激光陀螺仪可以用于光电稳定平台中，平衡和稳定光学器件的姿态。
它可以消除振动和扰动对光学系统造成的影响，提高光学系统的稳定性和精度。
4.4 惯性测绘仪激光陀螺仪可以用于惯性测绘仪中，绘制地球表面的地貌和地理特征。
它可以测量飞机、船舶等载具的角速度和角位移，提供制图所需的测量数据。
《陀螺》ppt课件优秀版
05
CHAPTER
陀螺仪在陆地交通领域应用
陀螺仪能够精确测量汽车的横滚、俯仰和偏航角度，为自动驾驶系统提供准确的车辆姿态信息。
姿态测量
结合GPS和其他传感器数据，陀螺仪能够提高汽车的定位精度，确保自动驾驶汽车在复杂道路环境中的稳定行驶。
导航定位
通过实时监测车辆动态参数，陀螺仪有助于自动驾驶系统实现车辆稳定性控制，提高行驶安全性。
陀螺仪在水下潜航器中发挥关键作用，通过实时测量潜航器的姿态和角速度，为深海导航提供精确的数据支持。
深海导航
结合陀螺仪的测量数据和其他传感器信息，水下潜航器可以实现地形匹配和精确定位，提高水下作业的准确性和效率。
地形匹配与定位
陀螺仪作为惯性导航系统的重要组成部分，可以为水下潜航器提供持续、稳定的导航支持，确保潜航器在复杂水下环境中的可靠运行。
控制稳定性
车辆定位与导航
通过对乘客上下车数据的采集和分析，陀螺仪有助于实现客流量的精确统计和预测，为运营调度提供数据支持。
客流统计与分析
安全监控与预警
陀螺仪能够实时监测城市轨道交通系统的运行状态，发现潜在的安全隐患并及时预警，确保乘客出行安全。
在城市轨道交通系统中，陀螺仪能够提供准确的车辆定位和导航信息，确保列车在复杂环境中的稳定运行。
随着MEMS技术的发展，陀螺仪将越来越微型化和集成化，降低成本并拓展应用领域。
微型化和集成化
提高陀螺仪的测量精度和稳定性是未来发展的重要方向，以满足高端应用的需求。
高精度与高性能
将陀螺仪与其他传感器（如加速度计、磁力计等）进行融合，通过算法优化提高数据处理的准确性和效率。
多传感器融合与算法优化
陀螺仪在发展过程中面临着技术、市场和应用等多方面的挑战，但同时也为相关产业带来了巨大的发展机遇。
CHAPTER
陀螺仪在陆地交通领域应用
陀螺仪能够精确测量汽车的横滚、俯仰和偏航角度，为自动驾驶系统提供准确的车辆姿态信息。
姿态测量
结合GPS和其他传感器数据，陀螺仪能够提高汽车的定位精度，确保自动驾驶汽车在复杂道路环境中的稳定行驶。
导航定位
通过实时监测车辆动态参数，陀螺仪有助于自动驾驶系统实现车辆稳定性控制，提高行驶安全性。
陀螺仪在水下潜航器中发挥关键作用，通过实时测量潜航器的姿态和角速度，为深海导航提供精确的数据支持。
深海导航
结合陀螺仪的测量数据和其他传感器信息，水下潜航器可以实现地形匹配和精确定位，提高水下作业的准确性和效率。
地形匹配与定位
陀螺仪作为惯性导航系统的重要组成部分，可以为水下潜航器提供持续、稳定的导航支持，确保潜航器在复杂水下环境中的可靠运行。
控制稳定性
车辆定位与导航
通过对乘客上下车数据的采集和分析，陀螺仪有助于实现客流量的精确统计和预测，为运营调度提供数据支持。
客流统计与分析
安全监控与预警
陀螺仪能够实时监测城市轨道交通系统的运行状态，发现潜在的安全隐患并及时预警，确保乘客出行安全。
在城市轨道交通系统中，陀螺仪能够提供准确的车辆定位和导航信息，确保列车在复杂环境中的稳定运行。
随着MEMS技术的发展，陀螺仪将越来越微型化和集成化，降低成本并拓展应用领域。
微型化和集成化
提高陀螺仪的测量精度和稳定性是未来发展的重要方向，以满足高端应用的需求。
高精度与高性能
将陀螺仪与其他传感器（如加速度计、磁力计等）进行融合，通过算法优化提高数据处理的准确性和效率。
多传感器融合与算法优化
陀螺仪在发展过程中面临着技术、市场和应用等多方面的挑战，但同时也为相关产业带来了巨大的发展机遇。
激光陀螺原理工艺PPT课件
7.29
10 5
7.43Hz
8
激光陀螺 结构工艺
激光介质：氦氖气体（频谱 纯度高、反向散射小） 腔体材料：熔凝石英、陶瓷
腔体尺寸：周长200～450mm 谐振腔形状：三角、四边
（优缺点： K = 4A / Lλ ） 装配组合：分离、整体式 整体式激光陀螺介绍 谐振腔和光路 反射镜（反射膜、凹面、半透） 氦氖气体 阴阳电极：双阳极 控制回路：凹镜、激励电压
光学陀螺概述2
光纤陀螺仪：适应捷联系统需求
