光纤陀螺
光纤陀螺术语及测试方法
光纤陀螺术语及测试方法一、光纤陀螺原理以萨格耐克〔Sagnac〕效应为根底，由光纤环圈构成的干预仪型角速度测量装置。
当绕其光纤环圈等效平面的垂线旋转时，在环圈中以相反方向传输出的两束相干光之间产生相位差，其大小正比于该装置相对于惯性空间的旋转角速度，通过检测输出光干预强度即反映出角速度的变化。
二、术语及定义1、启动时间光纤陀螺在规定的工作条件下，从加电开始至到达规定性能所需要的时间。
2、零偏当输入角速率为零时，衡量光纤陀螺输出量均值的大小，以规定时间内输出量均值相应的等效输入角速度表示。
不包括由于滞后和加速引起的输出。
3、零偏稳定性当输入角速度为零时，衡量光纤陀螺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。
4、零偏重复性在同样条件下及规定间隔时间内，屡次通电过程中，光纤陀螺零偏相对其均值的离散程度。
以屡次测试所得零偏的标准偏差表示。
5、零偏温度灵敏度相对于室温零偏值，由温度变化引起光纤陀螺零偏变化量与温度变化量之比，通常取最大值表示。
6、随机游走系数表征光纤陀螺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〕，也称为角随机游走。
7、标度因数陀螺输出量与输入角速率的比值。
标度因数通常是用某一特定直线的斜率表示。
该直线可以根据在整个输入范围内周期地改变输入量所得到的输入/输出数据，用最小二乘法进行拟合来求得。
8、标度因数非线性度在输入角速度范围内，光纤陀螺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。
9标度因数重复性在同样条件及规定的角速率下，屡次测量过程中，光纤陀螺标度因数之间的一致程度。
以各次测试所得的标度因数的标准偏差与其平均值之比表示。
10、标度因数温度灵敏度相对于室温标度因数，由温度变化引起的标度因数变化率与温度变化量之比。
通常以最大值表示。
11、频带宽度光纤陀螺频率特性测试中，规定在测得的幅频特性中幅值降低3 dB所对应的频率范围。
光纤陀螺核心器件简介及参数
一、什么是光纤陀螺？光纤陀螺是一种用于惯性导航的光纤传感器陀螺仪(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．光纤陀螺仪是广义上的陀螺仪，是根据近代物理学原理制成的具有陀螺效应的传感器。
因其无活动部件——高速转子，称为固态陀螺仪。
这种新型全固态的陀螺仪将成为未来的主导产品，具有广泛的发展前途和应用前景。
二、光纤陀螺核心器件有哪些？1.多功能集成光波导调制器MIOC(Y波导)概述MIOC（集成光学多功能光波导调制器）具有起偏与检偏、分束与合束以及电光相位调制等功能。
理论设计保证产品具有高性能；工艺制备保证产品具有高可靠性；生产控制保证批量产品具有高一致性。
全温范围内具有插入损耗低、偏振消光比高、电光相位调制线性度高的特点。
采用微电子工艺和微光学工艺制作、保偏光纤对准耦合封装技术，具有850nm、1310nm 和1550nm 等多个工作波段。
也可以按照客户的要求定制不同工作波长、不同封装形式等特殊规格的器件。
应用•光纤陀螺•光纤电流传感•其它光纤传感特点•插入损耗低•偏振消光比高•温度相关损耗变化小•电光相位调制线性度高•可靠性高参数表Mini 1310 系列类别参数符号单位性能指标(典型值)光学性能中心波长λc nm 1290~1330 插入损耗IL dB ≤4.全温插入损耗变化∆IL dB ≤0.5 分光比 D - 48/52~52/48 全温分光比变化率∆D % ≤±3.0 背向反射RL dB ≤-55残余强度调制RIM - ≤2/1000 尾纤偏振串音PER dB ≤-30.0全温尾纤偏振串音PER T dB ≤-25.0电学性能半波电压VπV ≤5.0波形斜率S - ≤1/200带宽WMHz ≥300封装结构封装形式- - 可伐镀金封装器件尺寸- mm 20⨯7⨯4.