光学陀螺仪ppt课件
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光纤陀螺的原理及应用ppt课件
注意：R-FOG研究起步较晚，且对光源要求十分苛刻，所以 目前R-FOG还处于实验室研究阶段，但是和I-FOG相比有上述
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
Company Logo
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
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
Company Logo
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
光学陀螺仪教材
2018/8/10
RB
4A RB L
速率偏频的量级为100°/s， 换向周期10s，采用无刷直流 力矩电机驱动，利用霍尔效 应控制的电子开关进行换向。
21
§4.2
环形激光陀螺仪
三 环形激光陀螺仪的关键技术
1．偏频技术---磁镜偏频
由于磁光效应，反射镜的磁光介质反射膜层在外加横向磁场作用下，使入 射的p偏振光反射后产生附加相位，而s光不产生相移，磁场交变时产生的 B c 频差为： 2018/8/10 22
（1）必须在环形激光器内维持相向行波模对
dx
ccw 0 2 A 0 ccw L
（2）相向行波模对应以单横模和单纵模运转 （3）环形激光器的工作波长应有利于光电探测
2018/8/10
18
§4.2
环形激光陀螺仪
三 环形激光陀螺仪的关键技术
1．偏频技术 偏频就是给环形激光器输入一个特定的偏频量，以克服低转速条件下 的闭锁效应。 偏频方法主要有： • • • • 机械小幅高频抖动交变偏频 机械式大幅低频交变旋转速率偏频 磁镜式高频磁光效应偏频 四频差动偏频技术
2018/8/10
15
§4.2
环形激光陀螺仪
1．环形激光谐振腔稳定工作条件
环形激光器是由三面或四面以上的反射镜构成的环形行 波谐振腔和置至于腔内的激光介质组成的一种激光器。反射 镜的几何位置保证行波模在环形腔内能自洽运行，其反射率 提供行波振荡所需的正反馈，激光增益介质提供受激越迁以 维持腔内的行波振荡光场。
2018/8/10
7
§4.1 光学角速度敏感器的一般原理 二 基本原理---Sagnac干涉仪
平台旋转
ED Ecw Eccwe jΔ
RB
4A RB L
速率偏频的量级为100°/s， 换向周期10s，采用无刷直流 力矩电机驱动，利用霍尔效 应控制的电子开关进行换向。
21
§4.2
环形激光陀螺仪
三 环形激光陀螺仪的关键技术
1．偏频技术---磁镜偏频
由于磁光效应，反射镜的磁光介质反射膜层在外加横向磁场作用下，使入 射的p偏振光反射后产生附加相位，而s光不产生相移，磁场交变时产生的 B c 频差为： 2018/8/10 22
（1）必须在环形激光器内维持相向行波模对
dx
ccw 0 2 A 0 ccw L
（2）相向行波模对应以单横模和单纵模运转 （3）环形激光器的工作波长应有利于光电探测
2018/8/10
18
§4.2
环形激光陀螺仪
三 环形激光陀螺仪的关键技术
1．偏频技术 偏频就是给环形激光器输入一个特定的偏频量，以克服低转速条件下 的闭锁效应。 偏频方法主要有： • • • • 机械小幅高频抖动交变偏频 机械式大幅低频交变旋转速率偏频 磁镜式高频磁光效应偏频 四频差动偏频技术
2018/8/10
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§4.2
环形激光陀螺仪
1．环形激光谐振腔稳定工作条件
环形激光器是由三面或四面以上的反射镜构成的环形行 波谐振腔和置至于腔内的激光介质组成的一种激光器。反射 镜的几何位置保证行波模在环形腔内能自洽运行，其反射率 提供行波振荡所需的正反馈，激光增益介质提供受激越迁以 维持腔内的行波振荡光场。
