光纤陀螺技术

『壹』 光纤陀螺仪的技术难点

光纤陀螺仪复需要突破的主要制技术为灵敏度消失、噪声和光纤双折射引起的漂移和偏振状态改变引起的比例因子不稳定。
1. 灵敏度消失
在旋转速率接近零时，灵敏度会消失。这是由于检测器中的光密度正比于Sagnac相移的余弦量所引起。
2. 噪声问题
光纤陀螺仪的噪声是由于瑞利背向散射引起的。为了达到低噪声，应采用小相干长度的光源。
3. 光纤双折射引起的漂移
如果两束相反传播的光波在不同的光路上，就会产生飘移。造成光路长度差的原因是单模光纤有两正交偏振态，此两种偏振态光波一般以不同速度传播。由于环境影响，使两正交偏振态随机变化。
4. 偏振状态改变引起的比例因子不稳定。

『贰』 光纤陀螺的特点

与机电陀螺或激光陀螺相比，光纤陀螺具有如下特点：
(1)零部件少，仪器牢固稳定，具有较强的抗冲击和抗加速运动的能力；
(2)绕制的光纤较长，使检测灵敏度和分辨率比激光陀螺仪提高了好几个数量级；
(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)易于采用集成光路技术，信号稳定，且可直接用数字输出，并与计算机接口联接；
(5)通过改变光纤的长度或光在线圈中的循环传播次数，可以实现不同的精度，并具有较宽的动态范围；
(6)相干光束的传播时间短，因而原理上可瞬间启动，无需预热；
(7)可与环形激光陀螺一起使用，构成各种惯导系统的传感器，尤其是捷联式惯导系统的传感器；
(8)结构简单、价格低，体积小、重量轻。

『叁』 光纤陀螺是什么作用是什么

光纤陀螺是一种用于惯性导航的光纤传感器，敏感角速率和角偏差的一种传感器，应用激光及光导纤维技术测量物体相对于惯性空间的角速度或转动角度的无自转质量

『肆』 光纤陀螺的原理及应用有哪些

原理：sagnac效应
应用：航空航天，潜艇，导弹等等。测量单位时间内角度变化。

『伍』 光纤陀螺的未来发展趋势

光纤陀螺成本低、维护简便，正在许多已有系统上替代机械陀螺，从而大幅度提高系统的性能、降低和维护系统成本。现在，光纤陀螺已充分发挥了其质量轻、体积小、成本低、精度高、可靠性高等优势，正逐步替代其他型陀螺。
今后光纤陀螺的研究趋势有：
(1)采用三轴测量代替单轴，研发多功能集成光学芯片、保偏技术等，加大光纤陀螺的小型化、低成本化力度；
(2)深入开发中、低精度光纤陀螺的应用，特别是民用惯性导航技术；
(3)加强精密级光纤陀螺的技术与应用研究，开发新型的光纤陀螺B-FOG和FRLG等。

『陆』 光纤陀螺仪的各国研制情况

1.美国
美国的光纤陀螺研制单位有：利顿公司、霍尼威尔公司、德雷泊实验室公司、斯坦福大学以及光纤传感技1术公司等。
（1）利顿公司研制的光纤陀螺
利顿公司的光纤陀螺技术在低、中精度应用领域已经成熟，并且已经产品化。1988年研制出SCIT实验惯性装置，惯件器件是光纤陀螺和硅加速度计。1989年公司研制的CIGIF论证系统飞行试验装置。1991/1992年研制出用于导弹和姿态与航向参考系统的惯性测量系统。1992年研制出GPS/INS组合导航系统。
（2）霍尼韦尔公司的集成光学光纤陀螺
霍尼韦尔公司研制的第一代高性能的干涉仪式光纤陀螺采用的是Ti内扩散集成光学相位调制器。采用的其他器件还有0.83um宽带光源、光电探测器/前置放大器模块、保偏光纤偏振器、两个保偏光纤熔融型耦合器以及由1km保偏光纤构成的传感环圈。
为了满足惯性级光纤陀螺的要求，霍尼韦尔公司研制的第二代高性能干涉仪式光纤陀螺采用了集成光学多功能芯片技术以及全数字闭环电路。
（3）美国德雷珀实验室
美国德雷珀实验室从1978年起为JPL空间应用研制高精度光纤陀螺，曾研制过谐振腔
式光纤陀螺，研制了9年，由于背向散射误差限制了精度，后来改为采用干涉仪式方案。
在研制干涉仪式光纤陀螺的过程中，采用了三大技术措施：
a.把光源、探测器和前置放大器做成一个模块；
b.光纤传感环圈结构影响精度很大，采用了无骨架绕制光纤环圈的技术途径；
c.多功能集成光学器件模块，包括了所有其余的光纤陀螺的光纤器件。
德雷珀实验室的研究人员认为：目前0.01°/h 的干涉仪式光纤陀螺成本较高，需要研制自动生产线，降低成本，保证质量。
对于今后的发展问题，德雷珀实验室的研究人员认为：
a.惯性级的干涉仪式光纤陀螺仪，可以取代动力调谐陀螺仪,并逐渐取代激光陀螺仪；
b.惯性级干涉仪式光纤陀螺仪的难点是必须采用1km长度的保偏光纤，如果改用谐振腔式光纤陀螺仪方案，则长度可减为10m左右的光纤。为此谐振腔式光纤陀螺仍在作为研制方向，使光纤陀螺仪小型化的谐振腔式光纤陀螺的难点在于：控制电路比干涉仪式光纤陀螺复杂。随着ASIC技术的发展，将来有可能得到满意的解决，使谐振腔式光纤陀螺成为产品。采用干涉仪式和谐振腔式混合方案的光纤陀螺仪具有良好的发展前景。
2.日本
日本研制光纤陀螺的单位有东京大学尖端技术室、日立公司、住友电工公司、三菱公司、日本航空电子工业公司。
日本的干涉式光纤陀螺仪已经完成了基础研究，正进入实用化阶段。偏值漂移已经达到 。东京大学进行研究的谐振腔光纤陀螺仪取得了很大进展。
日立公司研制用于汽车导航系统的光纤陀螺，1991年用于日产汽车。
在日本，光纤陀螺作为汽车的旋转速率传感器已进入市场。利用光纤陀螺仪进行导航时，用车轮转速计传感器测移动距离，用光纤陀螺测量车体的回转，同时采用图象匹配、GPS系统等配合计算汽车的位置和方位，显示在信息处理器上。
3.俄罗斯
俄罗斯的光纤陀螺有全光纤型和集成光学型。全光纤型采用的是光纤技术，即所有的光纤器件都做在同一根光纤上。
Fizoptika公司研制的光纤陀螺已经商品化，产品型号有：VG949、VG941B等。
4.中国
我国也非常重视光纤陀螺技术的研究，上世纪80年代后,许多大学和研究所相继启动光纤陀螺的研发项目，如航天工业总公司所属13所和上海803所、北京航空航天大学、清华大学、浙江大学等，也取得了一定的成绩，如1996年，航天总公司13所成功研制采用Y分支多功能集成光路、零偏稳定性达 全数字闭环保偏光纤陀螺，浙江大学和Honeywell公司几乎同时发现利用消偏可提高精度等。国内的光纤陀螺研制水平虽然与国际水平有一定距离，但已具备或接近中、低精度要求，并在近年来开始尝试产业化。
我国海军新型导弹配光纤陀螺仪 发射试验3发3中，也标志我国的光纤陀螺仪技术取得了很大的成功 。