基本原理：同激光陀螺，只是 用外部激光源，用光导纤维传播。 优点：成本低、体积小重量轻。 发展： 1970s 光纤技术发展 1976 年犹它大学瓦里设想和演示 1978 麦道研制出第一个实用产品 1980s后，Littion，Honeywell， Draper 等公司以及英、法、德、 日、苏等国也展开了研制。
新的反射镜涂层工艺，解决了 涂层变质问题
10
2019/9/18
11
L
激光频差正比于输入角速度
干涉条纹以一定的速度移动 7
激光陀螺 频差测量
例：三角谐振腔边长=111.76mm 激光波长λ = 0.6328μ m
用来测地球转动角速度
V 4A L
4 0.11176 2 sin 60 0 / 2 3 0.11176 0.6328 10 6
如果用来测量 0.015 0/h 的 角速度，测量精度无法保 证
4
激光陀螺 结构
激光陀螺相对干涉仪的改进 无源谐振腔→激光谐振腔 测量光程差→谐振频率差
谐振腔(Resonating Cavity)结构： 激光管(光源) + 反射镜(光路) 激光管 = 氦氖气体 + 端面镜片 谐 转，则会引起两路光程不等。
激光陀螺原理
激光陀螺原理
激光陀螺是一种利用激光干涉原理测量角速度的仪器，它具有高精度、高灵敏度、长寿命等优点，在航空、航天、地震、大地测量等领域有着广泛的应用。
激光陀螺的原理基于两束光的干涉，即一个被分成两束光后沿不同路径传播，再合成成为一束光的过程，其干涉条纹的移动量与陀螺的角速度成正比，通过测量干涉条纹移动的量，可以计算出陀螺的角速度。
激光陀螺由光源、分束器、反射器、探测器等部件组成。
当光源发出一束光经分束器分成两束光后，一束光被反射器反射后回到分束器上，而另一束光则直接到达探测器上。
当陀螺绕其轴线旋转时，由于科里奥利力的作用，反射器的方向会发生改变，使得反射器反射回来的光路长度发生变化，从而导致两束光的相位差发生变化，产生干涉条纹的移动。
激光陀螺的测量精度与光路长度、光程差、光波长等因素有关。
为了提高测量精度，激光陀螺通常采用多路光路、多束激光等方法，同时还需考虑陀螺的温度、振动等因素对测量精度的影响。
激光陀螺在现代科技中有着广泛的应用。
例如在航空、航天领域中，它可以用于导航、姿态控制等方面；在地震、大地测量等领域，它
可以用于精确测量地球的旋转、地壳运动等信息。
激光陀螺的应用不仅提高了测量精度和稳定性，还推动了科学技术的发展。
激光陀螺原理是一种基于激光干涉原理测量角速度的仪器，具有高精度、高灵敏度、长寿命等优点，在航空、航天、地震、大地测量等领域有着广泛的应用。
激光陀螺原理
90年代，根据先进巡航导弹和战术飞机导航的要求，美国进行了激光陀螺捷联性能的研究（ SPS）。麦
克唐纳·道格拉斯公司被选为 SPS的主承包商，其次还有霍尼威尔、利顿、洛克威尔、辛格·基尔福特等公
司参加。
国外激光陀螺仪的研制单位很多，其中，美国和法国研制的水平较高，此外还有俄罗斯、德国等国家。
统理想的主要部件，用于对所设想的物体精确定位。石英挠性摆式加速度计是由熔融石英制
成的敏感元件，挠性摆式结构装有一个反馈放大器和一个温度传感器，用于测量沿载体一个
轴的线加速度。
光纤陀螺三轴惯测组合由三个光纤陀螺仪和三个石英挠性摆式加速度计组成，可以实时
地输出载体的角速度、线加速度、线速度等数据，具有对准、导航和航向姿态参考基准等多
化。
3. 激光陀螺仪的闭锁阈值
闭锁阈值将影响到激光陀螺仪标度因数的线性度和稳定度。闭锁阈值取决于谐振光路中的损耗，主要是
反射镜的损耗。
[国外概况]
美国斯佩里公司于 1963年首先次做出了激光陀螺仪的实验装置。1966年美国霍尼威尔公司开始使用
石英作腔体，并研究出交变机械抖动偏频法，使这项技术有了使用的可能。 1972年，霍尼威尔公司研制出
激光陀螺仪花费了很长时间和大量投资解决了闭锁问题，直到 80年代初才研制出飞机导航级仪表，此后就
迅速应用于飞机和直升机，取代了动力调谐陀螺和积分机械陀螺仪。目前已广泛用于导航、雷达和制导等
领域。
方位测向器，称之为激光陀螺仪。
激光陀螺仪的原理是利用光程差来测量旋转角速度（ Sagnac效应）。在闭合光路中，由同一光源发出的
沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光和光干涉，利用检测相位差或干涉条纹的变化，就可以测出闭合