2018/8/10
7
§4.1 光学角速度敏感器的一般原理 二 基本原理---Sagnac干涉仪
平台旋转
ED Ecw Eccwe jΔ
光学惯性测量与导航系统--关键惯性器件 ppt课件
探测器感受到的光强为：
ID ED 2 pp2t课I件(1 cos)
8
2.1 光学陀螺概述
光学陀螺的理论基础是：Sagnac效应
I KI 0 (1 cos(s))
光的相位差不能直接测量，可以测量的是光功率或频
率差。
ppt课件
9
2.1 光学陀螺概述
光学陀螺的理论基础是：Sagnac效应
2.1 光学陀螺概述
激光陀螺研制和生产现状
目前世界上研制和生产激光陀螺的国家主要有美、英、德、法、日本 和俄罗斯。美国的霍尼韦尔和利顿公司最具实力，特别是霍尼韦尔公 司代表着全世界激光陀螺技术的最高水平，世界上激光陀螺主要来自 霍尼韦尔公司，其次有部分产品来自利顿公司。
激光陀螺的发展史 一、研究起步阶段 1897年英国物理学家洛奇提出了光学陀螺的概念 1913年Sagnac论证了光学陀螺的工作原理及基本效应 1960年激光问世 1963年美国斯佩里公司宣布他们用环形行波激光器感测
旋转速率获得成功，研制出第一台激光陀螺实验装置
ppt课件
12
2.1 光学陀螺概述
二、重大突破阶段
1965-1974年，世界各研究单位埋头解决激光陀螺固有的闭锁效应 以及零漂误差等难题，解决了许多关键技术
1975年霍尼韦尔公司取得巨大突破，研制出实用的激光陀螺 三、实用阶段
1978年霍尼韦尔公司的激光陀螺开始小批量生产
1982年霍尼韦尔公司的ARINC704激光陀螺惯性基准系统正式投入 民航使用；至1983年9月，霍尼韦尔公司为波音公司研制的激光陀螺 惯性基准装置已有216套，飞行时间长达50万小时
大于 2R，它的值为： Lcw 2R Rtcw ccw tcw
ID ED 2 pp2t课I件(1 cos)
8
2.1 光学陀螺概述
光学陀螺的理论基础是：Sagnac效应
I KI 0 (1 cos(s))
光的相位差不能直接测量，可以测量的是光功率或频
率差。
ppt课件
9
2.1 光学陀螺概述
光学陀螺的理论基础是：Sagnac效应
2.1 光学陀螺概述
激光陀螺研制和生产现状
目前世界上研制和生产激光陀螺的国家主要有美、英、德、法、日本 和俄罗斯。美国的霍尼韦尔和利顿公司最具实力，特别是霍尼韦尔公 司代表着全世界激光陀螺技术的最高水平，世界上激光陀螺主要来自 霍尼韦尔公司，其次有部分产品来自利顿公司。
激光陀螺的发展史 一、研究起步阶段 1897年英国物理学家洛奇提出了光学陀螺的概念 1913年Sagnac论证了光学陀螺的工作原理及基本效应 1960年激光问世 1963年美国斯佩里公司宣布他们用环形行波激光器感测
旋转速率获得成功，研制出第一台激光陀螺实验装置
ppt课件
12
2.1 光学陀螺概述
二、重大突破阶段
1965-1974年，世界各研究单位埋头解决激光陀螺固有的闭锁效应 以及零漂误差等难题，解决了许多关键技术
1975年霍尼韦尔公司取得巨大突破，研制出实用的激光陀螺 三、实用阶段
1978年霍尼韦尔公司的激光陀螺开始小批量生产
1982年霍尼韦尔公司的ARINC704激光陀螺惯性基准系统正式投入 民航使用；至1983年9月，霍尼韦尔公司为波音公司研制的激光陀螺 惯性基准装置已有216套，飞行时间长达50万小时
大于 2R，它的值为： Lcw 2R Rtcw ccw tcw
光学陀螺仪教材42页PPT
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自名言网
15、机会是不守纪律的。——雨果
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
光学陀螺仪教材
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
拉
