激光陀螺仪的原理与应用优秀课件

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。

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。

激光陀螺仪原理
激光陀螺仪原理是利用激光的干涉原理来测量物体的旋转角速度的一种仪器。

该原理基于受到科里奥利力的影响，当物体发生旋转时，激光束经过旋转后的路径差会引起干涉条纹的移动，通过测量移动的干涉条纹数来计算物体的旋转角速度。

激光陀螺仪通常由一个光源和两个相邻的光探测器构成。

光源通过分束器分成两束相干的平行激光束，分别由光路1和光路
2进入陀螺仪中。

光路1和光路2在陀螺仪的内部分别沿着两
个正交的轴进行封闭环形路径传播。

当陀螺仪处于静止状态时，两束激光束的光程差为零，干涉条纹处于静止状态。

但当陀螺仪受到旋转时，光程差会发生变化，引起干涉条纹的移动。

应用干涉仪的原理，可以通过光探测器对干涉条纹的移动进行测量，并将移动的干涉条纹数转化为角速度。

激光陀螺仪的精度取决于干涉条纹的移动量的精确测量。

通常使用光电探测器来检测干涉条纹的移动，并将其转化为电信号。

这些电信号经过放大和处理后，传送到计算机或显示器上进行处理和显示。

激光陀螺仪具有很高的精度和稳定性，可以应用于惯性导航、航天器姿态控制、地震测量等领域。

它相比于其他类型的陀螺仪具有较小的尺寸和重量，同时也不会因为其结构的机械磨损而导致性能的下降，因此在一些高精度和长寿命要求的应用中得到了广泛的应用。

激光陀螺仪原理
激光陀螺仪是一种利用激光干涉原理测量角速度的仪器，它广泛应用于导航、
航天、航空等领域。

激光陀螺仪的原理十分复杂，但是通过简单的介绍，我们可以初步了解它的工作原理。

激光陀螺仪的工作原理主要基于两个基本原理，激光干涉和相对论效应。

首先，激光陀螺仪利用激光的干涉原理来测量角速度。

它通过将激光分成两束，分别沿着相对方向传播，然后再将它们合并在一起。

当激光束旋转时，由于旋转带来的相位差，合并后的激光将产生干涉条纹，通过测量这些条纹的移动来确定角速度。

其次，激光陀螺仪还利用了相对论效应来提高精度。

根据相对论效应，光在不
同惯性参考系中传播的速度是不同的，而激光陀螺仪正是利用了这一特性。

通过在陀螺仪回转时测量激光在两个方向上的传播时间差，可以得到角速度的准确测量值。

除了以上基本原理外，激光陀螺仪还需要考虑一些影响其精度和稳定性的因素。

例如，温度变化、机械振动、光源稳定性等因素都会对激光陀螺仪的性能产生影响，因此在实际应用中需要进行相应的校准和补偿。

总的来说，激光陀螺仪是一种基于激光干涉和相对论效应的测量角速度的仪器。

它的原理虽然复杂，但通过对其基本原理的了解，我们可以初步理解它的工作原理。

在实际应用中，激光陀螺仪的精度和稳定性受到多种因素的影响，因此需要进行相应的校准和补偿，以确保其准确可靠地工作。

激光陀螺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，就可以测出闭合光路旋转角速度。

激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，环形激光器由三角形或正方形的石英制成的闭合光路组成，内有一个或几个装有混合气体（氦氖气体）的管子，两个不透明的反射镜和一个半透明镜。

用高频电源或直流电源激发混合气体，产生单色激光。

为维持回路谐振，回路的周长应为光波波长的整数倍。

用半透明镜将激光导出回路，经反射镜使两束相反传输的激光干涉，通过光电探测器和电路输入与输出角度成比例的数字信号。

激光陀螺仪需要突破的主要技术为漂移、噪声和闭锁阈值。

1. 激光陀螺仪的飘移激光陀螺仪的飘移表现为零点偏置的不稳定度，主要误差来源有：谐振光路的折射系数具有各向异性，氦氖等离子在激光管中的流动、介质扩散的各向异性等。

2. 激光陀螺仪的噪声激光陀螺仪的噪声表现在角速度测量上。

噪声主要来自两个方面：一是激光介质的自发发射，这是激光陀螺仪噪声的量子极限。

二是机械抖动为目前多数激光陀螺仪采用的偏频技术，在抖动运动变换方向时，抖动角速率较低，在短时间内，低于闭锁阈值，将造成输入信号的漏失，并导致输出信号相位角的随机变化。

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激光陀螺是在光学干涉原理基础上发展起来的新型导航仪器，成为新一代捷联式惯性导航系统理想的主要部件，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种工作方式，用于移动载体的组合导航和定位，同时为随动天线的机械操控装置提供准确的数据。

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，就可以测出闭合光路旋转角速度。

激光陀螺仪的基本元件是环形激光器，环形激光器由三角形或正方形的石英制成的闭合光路组成，内有一个或几个装有混合气体（氦氖气体）的管子，两个不透明的反射镜和一个半透明镜。

用高频电源或直流电源激发混合气体，产生单色激光。

为维持回路谐振，回路的周长应为光波波长的整数倍。

用半透明镜将激光导出回路，经反射镜使两束相反传输的激光干涉，通过光电探测器和电路输入与输出角度成比例的数字信号。

激光陀螺仪呈圆形，两束激光在圆中逆向传播。

激光的工作波长按照光圆周传播的总距离为波长的整数倍关系自动调整。

这里，如果使整个装置以角速度ω绕圆的中心轴旋转，当旋转同方向的激光束绕圆周一周时，其传播的光程距离比静止时稍长，而旋转反方向的激光束的光程距离比静止时稍短。

于是，两列波因干涉产生差拍（频率差的节拍）。

通过测定该差频可知旋转角速度。

差频可用△f=4ωS/λL表示。

陀螺旋转的时候自传轴始终指着一个方向陀螺仪，就是现代的指北针！它广泛用在航空，航海，等领域。

陀螺仪输出的是旋转角速度。

目前市场上有单轴、双轴、三轴。

单轴：可检测一个面上的旋转数据。

双轴：可检测两个面上的运动。

如air mouse、tv game 等三轴：可检测空间的运动。

比如惯性导航、机器人、导弹定位。

陀螺仪又分激光、机械、MEMS等很多种类，主要应用不同市场。

这就是它的基本工作原理改变方向需要额外施加外力，因此陀螺仪一般都是和外界保持很小的作用方式，一般被摩擦力很小的转轴系统悬挂比较高精度的还会用到激光陀螺仪陀螺仪器最早是用于航海导航，但随着科学技术的发展，它在航空和航天事业中也得到广泛的应用。

陀螺仪器不仅可以作为指示仪表，而更重要的是它可以作为自动控制系统中的一个敏感元件，即可作为信号传感器。