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光纖陀�
閱讀�9869�(shí)間:2010-12-13 00:13:35

光纖陀螺是基于光纖通信和集成光�(xué)�(fā)展而來(lái)的一種新型現(xiàn)�陀螺儀,常用來(lái)�(cè)量物體相�(duì)于慣性空間的角速度或轉(zhuǎn)�(dòng)角度的無(wú)自轉(zhuǎn)�(zhì)量。光纖陀螺在�(dāng)今的慣性傳感器�(lǐng)域有著特殊的重要意義,國(guó)�(nèi)外都將光纖陀螺及其構(gòu)成的�(dǎo)航系�(tǒng)作為慣性技�(shù)�(lǐng)域的主攻方向�

�(fā)展歷�

  �(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定�(yùn)�(dòng)物體的方位的儀器,它是�(xiàn)代航�,航�,航天和�(guó)防工�(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀�,它的發(fā)展對(duì)一�(gè)�(guó)家的工業(yè),國(guó)防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的�(zhàn)略意�。傳�(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指�(jī)械式的陀螺儀,機(jī)械式的陀螺儀�(duì)工藝�(jié)�(gòu)的要求很�,結(jié)�(gòu)�(fù)�,它的精度受到了很多方面的制約。自從上�(gè)世紀(jì)七十年代以來(lái),現(xiàn)代陀螺儀的發(fā)展已�(jīng)�(jìn)入了一�(gè)全新的階段�1976年Vali等提出了�(xiàn)代光纖陀螺儀的基本設(shè)想,到八十年代以�,現(xiàn)代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的�(fā)�,與此同�(shí)激光諧振陀螺儀也有了很大的�(fā)�。由于光纖陀螺儀具有�(jié)�(gòu)緊湊,靈敏度�,工作可靠等等優(yōu)�(diǎn),所以目前光纖陀螺儀在很多的�(lǐng)域已�(jīng)完全取代了機(jī)械式的傳�(tǒng)的陀螺儀,成為現(xiàn)代導(dǎo)航儀器中的關(guān)鍵部�。和光纖陀螺儀同時(shí)�(fā)展的除了�(huán)式激光陀螺儀外,還有�(xiàn)代集成式的振�(dòng)陀螺儀,集成式的振�(dòng)陀螺儀具有更高的集成度,體積更小,也是�(xiàn)代陀螺儀的一�(gè)重要的發(fā)展方向�

基本原理

  光纖陀螺包括干涉式陀螺儀和諧振式陀螺儀兩種,它們都是根�(jù)塞格尼克的理論發(fā)展起�(lái)的�

  塞格尼克理論的要�(diǎn)是這樣的:�(dāng)光束在一�(gè)�(huán)形的通道中前�(jìn)�(shí),如果環(huán)形通道本身具有一�(gè)�(zhuǎn)�(dòng)速度,那么光線沿著通道�(zhuǎn)�(dòng)的方向前�(jìn)所需要的�(shí)間要比沿著這�(gè)通道�(zhuǎn)�(dòng)相反的方向前�(jìn)所需要的�(shí)間要�。也就是�(shuō)�(dāng)光學(xué)�(huán)路轉(zhuǎn)�(dòng)�(shí),在不同的前�(jìn)方向�,光�(xué)�(huán)路的光程相對(duì)于環(huán)路在靜止�(shí)的光程都�(huì)�(chǎn)生變化�

  利用這種光程的變�,如果使不同方向上前�(jìn)的光之間�(chǎn)生干涉來(lái)�(cè)量環(huán)路的�(zhuǎn)�(dòng)速度,這樣就可以制造出干涉式光纖陀螺儀,如果利用這種�(huán)路光程的變化�(lái)�(shí)�(xiàn)在環(huán)路中不斷循環(huán)的光之間的干�,也就是通過(guò)�(diào)整光纖環(huán)路的光的諧振頻率�(jìn)而測(cè)量環(huán)路的�(zhuǎn)�(dòng)速度,就可以制造出諧振式的光纖陀螺儀�

  從這�(gè)�(jiǎn)單的介紹可以看出,干涉式陀螺儀在實(shí)�(xiàn)干涉�(shí)的光程差�,所以它所要求的光源可以有較大的頻譜寬�,而諧振式的陀螺儀在實(shí)�(xiàn)干涉�(shí),它的光程差較大,所以它所要求的光源必須有很好的單色��

  光纖陀螺儀具有很高的精度和靈敏�?,F(xiàn)在光纖陀螺儀已經(jīng)�(dá)�0.01�/hr�

�(shè)�(jì)原則

  1 采用相干�(zhǎng)度短的寬帶光�

  2 在干涉儀的公共輸�-輸出端口采用單模、單偏振互易�(jié)�(gòu)

