光纤陀螺是一种用于惯性导航的光纤传感器 因其无活动部件——高速转子,称为固态陀螺仪。这种新型全固态的陀螺仪将成为未来的主导产品,具有广泛的发展前途和应用前景。

1.什么是光纤陀螺

 

光纤陀螺即光纤角速度传感器,它是各种光纤传感器中最有希望推广应用的一种。光纤陀螺和环形激光陀螺一样,具有无机械活动部件、无预热时间、不敏感加速度、动态范围宽、数字输出、体积小等优点。除此之外,光纤陀螺还克服了环形激光陀螺成本高和闭锁现象等致命缺点。因此,光纤陀螺受到许多国家的重视。低精度民用光纤陀螺已在西欧小批生产,预计1994年美国陀螺市场上光纤陀螺的销售额达49%,传缆陀螺退居第二位(占销售额35 %)。

什么是光纤陀螺

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2.光纤陀螺的工作原理

 

光纤陀螺的工作原理是基于萨格纳克(Sagnac)效应。萨格纳克效应是相对惯性空间转动的闭环光路中所传播光的一种普遍的相关效应,即在同一闭合光路中从同一光源发出的两束特征相等的光,以相反的方向进行传播,最后汇合到同一探测点。

若绕垂直于闭合光路所在平面的轴线,相对惯性空间存在着转动角速度,则正、反方向传播的光束走过的光程不同,就产生光程差,其光程差与旋转的角速度成正比。因而只要知道了光程差及与之相应的相位差的信息,即可得到旋转角速度。

光纤陀螺的工作原理

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3.光纤陀螺的应用

 

1、航海方面的应用

罗经是船舶重要的导航设备,主要有磁罗经和电罗经两种。随着光纤陀螺技术的发展和商业化水平的提高,光纤陀螺仪已成为船用通导设备中的新成员,在商用和军用船舶及船用设备中得到应用。基于捷联式惯导系统的光纤陀螺仪罗经其旋转轴与船舶坐标系的三个轴相对应,它不仅可以作为高精度航向的信息源,实现自动找北、指北,而且还可以得出航向回转速率、横、纵摇角度和航向的旋转速率等可靠数据,进一步推动船舶的自动化发展,保证了船舶的操纵效果和保证航行安全。

2、航天及空间方面的应用

在航天和空间应用方面一般都采用高精度的干涉型光纤陀螺。IFOG为主要惯性元件的捷联惯导系统,可为飞机提供三维角速度、位置以及攻角和侧滑角,实现火箭升空发射的跟踪和测定,也可用于空间飞行器稳定、摄影/测绘、姿态测量控制、运动补偿、EO/FLIR稳定、导航及飞控等,其中高精度、可靠性高的光纤陀螺与GPS组合定姿已成为国内外航天器定姿系统的典型构型。

3、军事方面的应用

光纤陀螺由于自身在角速率及加速度测量方面的优越性和在动态范围、灵敏度和可靠性等方面的显著优势,使其在军事方面有着广泛的应用。可用于坦克、潜艇、自行火炮、装甲突击车的定位、定向和导航;当卫星导航在强电子干扰而无法获得准确信息时,光纤陀螺可以用来保证飞行器自主导航、精确制导和准确命中目标。同时FOG组件还是航空火力控制系统的重要组成部分,可用于武装直升机等武器系统瞄准线和射击线的稳定,保证武器在运动中进行搜索、瞄准、跟踪和射击。另外,光纤陀螺也是水下唯一有效的导航技术,可用于潜艇的定位、定向和导航。

4、民用方面的应用

在民用领域主要侧重于中低精度光纤陀螺的应用,主要应用有:地面车辆的自动导航、定位定向、车辆控制;对农用飞机姿态控制,进行播种、喷洒农药;在地下工程维护中,寻找损坏的电力线、管道和通信光(电)缆位置的定位工具和抢救工具;用于大地测量、矿物勘采、石油勘察、石油钻井导向、隧道施工等的定位和路径勘测,以及利用光纤陀螺转动角和线位移实现大坝测斜等。

光纤陀螺的应用

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