光纤陀螺研究背景意义及应用

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1、光纤陀螺研究背景意义及应用1光纤陀螺研究背景12光纤陀螺在军、民领域的应用23研究意义31光纤陀螺研究背景随着科学技术的进一步发展，现在光纤陀螺在军民两方面得到了很大的体现。光纤陀螺是激光陀螺的一种，其原理与环形激光陀螺相同，是检测角速度的传感器，且检测光源都是激光源。光纤陀螺采用的是Sagnac干涉原理，其原理图如图1.1所示，用光纤绕成环形光路并检测出随转动而产生的反向旋转的两路激光束之间的相位差，由此计算出旋转的角速度。不同的是，光纤陀螺是将200～2000m的光纤绕成直径为10～60cm的

2、圆形光纤环，从而加长了激光束的检测光路，使检测灵敏度和分辨率比激光陀螺提高了几个数量级，有效地克服了激光陀螺闭锁现象。图1光纤陀螺原理图光纤陀螺仪自1976年美国犹他州立大学首先研制出试验装置，随后，世界各发达国家的科研机构和著名大学都投入了很大的人力、物力和精力研究这一有发展前途的新型光纤旋转速率传感器。随着光纤通信技术和光纤传感技术的发展，光纤陀螺仪己经实现了惯性器件的突破性进展。为什么各发达国家的科研机构都在研究它呢？主要体现在光纤陀螺仪的优点上。其主要的优点如下：①无运动部件，仪器牢固稳定

3、，耐冲击和抗加速度运动;②结构简单，零部件省，价格低廉;③启动时间短，原理上可瞬间启动;④检测灵敏度极高，可达10-7rad/s;⑤可直接用数字输出并与计算机接口联网;⑥动态范围极宽，约为2000°/s;⑦寿命长，信号稳定可靠;⑧易于采用集成光路技术;⑨克服了因激光陀螺闭锁带来的负效应;⑩与环形激光陀螺一起成为捷联惯性系统的传感器。由于上述特点，光纤陀螺颇受各国特别是陆海空三军的高度重视，在近几年进行了大量的研究和试验。随着光纤技术和集成光路技术的发展，光纤陀螺正朝高精度和小型化发展。漂移率低达0

4、.1001°/h的新型高性能精密惯导光纤陀螺将步入实用化，广泛装备于导弹系统、飞机和舰艇的导航系统以及军用卫星与地形跟踪匹配等系统中。美国从1983年到1994年的10年间，各类惯性陀螺仪由86%下降到35%，激光陀螺仪由14%略增加到16%，并从1988年开始未见上升趋势，而光纤陀螺仪由0上升到49%。可以看出，不仅全部飞机、舰艇、潜艇以及导弹均将装备光纤陀螺用以导航和制导，而且卫星、宇宙飞船上也将会装备光纤陀螺仪用于与地形跟踪匹配和导向，火箭发射场上光纤陀螺仪用于火箭升空发射跟踪及测定等。在民

5、用方面，光纤陀螺仪可用于飞机导航和石油勘察、钻井导向(确定下钻的位置)，特别是在工业上的应用具有极大的潜力。美国道格拉斯公司研制出一种民用光纤陀螺仪，能承受很宽的湿度变化范围和强烈冲击，这是世界上第一台能用于钻井设备的光纤陀螺仪，可精确地测定重力和油井方向。光纤陀螺仪的应用前景光明，大有取代惯性陀螺仪之势。2光纤陀螺在军、民领域的应用①军用直升机、运输机、战斗机、战略轰炸机、以及军用人造卫星等的惯性导航系统。要求用高性能陀螺，容许漂移误差在(10-2~10-4)°/h的范围。光纤陀螺不仅能满足捷联

6、系统的大功态范围、高线性度、高稳定度、数字输出的要求，而且价格低廉。②战术武器制导和飞行姿势方位基准装设用陀螺。不少空军战术武器系统，诸如改进的中近程空对地导弹、空对空导弹、大面积扫装甲弹等都需要惯性参考系统。③战略巡航导弹用陀螺。要求陀螺具有高精度性能要求(容许漂移误差—般为0.01°/h左右)，而且要求其体积小、重量轻。一个小而精确的捷联惯性系统将能给战略巡航导弹提供制导、自动驾驶、及其它参考功能所必须的一切惯性信息。④由于作为旋转角速度传感器之一的光纤陀螺具有无可动部分、结构简单，启动时间短

7、，小型，重量轻，功耗低，动态范围宽等特征，适用于汽车工业，并且应用广泛。目前，主要用于在汽车自动导航系统、汽车姿态控制系统、汽车控制仪器。⑤光纤陀螺在列车导航中也有应用。以光纤陀螺为基础的定位系统能够给出列车远行平面轨迹及列车前进过程中的速度、加速度、方位角，方位角速度、侧滚角、俯仰角等信息。这些信息通过天线发射到漏泄波导，再传输到列车指挥中心，经中心计算机综合性的实时处理，然后传至各次列车、供司机参考执行；从而增加行车的安全度，缩短行车间隔时间，提高车速和运输能力。这就是以光纤陀螺为基础的智能化

8、指挥系统。3研究意义正因为光纤陀螺有如些多的优点，并且现在广泛的应用到了飞机、导弹、舰船、卫星定向、汽车定位导航、机器人控制、稳定机载摄像机、航海导航等军用、民用领域。那么它的第一手数据的获取就有很大的意义。一个良好的系统，对数据的获取是相当重要的，在一个系统中占有很大的比重。虽然我国光纤陀螺的研制和应用起步较晚，但近年来取得了长足进步，在我军的武器装备中已经得到一定程度的应用。我国武器装备“机械化、信息化、制导化”的发展方向为光纤陀螺的应用提供了广阔的发展空间，相信各类高性能光纤