60、生活的道路一旦选定ห้องสมุดไป่ตู้就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
15、机会是不守纪律的。——雨果
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
光学陀螺仪教材
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
拉
60、生活的道路一旦选定ห้องสมุดไป่ตู้就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
陀螺仪工作原理 ppt课件
当二自由度陀螺底座绕垂直于X轴与Z轴成 角 的轴以角速度 旋转时．则将有陀螺力矩Mg 作用于框架上，陀螺力矩Mg为：
Mg Hsin
陀螺仪工作原理
三自由度陀螺结构原理如图所示。 三自由度陀螺具有以下主要特性：
1)定轴性 2)进动性 3)无惯性
(2)微分陀螺仪作用原理
图中标注直角坐标系Oxyz，X轴沿框 架轴旋转方向。Y轴称为陀螺仪的输 入轴。因为微分陀螺仪就是测量它 的壳体绕Y轴转动的角速度，故又 称为测量轴。Z0的方向为主轴起始 位置，即当＝0时，Z轴应与Z0重合。
4. 加速度积分法和位移微分法
陀螺仪工作原理
光束切断法
光束切断法检测速度适合于定尺寸材料的速度 检测。这是一种非接触式测量，测量精度较高。 图2所示它是由两个固定距离为L的检测器实现速 度检测的。检测器由光源和光接收元件构成。被测 物体以速度v行进时，它的前端在通过第一个检测 器的时刻，由于物体遮断光线而产生输出信号，由 这信号驱动脉冲计数器，计数器计数至物体到达第 二个检测器时刻．检测器发出停止脉冲计数。由检 测器间距L和计数脉冲的周期T、个数N，可求出物 体的行进速度。
速度、转速、加速度测量
陀螺仪工作原理
速度测量
速度 测量
线速度测量（m/s，km/h)
角速度测量(rad/s) （转速测量(转/分）
Linear Velocity Rotary speed：revolutions per minute (r.p.m.) Angular Velocity
2n 陀螺仪工作原理
皮托管是测量流体速度的主要工具之一,广泛用于船舶和飞 行体的测速。图6为皮托管测流速原理图，图中所示从滞 止点一直到压力表液面上的空间是一个内管，在它的外面 包着外管，且与压力表的另一个液面上的空间相通，外管 的壁上开有小孔，就是静压孔。在测量时，只要把皮托管 对准流体流动的方向，使内管顶端（滞止点）能感受全压 力 pt，而具有静压孔的外管感受静压力 ps。
Mg Hsin
陀螺仪工作原理
三自由度陀螺结构原理如图所示。 三自由度陀螺具有以下主要特性：
1)定轴性 2)进动性 3)无惯性
(2)微分陀螺仪作用原理
图中标注直角坐标系Oxyz，X轴沿框 架轴旋转方向。Y轴称为陀螺仪的输 入轴。因为微分陀螺仪就是测量它 的壳体绕Y轴转动的角速度，故又 称为测量轴。Z0的方向为主轴起始 位置，即当＝0时，Z轴应与Z0重合。
4. 加速度积分法和位移微分法
陀螺仪工作原理
光束切断法
光束切断法检测速度适合于定尺寸材料的速度 检测。这是一种非接触式测量，测量精度较高。 图2所示它是由两个固定距离为L的检测器实现速 度检测的。检测器由光源和光接收元件构成。被测 物体以速度v行进时，它的前端在通过第一个检测 器的时刻，由于物体遮断光线而产生输出信号，由 这信号驱动脉冲计数器，计数器计数至物体到达第 二个检测器时刻．检测器发出停止脉冲计数。由检 测器间距L和计数脉冲的周期T、个数N，可求出物 体的行进速度。
速度、转速、加速度测量
陀螺仪工作原理
速度测量
速度 测量
线速度测量（m/s，km/h)
角速度测量(rad/s) （转速测量(转/分）
Linear Velocity Rotary speed：revolutions per minute (r.p.m.) Angular Velocity
2n 陀螺仪工作原理
