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
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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

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

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

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。

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

陀螺及惯性技术课件1-4

基本概念
光程差
L (4 A / c ) ,
L ( L d / c ) ,
L n d
基本概念
光路的互易性
基本概念
光路的灵敏度
干涉型光纤陀螺仪
开环光纤陀螺仪
干涉型光纤陀螺仪
全光纤陀螺仪
集成光学光纤陀螺仪
多功能光学波导芯片(MIOC)示意图
干涉型光纤陀螺仪
集成光学光纤陀螺仪结构示意图
陀螺及惯性技术
王雷
wanglei@
2010年11月
第四章
新型角速度敏感器
4.1 概述
4.2 光学陀螺仪基础

一、无源萨格奈克干涉仪二、有源环形激光干涉仪
无源萨格奈克干涉仪
无源萨格奈克干涉仪
L 2 R R t , ct 2 R R t , t t t 2 R [ t 4 R
L L L
c/ f
f f f (4 A / L )

t2 t1
fd t S
t2 t1
dt,
N S
4.3 环形激光陀螺仪

一、环形激光陀螺仪的构成二、激光陀螺的误差源
环形激光陀螺仪的构成
L (4 A / c ) ,
简化模型
S (T ) S o S 1 (T T o ) D D o A (T T o ) B T c
4.6微机电(MEMS)器件简介
ADXL202的外形
ADXL202的电路版图
ADXL202的功能框图
作业

P92-2,3

1、工程模型 2、考虑温度模型 3、简化模型

陀螺仪光学陀螺.pptx

一段光程
➢Sagnac 干涉仪光路传播当干涉仪相对惯性空间无转动，则正反绕行的 A、B 两路光程
La
L vnta
L
L
8
ta
La = Lb = L
另有
ta La / c
第2页/共21页
Sagnac干涉仪光程差
求解方程组，得到
L
ta c L / 8
La
L
1 L /(8c)
类似地，对于光束 b，可以求得
PM 相位调制器 PSD 相敏解调器
开环干涉型缺点：存在明显非线性
测量范围较小精度较低
第18页/共21页
光纤陀螺器PT，构成闭环系统
闭环测量原理： ➢检测器 D 的输出经 PSD 解调 ➢解调信号经 SF 放大 ➢驱动相位变换器 PT ➢相位变换器 PT 产生相移Δθ ➢Δθ和ω产生的相移Δφ抵消 ➢解调器输出被控制在零位附近 ➢PT 产生的相移Δθ作为光纤陀螺的输出
4R 2
c
4RlN c
K
➢K 称为光纤陀螺的标度因数 ➢在光纤线圈半径一定的情况下，可通过增加线圈的匝数提高测量的灵敏度
直径 10 cm内可缠绕500～2500米
两束光之间的相位差
第15页/共21页
光纤陀螺相位偏置
光纤陀螺原理图，光路分析： ➢当光纤线圈绕中心轴无旋转，
检测器上产生峰值干涉条纹检测器输出电流最大
7.29
10 5
7.43Hz
第6页/共21页
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、Cer-vit陶瓷 ➢谐振腔尺寸：周长200～450mm ➢谐振腔形状：三角形、四边形

《陀螺仪漂移及测试》课件

结束语
陀螺仪漂移及测试的重要性
陀螺仪是各种惯性导航系统的核心部件之一，其漂移和精度直接关系到飞行、导航和控制的稳定性和性能。
未来发展趋势
陀螺仪技术正朝着小型化、高精度、低功耗和低成本的方向发展，其应用范围将越来越广泛。
建议和展望
鼓励创新思维，加强陀螺仪技术研发和应用，推动我国航天及高端制造业发展。
陀螺仪的结构
陀螺仪一般由陀螺轮、控制器、支架和电源等组成。
陀螺仪漂移
1 原因
陀螺仪漂移是由于陀螺轮旋转过程中会受到环境因素和机械因素的干扰。
2 分类
常见的漂移有常态漂移、零偏漂移和温度漂移等。
3 影响
漂移会导致陀螺仪检测结果的失真和误差，影响产品的性能和稳定性。
陀螺仪漂移补偿
1
方法
常用的补偿方法有零位调整、自适应补偿、滤波补偿和误差修正等。
《陀螺仪漂移及测试》 PPT课件
# 陀螺仪漂移及测试
本课程将深入探讨陀螺仪的基本原理、漂移、漂移补偿和测试，通过实例分析，帮助您更好地理解和应用陀螺仪技术。
陀螺仪基本原理
陀螺仪的作用
陀螺仪作为惯性导航系统的核心部件，可以同时检测空间中的三个自由度。
陀螺仪的基本原理
利用陀螺效Байду номын сангаас，通过检测陀螺仪旋转的角速度，来判断运动物体的方向和角度。
2
技术
基于MEMS技术的陀螺仪漂移补偿技术具有优秀的性能和适应性，包括预测补偿、自适应补偿和模型补偿等。
3
效果对比
各种陀螺仪漂移补偿方法各有优劣，应选择适合实际应用的方法。
陀螺仪测试
流程
陀螺仪的测试流程包括前期准备、测试参数设置、测试数据采集和测试结果分析等几个过程。

