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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(diǎn)·光纖陀螺的指標(biāo)·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(yùn)用無運(yùn)動(dòng)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(gè)環(huán)形干預(yù)儀，并證實(shí)在兩個(gè)反向傳播光路中，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)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(jìn)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(shí)針方向(CW)和逆時(shí)針方向(CCW)相向傳播，當(dāng)回路繞垂直于自身的軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(shí)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(shí)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(dòng)頻率相同、方向相同、相位差恒定通過檢測光強(qiáng)來檢測相位差，進(jìn)而檢測轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)物圖光纖陀螺根本原理及特點(diǎn)光纖陀螺根本原理及特點(diǎn)光纖陀螺優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)機(jī)電陀螺相比，光纖陀螺無運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(jì)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(diǎn)火電壓，無克服“自鎖〞用的機(jī)械抖動(dòng)裝置，無超高精度的光學(xué)加工，不必非常嚴(yán)格的氣體密封，裝配工藝簡便，功耗低，可靠性高?？傊?，光纖陀螺是一種結(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(jí)別劃分級(jí)別零偏穩(wěn)定性(度/小時(shí))標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性速率級(jí)10~10000.1~1%戰(zhàn)術(shù)級(jí)0.1~1010~1000ppm慣性級(jí)0.01<5ppm戰(zhàn)略級(jí)0.001<1ppm

光纖陀螺研制和指標(biāo)光纖陀螺應(yīng)用級(jí)別劃分 速率級(jí)光纖陀螺已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，主要應(yīng)用于機(jī)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(jí)光纖陀螺具有壽命長、可靠性高和本錢低等優(yōu)點(diǎn)，主要用于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、近程/中程導(dǎo)彈和商用飛機(jī)的姿態(tài)對準(zhǔn)參考系統(tǒng)中。慣性級(jí)、戰(zhàn)略級(jí)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(jī)構(gòu)是研制、生產(chǎn)該級(jí)別光纖陀螺的佼佼者，如Honeywell、Northrop等公司。

光纖陀螺研制和指標(biāo)

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(jí)到慣性級(jí)、戰(zhàn)略(精密)級(jí)的各種應(yīng)用。

光纖陀螺研制和指標(biāo)

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(yuǎn)鏡的穩(wěn)定和調(diào)向；l

各種運(yùn)載火箭應(yīng)用；l

艦船、巡航導(dǎo)彈和軍、民用飛機(jī)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(zhǔn)系統(tǒng)；