皮托管是测量流体速度的主要工具之一,广泛用于船舶和飞 行体的测速。图6为皮托管测流速原理图，图中所示从滞 止点一直到压力表液面上的空间是一个内管，在它的外面 包着外管，且与压力表的另一个液面上的空间相通，外管 的壁上开有小孔，就是静压孔。在测量时，只要把皮托管 对准流体流动的方向，使内管顶端（滞止点）能感受全压 力 pt，而具有静压孔的外管感受静压力 ps。
陀螺PPT教学课件
互动性：评估教学课件的互动性，是否激发学生的学习兴趣和参与度
技术支持：评估教学课件的技术支持，是否满足教学需求，是否易于操作和维护
陀螺PPT教学课件的推广和应用
PART FIVE
在线推广：将教学课件发布到学校在线教育平台上，方便更多的学生学习和交流
发布到在线教育平台：如网易云课堂、腾讯课堂等
提供免费或付费课程：根据教学课件的内容和质量，选择合适的收费模式
01
02
推广策略：利用社交媒体、网络广告等方式进行宣传和推广
互动和反馈：鼓励学生提出问题和建议，及时更新和优化教学课件
03
04
实践教学：将教学课件应用到实际教学中，结合实际案例和实验演示，提高教学效果和质量
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
实验演示：通过实验演示，让学生直观地了解陀螺的工作原理和特性
陀螺PPT教学课件
1
陀螺PPT教学课件介绍
2
陀螺PPT教学课件的教学内容
3
陀螺PPT教学课件的教学方法
4
陀螺PPT教学课件的评估和反馈
目录
CONTENTS
5
陀螺PPT教学课件的推广和应用
陀螺PPT教学课件介绍
PART ONE
课件的背景介绍
陀螺PPT教学课件是为幼儿园、小学和初中学生设计的
课件的目的是让学生了解陀螺的历史、制作方法和玩法
教学课件的推广：通过多种渠道和方式，将陀螺PPT教学课件推广到更多的科研机构和研究人员手中，提高其知名度和影响力。
教学课件的更新和优化：根据科研工作的需求和变化，不断更新和优化陀螺PPT教学课件，提高其质量和实用性。
教学课件的评估和反馈：收集科研人员的使用反馈，评估教学课件的效果，并根据反馈进行改进和优化。
陀螺PPT课件
当陀螺仪相对于地球静止时 ，其敏感轴与地球重力加速 度平行分量重合，此时陀螺 仪输出为零。
当陀螺仪绕地球旋转时，其 敏感轴与地球重力加速度平 行分量之间产生夹角，通过 测量这个夹角可以计算出陀 螺仪相对于地球的角度变化 。
角度测量通常采用加速度计 或倾斜传感器等技术，将重 力加速度分量转换为电信号 进行测量。
成本问题
光纤陀螺仪的制造成本较 高，难以在低端市场广泛 应用。
原子陀螺仪技术展望与挑战
超高精度测量
原子陀螺仪有望实现超高精度的角速度测量，满足高精度导航等应用需求。
长期稳定性好
原子陀螺仪具有长期稳定性好的特点，适用于长时间连续工作的场景。
原子陀螺仪技术展望与挑战
• 无机械运动部件：原子陀螺仪无需机械运动部件，具有更高的 可靠性和寿命。
大动态范围
光纤陀螺仪具有较大的动态范围，适用于高速旋转等应用场 景。
光纤陀螺仪技术进展与挑战
• 抗干扰能力强：光纤陀螺仪对外部干扰具有较强 的抵抗能力，保证了测量结果的稳定性。
光纤陀螺仪技术进展与挑战
光源稳定性问题
光纤陀螺仪对光源的稳定 性要求较高，需要采取特 殊措施进行保障。
光纤环圈制造难度
高精度光纤环圈的制造难 度较大，限制了光纤陀螺 仪的进一步发展。
工作原理
当陀螺受到外力作用时，其自转轴将 绕某一定点（称为极点）作进动，且 进动角速度与外力矩成正比，而与陀 螺的转动惯量成反比。
陀螺仪组成与结构
组成
陀螺仪主要由转子、支承系统、 驱动系统、测量系统和控制系统 等组成。
结构
陀螺仪的结构形式多种多样，根 据支承方式的不同可分为液浮式 、气浮式、挠性式、静电式和磁 悬浮式等。
未来发展趋势预测与展望
陀螺仪漂移及测试PPT课件
y x
z
2023/12/18
ax a y 0 az 1 ey e cos
KM I5 D0 Dz Dzz e cos
32
§6.6 陀螺漂移系数的确定
