惯性器件原理第八章光纤陀螺课件

第八章 光纤陀螺,美国 1976年美国犹他大学提出光纤陀螺的概念并首先研制出试验装置 九十年代开始低、中精度的光纤陀螺开始应用于飞机航姿系统、 导弹姿态与航向参考系统、战术导弹惯导系统 和GPS/INS组合导 航系统 等。 九十年代开始精度迅速提高， 每五年提高一个数量级,干涉式光纤陀螺仪发展状况,日本 1991年用于日产汽车 作为速度传感器用于汽车组合导航 俄罗斯 单光纤光纤陀螺,第八章 光纤陀螺,光纤陀螺组成及工作原理,光纤陀螺的最小结构,第八章 光纤陀螺,8.2光纤陀螺的互易性,第八章 光纤陀螺,8.2光纤陀螺的互易性 光在线性介质中传播的互易性是光纤陀螺能实际应用的前提 1、互易性原理,第八章 光纤陀螺,8.2光纤陀螺的互易性 光在线性介质中传播的互易性是光纤陀螺能实际应用的前提 2、装置的互易性 同光路 同模式 同偏振态,第八章 光纤陀螺,8.3干涉式光纤陀螺分类 光纤陀螺按光路系统可分为全光纤陀螺和集成光学光纤陀螺 1全光纤陀螺 全光纤陀螺是指构成光纤陀螺光路的所有器件都由光纤构成，并串接在一根光纤上，即由光源到探测器组成一个光纤闭环光路。,第八章 光纤陀螺,8.3干涉式光纤陀螺分类 3单光纤光纤陀螺,第八章 光纤陀螺,8.3干涉式光纤陀螺分类 3单光纤光纤陀螺,第八章 光纤陀螺,8.3干涉式光纤陀螺分类 3单光纤光纤陀螺,第八章 光纤陀螺,8.3干涉式光纤陀螺分类 3单光纤光纤陀螺,第八章 光纤陀螺,8.3干涉式光纤陀螺分类 3单光纤光纤陀螺,第八章 光纤陀螺,8.3干涉式光纤陀螺分类 3单光纤光纤陀螺,第八章 光纤陀螺,8.4 干涉式光纤陀螺的信号检测 8.4.1光纤陀螺输出信号的形式,当光纤线圈绕中心轴无旋转， 检测器上产生峰值干涉条纹检测器输出电流最大 。,当光纤线圈绕中心轴旋转产生相差，干涉条纹横移检测器输出电流改变 。,第八章 光纤陀螺,8.4 干涉式光纤陀螺的信号检测 8.4.2 Sagnac相移的检测方法,固定相位偏置：幅值难以稳定控制,交流相位偏置：交变幅值为/2,当输入相移=0，检测器的输出情况（如上）,当输入相移0，检测器的输出情况如下,I 均值大小的改变量与成正弦正负可由一次谐波相位判断,第八章 光纤陀螺,8.4 干涉式光纤陀螺的信号检测 8.4.2 Sagnac相移的检测方法,第八章 光纤陀螺,8.4 干涉式光纤陀螺的信号检测 按信号检测方式，可分为开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺,工作原理： 发自 LR 的光被 SL 分成两束 两束光分别从光纤线圈两端进入 分别从光纤线圈另一端导出 中间都经过相位调制器 PM 两束光经 SL 汇合， 由检测器 D 接收，输出电流 经过相敏解调器 PSD 解调 得到直流分量（正比于） 开环干涉型 缺点：存在明显非线性; 精度较低,第八章 光纤陀螺,8.4 干涉式光纤陀螺的信号检测,引入伺服放大器 SF 和相位变换器PT，构成闭环系统,闭环测量原理： 检测器 D 的输出经 PSD 解调 解调信号经 SF 放大 驱动相位变换器 PT 相位变换器 PT 产生相移 和产生的相移抵消 解调器输出被控制在零位附近 PT 产生的相移作为光纤陀螺的输出 特点：陀螺仪的工作点一直保持在线性度、灵敏度最高的位置。,第八章 光纤陀螺,8.4光纤器件介绍 1光源 半导体激光器（LD） 发光二极管（LED） 超辐射发光二极管（SLD） 掺铒光纤光源,2探测器 PIN光电二极管作为光纤陀螺光路系统的接收器件,第八章 光纤陀螺,8.4光纤器件介绍 光纤陀螺按光路系统可分为全光纤陀螺和集成光学光纤陀螺 3光纤定向耦合器,第八章 光纤陀螺,8.4光纤器件介绍 4光纤偏振器 光纤偏振器在光纤陀螺干涉光路中发挥起偏器和检偏器的作用可分为：（1）一种是利用光纤小直径弯曲时引起偏振分量损耗差制成的光纤圈型偏振器 ；（2）研磨光纤包层直至几乎将纤芯裸露，再将此研磨面镀以金属或双折射晶体，而制成的研磨型光纤偏振器。,第八章 光纤陀螺,8.4光纤器件介绍 5光纤消偏器 消偏器是一种造成非偏振态光的光纤器件,第八章 光纤陀螺,8.4光纤器件介绍 6光纤相位调制器 全光纤陀螺光路系统中用的一种相位调制器,第八章 光纤陀螺,8.4光纤器件介绍 7光纤及光纤圈 通常使用的光纤，要求损耗低并具有良好的物理性能和机械性能,第八章 光纤陀螺,8.4光纤器件介绍 8集成光学芯片 光纤陀螺用的多功能集成光学芯片（IOC）是利用钛扩散技术和质子交换技术，将偏振器、分束合束器和相位调制器都集成在LiNbO3晶片上。,第八章 光纤陀螺,8.5 干涉式光纤陀螺的信号检测 8.5.1光纤陀螺输出信号的形式,第八章 光纤陀螺,8.5 干涉式光纤陀螺的信号检测 8.5.2 Sagnac相移的检测方法,第八章 光纤陀螺,按原理上分 ： 按原理分光纤陀螺主要有：干涉式、谐振腔型和布里渊型 干涉式,光纤陀螺仪分类,第八章 光纤陀螺,谐振腔式光纤陀螺 RFOG的基本构成是由光纤环构成的一个谐振腔，其谐振频率随Sagnac效应的大小而改变，并由此而检测转动角速度。,光纤陀螺仪分类,第八章 光纤陀螺,布里渊光纤陀螺仪（BFOG） 布里渊型光纤陀螺是主动型光纤陀螺仪，利用光纤环形腔中的受激布里渊散射的方向