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發(fā)布時間:2021-10-13 02:28  
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光纖陀螺是一種非常重要的角速率傳感器件,具有壽命長、啟動快、精度高、耗電少、動態(tài)范圍寬等優(yōu)點,在航空航天、導(dǎo)航等領(lǐng)域起到了極為關(guān)鍵的作用。光纖陀螺包括干涉式陀螺儀和諧振式陀螺儀兩種,它們都是根據(jù)塞格尼克的理論發(fā)展起來的。塞格尼克理論的要點是這樣的:當(dāng)光束在一個環(huán)形的通道中前進時,如果環(huán)形通道本身具有一個轉(zhuǎn)動速度,那么光線沿著通道轉(zhuǎn)動的方向前進所需要的時間要比沿著這個通道轉(zhuǎn)動相反的方向前進所需要的時間要多。也就是說當(dāng)光學(xué)環(huán)路轉(zhuǎn)動時,在不同的前進方向上,光學(xué)環(huán)路的光程相對于環(huán)路在靜止時的光程都會產(chǎn)生變化。利用這種光程的變化,如果使不同方向上前進的光之間產(chǎn)生干涉來測量環(huán)路的轉(zhuǎn)動速度,這樣就可以制造出干涉式光纖陀螺儀,如果利用這種環(huán)路光程的變化來實現(xiàn)在環(huán)路中不斷循環(huán)的光之間的干涉,也就是通過調(diào)整光纖環(huán)路的光的諧振頻率進而測量環(huán)路的轉(zhuǎn)動速度,就可以制造出諧振式的光纖陀螺儀。從這個簡單的介紹可以看出,干涉式陀螺儀在實現(xiàn)干涉時的光程差小,所以它所要求的光源可以有較大的頻譜寬度,而諧振式的陀螺儀在實現(xiàn)干涉時,它的光程差較大,所以它所要求的光源必須有很好的單色性。

光纖傳感器主要由光源、光纖、敏感元件、光電探測器和信號處理系統(tǒng)等部分組成,由光源發(fā)出的光通過傳輸光纖到達敏感元件(傳感頭),光的某一性質(zhì)在此受被測量調(diào)制,已調(diào)制的光信號經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?,在?jīng)信號處理系統(tǒng)得到被測量。光纖陀螺成本低、維護簡便,正在許多已有系統(tǒng)上替代機械陀螺,從而大幅度提高系統(tǒng)的性能、降低和維護系統(tǒng)成本?,F(xiàn)在,光纖陀螺已充分發(fā)揮了其質(zhì)量輕、體積小、成本低、精度高、可靠性高等優(yōu)勢,正逐步替代其他型陀螺。

陀螺儀原理上就是運用物體高速旋轉(zhuǎn)時,角動量很大,旋轉(zhuǎn)軸會一直穩(wěn)定指向一個方向的性質(zhì)所制造出來的定向儀器.傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機械式的陀螺儀,機械式的陀螺儀對工藝結(jié)構(gòu)的要求很高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,它的精度受到了很多方面的制約。自從上個世紀(jì)七十年代以來,現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已經(jīng)進入了一個全新的階段。光纖陀螺儀是以光導(dǎo)纖維線圈為基礎(chǔ)的敏感元件, 由激光二極管發(fā)射出的光線朝兩個方向沿光導(dǎo)纖維傳播。光傳播路徑的不同,決定了敏感元件的角位移。慣性導(dǎo)航光纖陀螺儀具有工作帶寬大、分辨率高、零點漂移小、線性度高、啟動時間短、抗沖擊、抗振動、成本低等特點,是傳統(tǒng)機械陀螺的替代產(chǎn)品。


慣性導(dǎo)航是以慣性儀表為核心的慣性系統(tǒng)集成之一。在慣性技術(shù)領(lǐng)域,從技術(shù)層次來看,分為慣性儀表與慣性系統(tǒng)兩個層級,慣性儀表主要包括測量角運動的陀螺儀和測量線運動的加速度計;慣性系統(tǒng)是以慣性儀表為核心。利用集成技術(shù)實現(xiàn)的慣性測量、慣性導(dǎo)航以及穩(wěn)控系統(tǒng),其中慣性導(dǎo)航應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。陀螺儀器件的發(fā)展共經(jīng)歷四個階段,呈現(xiàn)出高精度、小型化、可靠性強的發(fā)展趨勢。慣性導(dǎo)航光纖陀螺儀展的個階段為機電陀螺儀時代,由起初的軸承陀螺儀、液浮和氣浮陀螺儀發(fā)展至撓性陀螺儀,陀螺儀的精度不斷能提升;20世紀(jì)70年代后,隨著光學(xué)和微電子技術(shù)在陀螺儀領(lǐng)域的應(yīng)用,基于不同測量原理的光學(xué)陀螺儀(激光陀螺儀和光纖陀螺儀)和MEMS陀螺儀應(yīng)運而生,同時在機電陀螺儀領(lǐng)域發(fā)展出性能更佳的靜電陀螺儀。未來基于現(xiàn)代力學(xué)技術(shù)的陀螺儀、原子干涉陀螺儀,將向更高精度、更可靠、體積更小的方向發(fā)展。
