激光陀螺原理工藝課件

1、光學(xué)陀螺概述1,機械陀螺：轉(zhuǎn)子和振動陀螺,激光陀螺：針對捷聯(lián)慣導(dǎo)需求 基本原理：Sagnac效應(yīng)，工作物質(zhì)是激光束，全固態(tài)陀螺 優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、動態(tài)范圍寬、啟動快、反應(yīng)快、過載大、可靠性高、數(shù)字輸出 發(fā)展 1960 激光器出現(xiàn) 1963 Sperry 制成首臺樣機 1970s中 精度突破，達慣性級 1980s 初開始應(yīng)用于各個領(lǐng)域,早期研制的機構(gòu) Honeywell：三角諧振腔，機械抖動偏頻 Litton：四邊形諧振腔，機械抖動偏頻 Sperry：三角諧振腔，磁鏡偏頻 國內(nèi)研制、應(yīng)用狀況 1970s中后期 開始研制， 1990前后 進入實用 1990s中后期 應(yīng)用達到高峰 面臨問題

2、成本較高、體積偏大、不能完全適應(yīng)捷聯(lián)系統(tǒng)的要求,1,激光陀螺原理工藝,光學(xué)陀螺概述2,光纖陀螺儀：適應(yīng)捷聯(lián)系統(tǒng)需求,基本原理：同激光陀螺，只是用外部激光源，用光導(dǎo)纖維傳播。 優(yōu)點：成本低、體積小重量輕。 發(fā)展： 1970s 光纖技術(shù)發(fā)展 1976 年猶它大學(xué)瓦里設(shè)想和演示 1978 麥道研制出第一個實用產(chǎn)品 1980s后，Littion，Honeywell，Draper 等公司以及英、法、德、日、蘇等國也展開了研制,國內(nèi) 1980s初，原理研究、試驗（少數(shù)大學(xué)） 1980s末，實質(zhì)性研制 2000s，進入實用階段 精度： 國外 0.001 0/h 國內(nèi) 0.01 0/h,2,激光陀螺原理工藝,

3、Sagnac干涉儀 光路,Sagnac 干涉 測量的基礎(chǔ),提出：由 Sagnac 于 1913年,Sagnac 干涉儀 光路傳播 當(dāng)干涉儀相對慣性空間無轉(zhuǎn)動，則 A、B 兩路光程 La = Lb = L,當(dāng)干涉儀以相對慣性空間旋轉(zhuǎn)，則會引起兩路光程不等。 推導(dǎo)光程差 分離點的切向線速度,v 在分束點兩側(cè)光路的投影都為,光束 a 逆行一周，回到分束點時多走了一段光程,另有,3,激光陀螺原理工藝,Sagnac干涉儀 光程差,求解方程組，得到,類似，對光束 b，可求得,兩束光回到分束點時光程差,因 c 遠大于 L，上式近似為,光程差與輸入角速度成正比該結(jié)論對其它形狀的環(huán)路也成立。 邁克爾遜實驗： 矩

4、形面積 A = 600300 m2 光源波長= 0.7m 計算得： L=0.175m，即 / 4 干涉條紋只移動了 1/ 4 條紋間距 如果用來測量 0.015 0/h 的角速度，測量精度無法保證,4,激光陀螺原理工藝,激光陀螺 結(jié)構(gòu),激光陀螺相對干涉儀的改進 無源諧振腔激光諧振腔 測量光程差諧振頻率差,諧振腔(Resonating Cavity)結(jié)構(gòu)： 激光管(光源) + 反射鏡(光路) 激光管 = 氦氖氣體 + 端面鏡片 諧振腔結(jié)構(gòu)及原理 介質(zhì)受激從基態(tài)到高能態(tài)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布 光通過激活物質(zhì)獲得增益環(huán)形腔獲得足夠大的增益 反射膜厚度/ 4 獲得所需波長 選擇環(huán)路周長形成同相駐波 端面鏡片獲

5、得偏振光,5,激光陀螺原理工藝,設(shè)激光環(huán)繞一周光程 L，是波長的整數(shù)倍 q，即 = L / q 激光頻率為 Vq，則 Vq= c 故 Vq = cq / L,當(dāng)諧振腔以繞法線旋轉(zhuǎn) Va = cq / La Vb = cq / Lb 兩束激光的頻差,激光頻差正比于輸入角速度 干涉條紋以一定的速度移動,激光陀螺 頻差產(chǎn)生,6,激光陀螺原理工藝,激光陀螺 頻差測量,例：三角諧振腔邊長=111.76mm,激光波長= 0.6328m,用來測地球轉(zhuǎn)動角速度,7,激光陀螺原理工藝,激光陀螺 結(jié)構(gòu)工藝,激光介質(zhì)：氦氖氣體（頻譜純度高、反向散射小,腔體材料：熔凝石英、陶瓷,腔體尺寸：周長200450mm,諧振腔形狀：三角、四邊 （優(yōu)缺點： K = 4A / L,裝配組合：分離、整體式,整體式激光陀螺介紹 諧振腔和光路 反射鏡（反射膜、凹面、半透） 氦氖氣體 陰陽電極：雙陽極 控制回路：凹鏡、激勵電壓,8,激光陀螺原理工藝,激光陀螺 三軸整體,三軸整體式：適應(yīng)捷聯(lián)系統(tǒng)， 集三個諧振腔于一塊材料,兩種三軸整體式光路方案 1. 三角形方案（9反射鏡,2.四邊形方案（6反射鏡） 優(yōu)點：體積小重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好（第二代技術(shù),工藝改進對陀螺性能