2024年度-20陀螺课件(共33张PPT)pptx
微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）技术是一种基于 微米/纳米级别加工技术，将微型传感器、执行器、控制器等集成于一体的系统 技术。
MEMS技术发展趋势
随着MEMS技术的不断发展，其应用领域不断拓展，同时向着更高性能、更低功 耗、更小体积的方向发展。
5
陀螺发展历程及现状
发展历程
从最早的机械陀螺到现代的光学陀螺和微机械陀螺，陀螺技术经历了不断的发 展和创新。
现状
目前，光学陀螺和微机械陀螺已成为主流，具有高精度、高可靠性、小型化等 优点。同时，随着人工智能、物联网等技术的发展，陀螺的应用领域也在不断 扩展。
6
02 陀螺仪结构与工 作原理 7
陀螺仪基本结构组成
手段提高陀螺仪的测量精度和稳定性。
10
03 光学陀螺技术及 应用 11
光学陀螺概述及分类
01
02
03
光学陀螺定义
利用光学原理测量角速度 的装置。
光学陀螺分类
根据测量原理不同，可分 为干涉式、谐振式和受激 布里渊散射式等。
光学陀螺应用领域
航空、航天、航海、兵器 等领域中的导航、制导和 控制等。
12
的需求。
22
06 未来发展趋势与 挑战 23
新型陀螺技术研究方向
光学陀螺技术
利用光学原理，研究高精 度、高稳定性的光学陀螺 ，提高测量精度和抗干扰 能力。
微机电陀螺技术
通过微纳加工技术，制造 微型化、低功耗的陀螺仪 ，满足便携式设备和微型 飞行器等领域的需求。
原子陀螺技术
基于原子干涉原理，研究 高灵敏度、高分辨率的原 子陀螺，为高精度导航和 定位提供技术支持。
利用光学谐振腔的旋转多普勒效应，通过测量谐振腔中顺时针和 逆时针传播的两束光的频率差来检测角速度。
MEMS技术发展趋势
随着MEMS技术的不断发展，其应用领域不断拓展，同时向着更高性能、更低功 耗、更小体积的方向发展。
5
陀螺发展历程及现状
发展历程
从最早的机械陀螺到现代的光学陀螺和微机械陀螺，陀螺技术经历了不断的发 展和创新。
现状
目前，光学陀螺和微机械陀螺已成为主流，具有高精度、高可靠性、小型化等 优点。同时，随着人工智能、物联网等技术的发展，陀螺的应用领域也在不断 扩展。
6
02 陀螺仪结构与工 作原理 7
陀螺仪基本结构组成
手段提高陀螺仪的测量精度和稳定性。
10
03 光学陀螺技术及 应用 11
光学陀螺概述及分类
01
02
03
光学陀螺定义
利用光学原理测量角速度 的装置。
光学陀螺分类
根据测量原理不同，可分 为干涉式、谐振式和受激 布里渊散射式等。
光学陀螺应用领域
航空、航天、航海、兵器 等领域中的导航、制导和 控制等。
12
的需求。
22
06 未来发展趋势与 挑战 23
新型陀螺技术研究方向
光学陀螺技术
利用光学原理，研究高精 度、高稳定性的光学陀螺 ，提高测量精度和抗干扰 能力。
微机电陀螺技术
通过微纳加工技术，制造 微型化、低功耗的陀螺仪 ，满足便携式设备和微型 飞行器等领域的需求。
原子陀螺技术
基于原子干涉原理，研究 高灵敏度、高分辨率的原 子陀螺，为高精度导航和 定位提供技术支持。
利用光学谐振腔的旋转多普勒效应，通过测量谐振腔中顺时针和 逆时针传播的两束光的频率差来检测角速度。
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The Principle and Application of Ring Laser Gyro
1
1
Background
2
Gyroscope: A sensor which has the ability to perceive
the running speed and maintain the direction of the type.
Traditional gyro
Ring laser gyro 5
① RLG's zero bias and scale factor of the system parameters are stability compared with FOG, so the calibration difficulty relatively easy.
