P08激光陀螺误差、光纤陀螺.ppt

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1、激光陀螺零偏误差激光陀螺误差源：异于机械式误差分类零偏误差：输入角速度为零时激光陀螺的频差输出（0/h）主要原因：郎缪尔流效应直流放电激活原子→阳极阴极←阳极激活原子综合形成郎缪尔流导致激光在介质中折射率不同，造成附加光程差补偿措施：双阳极方案激光陀螺标度因数与自锁误差标度因数误差激光陀螺频差输出公式K值不稳定，也引起误差K值大小的影响因素：谐振腔周长谐振腔形状激光波长(0.6328/1.15/3.39)K值稳定性控制途径：激光波长谐振腔周长280mm～0.010/h～5×10-6120mm～0.10/h～3×10-4自锁(L

2、ockin)误差自锁区：-ωL～ωL典型值：3600/h激光陀螺自锁原因及对策产生原因：反射镜反向散射顺时光束A的反向散射A’A’和逆时光束B耦合牵引（B与A’频率趋同）类似，A与B’也频率趋同A与B频率趋同，无频差输出克服自锁的途径：正面：尽力减小自锁区（提高光学元件质量和气体纯度）间接途径：偏频加偏置ω0，工作点移出自锁区激光陀螺机械抖动偏频机械恒定偏频：使激光陀螺绕输入轴相对基座以足够大的ω0恒速旋转缺点：陀螺体积重量增大，ω0难控机械抖动偏频：采用高频角振动(MechanicalDithering)谐振腔按曲线1的相对

3、基座振动当基座相对惯性空间无转动时，谐振腔按曲线1相对惯性空间振动输出频差均值为零当基座以ωA相对惯性空间旋转谐振腔按曲线2相对惯性空间振动正半周输出频差平均值大于负半周陀螺输出频差均值不为零输出均值能够反映ωA的大小和方向激光陀螺磁镜偏频引入机械抖动后的输入输出曲线机抖偏频是目前最成熟的偏频方案，尤其适用三轴整体式的激光陀螺磁镜(MagneticMirror)偏频：横向克尔磁光效应对称入射的线偏振光施加垂直于入射面的横向磁场产生相位差或光程差把激光陀螺的一个反射镜做成磁镜磁场周期性变化，产生周期性偏频光纤陀螺Sagnac干涉

4、仪的改进环路Sagnac干涉仪，光路分析：当干涉仪相对惯性空间无转动两束光绕行一周的光程相等绕行时间当干涉仪绕法向轴以ω转动，则两束光出现光程差对于a束光并且光纤陀螺原理公式求解La得到类似地，对于光束b两束光之间的光程差两束光之间的相位差对于N匝光纤环的情况K称光纤陀螺标度因数在光纤线圈半径一定的情况下，可通过增加线圈的匝数提高测量的灵敏度直径10cm可绕500～2500m光纤陀螺相位偏置光纤陀螺原理图，光路分析：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

5、检测器输出电流改变在Δφ=0附近灵敏度最低。对策：增加相位偏置(PhaseBiasing)，工作点移至π/2处光纤陀螺交流相位偏置固定相位偏置：幅值难控交流相位偏置：交变幅值π/2当输入相移Δφ=0，检测器的输出情况（如上）当输入相移Δφ≠0，检测器的输出情况如下I均值的改变量与Δφ成正弦Δφ正负由一次谐波相位判断相位调制、相位调制器（PM）光纤陀螺开环干涉型PM相位调制器PSD相敏解调器工作原理：LR光源被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

6、，输出电流经过相敏解调器PSD解调得到直流分量（正比于Δφ）开环干涉型缺点：存在明显非线性测量范围较小精度较低光纤陀螺闭环干涉型引入伺服放大器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ΔθΔθ和ω产生的相移Δφ抵消解调器输出被控制在零位附近PT产生的相移Δθ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。光纤陀螺闭环谐振型来自LR的激光经分束器SL分离，从两端进入光纤线圈（谐振器）光纤陀螺绕输入轴旋转时，两束光的

7、谐振频率改变，频差由两组光检测器和相敏解调器测量，与输入角速度成正比