  3 采用�(dòng)�(tài)位相偏置�(diào)制解�(diào)方案,保證信�(hào)的檢�(cè)精度

  4 采用全數(shù)字信�(hào)處理技�(shù)�(jìn)行信�(hào)檢測(cè),消除電路漂移并提供�(shù)字輸��

特點(diǎn)及應(yīng)�

  1 具有很大的設(shè)�(jì)靈活性,可以滿足各種不同的應(yīng)用需�

  2 全固�(tài)�(jié)�(gòu),可靠性高,是真正靜音的陀�

  光纖陀螺經(jīng)�(guò)近三十年的研究歷�,技�(shù)已經(jīng)成熟并且具有一定的批量生產(chǎn)力,已在地面車輛定位定向、導(dǎo)�、穩(wěn)像穩(wěn)瞄等�(chǎng)合應(yīng)�,并具備�(wèi)星應(yīng)用的條件,充分發(fā)揮了其質(zhì)量輕、體積小、成本低、精度高、可靠性高等優(yōu)�(shì),已�(jīng)逐步取代其他類型的陀��

     光纖陀螺自1976年問(wèn)世以�(lái),得到了極大的發(fā)�。但�,光纖陀螺在技�(shù)上還存在一系列�(wèn)�,這些�(wèn)題影響了光纖陀螺的精度和穩(wěn)定�,�(jìn)而限制了其應(yīng)用的廣泛�。主要包括:
     (1)溫度瞬態(tài)的影響。理論上,環(huán)形干涉儀中的兩�(gè)反向傳播光路是等�(zhǎng)�,但是這僅在系�(tǒng)不隨�(shí)間變化時(shí)才嚴(yán)格成�。實(shí)�(yàn)證明,相位誤差以及旋�(zhuǎn)速率�(cè)量值的漂移與溫度的�(shí)間導(dǎo)�(shù)成正比.這是十分有害�,特別是在預(yù)熱期��
     (2)振動(dòng)的影�。振�(dòng)也會(huì)�(duì)�(cè)量產(chǎn)生影�,必須采用適�(dāng)?shù)姆庋b以確保線圈良好的�(jiān)固�,內(nèi)部機(jī)械設(shè)�(jì)必須十分合理,防止產(chǎn)生共振現(xiàn)��
     (3)偏振的影�?,F(xiàn)在應(yīng)用比較多的單模光纖是一種雙偏振模式的光�,光纖的雙折射會(huì)�(chǎn)生一�(gè)寄生相位差,因此需要偏振濾�。消偏光纖可以抑制偏�,但是卻�(huì)�(dǎo)致成本的增加�
     為了提高陀螺的性能.人們提出了各種解決辦法。包括對(duì)光纖陀螺組成元器件的改�(jìn),以及用信號(hào)處理的方法的改�(jìn)等�

�(fā)展現(xiàn)狀

     光纖陀螺的�(fā)展是日新月異�。不僅是科學(xué)家熱心于此,許多大公司出于對(duì)其市�(chǎng)前景的看�,也紛紛加入到研究開�(fā)的行列中�(lái)。由于光纖陀螺在�(jī)�(dòng)載體和軍事領(lǐng)域的�(yīng)用甚為理�,因此各�(guó)的軍方都投入了巨大的�(cái)力和精力�
     目前一些發(fā)�(dá)�(guó)家如美、日、德、法、意、俄等在光纖陀螺的研究方面取得了較大�(jìn)�,一些中低精度的陀螺已�(jīng)�(shí)�(xiàn)了產(chǎn)品化,而少�(shù)高精度產(chǎn)品也開始在軍方�(jìn)行裝備調(diào)試�
     美國(guó)在光纖陀螺的研究方面一直保持地�。目前美�(guó)�(guó)�(nèi)已經(jīng)有多種型�(hào)的光纖陀螺投入使�。以斯坦福大�(xué)和麻省理工大�(xué)為代表的科研�(jī)�(gòu)在研究領(lǐng)域中不斷取得突破,而幾家研制光纖陀螺的大公司在陀螺研制和�(chǎn)品化方面也做得十分出�。最的Litton公司和Honeywell公司代表了國(guó)際上光纖陀螺的水平�
     日本緊隨美國(guó)之后,在中低精度陀螺實(shí)用化方面走在了世界前�。許多公司都開始批量生產(chǎn)多種中低精度的光纖陀螺�
     西歐幾�(gè)�(guó)家以及俄羅斯的代光纖陀螺也已經(jīng)投入生產(chǎn),少�(shù)�、高精度陀螺已�(jīng)裝備到了空軍、海軍及�(dǎo)彈部�(duì)中�
     我國(guó)光纖陀螺的研究相對(duì)起步較晚,但是在廣大科研工作者的努力�,已�(jīng)逐步拉近了與�(fā)�(dá)�(guó)家間的差�。航天工�(yè)總公司、上�803所、清華、浙�、北方交大、北航等單位相繼開展了光纖陀螺的研究�
     根據(jù)目前掌握的信息看,國(guó)�(nèi)的光纖陀螺研制精度已�(jīng)�(dá)到了慣導(dǎo)系統(tǒng)的中低精度要求,有些技�(shù)甚至�(dá)到了�(guó)外同類產(chǎn)品的水平。但是國(guó)�(nèi)的研究仍然大多停留在�(shí)�(yàn)室階�,沒有形成產(chǎn)�,距離應(yīng)用還有差距。所以我�?cè)谶@方面仍然有很�(zhǎng)的路要走�

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