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                2020年07月03日

                基本的光縴陀螺是以 Sagnac 效應為基本原理的一種傳感器。由于研究者所采用的相位解調方式不同,或者對光縴陀螺的噪聲補償方法各異,又或者是由于原理的不同,產生了各式各樣的光縴陀螺。

                來自光源的光束通過分束器分成了兩束光,這兩束光分別從光縴線圈(光縴纏繞在半徑為R的環上) 兩端耦合進入光縴傳感線圈並反向傳輸。從光縴線圈兩端出來的兩束光,通過合束器後又重新復合,並產生干涉。若光縴線圈處在靜止狀態,從光縴線圈兩端出來的兩束光的相位差為零。如果光縴線圈以角速度Ω旋轉,這兩束光會由于Sagnac效應而產生相位差︰

                其中,n為光縴匝數;λ為光波長;c為真空中的光速。通過相位解調提取Δφ,利用上式求出Ω。

                在近幾十年里,常用的陀螺儀包括框架陀螺、液浮陀螺和撓性陀螺這些含有轉子的機械陀螺,他們的工作都是基于轉動部件在高速旋轉時產生的大角慣量來測量角運動的。光縴陀螺憑借著其無與倫比的優勢開始漸漸佔領了傳統機械陀螺的應用領域。並隨著實踐的推移,精度也在不斷提高。


                主要的優勢︰

                無運動部件,使用壽命長;

                不受地球引力變化影響;

                全固化結構、抗沖擊能力強;

                工藝相對簡單,價格便宜;

                測量動態範圍大、無預熱時間、啟動時間短。

                 

                陀螺的應用領域主要是由陀螺零偏穩定性決定的。正是因為這些優點的存在, 光縴陀螺在今後相當長的一段時間內會成為陀螺市場上的主流產品。


                基于捷聯式慣導系統的光縴陀螺儀羅經其旋轉軸與船舶坐標系的三個軸相對應,它不僅可以作為高精度航向的信息源,實現自動找北、指北,而且還可以得出航向回轉速率、橫、縱搖角度和航向的旋轉速率等可靠數據,進一步推動船舶自動化發展、保證船舶的操縱效果和保證航行安全。


                在航天和空間應用方面一般都采用高精度的干涉型光縴陀螺(IFOG)。IFOG為主要慣性元件的捷聯慣導系統,可為飛機提供三維角速度、位置以及攻角和側滑角,實現火箭升空發射的跟蹤和測定,也可用于空間飛行器穩定、攝影/測繪、姿態測量控制、運動補償、導航及飛控等,其中高精度、可靠性高的光縴陀螺與GPS組合定姿已成為國內外航天器定姿系統的典型構型。 


                光縴陀螺可用于坦克、潛艇、自行火炮、裝甲突擊車的定位、定向和導航;在衛星導航在強電子干擾而無法獲得準確信息時保證飛行器自主導航、姿態控制、精確制導和準確命中目標。同時IFOG組件還是航空火力控制系統的重要組成部分,可用于武裝直升機等武器系統瞄準線和射擊線的穩定,保證武器在運動中進行搜索、瞄準、跟蹤和射擊。另外,光縴陀螺也是水下唯一有效的導航技術,可用于潛艇的定位、定向和導航。 


                在民用領域主要側重于中低精度光縴陀螺的應用,主要應用有︰自動導航、定位定向、對農用飛機姿態控制;在地下工程維護中,尋找損壞的電力線、管道和通信光(電)纜位置的定位工具和搶救工具;用于大地測量、礦物,石油勘采、隧道施工等的定位和路徑勘測等。

                目前光縴陀螺的發展方向主要有三個方面︰一是繼續提高陀螺精度,把零偏穩定性降低到0.001°/h~0.01°/h ,標度因數穩定性提高到優于10ppm。二是降低成本,技術上向集成光學方向發展,以利于批量生產, 提高可靠性和競爭力。三是提高工程化水平, 改善全溫範圍內的零偏穩定性和逐次啟動的零偏重復性。


                新聞中心


                探究光縴陀螺儀的應用優勢和發展前景

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