光纤陀螺的原理及应用课件

fibreopticgyroscope光电学院100108班第三组组长：秦二雷100108110组员：邢腾飞100108113张福年100108114张一铭100108115张羽100108116邹晓东100108117指导老师：杨利红教授03八月2023光纤陀螺仪fibreopticgyroscope光电学院101fibreopticgyroscope光电学院10Contents什么是光纤陀螺仪1基本原理-sagnac效应2光纤陀螺仪的分类33光纤陀螺仪应用研究44Contents什么是光纤陀螺仪1基本原理-sagnac效应2Contents什么是光纤陀螺仪1基本原理-sagnac效应fibreopticgyroscope光纤陀螺仪（fibreopticgyroscope）是一种利用萨格奈克(Sagnac)效应测量旋转角速率ω的新型全固态惯性仪表。[1][1]孙丽，王德钊．光纤陀螺的最新进展[J]．航天控制，2003，(3)：75—80．

机械陀螺

光纤陀螺

光纤陀螺仪fibreopticgyroscope光纤陀螺仪（fib3fibreopticgyroscope光纤陀螺仪（fibfibreopticgyroscope光纤陀螺仪与传统机械陀螺仪相比，具有以下优点：没有旋转部件和摩擦部件寿命长动态范围大瞬时启动结构简单尺寸小重量轻……光纤陀螺彩色球fibreopticgyroscope光纤陀螺仪与传统机4fibreopticgyroscope光纤陀螺仪与传统机fibreopticgyroscope

摘自《中国惯性技术学报》2005年10月刊fibreopticgyroscope5fibreopticgyroscope光纤陀螺仪原理-Sagnac效应各种类型的光纤陀螺,基本原理都是利用Sagnac效应,只是各自所采用的位相或频率解调方式不同,或者对光纤陀螺的噪声补偿方法不同。检测器透镜透镜光纤线圈光源分束镜光纤陀螺结构图光纤陀螺仪原理-Sagnac效应各种类型的光纤陀螺,基本原理6光纤陀螺仪原理-Sagnac效应各种类型的光纤陀螺,基本原理Sagnac效应[2]如(a)所示，在无旋转条件下，两束光传输时间相等，为如(b)所示，ω旋转条件下为图1理想环形光路系统中的Sagnac效应(a)系统静止；(b)系统旋转光纤陀螺仪原理-Sagnac效应

[2]《工程光学》西安工业大学韩军、刘钧编著国防工业出版社2012.2Sagnac效应[2]如(a)所示，在无旋转条件下，两束光传7Sagnac效应[2]如(a)所示，在无旋转条件下，两束光传Sagnac效应[2]

传输时间差

传输光程差

传输相位差

图1理想环形光路系统中的Sagnac效应

(a)系统静止；(b)系统旋转

[2]《工程光学》西安工业大学韩军、刘钧编著国防工业出版社年2012.2光纤陀螺仪原理-Sagnac效应Sagnac效应[2]传输时间差传输光程差8Sagnac效应[2]传输时间差传输光程差干涉式光纤陀螺仪(I-fog)

[4]《TheFiber-OpticGyroscope》

HervéC.Lefèvre著张贵才王巍译国防工业出版社当环行光路绕垂直于所在平面并通过环心的轴以角速度旋转时，则沿顺、逆时针方向传播的两波列光波在环路中传播一周产生的相位差为：※A为光传播路径包围的面积一般的向量表达[4]干涉式光纤陀螺仪(I-fog)[4]《TheFi9干涉式光纤陀螺仪(I-fog)[4]《TheFi光纤陀螺仪的分类干涉式光纤陀螺(I—FOG)谐振腔光纤陀螺(R—FOG)布里渊型光纤陀螺(B—FOG)fibreopticgyroscope光纤陀螺仪的分类干涉式光纤陀螺(I—FOG)谐振腔光10光纤陀螺仪的分类干涉式光纤陀螺(I—FOG)谐振腔光干涉式光纤陀螺仪(I-fog)干涉型光纤陀螺(I—FOG)是研究开发最早、技术最为成熟的光纤陀螺，属第1代光纤陀螺。[3]按照检测相位的方法可分为

