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1、光学陀螺仪_PPT课件旋转质量和振动陀螺是以牛顿运动定律为基础的机电式惯性器件，其基本特性在于运动物体在惯性空间中的动量守恒。光学角速度敏感器是以光的惯性特性为基础的另一类角速度敏感器光学角速度敏感器-----光学陀螺仪§4.1光学角速度敏感器的一般原理8/2/20212光学陀螺谐振型（频率式）光学陀螺干涉型（相位式）光学陀螺干涉式多匝光纤陀螺连续波运转调制方式运转有源谐振腔型光学陀螺无源谐振腔型光学陀螺四频差动激光陀螺二频差动激光陀螺§4.1光学角速度敏感器的一般原理一分类8/2/20213二基本原理---环形谐振腔及其频差§4.1光学角速度敏

2、感器的一般原理8/2/20219正反向行波间的频差其中：：比例因子§4.1光学角速度敏感器的一般原理二基本原理---环形谐振腔及其频差8/2/202110正、反向行波频差的时间积分：可以用光学拍频的方法检测频差和脉冲数，求得每一瞬时的转速和转动角度二基本原理---环形谐振腔及其频差§4.1光学角速度敏感器的一般原理8/2/202111§4.2环形激光陀螺仪目前在惯性技术领域已获得卓有成效实际应用的非机电式高精度惯性敏感仪表，作为一种光电式惯性敏感器，它无需机电式陀螺所必需的高速转子，性能优势明显。特别适用于捷联式惯性导航系统。与传统的机电式陀螺及

3、其它类型的陀螺相比，具有突出优点和性能特征：性能稳定，抗干扰能力强，精度较高，动态范围宽。无高速转动部件，寿命长,可靠性好，启动迅速，不需恒温。既是速率陀螺又是积分陀螺，成本较低。一性能特征与基本组成8/2/202112实际上，当输入角速度较小时，输出特性将偏离直线，当输入角速度小于某一临界值时输出拍频信号为零。这时，激光陀螺对输入角速度无反应，输出信号被闭锁。一性能特征与基本组成§4.2环形激光陀螺仪8/2/202113§4.2环形激光陀螺仪环形激光陀螺是以双向行波激光器为核心的量子光学仪表。依靠环形行波激光器内双向行波间的谐振频差来测量载体相

4、对惯性空间的角速度。一性能特征与基本组成由环形激光器、偏频组件、程长控制组件、信号读出系统、逻辑电路、电源组件及安装结构和电磁屏蔽罩等组成。8/2/202114§4.2环形激光陀螺仪激光陀螺的核心部件，由它形成的正反向行波激光振荡是激光陀螺实现转速测量的基础。决定激光陀螺的性能，所有激光器中，只有环形行波激光器才可能由Sagnac效应产生出反映角速度的差频信号。二环形激光器环形激光器必须满足一定的条件才能用于激光陀螺，并非所有的环形激光器都可以用于激光陀螺。8/2/202115§4.2环形激光陀螺仪环形激光器是由三面或四面以上的反射镜构成的环形行

5、波谐振腔和置至于腔内的激光介质组成的一种激光器。反射镜的几何位置保证行波模在环形腔内能自洽运行，其反射率提供行波振荡所需的正反馈，激光增益介质提供受激越迁以维持腔内的行波振荡光场。1．环形激光谐振腔稳定工作条件8/2/202116§4.2环形激光陀螺仪激光陀螺的增益介质的小信号增益系数相当小，有效增益长度较短，因此只有用稳定谐振腔（简称稳定腔）方能稳定运转。激光陀螺标度因数的稳定需采用主动稳频方法稳定谐振腔光程长。为此，通常也必须采用稳定腔。所谓稳定腔是指能保持一个以上模式的光线在该腔内经过无数次周而复始的运行后也不偏离腔体轴线而横向逸出的光学谐

6、振腔。1．环形激光谐振腔稳定工作条件M3M1M2M2M2M1M1M3M38/2/202117§4.2环形激光陀螺仪（1）必须在环形激光器内维持相向行波模对2．用于激光陀螺的环形激光器应满足的条件（2）相向行波模对应以单横模和单纵模运转（3）环形激光器的工作波长应有利于光电探测8/2/202118§4.2环形激光陀螺仪偏频就是给环形激光器输入一个特定的偏频量，以克服低转速条件下的闭锁效应。三环形激光陀螺仪的关键技术1．偏频技术机械小幅高频抖动交变偏频机械式大幅低频交变旋转速率偏频磁镜式高频磁光效应偏频四频差动偏频技术偏频方法主要有：8/2/2021

7、19§4.2环形激光陀螺仪三环形激光陀螺仪的关键技术1．偏频技术---机械小幅高频抖动交变偏频8/2/202120速率偏频通常是以恒定值的速率绕输入轴沿一个方向转动T/2的时间，再换一个方向转动半个周期，在每半个周期内，激光陀螺的偏置是一个恒量。速率偏频的量级为100°/s，换向周期10s，采用无刷直流力矩电机驱动，利用霍尔效应控制的电子开关进行换向。§4.2环形激光陀螺仪三环形激光陀螺仪的关键技术1．偏频技术---速率偏频8/2/202121由于磁光效应，反射镜的磁光介质反射膜层在外加横向磁场作用下，使入射的p偏振光反射后产生附加相位，而s光不

8、产生相移，磁场交变时产生的频差为：§4.2环形激光陀螺仪三环形激光陀螺仪的关键技术1．偏频技术---磁镜偏频8/2/202122在同一谐