惯性器件原理第六章光学陀螺基础.pptVIP

* 第六章　光学陀螺基本理论 前几章我们讲过框架陀螺仪、挠性陀螺仪、三浮陀螺仪、静电陀螺仪和振动陀螺仪，这些陀螺称为传统转子式机电陀螺，他们的共同点是有一高速旋转的转子和支承结构。 1、框架陀螺仪 ????图中的转子可相对内环（内框架）绕主轴转动，内环可相对外环（外框架）绕内环轴转动，外环可相对基座（仪表壳体）绕外环轴转动，因而转子的支点是三轴交点O,转子内部的电机（陀螺马达）驱动转子自转。 由于内外环轴上使用滚珠轴承，所以转子绕定点O运动时受到的干扰力矩（轴承摩擦力矩）较大。陀螺仪的精度不高。 转子式机电 陀螺回顾 第六章　光学陀螺基本理论 2、三浮陀螺仪 ?　　 ????液浮：结构与框架陀螺仪相同，内环做成密闭的球形，称为浮子，置于密度相同的浮液中。由于浮力，轴承处的正压力接近于零，摩擦干扰力矩也接近于零。 　磁浮：采取磁浮定中解决动态中转轴碰壁问题 　气浮：采用气浮减小转子轴的磨擦 注：需要温控 转子式机电 陀螺回顾 第六章　光学陀螺基本理论 3、动力调谐（挠性）陀螺仪 ?　　为解决轴承摩擦问题，取消滚珠轴承，采用挠性支承代替轴承支承，故称为挠性陀螺仪。为进一步减小干扰力矩，转轴改用弹性细轴且与中间环及转子固结；这样，陀螺主轴仍可指任意方向，转子所受到的弹性恢复力矩可由中间环运动时的惯性力矩抵消，因而大大减少干扰力矩。 转子式机电 陀螺回顾 第六章　光学陀螺基本理论 4、静电陀螺仪 ?　　转子是球形的，支承则是不动的球腔；通电时依靠球腔内壁三对电极时转子的静电吸力来支承后者，球形转子的中心即为支承点。转子中空，内壁有一赤道带以区分转子的主轴与赤道轴。转子表面刻有图谱，当转子旋转时可由光电传感器识别转子主轴的方向。 静电陀螺的精度极高，但要工作在高真空状态，以防止高压静电击穿。 转子式机电 陀螺回顾 第六章　光学陀螺基本理论 高精度：光学陀螺 中低精度：MEMS、MOEMS 陀螺仪表发展方向 第六章　光学陀螺基本理论 光学陀螺仪发展 1897年法国人Oliver Ladge采用白炽灯作光源，在一个1mx6m的矩形光路中， 试图测量转动引起的光的干涉条纹的变化。采用白炽灯作光源，在一个1mx6m 的矩形光路中，试图测量转动引起的光的干涉条纹的变化。(失败) 1911年，Harress第一个从实验上观察到环形光路中，转动引起干涉条纹变化。 1913年，法国科学家Sagnac重新进行了环形光路中外界转动引起的干涉条纹变 化的实验并从理论上对此现象进行了解释，提出了著名的Sagnac效应。建立了 激光陀螺和光纤陀螺的基本理论。 随后近半个世纪的时间中，光学Sagnac效应的研究基本没有任何进展—空白! 1960年发明的激光 ，光学陀螺曙光再现！ 1961年，美国人迈塞克就提出了用环形激光器测量转速的理论，即激光陀螺的 理论，这为光学陀螺的发展奠定了理论基础。 1961年美国科学家C. V. Heer在美物理学会的年会上首次发表关于激光陀螺文 章，标志着第一代光学陀螺―激光陀螺诞生！随后激光陀螺开始蓬勃发展 1963年美国科学家Macek和Davis报道了环形激光谐振腔Sagnac效应验证实验。 1976年美国Uath大学的V.Vali和R.W.Shorthill首次提出了干涉式光纤陀螺的概 念，它标志着第二代光学陀螺―干涉式光纤陀螺的诞生。 随后光纤陀螺开始蓬 勃发展 第六章　光学陀螺基本理论 6.1　光的相干性 1、基本概念 光是电磁波，真空中光速3＊10e-8 光强：光的平均能流密度称为光强度，简称光强。 第六章　光学陀螺基本理论 6.1　光的相干性 2、光干涉的基本理论 光的独立传播定律和叠加原理 两列光波或多列光波在空间相遇时，在交叠区里各列光波保持自己的振动状态，独立传播、互不影响，称为光独立传播定律。 第六章　光学陀螺基本理论 6.1　光的相干性 2、光干涉的基本理论 光的干涉 两列光波或多列光波在空间相遇时，在交叠区里各列光波保持自己的振动状态，独立传播、互不影响，称为光独立传播定律。 第六章　光学陀螺基本理论 6.1　光的相干性 光干涉的必要条件 光干涉的必要条件 光干涉的必要条件 第六章　光学陀螺基本理论 6.1　光的相干性 6.1　光的相干性 第六章　光学陀螺基本理论 6.1　光的相干性 第六章　光学陀螺基本理论 6.2　Sagnac效应 激光陀螺和光纤陀螺都是根据 Sagnac而设计的。 1913年法国实验物理学家萨格奈克（Sagnac）为了观察转动 系统中光的干涉现象，做了一个类似于旋转陀螺力学实验的 光学实验。 Sagnac 干涉仪 光路传播