激光陀螺原理工艺ppt课件.ppt

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1、光学陀螺概述1机械陀螺：转子和振动陀螺激光陀螺：针对捷联惯导需求基本原理：Sagnac效应，工作物质是激光束，全固态陀螺优点结构简单、性能稳定、动态范围宽、启动快、反应快、过载大、可靠性高、数字输出发展1960激光器出现1963Sperry制成首台样机1970s中精度突破，达惯性级1980s初开始应用于各个领域早期研制的机构Honeywell：三角谐振腔，机械抖动偏频Litton：四边形谐振腔，机械抖动偏频Sperry：三角谐振腔，磁镜偏频国内研制、应用状况1970s中后期开始研制，1990前后进入实用1990s中后期应用达到高峰面临问题成本较高、体积偏大、不能完全

2、适应捷联系统的要求1光学陀螺概述2光纤陀螺仪：适应捷联系统需求基本原理：同激光陀螺，只是用外部激光源，用光导纤维传播。优点：成本低、体积小重量轻。发展：1970s光纤技术发展1976年犹它大学瓦里设想和演示1978麦道研制出第一个实用产品1980s后，Littion，Honeywell，Draper等公司以及英、法、德、日、苏等国也展开了研制。国内1980s初，原理研究、试验（少数大学）1980s末，实质性研制2000s，进入实用阶段精度：国外0.0010/h国内0.010/h2Sagnac干涉仪光路Sagnac干涉测量的基础提出：由Sagnac于1913年Sagn

3、ac干涉仪光路传播当干涉仪相对惯性空间无转动，则A、B两路光程La=Lb=L当干涉仪以ω相对惯性空间旋转，则会引起两路光程不等。推导光程差分离点的切向线速度v在分束点两侧光路的投影都为光束a逆行一周，回到分束点时多走了一段光程另有3Sagnac干涉仪光程差求解方程组，得到类似，对光束b，可求得两束光回到分束点时光程差因c远大于Lω，上式近似为光程差与输入角速度成正比——该结论对其它形状的环路也成立。迈克尔逊实验：矩形面积A=600×300m2光源波长λ=0.7μm计算得：ΔL=0.175μm，即λ/4干涉条纹只移动了1/4条纹间距如果用来测量0.0150/h的角速度

4、，测量精度无法保证4激光陀螺结构激光陀螺相对干涉仪的改进无源谐振腔→激光谐振腔测量光程差→谐振频率差谐振腔(ResonatingCavity)结构：激光管(光源)+反射镜(光路)激光管=氦氖气体+端面镜片谐振腔结构及原理介质受激→从基态到高能态→粒子数反转分布光通过激活物质→获得增益→环形腔→获得足够大的增益反射膜厚度λ/4→获得所需波长选择环路周长→形成同相驻波端面镜片→获得偏振光5设激光环绕一周光程L，是波长λ的整数倍q，即λ=L/q激光频率为Vq，则Vq·λ=c故Vq=c·q/L当谐振腔以ω绕法线旋转Va=c·q/LaVb=c·q/Lb两束激光的频差：激光频差

5、正比于输入角速度干涉条纹以一定的速度移动激光陀螺频差产生6激光陀螺频差测量例：三角谐振腔边长=111.76mm激光波长λ=0.6328μm用来测地球转动角速度7激光陀螺结构工艺激光介质：氦氖气体（频谱纯度高、反向散射小）腔体材料：熔凝石英、陶瓷腔体尺寸：周长200～450mm谐振腔形状：三角、四边（优缺点：K=4A/Lλ）装配组合：分离、整体式整体式激光陀螺介绍谐振腔和光路反射镜（反射膜、凹面、半透）氦氖气体阴阳电极：双阳极控制回路：凹镜、激励电压8激光陀螺三轴整体三轴整体式：适应捷联系统，集三个谐振腔于一块材料两种三轴整体式光路方案1.三角形方案（9反射镜）2.四

6、边形方案（6反射镜）优点：体积小重量轻、结构简单、可靠性好（第二代技术）工艺改进对陀螺性能的影响：Cer-vit陶瓷取代石英，提高了稳定性并解决了氦气泄漏采用光胶和接触焊，避免了环氧树脂杂气对介质的污染。新的反射镜涂层工艺，解决了涂层变质问题9