开环型（左图）和闭环型（右图）

[3]王惠文．光纤传感技术与应用[M]．北京：国防工业出版社2001．4

左图右图干涉式光纤陀螺仪(I-fog)干涉型光纤陀螺(I—F11干涉式光纤陀螺仪(I-fog)干涉型光纤陀螺(I—F干涉式光纤陀螺仪(I-fog)

开环光纤陀螺是依据Sagnac原理，通过干涉光强的变化直接检测干涉后的Sagnac相移。

优点：缺点：

明显非线性非线性严重精度差精度低输入范围小动态范围窄电路简单

CompanyLogo干涉式光纤陀螺仪(I-fog)开环光纤陀螺是依据Sagn12干涉式光纤陀螺仪(I-fog)开环光纤陀螺是依据Sagn干涉式光纤陀螺仪(I-fog)干涉式陀螺首次应于道尼尔328客机上，目前应用于波音777飞机的姿态和空气数据系统(SAARU)CompanyLogo道尼尔328客机

干涉光线仪装置安放处干涉式光纤陀螺仪(I-fog)干涉式陀螺首次应于道尼尔32813干涉式光纤陀螺仪(I-fog)干涉式陀螺首次应于道尼尔328谐振腔光纤陀螺(R—FOG)谐振腔光纤陀螺（R-FOG）是第2代光纤陀螺。谐振腔光纤陀螺结构图谐振腔光纤陀螺(R—FOG)谐振腔光纤陀螺（R-FOG14谐振腔光纤陀螺(R—FOG)谐振腔光纤陀螺（R-FOG谐振腔光纤陀螺(R—FOG)与I—FOG相比，R—FOG具有以下特点：光纤长度短，降低了成本；采用高相干光源，波长稳定性高；检测精度高，动态范围大等。注意：R-FOG研究起步较晚，且对光源要求十分苛刻，所以目前R-FOG还处于实验室研究阶段，但是和I-FOG相比有上述优势，因此各国都投入大量人力对其进行研究，相信在不久的将来，R-FOG一定可以在惯性导航与制导等诸多领域得到广泛应用。谐振腔光纤陀螺(R—FOG)与I—FOG相比，R—15谐振腔光纤陀螺(R—FOG)与I—FOG相比，R—布里渊型光纤陀螺(B—FOG)布里渊型光纤陀螺是第3代光纤陀螺，又称光纤环形激光陀螺(F—RLG)，或受激布里渊散射光纤环形激光陀螺(B—FRLG)。布里渊型光纤陀螺(B—FOG)布里渊型光纤陀螺是第316布里渊型光纤陀螺(B—FOG)布里渊型光纤陀螺是第3光纤陀螺仪的应用fibreopticgyroscopeBECDA陆地交通导航战术导弹制导航天器姿态调整精密航天器应用卫星定位还有很多很多……光纤陀螺仪的应用fibreBECDA陆地交通导航战术导弹制17光纤陀螺仪的应用fibreBECDA陆地交通导航战术导弹制光纤陀螺仪的应用[5]蔡青.保偏光纤温度特性研究[A]中国光学学会.展望21世纪初光电技术发展趋势研讨会论文集[C]海口:中国光学学会光电技术委员会,20001169-172.[5]光纤陀螺仪的应用[5]蔡青.保偏光纤温度特性研究[A]中18光纤陀螺仪的应用[5]蔡青.保偏光纤温度特性研究[A]中光纤陀螺仪的应用光纤陀螺仪的应用19光纤陀螺仪的应用光纤陀螺仪的应用19光纤陀螺仪的应用光纤陀螺仪的应用状况1.战略导弹系统和潜艇导航应用；2.卫星定向和跟踪；3.战术武器制导与控制系统；4.各种运载火箭应用；5.姿态／航向基准系统；