光纤陀螺资料课件

测试与调整
对装配好的光纤陀螺进行测试和调整，确保其性能达标。
材料准备
选择合适的光纤、光学器件和其它原材料，并进行必要的清洗和加工。
光学元件装配
将光学元件（如激光器、探测器等）与光纤环进行精确装配。
封装与成品检验
将光纤陀螺进行密封封装，并进行最终的质量检验。
关键制造工艺与技术
高精度光纤绕制
性能指标
根据不同的应用场景和需求，光纤陀螺的性能指标也有所不同，如高精度测量需要更高的分辨率和更低的零位稳定性。
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。
测试案例二
对另一品牌的光纤陀螺进行零位稳定性测试，测试结果显示该光纤陀螺在低速和静止状态下具有良好的零位稳定性，能够满足低速测量的需求。
光纤陀螺资料课件
contents
目录
• 光纤陀螺简介 • 光纤陀螺技术 • 光纤陀螺的制造工艺 • 光纤陀螺的性能测试与评估 • 光纤陀螺的发展趋势与展望
01
光纤陀螺简介
定义与工作原理
定义
光纤陀螺是一种基于光学原理的陀螺仪，用于测量和保持方向。
工作原理
利用Sagnac干涉效应，通过测量光在环形光纤中传播时受到的相位差来计算旋转角速度。
02
光纤陀螺技术
光纤陀螺的关键技术
光学干涉技术
利用光的干涉现象测量角速度，通过检测干涉条纹的变化计算角速度。
光学波导技术
利用光纤作为波导，实现光的传输和干涉，是光纤陀螺的核心部件。
信号处理技术
对干涉信号进行处理，提取角速度信息，实现陀螺的测量功能。

《陀螺》PPT教学课件完美版(2024)

个人房屋买卖合同范本最新甲方（出卖人）：姓名：___________________身份证号：_____________________联系方式：______________家庭住址：______________乙方（买受人）：姓名：___________________身份证号：_____________________联系方式：______________家庭住址：______________鉴于甲方是房屋合法所有人，乙方有意购买该房屋，双方在平等、自愿、公平的基础上，就房屋买卖事宜达成以下协议：一、房屋基本情况1. 房屋坐落地址：_______________________________；2. 房屋结构类型：_______________________________；3. 房屋建筑面积：_______________________________；4. 房屋附属设施：____________________________________________________。

二、买卖条件1. 房屋价格：双方商定，房屋总价为人民币（大写）_______________________元整（￥_______元）。

2. 付款方式：乙方应按照以下方式支付房款：（1）本合同签订之日，乙方支付定金人民币（大写）__________元整（￥_____元）给甲方；（2）房屋过户手续办理完毕后，乙方支付余款人民币（大写）____________元整（￥______元）。

3. 税费承担：甲乙双方按照国家和地方有关规定，各自承担相关税费。

4. 房屋交付：甲方应于本合同签订之日起______天内，将房屋交付给乙方。

三、甲方保证1. 甲方保证所售房屋没有产权纠纷，不存在债权债务问题；2. 甲方保证已如实陈述房屋权属状况、附属设施及维修情况；3. 甲方保证所售房屋符合国家及所在区域的相关政策和规定。

四、乙方责任1. 乙方应按照约定时间支付房款；2. 乙方应配合甲方办理房屋过户手续；3. 乙方应按时接收房屋，并完成房屋交接手续。

测量飞机姿态的仪表陀螺仪表ppt课件

飞行期间，应重视对真空系统真空度的监视。
如果真空系统压力在正常范围（4.45.2inHg）以外，气动陀螺仪表（通常指的是气动地平仪和气动陀螺半罗盘）的指示不可靠。
有些飞机上装备有真空系统压力低“GYROS” 警告灯，当真空系统压力低于33.5inHg时，该灯燃亮
二、航空地平仪(gyro horizon)
1）直线飞行
➢ 重力使小球偏离中央，指示侧滑。
2）转弯飞行
（1）协调转弯
ω与γ配合适当 FX－ＧX＝0 或FX＝GX
小球在中央
（2）外侧滑
γ过小或ω过大
FX＞ＧX 或Fcosγ＞Gsinγ 小球移向右(外)侧
（3）内侧滑
γ过大或ω过小 FX＜GX 或Fcosγ＜Gsinγ
小球移向左(内)侧
横向合力越大，小球偏离中央位置越远，表示侧滑越严重。
地平仪上的锁定手柄可以在地平仪起动时或飞机机动飞行后使自转轴迅速恢复到地垂线方向（陀螺直立），从而缩短起动时间或消除机动飞行过程中产生的指示误差。飞行时，如果在地面未使地平仪投入工作，飞机起飞后，在飞机匀速平飞时，应拉动锁定手柄，让转子平面平行于地平面，使仪表指示正确。
转弯仪用于指示飞机转弯或盘旋的方向，并粗略地反映转弯的快慢程度。有的转弯仪在飞机真空速与它表面标注的真空速相等时,能指示飞机无侧滑转弯的坡度。侧滑仪用于指示飞机有无侧滑和侧滑的方向，与转弯仪配合，供驾驶员操纵飞机协调转弯。
2、原理
组成：单自由度陀螺、平衡弹簧、空气阻尼器和指示机构等
原理：转弯仪是利用单自由度陀螺进动性工作的。
1）指示转弯方向
➢ ω→单自由度陀螺→进动→指示转弯方向
2）指示转弯快慢
飞机转弯时引起陀螺进动的力矩

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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：
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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
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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
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§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：
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§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
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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