光纤陀螺仪的原理及应用24页PPT
光纤陀螺仪的原理与应用
光纤陀螺仪的原理与应用1. 引言光纤陀螺仪（Fiber Optic Gyroscope，简称FOG）是一种基于光学原理的惯性导航仪器，用于测量和检测物体的角速度。
光纤陀螺仪在航空航天、导航定位、地震监测等领域有着广泛的应用。
2. 原理光纤陀螺仪的工作原理基于光的干涉现象。
其主要由光源、光纤环、检测器等组成。
•光源：光源发出具有特定波长的光信号。
•光纤环：光纤环是由光纤绕成的一个环状结构，一端接光源，另一端接检测器。
•检测器：检测器用于接收和检测光信号。
当光源发出光信号后，光信号会在光纤环中传播，形成一个封闭光路径。
当光纤环受到旋转等外界作用力时，由于光的波长不变，光信号在光纤环中的传播速度会受到影响，从而引起光的相位差的变化。
通过检测器检测到这一变化，可以得到物体的角速度信息。
3. 优势与应用光纤陀螺仪相较于传统的机械陀螺仪具有以下优势：•高精度：光纤陀螺仪具有高精度的角速度测量能力，能够实现微小角度的测量。
•稳定性：光纤陀螺仪的结构简单，没有磨损部件，因此具有较长的寿命和较好的稳定性。
•抗干扰能力强：光纤陀螺仪能够抵抗振动、温度变化等外界干扰，确保测量的准确性。
•体积小、重量轻：光纤陀螺仪相较于传统陀螺仪，具有体积小、重量轻的特点，适用于各种空间受限的环境。
由于光纤陀螺仪的优势，它在许多领域都有广泛的应用：•航空航天：光纤陀螺仪可以用于航空航天器的导航、姿态控制等，提高飞行安全性和精确度。
•自动驾驶：光纤陀螺仪可以用于自动驾驶车辆的定位和导航系统，实现精确的定位和路径规划。
•地震监测：光纤陀螺仪可以用于地震监测，实时检测地壳运动，提供地震预警。
•水下探测：光纤陀螺仪可以用于水下机器人的导航和定位，提供精确的水下探测能力。
4. 发展与未来趋势光纤陀螺仪是惯性导航技术的重要组成部分，随着科技的不断进步，光纤陀螺仪将继续发展并在更多领域应用。
•提高精度：目前的光纤陀螺仪已经具备较高的精度，但未来仍有提升空间。
光纤陀螺的原理及应用ppt课件
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)
或受激布里渊散射光纤环形激光陀螺( B— FRLG) 。
干涉式光纤陀螺仪(I-fog)
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
缺点： 非线性严重 精度低 动态范围窄
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干涉式光纤陀螺仪(I-fog) 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)
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)
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
2
M CCW CCCW
M l
M ’
传输光程差
2 4 R L tc c
传输相位差
4 RL S 0c
(a)
(a)系统静止；(b)系统旋转
(b)
图1 理想环形光路系统中的Sagnac效应
国防工业出版社年 2012 . 2
[2 ]《工程光学》 西安工业大学 韩 军、刘 钧 编著
结构简单
光纤陀螺概述PPT课件
图2 光纤陀螺工作原理图
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第3节光纤陀螺的工作原理
由式( 1)-( 2) 计算可得:
t 4 R2 ………………（3）
c2
进而可以求得两束光之间的相位差:
s
t
8 A c
………………(4)
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第3节光纤陀螺的工作原理
实际上为了提高测量精度、减小陀螺体积, 一般将总长度为L 的
内容安排
• 光纤陀螺的定义、简介、特点； • 光纤陀螺的分类； • 光纤陀螺的工作原理； • 光纤陀螺的误差分析； • 光纤陀螺的应用与发展。
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第1节光纤陀螺的定义、简介、特点
中文名：光纤陀螺 英文名:Fiber Optical Gyro 定 义：应用激光及光导纤维技术测量物体相对于
相位偏置
2
的调M制器。
调制之后干涉光强度
图4 开环I- FOG 结构框图
