第4章光学角速度敏感器汇编.ppt

第 四 章 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。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 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。 速率偏频通常是以 恒定值的速率绕输 入轴沿一个方向转 动T/2的时间，再 换一个方向转动半 个周期，在每半个 周期内，激光陀螺 的偏置是一个恒量。 §4.3 干涉式光纤陀螺 四 开环IFOG §4.3 干涉式光纤陀螺 四 开环IFOG Hitachi Fiber - Optic Gyro §4.3 干涉式光纤陀螺 五 闭环IFOG §4.3 干涉式光纤陀螺 五 闭环IFOG §4.4 谐振式光纤陀螺 用单模光纤构成环形谐振腔，通过检测谐振腔中顺、逆时针传播的两光束之间由转动引起的谐振频差，实现转动速率的度量，即构成谐振器型光纤陀螺。在该陀螺中，为了抵消谐振腔长随温度变化和机械变化带来的影响，必须采用顺、逆时针传播的两路光，此外，还应采取各种措施抑制噪声、提高零点稳定性。 谐振腔型光纤陀螺与干涉型光纤陀螺相反，要求使用相干性高的光源。谐振腔型光纤陀螺存在一个最佳光纤长度，且不过几米到几十米，因此，用极短的光纤就可以构成这种光纤陀螺，使之更易小型化。 §4.4 谐振式光纤陀螺 * * 光学角速度敏感器 光学角速度敏感器-----光学陀螺仪 §4.1 光学角速度敏感器的一般原理 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 连续波运转 调制方式运转 有源谐振腔型光学陀螺 无源谐振腔型光学陀螺 四频差动激光陀螺 二频差动激光陀螺 §4.1 光学角速度敏感器的一般原理 一 分类 二 基本原理---Sagnac效应 §4.1 光学角速度敏感器的一般原理 Ω R S tcw tccw 二 基本原理---Sagnac效应 §4.1 光学角速度敏感器的一般原理 Sagnac效应相位差 干涉条纹移动距离 二 基本原理---Sagnac效应 §4.1 光学角速度敏感器的一般原理 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。 二 基本原理---Sagnac干涉仪 §4.1 光学角速度敏感器的一般原理 平台旋转 摄像头 反射镜 分束器 光源 旋转驱动轮 灵敏度： 二 基本原理---环形谐振腔及其频差 §4.1 光学角速度敏感器的一般原理 正反向行波间的频差 其中： ：比例因子 §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： 可以用光学拍频方法检测频差和脉冲数，求得每一瞬时的转速和转动角度 二 基本原理---环形谐振腔及其频差 §4.1 光学角速度敏感器的一般原理 §4.2 环形激光陀螺仪 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，无需机电式陀螺所必需的高速转子。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： 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。 一 性能特征与基本组成 一 性能特征与基本组成 §4.2 环形激光陀螺仪 §4.2 环形激光陀螺仪 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。 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。 一 性能特征与基本组成 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。 §4.2 环形激光陀螺仪 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。 二 环形激光器 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。 §4.2 环形激光陀螺仪 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。 1