光纤陀螺原理_光纤陀螺的应用

光纤陀螺原理

光纤陀螺即光纤角速度传感器，它是各种光纤传感器中最有希望推广应用的一种。光纤陀螺和环形激光陀螺一样，具有无机械活动部件、无预热时间、不敏感加速度、动态范围宽、数字输出、体积小等优点。除此之外，光纤陀螺还克服了环形激光陀螺成本高和闭锁现象等致命缺点。因此，光纤陀螺受到许多国家的重视。低精度民用光纤陀螺已在西欧小批生产，预计1994年美国陀螺市场上光纤陀螺的销售额达49%，传缆陀螺退居第二位（占销售额35 %）。

光纤陀螺的工作原理是基于萨格纳克（Sagnac）效应。萨格纳克效应是相对惯性空间转动的闭环光路中所传播光的一种普遍的相关效应，即在同一闭合光路中从同一光源发出的两束特征相等的光，以相反的方向进行传播，最后汇合到同一探测点。

若绕垂直于闭合光路所在平面的轴线，相对惯性空间存在着转动角速度，则正、反方向传播的光束走过的光程不同，就产生光程差，其光程差与旋转的角速度成正比。因而只要知道了光程差及与之相应的相位差的信息，即可得到旋转角速度。

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。

光纤陀螺的应用

如果装有卫星导航系统的汽车行驶时，突然收不到GPS导航信号咋办？加装一个光纤陀螺，就能与GDS形成组合导航，实现自动驾驶。这一国内领先的光纤陀螺技术已为光谷企业所掌握。

记者在光谷召开的中国惯性技术学会获悉，光纤陀螺技术是在机械陀螺、微机电陀螺、激光陀螺的基础上升级发展而来，具有自主纠偏、灵敏度高、寿命长、耐低温耐高温、不受电磁干扰等诸多优点，是迄今综合性能最好的惯性传感器。因成本偏高，目前主要用于军工、航天等领域。

据介绍，光谷武汉长盈通光电技术有限公司，是国内唯一从事光纤陀螺核心部件“光纤环”专业化研发、生产的高科技企业，成立4年多来获国家专利31项，去年销售收入过亿元。该公司负责人透露，国内光纤陀螺民用产业化尚处于起步阶段，与欧美存在较大差距，公司正致力于打通光纤环产品的上、下游产业链。

据悉，光纤陀螺技术可广泛应用于汽车导航、高铁轨道检测、物联网元器件模块、智能电网传输、消费电子等诸多领域，有关专家预测，国内光纤陀螺的潜在市场规模达千亿级，未来5－10年内，我国绝大部分传统陀螺的市场将被光纤陀螺取代。
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