6.舰船、导弹和军民用飞机的惯性导航；7.陆地导航系统(+GPS)；8.天体观测望远镜的稳定和调向；9.汽车导航仪、天线／摄像机的稳定、石油钻井定向、机器人控制、各种极限作业的控制置等工业和民用领域。光纤陀螺仪的应用光纤陀螺仪的应用状况1.战略导弹系统和潜艇导20光纤陀螺仪的应用光纤陀螺仪的应用状况1.战略导弹系统和潜艇导光纤陀螺研制状况我国国内目前光纤陀螺研制状况：

据不完全统计，国内从事光纤陀螺研究的研究所、院校、民营单位共有几十家，其中比较著名的有：航天时代电子公司航天三院三十三所北京航空航天大学哈尔滨工程大学浙江大学、清华大学兵器205所船舶707所航天工业总公司所属13所和上海803所、航空618所光纤陀螺仪的应用光纤陀螺研制状况我国国内目前光纤陀螺研制状况：21光纤陀螺研制状况我国国内目前光纤陀螺研制状况：

fibreopticgyroscope光电学院100108班第三组组长：秦二雷100108110组员：邢腾飞100108113张福年100108114张一铭100108115张羽100108116邹晓东100108117指导老师：杨利红教授03八月2023光纤陀螺仪fibreopticgyroscope光电学院1022fibreopticgyroscope光电学院10Contents什么是光纤陀螺仪1基本原理-sagnac效应2光纤陀螺仪的分类33光纤陀螺仪应用研究44Contents什么是光纤陀螺仪1基本原理-sagnac效应23Contents什么是光纤陀螺仪1基本原理-sagnac效应fibreopticgyroscope光纤陀螺仪（fibreopticgyroscope）是一种利用萨格奈克(Sagnac)效应测量旋转角速率ω的新型全固态惯性仪表。[1][1]孙丽，王德钊．光纤陀螺的最新进展[J]．航天控制，2003，(3)：75—80．

机械陀螺

光纤陀螺

光纤陀螺仪fibreopticgyroscope光纤陀螺仪（fib24fibreopticgyroscope光纤陀螺仪（fibfibreopticgyroscope光纤陀螺仪与传统机械陀螺仪相比，具有以下优点：没有旋转部件和摩擦部件寿命长动态范围大瞬时启动结构简单尺寸小重量轻……光纤陀螺彩色球fibreopticgyroscope光纤陀螺仪与传统机25fibreopticgyroscope光纤陀螺仪与传统机fibreopticgyroscope

摘自《中国惯性技术学报》2005年10月刊fibreopticgyroscope26fibreopticgyroscope光纤陀螺仪原理-Sagnac效应各种类型的光纤陀螺,基本原理都是利用Sagnac效应,只是各自所采用的位相或频率解调方式不同,或者对光纤陀螺的噪声补偿方法不同。检测器透镜透镜光纤线圈光源分束镜光纤陀螺结构图光纤陀螺仪原理-Sagnac效应各种类型的光纤陀螺,基本原理27光纤陀螺仪原理-Sagnac效应各种类型的光纤陀螺,基本原理Sagnac效应[2]如(a)所示，在无旋转条件下，两束光传输时间相等，为如(b)所示，ω旋转条件下为图1理想环形光路系统中的Sagnac效应(a)系统静止；(b)系统旋转光纤陀螺仪原理-Sagnac效应

[2]《工程光学》西安工业大学韩军、刘钧编著国防工业出版社2012.2Sagnac效应[2]如(a)所示，在无旋转条件下，两束光传28Sagnac效应[2]如(a)所示，在无旋转条件下，两束光传Sagnac效应[2]

传输时间差

传输光程差

传输相位差

图1理想环形光路系统中的Sagnac效应

(a)系统静止；(b)系统旋转

[2]《工程光学》西安工业大学韩军、刘钧编著国防工业出版社年2012.2光纤陀螺仪原理-Sagnac效应Sagnac效应[2]传输时间差传输光程差29Sagnac效应[2]传输时间差传输光程差干涉式光纤陀螺仪(I-fog)

