激光測量角加速度

1、激光測量角加速度光電14鄭斯元光纖陀螺光纖陀螺（FOG）： 一種以薩格納克（sagnac）效應(yīng)測量旋轉(zhuǎn)角速率的新型全固態(tài)慣性儀表 Sagnac效應(yīng)：將同一光源發(fā)出的一束光分解為兩束，讓它們在同一個(gè)環(huán)路內(nèi)沿相反方向循行一周后會合，然后在屏幕上產(chǎn)生干涉，當(dāng)在環(huán)路平面內(nèi)有旋轉(zhuǎn)角速度時(shí)，屏幕上的干涉條紋將會發(fā)生移動，這就是薩格納克效應(yīng)。注：FOG：FIBER OPTICAL GYROSCOPE光纖陀螺（FOG）干涉型光纖陀螺（I-FOG）諧振腔光纖陀螺（R-FOG）布里淵光纖陀螺（B-FOG）干涉型光纖陀螺 結(jié)構(gòu)及工作原理 注：SLD：光源 coupler：分束器 detector：探測器 fiber

2、 coil：單模光纖環(huán) 干涉型光纖陀螺的分類 按相位偏置方式l 相位差偏置方式l 光外差方式l 延時(shí)調(diào)制方式 檢測相位方式l 開環(huán)光學(xué)陀螺l 閉環(huán)光學(xué)陀螺 按光路組成l 消偏型光學(xué)陀螺l 保偏型光學(xué)陀螺l 集成光學(xué)型光學(xué)陀螺相位差偏置方式的光纖陀螺優(yōu)點(diǎn)是靈敏度提高，但是要求相位偏置非常穩(wěn)定，光源強(qiáng)度的微小變化會等效為相位的變化，不能滿足高精度的測量注：非互易性指電磁波在某物體中沿相反的兩個(gè)方向傳輸會呈現(xiàn)不同的電磁損耗、相位差等特性優(yōu)點(diǎn)是靈敏度是靜態(tài)相位的2倍，對光強(qiáng)的變化有較高的分辨率，缺點(diǎn)仍是要求對偏置點(diǎn)的穩(wěn)定，而且要求高共模抑制比注：共模抑制比：其定義為放大器對差模信號的電壓放大倍數(shù)Aud

3、與對共模信號的電壓放大倍數(shù)Auc之比，稱為共模抑制比差模信號：兩個(gè)大小相等、極性相反的一對信號稱為差模信號。共模信號：兩個(gè)大小相等、極性相同的一對信號稱為共模信號。光外差方式 通過聲光調(diào)制器來調(diào)制相向傳播的兩束光的頻率，以產(chǎn)生一個(gè)頻率差，用該頻率差產(chǎn)生的相位差來補(bǔ)償由于轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的sagnac相位差，使總輸出為0。這樣只要檢測調(diào)制頻率就能求得旋轉(zhuǎn)速率。延時(shí)調(diào)制方式開環(huán)光纖陀螺 依據(jù)sagnac原理，通過對干涉光強(qiáng)的變化直接檢測干涉的sagnac相位差，從而測得旋轉(zhuǎn)角速率 優(yōu)點(diǎn)：電路比較簡單，因此性能可靠，成本低廉 缺點(diǎn)：開環(huán)光纖陀螺輸出響應(yīng)存在非線性，動態(tài)范圍較窄，檢測精度低閉環(huán)光纖陀螺消偏光纖

4、陀螺（Depolarization Fiber-optic Gyroscope） 消偏光纖陀螺采用的是單模光纖繞制而成，在單模光纖環(huán)的兩端加入消偏器，使偏振光變成非偏振光，在所有可能的偏振分布上均勻分布，再通過偏振器濾波時(shí)，總能輸出一半的光功率，提高了輸出的穩(wěn)定性。全光纖型光纖陀螺 全光纖型光纖陀螺是從光源到光接收器的光路均由光纖構(gòu)成的光纖陀螺。 分立元件光纖陀螺：把獨(dú)立的光器件用光纖互相連接構(gòu)成 單光纖光纖陀螺：應(yīng)用在線制作技術(shù)，在一根光纖上纏繞光纖環(huán)和制作光器件集成光學(xué)型光學(xué)陀螺 集成光學(xué)型光纖陀螺是用一個(gè)集成光學(xué)多功能芯片（MIOC）替代了幾個(gè)光學(xué)元件，減小了體積和光纖熔接點(diǎn)的數(shù)量。用Y

5、分支波導(dǎo)取代了一個(gè)光纖方向耦合器諧振腔光纖陀螺（R-FOG）第二代光纖陀螺，原理與環(huán)形激光陀螺相同通過檢測旋轉(zhuǎn)非互易性造成的順、逆時(shí)針的兩行波的頻率差來測量角速率同干涉型光纖陀螺比較 光纖長度短 根據(jù)測試510m的光纖腔就能滿足飛機(jī)導(dǎo)航的精度要求，而I-FOG需要1000m左右 可以減小溫度波動對系統(tǒng)的影響 采用了高相干光源,波長穩(wěn)定性高 諧振頻率與旋轉(zhuǎn)角速度成正比,檢測精度高,動態(tài)范圍大 布里淵光纖陀螺（B-FOG） 布里淵型光纖陀螺是第3代光纖陀螺,又稱光纖環(huán)形激光陀螺(F-RLG),或受激布里淵散射光纖環(huán)形激光陀螺(B-FRLG) 采用有源諧振腔的布里淵光纖陀螺(B -FOG)是利用高功

6、率光在光纖中激發(fā)布里淵散射光(SBS)的光纖陀螺儀。美國的 Litton 和 Honey-well 公司代表了國際上 FOG 技術(shù)的最高水平。Litton公司的閉環(huán)光纖陀螺的零偏誤差已優(yōu)于 0. 001 /h，標(biāo)度因數(shù)誤差 10 ppmHoneywell 公司也是 FOG 研制的強(qiáng)有力競爭者，據(jù)報(bào)道其產(chǎn)品最 高 精 度 已 達(dá) 到0. 000 38 / h。我國從 20 世紀(jì) 80 年代初開始進(jìn)行光纖陀螺研制。目前，國內(nèi) FOG 的研制水平已接近慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的中低精度要求。大多數(shù)在工程實(shí)用階段初期，沒有可靠性數(shù)據(jù)。根據(jù)中航自控所和北航聯(lián)合成立的中航捷銳公司的預(yù)研項(xiàng)目驗(yàn)收指標(biāo)，其研制的 I FOG 測試精度優(yōu)于 0. 005 /h，具備工程應(yīng)用能力現(xiàn)狀在未來飛機(jī)、艦船以及導(dǎo)彈等均將裝備光纖陀螺用于導(dǎo)航和制導(dǎo)，且衛(wèi)星、宇宙飛船上也將