尾纤类型- - SM/PM,φ125μm/80μm光纤尾纤长度L m ≥1.0环境指标工作温度T W℃-45~70储存温度T S℃-55~851310系列类别参数符号单位性能指标(典型值)优级高级光学性能工作波长λc nm129~1330 插入损耗IL dB ≤3.5全温插入损耗变化∆IL dB ≤0.4 ≤0.5 分束比 D % 50±1.5 50±2.0 全温分光比变化率∆D % ≤1.5 ≤3 背向反射RL dB ≤-55 残余强度调制RIM - ≤5/10000 ≤ 2/1000 尾纤偏串音PER dB ≤-30全温尾纤偏振串音PER T dB ≤-30 ≤-27电学性能半波电压VπV ≤3.5 ≤3.5 波形斜率S - ≤1/250 ≤1/250 带宽BW MHz ≥300封装结构封装形式- - 可伐镀金器件尺寸(不含引脚) - mm 30⨯8⨯5 尾纤类型- - SM/PM,φ125μm/80μm光纤尾纤长度L m 1.2环境指标工作温度T W℃-45~+70储存温度T S℃-55~+851550系列类别参数符号单位性能指标(典型值)优级高级光学性能工作波长λc nm 1530~1570插入损耗IL dB ≤3.5全温插入损耗变化∆IL dB ≤0.3 ≤0.5 分束比 D % 50±2.0全温分光比变化率∆% ≤1 ≤3 背向反射RL dB ≤-55 残余强度调制RIM - ≤5/10000 ≤2/1000 尾纤偏振串音PER dB ≤-30全温尾纤偏振串音PERT dB ≤-30 ≤-27电学性能半波电压VπV ≤3.5 ≤4.0 波形斜率S - ≤1/250 ≤1/250 带宽BW MHz ≥300封装结构封装形式- - 特制可伐镀金器件尺寸(不含引脚) - mm 45⨯9⨯5 30⨯8⨯5 尾纤类型- - SM/PM,φ125μm/80μm光纤尾纤长度L m 1.2环境指标工作温度TW ℃-45~+70储存温度TS ℃-55~+85注1：光纤可以选择快慢轴工作注2：满足Telcordia GR468、GJB548B等标准2.保偏光纤分束器PMFS概述PMFS（保偏光纤分束器）的功能是在保持光波原有偏振态前提下，实现光波功率的分束。
光纤陀螺术语及测试方法
光纤陀螺术语及测试方法光纤陀螺是一种利用光学原理来测量角速度和方向的仪器。
其优点包括精度高、响应速度快、稳定性好等，因此在惯性导航、航天航空、自动控制等领域得到了广泛的应用。
光纤陀螺的术语主要包括以下几个方面：1.动态误差：动态误差是指光纤陀螺在运动过程中由于各种因素导致的测量误差。
例如，由于光纤陀螺的光学元件和机械部件在运动时产生的振动、材料膨胀等原因，会导致测量结果的偏差。
2.静态误差：静态误差是指光纤陀螺在静止不动时由于各种因素导致的测量误差。
例如，由于光纤陀螺的温度变化、光学元件和机械部件的松动等原因，会导致测量结果的偏差。
3.小干扰误差：小干扰误差是指光纤陀螺在受到小幅度干扰时产生的测量误差。
例如，由于光纤陀螺的机械结构和光学元件的松动等原因，会导致测量结果的不稳定性。
4.归零误差：归零误差是指光纤陀螺在归零过程中产生的测量误差。
例如，由于光纤陀螺的光纤光路中存在的偏移、偏振和偏心等原因，会导致归零结果的不准确性。
5.偏置误差：偏置误差是指光纤陀螺在测量过程中产生的零点漂移。
光纤陀螺的偏置误差可能由于温度变化、机械部件磨损等原因引起。
除了以上术语之外，光纤陀螺的测试方法主要包括以下几种：1.静态测试：静态测试是指将光纤陀螺放置在静止的环境中，通过测量其输出信号来评估其静态误差。
常用的方法包括将光纤陀螺与参考陀螺或参考仪器进行比较，以确定其零点漂移等测量误差。
2.动态测试：动态测试是指将光纤陀螺安装在运动的平台上，通过测量其输出信号来评估其动态误差。
常用的方法包括将光纤陀螺与参考陀螺或参考仪器进行比较，以确定其响应速度、线性度等测量性能。
3.带宽测试：带宽测试是指通过改变输入信号的频率，测量光纤陀螺输出信号的变化，以确定其响应频率范围。
常用的方法包括使用正弦波信号作为输入信号，测量光纤陀螺输出信号的幅值和相位变化。
4.稳定性测试：稳定性测试是指通过长时间连续测量光纤陀螺输出信号的变化，以确定其稳定性和长期稳定性。