从陀螺漂移模型出发，利用力矩反馈法来确定陀 螺漂移系数的方法——固定位置法。
固定位置法是将安装陀螺的转台固定在某一位置，待 系统稳定后，读取力矩器的电流值。
固定位置法是将安装陀螺的转台固定在某一位置，待 系统稳定后，读取力矩器的电流值。
位置2 ：输出轴 x 铅直向上，输入轴 y 向南，自转轴 z 向东
x z
y
ax 1 ay az 0
ey e cos
KM I2 D0 Dx e cos
2023/12/18
29
§6.6 陀螺漂移系数的确定
从陀螺漂移模型出发，利用力矩反馈法来确定陀 螺漂移系数的方法——固定位置法。
对于确定性干扰力矩，根据其与加速度的分为：
• 与加速度无关的干扰力矩，例如弹性力矩、电磁力矩等。 • 与加速度成比例的干扰力矩，例如由于陀螺质量偏心引起 的干扰力矩。 • 与加速度平方成比例的干扰力矩，例如由非等弹性引起的 干扰力矩。
2023/12/18
6
§6.2 影响陀螺漂移的主要因素
干扰力矩的分类及其所产生的陀螺漂移
2023/12/18
1
§6.1 陀螺漂移的基本概念
一 自由陀螺的漂移
ωd M b / H
工程实际中的陀螺仪与陀螺仪模型有所差别，这 种差别的表现就是干扰力矩的存在，干扰力矩破 坏了陀螺仪的定轴性，使陀螺仪的角动量向量在 惯性空间中发生了变化，包括其大小和方向。
2023/12/18
2
§6.1 陀螺漂移的基本概念
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2018/11/17
16
§4.2 环形激光陀螺仪
1．环形激光谐振腔稳定工作条件
光学陀螺仪
§4.1 光学角速度敏感器的一般原理
旋转质量和振动陀螺是以牛顿运动定律为基础的机 电式惯性器件，其基本特性在于运动物体在惯性空间中 的动量守恒。光学角速度敏感器是以光的惯性特性为基 础的另一类角速度敏感器 光学角速度敏感器-----光学陀螺仪
2018/11/17
2
§4.1 光学角速度敏感器的一般原理
2018/11/17
15
§4.2 环形激光陀螺仪
1．环形激光谐振腔稳定工作条件
环形激光器是由三面或四面以上的反射镜构成的环形行波 谐振腔和置至于腔内的激光介质组成的一种激光器。反射镜 的几何位置保证行波模在环形腔内能自洽运行，其反射率提 供行波振荡所需的正反馈，激光增益介质提供受激越迁以维 持腔内的行波振荡光场。
2018/11/17
7
§4.1 光学角速度敏感器的一般原理 二 基本原理---Sagnac干涉仪
j Δ E E Ee D c w c c w
平台旋转
反射镜 分束器 摄 像 头
EE ( 1 c o s Δ j s i n Δ ) D
I E 2 I ( 1c o s Δ ) D
L L L 4A(1 )
13
2018/11/17
§4.2 环形激光陀螺仪
一 性能特征与基Βιβλιοθήκη 组成环形激光陀螺是以双向行波激光器为核心的量子光学仪表。 由环形激光器、偏频组件、 程长控制组件、信号读出 系统、逻辑电路、电源组 件及安装结构和电磁屏蔽 罩等组成。 依靠环形行波激光器内双向 行波间的谐振频差来测量载 体相对惯性空间的角速度。
性能稳定，抗干扰能力强，精度较高，动态范围宽。 无高速转动部件，寿命长,可靠性好，启动迅速 ，不需恒温。 既是速率陀螺又是积分陀螺 ，成本较低。
2018/11/17 12
§4.2 环形激光陀螺仪
一 性能特征与基本组成
实际上，当输入角速度 较小时，输出特性将偏 离直线，当输入角速度 小于某一临界值时输出 拍频信号为零。这时， 激光陀螺对输入角速度 无反应，输出信号被闭 锁。
2 D
光源
旋转驱动 轮
灵敏度：
2018/11/17
d I / d Δ 2s Ii n Δ
8
§4.1 光学角速度敏感器的一般原理 二 基本原理---环形谐振腔及其频差
Lcw qcw Lccw qccw
qc cw L cw qc ccw L ccw
2018/11/17
4
§4.1 光学角速度敏感器的一般原理 二 基本原理---Sagnac效应