为:
I I0 1sin(s )………………（7）
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第4节光纤陀螺的误差分析
图5 光纤陀螺噪声来源机理
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第4节光纤陀螺的误差分析
低精度的光纤陀螺的噪声主要表现为白噪声，而在中、 高
精度光纤陀螺的输出1 噪声中，除了高斯白噪声外，还
最大敏感度, 并能分辨 的极性, 应进行 相位偏置调制, 使陀
螺工作在灵敏度和线性度均最高的区域。 2
图3 干涉式光纤陀螺的响应
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第3节光纤陀螺的工nac 相移, 并通过在光纤线圈
的一端放置压电陶瓷环PZT , 作为产生 结构如图4 所示。
惯 性空间的角速度或转动角度的无自转质量的新 型光学陀螺仪。
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。
光纤陀螺原理及应用课件
欢迎参加本课程！本课程将介绍光纤陀螺的定义、原理和应用领域，以及其 在惯性导航、航空航天和地震监测中的重要性。让我们开始吧！
光纤陀螺的定义和原理
光纤陀螺利用光纤中的轴向光束干涉现象实现精密测量。光纤陀螺原理基于 光的传播速度与光路长度的微小变化。
光纤陀螺的结构和工作方式
光纤陀螺由光源、光路、光探测器和信号处理器组成。通过检测光纤中的干 涉信号，确定旋转角速度。
光纤陀螺的发展前景及挑战
光纤陀螺具有广阔的应用前景，但也面临着技术创新、信号处理和成本降低等挑战。持续研究和发展将推动其应用 领域的拓展。
Hale Waihona Puke 光纤陀螺的应用领域惯性导航
光纤陀螺用于导航系统，提供高精度的姿态和位置测量，应用于航空、航海和地面交通领域。
航空航天
光纤陀螺在航空航天中用于飞行器姿态控制、飞行参数测量和导航系统，提高飞行安全性。
地震监测
光纤陀螺可用于监测地壳运动和地震活动，提供准确的地震测量数据，助力地震预警系统的 建设。
光纤陀螺在惯性导航中的应用
光纤陀螺在惯性导航系统中扮演关键角色，提供精确的旋转角速度测量，用于定位、姿态控制和目标追踪。
光纤陀螺在航空航天中的应用
光纤陀螺在飞行器控制、导航和引导系统中广泛应用。高精度的姿态测量和 导航数据提高了航空航天系统的性能和安全性。
光纤陀螺在地震监测中的应用
光纤陀螺通过监测地壳运动和地震活动，为地震学家提供准确的地震测量数 据，帮助预测和研究地震现象。
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。
光纤陀螺的原理及应用
原理
物质受到外界磁场的作用时， 它内部的磁化强度也会发生 变化。表面铁磁共振就是利 用这种变化来检测磁场的方 法。
应用
除了光纤陀螺，表面铁磁共 振还可以应用于医学检测等 领域。
光纤角速度传感器
概念
光纤角速度传感器是利用光纤感 应器对角速度进行测量的装置。
测量原理
光纤角速度传感器是基于光学菲 涅耳效应的，通过比较两束相干 光的相位差来测量角速度。
应用
光纤角速度传感器广泛应用于航 空，航天领域，以及高精度测量 等领域。
光纤陀螺工作原理
1
测量转速
依据光学相位差，测量稳定的光路差，得到转速。
2
修正偏移
通过修正惯性元件对角速度的缓漏和扭曲，并对其加以合成，得到最终的修正偏 移值。
3
输出信息
将信息进行数字调制，再经过光电转换，输出信号。
光纤陀螺应用
航空航天领域中的应用
光纤陀螺可以利用其高精度，稳定性和快速响应等 特点，对导航系统的性能进行优化，有利于飞行器 的稳定性和定位准确性。
高精度测量领域中的应用
光纤陀螺结构先进，性能优良，可以应用于各种高 精度测量领域，例如海洋测量、地震勘测、气象预 报等。
结论
1 光纤陀螺的原理和应用非常广泛。
作为一种高精度、高精度度、高可靠性的惯 性导航仪器，它造福于各种不同领域的技术 创新和发展。
2 但光纤陀螺仍有发展空间。
例如在增加测量精度和减小体积和重量等方 面，还需要不断地进行技术突破和改进。
光纤陀螺的原理及应用
光纤陀螺是一种基于光学原理的惯性导航仪，是现代导航技术的重要组成部 分。
原理介绍
光纤陀螺是基于瞬时轴法和恒星法的惯性导航系统，在运动状态下利用光纤 角速度传感器和光学共振，利用光学效应对角速率进行测量，从而实现对飞 行姿态和导航状态的振是一种基于磁 共振原理的测量方法，常用 于测量光纤陀螺中的磁场。