光纤陀螺
EuroFOG(法国)
10゜/h到0.01 ゜/h系列化 0.05゜/h 10゜/h
Fizoptika(俄罗斯) 日立（日本）
3. 与其他陀螺的比较：
光纤陀螺是一种全固态的光学陀螺仪，它的主要优点在于；①无 运动部件，仪器牢固稳定，耐冲击且对加速度不敏感；②结构简单， 零部件少，价格低廉；③启动时间短(原理上可瞬间启动)；④检测灵 敏度和分辨率极高(可达 10rad/s)；⑤可直接用数字输出并与计算机 接口联网；⑥动态范围极宽(约为 2000°/s)；⑦寿命长，信号稳定 可靠；⑧易于采用集成光路技术；⑨克服了因激光陀螺闭锁现象带来 的负效应；⑩可与环形激光陀螺一起集成捷联式惯性系统传感器。
屏幕
分光镜 光源
反射镜 1
反射镜 2
反射镜 3
萨格纳克效应已经得到广泛的应用， 由萨格纳克效应研制出的光 纤陀螺已成功地用于航空、航天等领域，是近 20 年发展较快的一种 陀螺仪。 根据sagnac效应 ，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。 以干涉式光纤陀螺为例，如图1所示，光源(SLD)发出的光经分束器 (coupler)分为两束后，进入一半径为R的单模光纤环(fiber coil) 中，分别沿顺时针方向(CW)及逆时针方向(CCW)反向传输，最后同向 回到分束器形成干涉。显然，当环形光路相对于惯性参照系静止时， 经顺、逆时针方向传播的光波回到分束器时有相同的光程，即两束光 波的光程差等于0；当环行光路绕垂直于所在平面并通过环心的轴以 角速度Ω 旋转时，则沿顺、逆时针方向传播的两波列光波在环路中传 播一周产生的光程差为：
光纤陀螺
光纤陀螺
Lecture 14 -- Fiber Optic Gyro
1
Outline
1. 光纤陀螺概述 2. 光程差, 相位差和互易性 光程差 3. 相位偏置和相位调制 4. 开环、闭环光纤陀螺, 谐振光纤陀螺 开环、闭环光纤陀螺 5. 其它问题
Lecture 14 -- Fiber Optic Gyro
~ fm
D PSD SF
引入放大器 SF 和相位 形成闭环. 变换器 PT, 形成闭环
Lecture 14 -- Fiber Optic Gyro
17
4.3 谐振型光纤陀螺
PSD1 D1 SL LR SL1 PSD2 D2 L2 SL2 C L1
光纤线圈
分成两束, 谐振器). 来自 LR 的激光被 SL 分成两束 从两端进入线圈 (谐振器 谐振器 当光纤陀螺旋转, 两束光的谐振频率变化. 当光纤陀螺旋转 两束光的谐振频率变化 频率差和输入角速度成正比, 测量. 频率差和输入角速度成正比 由两个检测器和 PSD 测量
π π
2
−π
−
π
2
0
∆ϕ
当输入的相移 ∆φ=0，检测器的输出 ， 如左图所示. 如左图所示 I
ϕm
当 ∆φ≠0, 检测器的输出如右图所 示. 输出信号的均值取决于当前曲线下 的面积. 的面积
−π −
π
2
0
π π
2
∆ϕ
ϕm
Lecture 14 -- Fiber Optic Gyro
12
3.3*交变相位偏置 交变相位偏置
5
2.1 Sagnac 干涉仪 静止 干涉仪:
环形 Sagnac 干涉仪
光纤陀螺技术参数选型
光纤陀螺技术参数选型1.光纤陀螺工作原理光纤陀螺是一种利用回波光纤中光信号相位差变化来测量转动角速度的设备。
其基本原理是通过光纤传输光信号的相位差变化来实现转动角速度的测量。
2.光纤陀螺技术参数光纤陀螺的技术参数包括测量范围、分辨率、精度、稳定性等。
2.1测量范围光纤陀螺的测量范围是指其能够测量的转动角速度的上下限。
根据具体应用的需求，需要选用合适的测量范围，以保证光纤陀螺可以满足实际测量需要。
2.2分辨率光纤陀螺的分辨率是指其能够测量的最小角速度变化，也可以理解为陀螺仪的感知能力。
分辨率越高，表示光纤陀螺对微小的角速度变化更加敏感。
2.3精度光纤陀螺的精度是指其输出值与实际值之间的误差。
精度越高，表示光纤陀螺的测量结果与实际值之间的偏差越小。