『柒』 光纤陀螺的技术问题

光纤陀螺自1976年问世以来，得到了极大的发展。但是，光纤陀螺在技术上还存在一系列问题，这版些权问题影响了光纤陀螺的精度和稳定性，进而限制了其应用的广泛性。主要包括：
(1)温度瞬态的影响。理论上，环形干涉仪中的两个反向传播光路是等长的，但是这仅在系统不随时间变化时才严格成立。实验证明，相位误差以及旋转速率测量值的漂移与温度的时间导数成正比．这是十分有害的，特别是在预热期间。
(2)振动的影响。振动也会对测量产生影响，必须采用适当的封装以确保线圈良好的坚固性，内部机械设计必须十分合理，防止产生共振现象。
(3)偏振的影响。现在应用比较多的单模光纤是一种双偏振模式的光纤，光纤的双折射会产生一个寄生相位差，因此需要偏振滤波。消偏光纤可以抑制偏振，但是却会导致成本的增加。
为了提高陀螺的性能．人们提出了各种解决办法。包括对光纤陀螺组成元器件的改进，以及用信号处理的方法的改进等。

『捌』 MEMS可否取代光纤陀螺仪技术

不会的。
光纤陀螺是继激光陀螺巨大的进步，属于两光陀螺，利用内Sagnac效应，用光程差反算角速度，容相比激光陀螺，体积小，成本低，精度可达千分之一，而且没有活动部件，可靠性高，获得了广泛的应用。目前国内主要是北航和浙大两大派系，从业者约30多家，技术已经开放，大多数精度也就十分之一的样子，产业链已经向中西部转移，民工都可以干。但相比MEMS还是非常的贵，而且近千米的光纤绕成一坨，温度系数、可靠性、抗冲击、长储都有问题，而且MEMS目前的精度已经是10和开环光纤相当，并且已经向1进发，所以在一些低端和短时应用非常考验光纤从业者的粗大神经，而且MEMS小体积重量，低成本，芯片批量化，高可靠性等优势非常明显，但MEMS的精度10年内进入0.1有点困难，因此，在0.1到千分之一都可以是光纤的天下，短时间取代不了的。

『玖』 光纤陀螺的展望

未来光复纤陀螺的发展将着重于制以下几个方面：
(1)高精度。更高的精度是光纤陀螺取代激光陀螺在高等导航中地位的必然要求，目前高精度的光纤陀螺技术还没有完全成熟。
(2)高稳定性和抗干扰性。长期的高稳定性也是光纤陀螺的发展方向之一，能够在恶劣的环境下保持较长时间内的导航精度是惯导系统对陀螺的要求。比如在高温、强震、强磁场等情况下，光纤陀螺也必须有足够的精度才能满足用户的要求。
(3)产品多元化。开发不同精度、面向不同需求的产品是十分必要的。不同的用户对导航精度有不同的要求，而光纤陀螺结构简单，改变精度时只需调整线圈的长度直径。在这方面具有超越机械陀螺和激光陀螺的优势，它的不同精度产品更容易实现，这是光纤陀螺实用化的必然要求。
(4)生产规模化。成本的降低也是光纤陀螺能够为用户所接受的前提条件之一。各类元件的生产规模化可以有力地促进生产成本的降低，对于中低精度的光纤陀螺尤为如此。