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光纖陀螺的根本原理及在導(dǎo)航中的應(yīng)用陳傳廷1135016 應(yīng)用物理·薩格奈克效應(yīng)·光纖陀螺的原理及特點·光纖陀螺的指標·光纖陀螺在導(dǎo)航中的應(yīng)用薩格奈克效應(yīng)1913年，薩格奈克論證了運用無運動部件的光學(xué)系統(tǒng)同樣能夠檢測相對慣性空間的旋轉(zhuǎn)。他采用了一個環(huán)形干預(yù)儀，并證實在兩個反向傳播光路中，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個相位差。理想條件下，環(huán)形光路系統(tǒng)中的Sagnac效應(yīng)如圖1所示。一束光經(jīng)分束器M進入同一光學(xué)回路中，分成完全相同的兩束光CCW和CCCW，分別沿順時針方向(CW)和逆時針方向(CCW)相向傳播，當(dāng)回路繞垂直于自身的軸轉(zhuǎn)動時，將使兩束光產(chǎn)生相位差，該相位差的大小與光回路的旋轉(zhuǎn)速率成比例。圖1理想環(huán)形光路系統(tǒng)中的Sagnac效應(yīng)(a)系統(tǒng)靜止；(b)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)如(a)所示，無旋轉(zhuǎn)條件下，兩束光傳輸時間相等，為

如(b)所示，旋轉(zhuǎn)條件下圖1理想環(huán)形光路系統(tǒng)中的Sagnac效應(yīng)(a)系統(tǒng)靜止；(b)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)傳輸時間差傳輸光程差傳輸相位差如何檢測相位差？利用光的干預(yù)：振動頻率相同、方向相同、相位差恒定通過檢測光強來檢測相位差，進而檢測轉(zhuǎn)動角速率。問題：旋轉(zhuǎn)角速率產(chǎn)生的光程差太小，很難被檢測。光纖陀螺實物圖光纖陀螺根本原理及特點光纖陀螺根本原理及特點光纖陀螺優(yōu)點與傳統(tǒng)機電陀螺相比，光纖陀螺無運動部件和磨損部件，為全固態(tài)儀表，本錢低，壽命長，重量輕，體積小，動態(tài)范圍大，精度應(yīng)用覆蓋面廣，抗電磁干擾，無加速度引起的漂移，結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活，生產(chǎn)工藝簡單，應(yīng)用范圍廣。與激光陀螺相比，光纖陀螺無需幾千伏的點火電壓，無克服“自鎖〞用的機械抖動裝置，無超高精度的光學(xué)加工，不必非常嚴格的氣體密封，裝配工藝簡便，功耗低，可靠性高?？傊饫w陀螺是一種結(jié)構(gòu)簡單，潛在本錢低，潛在精度最高的新型全固態(tài)慣性器件。

光纖陀螺應(yīng)用級別劃分級別零偏穩(wěn)定性(度/小時)標度因數(shù)穩(wěn)定性速率級10~10000.1~1%戰(zhàn)術(shù)級0.1~1010~1000ppm慣性級0.01<5ppm戰(zhàn)略級0.001<1ppm

光纖陀螺研制和指標光纖陀螺應(yīng)用級別劃分 速率級光纖陀螺已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，主要應(yīng)用于機器人、地下建造隧道、管道路徑勘測裝置和汽車導(dǎo)航等對精度要求不高的場合。日本、法國等國家研制、生產(chǎn)的這種精度的陀螺儀，已大批量應(yīng)用到民用領(lǐng)域。戰(zhàn)術(shù)級光纖陀螺具有壽命長、可靠性高和本錢低等優(yōu)點，主要用于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、近程/中程導(dǎo)彈和商用飛機的姿態(tài)對準參考系統(tǒng)中。慣性級、戰(zhàn)略級光纖陀螺主要是用于空間定位和潛艇導(dǎo)航，其開發(fā)和研制正逐步走向成熟，美國有關(guān)公司和研究機構(gòu)是研制、生產(chǎn)該級別光纖陀螺的佼佼者，如Honeywell、Northrop等公司。

光纖陀螺研制和指標

國外光纖陀螺開展及應(yīng)用國外中低精度的光纖陀螺已經(jīng)產(chǎn)品化，被廣泛用于航空、航天、航海、武器系統(tǒng)和其它工業(yè)領(lǐng)域中。世界上研制光纖陀螺的單位已有40多家，包括美國霍尼韋爾(Honeywell)、利頓(Litton)、史密斯(Smith)、諾思假設(shè)普(Northrops)、聯(lián)信(AliedSignal)等，日本日本航空電子工業(yè)(JAE)，日本三菱(Mitsubishi)公司，日立公司，德國利鐵夫(LITEF)公司，法國法國光子〔IXSEA〕公司世界著名的慣導(dǎo)公司，精度范圍覆蓋了從戰(zhàn)術(shù)級到慣性級、戰(zhàn)略(精密)級的各種應(yīng)用。

光纖陀螺研制和指標

光纖陀螺應(yīng)用領(lǐng)域l

戰(zhàn)略導(dǎo)彈系統(tǒng)和潛艇導(dǎo)航應(yīng)用；l

衛(wèi)星定向和跟蹤；l

天體觀測望遠鏡的穩(wěn)定和調(diào)向；l

各種運載火箭應(yīng)用；l

艦船、巡航導(dǎo)彈和軍、民用飛機的慣性導(dǎo)航；l

光學(xué)羅盤及高精度尋北系統(tǒng)；l

戰(zhàn)術(shù)武器制導(dǎo)與控制系統(tǒng)；l

陸地導(dǎo)航系統(tǒng)(+GPS)；l

姿態(tài)／航向基準系統(tǒng)；