2.测量与传感器-3(现代陀螺-2课时)

1、CcfflitOemsiteaniSentQ 融gms二.测簷乌俺感雒控制元住与伺服系统 anJroli盘更冏辽初企觀险 觀如慢3惯性量的测量：现代陀螺仪：前面介绍陀螺仪，包括单自由度陀螺仪和二自由度陀螺仪都是基于角动量原理进行的工作的，一般称为转子陀螺。现在我们介绍的现代陀舷，其工作原理不同于上述的传统陀螺仪，它 是基于1E式效应或茫整纳克效应而工作的一类陀螺仪。这类陀螺仪包括哥式振动陀螺仪、激光陀螺仪和光纤陀螺仪。2013-8-13控制瓦性与伺服系统annxri阖鬼nwrts&ntt觀X©创如握a）驱动力激励两音叉作相向振动；b）当基座绕音叉的中心轴转动时产生哥氏惯性力矩

2、;c）带动音叉作扭转振动，其幅值正比于输入角速度;d）检测扭转角来实现角速度测量。口特点：其他类型振动陀螺仪:二测量与传感器3惯性量的测量：现代陀螺仪：振动陀螺仪是基于哥氏效应的原理工作的，从其基本工作原理来说，它还 是基于经宾力学而工作的，但又不同于转子陀螺（基于角动量守恒）。哥氏效应:1832皋哥里奥（Coriolis）首先发现哥氏力效应，即高频振动的物体在被 基座带动旋转时会产生哥氏加速度或哥氏力。这是因融运动宝牵连銭动相 互影响所引起的一种现象，旋转物体在径向线速度的作用下就会产生哥氏加=2亿 y结构简单、体积小、重量轻、可靠性高、性能稳定、成本低。a）半球谐振式振动陀螺仪；b）硅微机

3、电MEMS振动陀螺仪。2013-8-13二测量与传感器控制元件与伺服系统6二测量与传感器控制元件与伺服系统C）启动快;环形激光陀螺2013-8 丄35角速度 有陀螺3惯性量的测量:现代陀螺仪：B激光陀螺仪:- 激光陀螺 的新型陀螺仪控制元件与伺服系统测量角速度的1 口特点：a）结构简单，没b）角速度测量范d）工作可靠、抗 发展过程：a）1925年迈克尔:b）1960激光出现二.测量与传感潍3惯性量的测量:现代陀螺仪：口萨格纳克效应:设光程长所包厂通过检测光程差即干涉条纹;町求得角速度01 11 1围的面积为A,装置；旋转角速度为D，则I1光程差为：/L =少力62013-8-132013-8-

4、13二.测量与传感器控制元件与伺服系统 aniiQli 屯总血ns2013-8-13数器和显示器等。3惯性量的测量：现代陀螺仪：B.激光陀SUL：口有源谐振诫式激光陀螺的结构与工作原理:a）组成：包括传感器和测量电路两个部分。传感器包括谐 振腔、激光管（供电电源）、 反射镜X2、半透半反镜XI、 合成棱镜XI;测量电路包括 光电检测仪、频率计、可逆计2013-8-13二，测I量与传感器3惯性量的测量：现代陀螺仪： 佬讐输谐振频率；b);:激光矗播-周的光程。C ? q:Const.f-qy 当存在角速度3时反射僦(”I珥逆订畋:务不淤菟倾彳计I1 1 -1 1激比怜光的振荡频率变为:/i =

5、g 土和A =qzi九fl2013®二，测哥禹條感雒控超元住与伺服系统 anli»闵觀刚曲初比觀轨 创如怪3惯性量的测量：现代陀螺仪：1976年美国犹他大学提岀光纤陀螺的概念并首先研制出试验装置o 上世纪90年代开始精度迅速提高，已达到0.0001° Zh。美国LITTO N公司 研制战略级光纤陀螺 精度达104 o/h量级检测沿正反方向传播的两束光的相位差敏感角运动.2013-8-13控制元性与伺服系统aniroJ闫顾刨工初比海©创必曲冷二.测量与條感詩3惯性量的测量:现代陀螺仪:C光纤陀螺仪:关键技术发展过程：a) 1913年法国物理学家Sagnac

6、在物理实验中发现了旋转角速率对光的干涉现 象的影响，这就启发人们，利用光的干涉现象来测量旋转角速率；b) 1960年，美国科学家梅曼发明了激光器，产生了单色相干光，解决了光源的 问题；c) 196石年，英籍华人科学家高银提出了只要解决玻璃纯度和成分，就能获得光 传输损耗极低的玻璃光纤的学说；d) 1976年，美国犹他大学两位教授利用Sagnac效应研制岀世界上第一个光纤 陀螺原理样机。二十多年来，世界各发达国家的许多科研机构和著名大学都投入了很多的经费来研究光纤陀螺。随着光纤陀螺主要光器件(保偏光纤，Y型电一光调制波导，光源等)技术及半导体工业的飞速发展，光纤陀螺的发展已经有了突破 性进展，,

7、髙精度光纤陀螺已达到低于0.0001o/h的精度，有取代传统的机械 陀螺仪的趋势。光纤陀螺仪与传统的机械陀螺仪相比，优点是全固态，没有旋转部件和摩擦 部件，寿命长，动态范围大，启动快，结构简单，尺寸小，重量轻。与激光陀螺仪相比，光纤陀螺仪没有闭锁问题.也不用在石英块精密加工出光路,二、测备乌條感濺控制元性与伺服系统 anJiw闽总越炬初比觀Mt创如堆3惯性量的测量:现代陀螺仪： C光纤陀螺仪；口光纤陀螺实物图:2013-8-13二、测曇导條感雒控制元佚与伺服系统 antw闵免nw炬电血觀ml创如怪3惯性量的测量：现代陀螺仪：C.光纤陀螺仪：光纤陀螺实物图:2013-8-132013-8-13C

8、光纤陀螺仪：口国内光纤陀螺发展情况:a）航天时代电子公司；b）航天三院三十三所；c）西北工业大学；d）北京航空航天大学；e）哈尔滨工程大学；f）浙江大学；g）兵器205所；h）船舶707所；i）航空618所。二纸测量与传感器3惯性量的测量：现代陀螺仪：C光纤陀螺仪：口光纤陀螺应用：a) 战略导弹系统和潜艇导航应用;b) 卫星定向和跟踪；c) 天体观测望远镜的稳定和调向;d) 各种运载火箭应用；e) 舰船、巡航导弹和军、民用飞机的tf) 光学罗盘及高精度寻北系统；g) 战术武器制导与控制系统；h) 陆地导航系统(+GPS);i) 姿态/航向基准系统；控制元性与伺服系统作业的控制装置等工业和民用领

9、域。汽车导航仪、天线/摄像机的稳定、2013-8-132013-8-132013-8-13二、测暑驾传感滋15控制元住与伺服系统 anlwL屯顾虫幅电Ml觀理 创如慢b惯性量的测量：现代陀螺仪：C光纤陀螺仪：国外光纤陀螺发展情况：光壬(IXSEA)公司世界著名的惯导公司，精度范围覆盖了从战术级到惯性 级-战略(精密)级的各种应用。,国外中低精度的光纤陀螺已经产品化，被广泛用于航空、航天、航海武器 系统和其它工业领域中。世界上研制光纤陀螺的单位已有40多家，包括美国 霍尼韦尔(Honeywell)、利顿(Litton).史密斯(Smith)、诺思若普 二(Northrops)、联信(AliedSignal)等，日本日本航空电子工业有限公司(JAE), 且基三菱(Mitsubishi)公