光纤陀螺综述.pdf

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1、光纤与电缆及其应用技术2005年第6期OpticaiFiber&EiectricCabieNo.62005###############################################################!!!"!"!"综述!!!"光纤陀螺综述陈塞崎，袁冬莉，闫建国，贾伟，周健（西北工业大学自动化学院，西安710072）［摘要］综述了光纤陀螺的基本原理，主要特点，分类情况及关键技术。阐述了国内外发展现状，同时对今后的发展趋势作了预测。［关键词］光纤陀螺；相位差；光纤［中图

2、分类号］TN253［文献标识码］A［文章编号］1006-1908（2005）06-0004-04AnOverviewofFiber-OpticGyroscopesCHENSai-gi，YUANDong-ii，YANJian-guo，JIAWei，ZHOUJian（CollegeofAutomation，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China）Abstract：Theprincipie，characteristics，ciassifi

3、cationandkeytechnoiogiesoffiber-opticgyroscopesaresummarized.Thedeveiopmentoffiber-opticgyroscopesathomeandabroadisexpatiated，atthesametimethetrendofthemispredicted.Keywords：fiber-opticgyroscope（FOG）；phasedifference；opticaifiber易于采用集成光路技术，信号稳定可靠，且可直接用0

4、前言数字输出，并与计算机接口联接；6）具有较宽的动1976年，美国Utah大学的Vaii和R.W.态范围；7）可与环形激光陀螺一起使用，构成各种Shorthiii成功地制作了第一个光纤陀螺（FOG）。它惯导系统的传感器，尤其是捷联式惯导系统的传感标志着第二代光学陀螺———光纤陀螺的诞生（第一器；8）结构简单、价格低、体积小、质量小。代光学陀螺为激光陀螺）。光纤陀螺一问世就以其1光纤陀螺的基本原理明显的优点，结构的灵活性以及诱人的前景，引起了世界上许多国家大学和科研机构的普遍重视，二十不管什么类型的光

5、纤陀螺，其基本原理都是多年来获得了很大的进展。通过科研工作者们的努Sagnac效应，只是各研究者所采用的相位解调方式力，许多关键技术问题已经得到解决，灵敏度也比原不同，或者对光纤陀螺的噪声补偿方法不同而已。来提高了4个数量级，并且角速度的测量精度已从为叙述简单，以干涉型光纤陀螺为例，其基本光路系最初的15/h提高到了现在0.001/h的量级。统如图1所示。与机电陀螺或激光陀螺相比，FOG具有如下显著特点：1）零部件少、无运动部件、仪器牢固稳定、具有较强的耐冲击和抗加速运动的能力；2）光纤线圈增长了激

6、光束的检测光路，使检测灵敏度和分辨率比激光陀螺提高了好几个数量级，从而有效地克服了激光陀螺的闭锁问题；3）无机械传动部件，不存在磨损问题，因而具有较长的使用寿命；4）相干光束的传播时间极短，因而原理上可瞬间启动；5）图1光纤陀螺的原理结构示意图［收稿日期］2005-04-18来自光源的光束通过分束器分成了两束光，这［作者简介］陈塞崎（1981-），男，陕西延安人，西北工业大学自动化学院硕士研究生.两束光分别从光纤线圈（光纤缠绕在半径为!的环［作者地址］西安市劳动南路88号旺园学生公寓3-1601，上

7、）两端耦合进入光纤传感线圈并反向传输。从光710068陈塞崎等：光纤陀螺综述·5·纤线圈两端出来的两束光，通过合束器后又重新复非互易相移，是一种较精密且复杂的FOG，主要用于合，并产生干涉。如果光纤线圈处在静止状态，从光中等精度的惯导系统。纤线圈两端出来的两束光的相位差为零。如果光纤线圈以角速度!旋转，这两束光会由于Sagnac效应而产生相位差：8"!SN!"=（l）#0c式中S为光路所包围的面积，对于光纤线圈而言S2="R；N为光纤匝数；#0为光波长；c为真空中的光速。通过相位解调提取!"，可利用

8、上式求出!。2光纤陀螺的分类就原理与结构而言，可以将光纤陀螺分为干涉型光纤陀螺、谐振腔光纤陀螺、布里渊光纤陀螺、锁模光纤陀螺及Fabry-perot（法-珀）光纤陀螺等五种；就其结构而言也可分为开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺两类；从相位解调方式来看，还可分为相位差偏置式光纤陀螺、光外差式光纤陀螺及延时调制式光纤陀螺。下面就工程上大量应用的干涉型光纤陀螺（I-FOG），以及目前还处于实验室研究阶段但前景十分光明的谐振腔光纤陀螺（R-FOG）作一简单介绍。2.1I-FOGI-