光纤陀螺仪
时间:2025-03-21
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光纤陀螺仪是光纤角速度传感器，是各种光纤传感器中最有前景的一种。光纤陀螺仪与环形激光陀螺仪一样，具有无机械运动部件、无预热时间、加速度不灵敏、动态范围宽、数字输出、体积小等优点。此外，光纤陀螺仪还克服了环形激光陀螺仪的致命缺点，如高成本和阻塞现象。因此，光纤陀螺仪受到许多国家的重视。西欧已经小批量生产了低精度民用光纤陀螺仪。据估计，1994年，光纤陀螺仪在美国陀螺仪市场的销售额将达到49%，电缆陀螺仪将位居第二（占销售额的35%）。
光纤陀螺仪的工作原理基于萨格纳克效应。萨格纳克效应是光在相对于惯性空间旋转的闭环光路中传播的一般相关效应，也就是说，从同一光源发出的具有相同特性的两束光在同一封闭光路中沿相反方向传播。最后合并到同一个检测点。
如果相对于围绕垂直于封闭光路平面的轴的惯性空间存在旋转角速度，则光束在正向和反向方向上行进的光路不同，从而产生光路差，并且光路差与旋转角速度成正比。因此，只要已知光程差和相应的相位差信息，就可以获得旋转角速度。
与机电陀螺仪或激光陀螺仪相比，光纤陀螺仪具有以下特点：
1） 零件少，仪器坚固稳定，抗冲击和加速度能力强；
（2） 盘绕光纤更长，比激光陀螺仪的检测灵敏度和分辨率提高了几个数量级；
（3） 没有机械传动部件，也没有磨损问题，因此使用寿命长；
（4） 易于采用集成光路技术，信号稳定，可直接用于数字输出并与计算机接口连接；
（5） 通过改变光纤的长度或线圈中光的循环传播次数，可以实现不同的精度，并可以实现宽的动态范围；
（6） 相干光束的传播时间较短，因此原则上可以在不预热的情况下立即启动；
（7） 它可以与环形激光陀螺仪一起使用，形成各种惯性导航系统的传感器，特别是捷联惯性导航系统传感器；
（8） 结构简单，价格低廉，体积小，重量轻。
分类
根据工作原理：
干涉型光纤陀螺仪（I-FOG）是第一代光纤陀螺仪，目前应用最广泛。它使用多匝光纤线圈来增强SAGNAC效应。由多匝单模光纤线圈组成的双光束环形干涉仪可以提供更高的精度，但不可避免地会使整体结构更加复杂；
共振光纤陀螺仪（R-FOG）是第二代光纤陀螺仪。它使用环形谐振器来增强SAGNAC效应，并使用循环传播来提高精度。
因此，它可以使用较短的纤维。R-FOG需要使用强相干光源来增强谐振腔的谐振效果，但强相干光源也带来了许多寄生效应。如何消除这些寄生效应是目前的主要技术障碍。
第三代受激布里渊散射光纤陀螺（B-FOG）是对前两代光纤陀螺的改进，目前仍处于理论研究阶段。
根据光学系统的组成：集成光学型和全光纤型光纤陀螺。
根据结构：单轴和多轴光纤陀螺仪。
按回路类型：开环光纤陀螺仪和闭环光纤陀螺仪。
自1976年推出以来，光纤陀螺仪得到了极大的发展。然而，光纤陀螺仍然存在一系列技术问题，这些问题影响了光纤陀螺的精度和稳定性，从而限制了其广泛的应用范围。主要包括：
（1） 温度瞬变的影响。理论上，环形干涉仪中的两条反向传播光路长度相等，但只有当系统不随时间变化时，这才是严格正确的。实验表明，相位误差和转速测量值的漂移与温度的时间导数成正比。这是非常有害的，尤其是在热身期间。
（2） 振动的影响。振动也会影响测量。必须使用适当的包装，以确保线圈具有良好的坚固性。内部机械设计必须非常合理，以防止共振。
（3） 极化的影响。如今，使用最广泛的单模光纤是双偏振模光纤。光纤的双折射会产生寄生相位差，因此需要偏振滤波。去极化光纤可以抑制偏振，但会导致成本增加。
（3） 极化的影响。如今，使用最广泛的单模光纤是双偏振模光纤。光纤的双折射会产生寄生相位差，因此需要偏振滤波。去极化光纤可以抑制偏振，但会导致成本增加。
为了提高顶部的性能。已经提出了各种解决方案。包括光纤陀螺元件的改进，以及信号处理方法的改进。
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