13
1
Background
Basic principle 2
3 Main application
Research status 4
14
The research status of abroad
For the first time in 1963, the Sperry, the company successfully developed the ring laser gyro.
(a)
(b)
8
• The time of two directions
tCCW
2R
cR
tCW
2R
cR
• Transmission time
ttCCW tCW4c 2R2
M CCW
CCCW
(a)
M
l
M ’
(b)
9
Constitute of the RLS
Partial frequency components Cheng long control component Signal readout system Ring laser Logic circuit The power component The installation structure Electromagnetic shielding cover, etc
Basic principle 2
7
Rotation free condition, two beams of light transmission time, which is,
tCCW tCWL c2cRM CCWMl
M ’
Under the condition of rotating,
CCCW
the condition of low speed it is easy to closure.
Fiber optic gyro
Ring laser gyro
④ The precision of RLG is high , but the price also high.
6
1
Background
3
Inertial components
Inertia measurement Inertial navigation Inertial stabilization Inertial guidance
Inertial device is the core of the inertial technology
4
• Traditional inertial gyro has a high requirement on the process structures, complex structure, and the precision is restricted.
• R i n g l a s e r g y r o rotor rotating parts, not angular momentum, ring frame, also do not need direction angle sensor moving parts, such as simple structure, long working life, convenient maintenance, high reliability.
③ All kinds of tactical and strategic missiles Small intercontinental ballistic missiles "dwarf" The Block III tomahawk cruise missile.
④ Observe the tiny seismic effect and the solid ground tidal effect
② Conventional weapons such as tanks, artillery "Latin" howitzer Swedish BKAN1A and FH - 77 - b howitzers Precision measurement reconnaissance vehicles
10
The actual model ----laser gyro relative interferometer
11
1
Background
Basic principle 2
3 Main application
12
① Most of the aircraft and civil aviation abroad F - 22, F - 35, SU - 30 aircraft, B747 and A320 civilian planes
In 1975, Honeywell company developed the mechanical dithering frequency laser gyro, adopting the technology of laser gyro strapdown inertial navigation system truly entered the practical stage.
② The optical path of RLG must be kept in a solid component, so the degree of FOG on the surrounding environment sensitiver than RLG.
③ RLG has some inherent drawbacks, such as mirrors, gas, and under
1
1
Background
2
Gyroscope: A sensor which has the ability to perceive
the running speed and maintain the direction of the type.
Traditional gyro
Ring laser gyro 5
① RLG's zero bias and scale factor of the system parameters are stability compared with FOG, so the calibration difficulty relatively easy.
13
1
Background
Basic principle 2
3 Main application
Research status 4
14
The research status of abroad
For the first time in 1963, the Sperry, the company successfully developed the ring laser gyro.
(a)
(b)
8
• The time of two directions
tCCW
2R
cR
tCW
2R
cR
• Transmission time
ttCCW tCW4c 2R2
M CCW
CCCW
(a)
M
l
M ’
(b)
9
Constitute of the RLS
Partial frequency components Cheng long control component Signal readout system Ring laser Logic circuit The power component The installation structure Electromagnetic shielding cover, etc
Basic principle 2
7
Rotation free condition, two beams of light transmission time, which is,
tCCW tCWL c2cRM CCWMl
M ’
Under the condition of rotating,
CCCW
the condition of low speed it is easy to closure.
Fiber optic gyro
Ring laser gyro
④ The precision of RLG is high , but the price also high.
6
1
Background
3
Inertial components
Inertia measurement Inertial navigation Inertial stabilization Inertial guidance
Inertial device is the core of the inertial technology
4
• Traditional inertial gyro has a high requirement on the process structures, complex structure, and the precision is restricted.
• R i n g l a s e r g y r o rotor rotating parts, not angular momentum, ring frame, also do not need direction angle sensor moving parts, such as simple structure, long working life, convenient maintenance, high reliability.
③ All kinds of tactical and strategic missiles Small intercontinental ballistic missiles "dwarf" The Block III tomahawk cruise missile.
④ Observe the tiny seismic effect and the solid ground tidal effect
② Conventional weapons such as tanks, artillery "Latin" howitzer Swedish BKAN1A and FH - 77 - b howitzers Precision measurement reconnaissance vehicles
10
The actual model ----laser gyro relative interferometer
11
1
Background
Basic principle 2
3 Main application
12
① Most of the aircraft and civil aviation abroad F - 22, F - 35, SU - 30 aircraft, B747 and A320 civilian planes
In 1975, Honeywell company developed the mechanical dithering frequency laser gyro, adopting the technology of laser gyro strapdown inertial navigation system truly entered the practical stage.
② The optical path of RLG must be kept in a solid component, so the degree of FOG on the surrounding environment sensitiver than RLG.
③ RLG has some inherent drawbacks, such as mirrors, gas, and under