激光陀螺仪的原理与应用课件

激光陀螺仪工作原理
激光陀螺仪，听着挺高科技的一玩意儿，其实就是利用光的干涉效果来测量陀螺仪旋转的角速度。

简单来说，就是用光来看东西转了多快的一个原理。

具体点说，激光陀螺仪会把一束光分成两股，然后让它们绕着两个相对方向旋转的环路走。

当整个装置不旋转时，这两股光会同时回到原点。

但是如果装置有了旋转，就会影响光的传播路径，导致两股光相遇时会出现干涉现象，最终会形成一个干涉图样。

这个干涉图样会被检测器接收到，然后根据干涉效果的变化来计算出装置的旋转角度和角速度。

这样，通过测量光束的干涉现象，就可以知道陀螺仪在空间中的旋转情况了。

所以说，激光陀螺仪就是利用光的干涉效应来检测物体的旋转状态，是一种精密仪器呢。

激光陀螺仪综述姓名：学号：20101、激光陀螺仪概述现代陀螺仪是一种能够精确的定位运动物体的方位的仪器，它是现代航空，航海，航天和国防工业中广泛使用的一种惯性导航仪器，它的发展对一个国家的工业，国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。

传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了许多方面的制约。

2、激光陀螺仪的原理及分类2.1激光陀螺仪的原理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。

2.2激光陀螺仪的分类激光陀螺原理上根本不同于普通的机电式陀螺。

常规机电转子陀螺依据普通的刚体力学原理按照机械储能方式工作，而激光陀螺是以双向行波的环形激光器为核心的量子光学仪表，其依据基于广义相对论的Sagnac效应。

所谓的Sagnac 效应是指在任意几何形状的闭合光路中，从某一观察点出发的一对光波沿相反方向运行一周后又回到该观察点时，这对光波的相位将由于该闭合环形光路相对于惯性空间的旋转而不同。

其相位差（或光程差）的大小与闭合光路的转动速率成正比。

激光谐振腔内的相位差又可以成为放大数百万倍的频率差，这样就可以通过测量光电信号的频率来测量物体的角速度、角度等。

图1：激光陀螺仪的结构示意图与传统的机电式陀螺仪相比，激光陀螺仪构成简单，其主体为微晶玻璃腔体以及反射镜构成一个光学环形谐振腔，另外还有偏频系统、稳频控制系统、信号读出系统、信号处理系统、高压电源、磁屏蔽单元等部分。

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。

激光陀螺仪工作原理
激光陀螺仪（Laser Gyro）是一种基于光学返波原理测量角速
度的仪器。

其工作原理可以简单地分为两个部分：光学干涉与Sagnac效应。

首先，激光陀螺仪通过一束激光器发射的激光束分为两部分。

一部分经过一个光路，称为传递光路；另一部分则通过旋转的陀螺仪体，称为旋转光路。

在传递光路中，激光束被分成两个，一个经过一个镜面反射回来，两束光再次交汇形成干涉。

这个干涉现象可以用来测量陀螺仪体旋转时的角速度。

其次，激光陀螺仪利用Sagnac效应来测量旋转角速度。

当整
个陀螺仪体旋转时，旋转光路中的光束会因为Sagnac效应而
有一个相对位移。

这个位移会影响到传递光路中的光束干涉现象，并且与陀螺仪体的旋转角速度成正比。

通过测量光束的干涉信号，就可以计算出陀螺仪体的旋转角速度。

总结起来，激光陀螺仪工作的原理就是利用光学干涉和Sagnac效应来测量陀螺仪体的旋转角速度。

通过测量干涉信
号的变化，可以精确地得到陀螺仪体的旋转速度信息。

这使得激光陀螺仪在惯性导航、航空航天和地震测量等领域中有着广泛的应用。

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。