tccw
L RΩ tcw L/(c RΩ) (1 ) c c tcw t L/(c RΩ) L(1- RΩ ) ccw c c
R
Ω
tN ( t t ) 4 N R Ω / c ( 4 N A /) c Ω c w c c w
4A
t
t
L
L
4A
N
2018/11/17
11
§4.2 环形激光陀螺仪
一 性能特征与基本组成
目前在惯性技术领域已获得卓有成效实际应用的非机 电式高精度惯性敏感仪表，作为一种光电式惯性敏感器， 它无需机电式陀螺所必需的高速转子，性能优势明显。特 别适用于捷联式惯性导航系统。 与传统的机电式陀螺及其它类型的陀螺相比，具有突 出优点和性能特征：
2018/11/17 14
§4.2 环形激光陀螺仪
二 环形激光器
激光陀螺的核心部件，由它形成的正反向行波激光振荡是 激光陀螺实现转速测量的基础。决定激光陀螺的性能，所有 激光器中，只有环形行波激光器才可能由Sagnac效应产生出 反映角速度的差频信号。 环形激光器必须满足一定的条件才能用于激光陀螺， 并非所有的环形激光器都可以用于激光陀螺。
一 分类
光学陀螺
谐振型（频率式）光学陀螺
干涉型（相位式）光学陀螺 干涉式多匝光纤陀螺
有源谐振腔型光学陀螺
无源谐振腔型光学陀螺 连续波运转 调制方式运转
四频差动激光陀螺
二频差动激光陀螺
2018/11/17
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§4.1 光学角速度敏感器的一般原理
一 分类
光学陀螺与机电式陀螺有着不同的工作机理，没有机电 式陀螺中机械转子产生的机械噪声和信号器产生的电气噪声， 光学陀螺的噪声通常只处于量子效应水平。相对而言，光学 陀螺的测量阈值一般要比机电陀螺高，但光学陀螺的长期稳 定性要好于机电式陀螺。
x ( 4 A N / c ) ( 4 d L / c ) K o
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§4.1 光学角速度敏感器的一般原理 二 基本原理---Sagnac效应
在任意几何形状的闭合光路中，从某一个观察点发出 的一对光波沿相反方向运行又回到该观察点时，这对光波 的相位（光程）将因闭合环形光路相对惯性空间的旋转而 不同。其相位差（或光程差）的大小与光路的转动速率成 正比。
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2 A Lcw qcw L c 2 A Lccw qccw L c
L L
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§4.1 光学角速度敏感器的一般原理 二 基本原理---环形谐振腔及其频差
正反向行波间的频差
4A cw ccw L
其中：
2 2 2
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S
Δ L c Δ t4 A N Ω / cL ( d / c ) Ω
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§4.1 光学角速度敏感器的一般原理 二 基本原理---Sagnac效应
Sagnac效应相位差
Δ 2 Δt / T 2 fΔt (8 AN / c)
干涉条纹移动距离
c w cc w
2
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cwccw
2
4A L
：比例因子
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§4.1 光学角速度敏感器的一般原理 二 基本原理---环形谐振腔及其频差
正、反向行波频差 的时间积分：
可以用光学拍频的方 法检测频差和脉冲数， 求得每一瞬时的转速 和转动角度
4A 4A N dt dt L L 0 0