2.4稳定性光纤陀螺的稳定性是指其在长期工作过程中输出值的稳定性能。
稳定性越好，表示光纤陀螺的测量结果在不同环境条件下的波动较小。
3.光纤陀螺技术参数选型方法在确定光纤陀螺的技术参数时，需要综合考虑实际应用需求、成本和技术可行性等因素。
以下是一些常用的光纤陀螺技术参数选型方法：3.1根据应用需求确定测量范围根据实际测量需求，确定光纤陀螺的测量范围。
需要考虑转动角速度的最大值和最小值，以保证光纤陀螺能够满足实际测量需求。
3.2根据应用场景确定分辨率根据应用场景的需求，确定光纤陀螺的分辨率。
一般来说，对于需要测量微小角速度变化的应用，需要选择具有高分辨率的光纤陀螺。
3.3根据应用精度确定精度要求根据应用的精度要求，确定光纤陀螺的精度。
对于需要高精度测量的应用，需要选择具有高精度的光纤陀螺。
3.4根据应用稳定性确定稳定性要求根据应用的稳定性要求，确定光纤陀螺的稳定性。
对于需要长期稳定工作的应用，需要选择具有良好稳定性的光纤陀螺。
4.光纤陀螺技术参数选型的注意事项在进行光纤陀螺技术参数选型时，需要注意以下几个方面：4.1应用需求的准确把握需要充分了解实际应用需求，使技术参数选型更加准确。
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。
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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．
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．
光学系统的构成 ：集成光学型 全光纤型 集成光学型和全光纤型 集成光学型 全光纤型光纤陀 螺 结构：单轴和多轴 单轴和多轴光纤陀螺 单轴和多轴 回路类型：开环光纤陀螺 闭环光纤陀螺 开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺 开环光纤陀螺
开环光纤陀螺
开环光纤陀螺不带反馈 不带反馈，直接检测光输出，省去许多复杂 不带反馈 的光学和电路结构，具有结构简单、价格便宜、可靠性高、 结构简单、价格便宜、可靠性高、 结构简单 消耗功率低等优点，缺点是靠增加单模光纤的长度来提高 消耗功率低等 陀螺的灵敏度，输入一输出线性度差、动态范围小，主要 用作角度传感器 。开环的干涉型光纤陀螺(IOFG)的基本 结构是一个环形双光束干涉仪。
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。
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。
光纤陀螺仪
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。
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
陀螺仪概述
3) 低精度陀螺仪
低精度陀螺仪指精度范围超过10-1 º/h的陀螺仪。目前有 发展前景的是微机械陀螺仪 微机械陀螺仪。虽然精度低，但低廉的价格 微机械陀螺仪 使其具有广阔的应用前景。微机械陀螺仪有望在一些新的 领域中得到应用，如车载导航系统、天文望远镜、工业机 车载导航系统、 车载导航系统 天文望远镜、 器人、计算机鼠标，甚至是玩具上。 器人、计算机鼠标
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。
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
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
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。
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。