[4]《TheFiber-OpticGyroscope》

HervéC.Lefèvre著张贵才王巍译国防工业出版社当环行光路绕垂直于所在平面并通过环心的轴以角速度旋转时，则沿顺、逆时针方向传播的两波列光波在环路中传播一周产生的相位差为：※A为光传播路径包围的面积一般的向量表达[4]干涉式光纤陀螺仪(I-fog)[4]《TheFi30干涉式光纤陀螺仪(I-fog)[4]《TheFi光纤陀螺仪的分类干涉式光纤陀螺(I—FOG)谐振腔光纤陀螺(R—FOG)布里渊型光纤陀螺(B—FOG)fibreopticgyroscope光纤陀螺仪的分类干涉式光纤陀螺(I—FOG)谐振腔光31光纤陀螺仪的分类干涉式光纤陀螺(I—FOG)谐振腔光干涉式光纤陀螺仪(I-fog)干涉型光纤陀螺(I—FOG)是研究开发最早、技术最为成熟的光纤陀螺，属第1代光纤陀螺。[3]按照检测相位的方法可分为

开环型（左图）和闭环型（右图）

[3]王惠文．光纤传感技术与应用[M]．北京：国防工业出版社2001．4

左图右图干涉式光纤陀螺仪(I-fog)干涉型光纤陀螺(I—F32干涉式光纤陀螺仪(I-fog)干涉型光纤陀螺(I—F干涉式光纤陀螺仪(I-fog)

开环光纤陀螺是依据Sagnac原理，通过干涉光强的变化直接检测干涉后的Sagnac相移。

优点：缺点：

明显非线性非线性严重精度差精度低输入范围小动态范围窄电路简单

CompanyLogo干涉式光纤陀螺仪(I-fog)开环光纤陀螺是依据Sagn33干涉式光纤陀螺仪(I-fog)开环光纤陀螺是依据Sagn干涉式光纤陀螺仪(I-fog)干涉式陀螺首次应于道尼尔328客机上，目前应用于波音777飞机的姿态和空气数据系统(SAARU)CompanyLogo道尼尔328客机

干涉光线仪装置安放处干涉式光纤陀螺仪(I-fog)干涉式陀螺首次应于道尼尔32834干涉式光纤陀螺仪(I-fog)干涉式陀螺首次应于道尼尔328谐振腔光纤陀螺(R—FOG)谐振腔光纤陀螺（R-FOG）是第2代光纤陀螺。谐振腔光纤陀螺结构图谐振腔光纤陀螺(R—FOG)谐振腔光纤陀螺（R-FOG35谐振腔光纤陀螺(R—FOG)谐振腔光纤陀螺（R-FOG谐振腔光纤陀螺(R—FOG)与I—FOG相比，R—FOG具有以下特点：光纤长度短，降低了成本；采用高相干光源，波长稳定性高；检测精度高，动态范围大等。注意：R-FOG研究起步较晚，且对光源要求十分苛刻，所以目前R-FOG还处于实验室研究阶段，但是和I-FOG相比有上述优势，因此各国都投入大量人力对其进行研究，相信在不久的将来，R-FOG一定可以在惯性导航与制导等诸多领域得到广泛应用。谐振腔光纤陀螺(R—FOG)与I—FOG相比，R—36谐振腔光纤陀螺(R—FOG)与I—FOG相比，R—布里渊型光纤陀螺(B—FOG)布里渊型光纤陀螺是第3代光纤陀螺，又称光纤环形激光陀螺(F—RLG)，或受激布里渊散射光纤环形激光陀螺(B—FRLG)。布里渊型光纤陀螺(B—FOG)布里渊型光纤陀螺是第337布里渊型光纤陀螺(B—FOG)布里渊型光纤陀螺是第3光纤陀螺仪的应用fibreopticgyroscop