2019年(nian)12月11日

基(ji)本的光縴(xian)陀螺是qie)Sagnac 效應為基(ji)本原理的一種傳感器。由于研(yan)究者所采(cai)用(yong)的相(xiang)位解(jie)調(diao)方式不同,或者對光縴(xian)陀螺的噪聲補償方法各異,又或者是由于原理的不同,產生(sheng)了各式各樣的光縴(xian)陀螺。

來自光源的光束(shu)通過(guo)分束(shu)器分成了兩束(shu)光,這兩束(shu)光分別從光縴(xian)線圈(光縴(xian)纏(chan)繞在半(ban)徑(jing)為Rye)幕huan)上) 兩端耦合進入(ru)光縴(xian)傳感線圈並反向(xiang)傳輸。從光縴(xian)線圈兩端出來的兩束(shu)光,通過(guo)合束(shu)器後又重(zhong)新復(fu)合,並產生(sheng)干涉。若(ruo)光縴(xian)線圈處在靜止狀(zhuang)態,從光縴(xian)線圈兩端出來的兩束(shu)光的相(xiang)位差為零。如果光縴(xian)線圈以角速度Ω旋(xuan)轉,這兩束(shu)光會(hui)由于Sagnac效應而(er)產生(sheng)相(xiang)位差︰

其中(zhong),n為光縴(xian)匝數;λsong) 獠 chang);c為真空中(zhong)的光速。通過(guo)相(xiang)位解(jie)調(diao)提取Δφ,利(li)用(yong)上式求出Ω。

在近幾(ji)十年(nian)里,常(chang)用(yong)的陀螺儀(yi)包括(kuo)框架陀螺、液浮陀螺和撓(nao)性陀螺這些(xie)含有轉子的機(ji)械陀螺,他們的工(gong)作都是基(ji)于轉動(dong)部件在高速旋(xuan)轉時產生(sheng)的大(da)角慣量來測量角運動(dong)的。光縴(xian)陀螺憑借著其無與倫比的nao)攀瓶 冀??劑熗舜 郴ji)械陀螺的nao)τyong)領域。並隨著實踐的推移,精度也在不斷提高。


主要的nao)攀疲/span>

無運動(dong)部件,使用(yong)壽命長(chang);

不受地球引(yin)力變化影(ying)響;

全(quan)固化結構、抗沖(chong)擊能力強;

工(gong)藝相(xiang)對簡單,價(jia)格(ge)便宜(yi);

測量動(dong)態範圍大(da)、無預熱時間(jian)、啟(qi)動(dong)時間(jian)短。

 

陀螺的nao)τyong)領域主要是由陀螺零偏穩定性決(jue)定的。正是qie)yin)為這些(xie)優點的存在, 光縴(xian)陀螺在今(jin)後相(xiang)當長(chang)的一段時間(jian)內會(hui)成為陀螺市場上的主流產品(pin)。


基(ji)于捷(jie)聯式慣導系統的光縴(xian)陀螺儀(yi)羅經(jing)其旋(xuan)轉軸與船舶坐標系的三個軸相(xiang)對應,它不僅可以作為高精度航(hang)向(xiang)的信(xin)息源,實現自動(dong)找北、指fu)保 er)且(qie)還可以得出航(hang)向(xiang)回轉速率、橫、縱搖角度和航(hang)向(xiang)的旋(xuan)轉速率等可靠數據,進一步推動(dong)船舶自動(dong)化發(fa)展、保證船舶的操縱效果和保證航(hang)行安全(quan)。


在航(hang)天和空間(jian)應用(yong)方面一般都采(cai)用(yong)高精度的干涉型光縴(xian)陀螺(IFOG)。IFOG為主要慣性元件的捷(jie)聯慣導系統chang) 晌 苫ji)提供三維角速度、位置以及(ji)攻角和側滑角,實現火箭升空發(fa)射的跟蹤和測定,也可用(yong)于空間(jian)飛行器穩定、攝影(ying)/測繪(hui)、姿態測量控制、運動(dong)補償、導航(hang)及(ji)飛控等,其中(zhong)高精度、可靠性高的光縴(xian)陀螺與GPS組(zu)合定姿已成為國內外航(hang)天器定姿系統的典型構型。 


光縴(xian)陀螺可用(yong)于坦克(ke)、潛(qian)艇、自行火炮、裝甲突擊車的定位、定向(xiang)和導航(hang);在衛(wei)星導航(hang)在強電(dian)子干擾而(er)無法獲得準(zhun)確信(xin)息時保證飛行器自主導航(hang)、姿態控制、精確制導和準(zhun)確命中(zhong)目標。同時IFOG組(zu)件還是航(hang)空火力控制系統的重(zhong)要組(zu)成部分,可用(yong)于武(wu)裝直升機(ji)等武(wu)器系統瞄準(zhun)線和射擊線的穩定,保證武(wu)器在運動(dong)中(zhong)進行搜(sou)索、瞄準(zhun)、跟蹤和射擊。另外,光縴(xian)陀螺也是水下(xia)唯一有效的導航(hang)技(ji)術(shu),可用(yong)于潛(qian)艇的定位、定向(xiang)和導航(hang)。 


在民用(yong)領域主要側重(zhong)于中(zhong)低精度光縴(xian)陀螺的nao)τyong),主要應用(yong)有︰自動(dong)導航(hang)、定位定向(xiang)、對農用(yong)飛機(ji)姿態控制;在地下(xia)工(gong)程(cheng)維護中(zhong),尋找yi)鴰檔牡dian)力線、管道和通信(xin)光(電(dian))纜位置的定位工(gong)具和搶救(jiu)工(gong)具;用(yong)于大(da)地測量、礦物,石(shi)油勘采(cai)、隧(sui)道施工(gong)等的定位和路徑(jing)勘測等。

目前光縴(xian)陀螺的發(fa)展方向(xiang)主要有三個方面︰一是繼續提高陀螺精度,把零偏穩定性降低到(dao)0.001°/h~0.01°/h ,標度因(yin)數穩定性提高到(dao)優于10ppm。二(er)是降低成本,技(ji)術(shu)上向(xiang)集成光學方向(xiang)發(fa)展,以利(li)于批量生(sheng)產, 提高可靠性和競爭力。三是提高工(gong)程(cheng)化水平, 改(gai)善全(quan)溫範圍內的零偏穩定性和逐次啟(qi)動(dong)的零偏重(zhong)復(fu)性。


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探究光縴(xian)陀螺儀(yi)的nao)τyong)優勢和發(fa)展前景

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