陀螺測試儀型轉(zhuǎn)速計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

光纖陀螺儀需要突破的主要技術(shù)為靈敏度消失、噪聲和光纖雙折射引起的漂移。

1.靈敏度消失在旋轉(zhuǎn)速率接近零時(shí)，靈敏度會消失。這是由于檢測器中的光密度正比于Sagnac相移的余弦量所引起。

2.噪聲問題光纖陀螺儀的噪聲是由于瑞利背向散射引起的。為了達(dá)到低噪聲，應(yīng)采用小相干長度的光源。

3.光纖雙折射引起的漂移

如果兩束相反傳播的光波在不同的光路上，就會產(chǎn)生飄移。造成光路長度差的原因是單模光纖有兩正交偏振態(tài)，此兩種偏振態(tài)光波一般以不同速度傳播。由于環(huán)境影響，使兩正交偏振態(tài)隨機(jī)變化。

1.美國

美國的光纖陀螺研制單位有：利頓公司、霍尼威爾公司、德雷泊實(shí)驗(yàn)室公司、斯坦福大學(xué)以及光纖傳感技術(shù)公司等。

（1）利頓公司研制的光纖陀螺

利頓公司的光纖陀螺技術(shù)在低、中精度應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)成熟，并且已經(jīng)產(chǎn)品化。1988年研制出SCIT實(shí)驗(yàn)慣性裝置，慣件器件是光纖陀螺和硅加速度計(jì)。1989年公司研制的CIGIF論證系統(tǒng)飛行試驗(yàn)裝置。1991/1992年研制出用于導(dǎo)彈和姿態(tài)與航向參考系統(tǒng)的慣性測量系統(tǒng)。1992年研制出GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)。

（2）霍尼韋爾公司的集成光學(xué)光纖陀螺

霍尼韋爾公司研制的第一代高性能的干涉儀式光纖陀螺采用的是Ti內(nèi)擴(kuò)散集成光學(xué)相位調(diào)制器。采用的其他器件還有0.83um寬帶光源、光電探測器/前置放大器模塊、保偏光纖偏振器、兩個(gè)保偏光纖熔融型耦合器以及由1km保偏光纖構(gòu)成的傳感環(huán)圈。

為了滿足慣性級光纖陀螺的要求，霍尼韋爾公司研制的第二代高性能干涉儀式光纖陀螺采用了集成光學(xué)多功能芯片技術(shù)以及全數(shù)字閉環(huán)電路。

（3）美國德雷珀實(shí)驗(yàn)室

美國德雷珀實(shí)驗(yàn)室從1978年起為JPL空間應(yīng)用研制高精度光纖陀螺，曾研制過諧振腔式光纖陀螺，研制了9年，由于背向散射誤差限制了精度，后來改為采用于涉儀式方案。

在研制干涉儀式光纖陀螺的過程中，采用了三大技術(shù)措施：

a.把光源、探測器和前置放大器做成一個(gè)模塊；

b.光纖傳感環(huán)圈結(jié)構(gòu)影響精度很大，采用了無骨架繞制光纖環(huán)圈的技術(shù)途徑；

c.多功能集成光學(xué)器件模塊，包括了所有其余的光纖陀螺的光纖器件。

德雷珀實(shí)驗(yàn)室的研究人員認(rèn)為：目前0.01(/h的干涉儀式光纖陀螺成本較高，需要研制自動生產(chǎn)線，降低成本，保證質(zhì)量。

對于今后的發(fā)展問題，德雷珀實(shí)驗(yàn)室的研究人員認(rèn)為：

a.慣性級的干涉儀式光纖陀螺儀，可以取代動力調(diào)諧陀螺儀,并逐漸取代激光陀螺儀；

b.慣性級干涉儀式光纖陀螺儀的難點(diǎn)是必須采用1km長度的保偏光纖，如果改用諧振腔式光纖陀螺儀方案，則長度可減為10m左右的光纖。為此諧振腔式光纖陀螺仍在作為研制方向，使光纖陀螺儀小型化的諧振腔式光纖陀螺的難點(diǎn)在于：控制電路比干涉儀式光纖陀螺復(fù)雜。隨著ASIC技術(shù)的發(fā)展，將來有可能得到滿意的解決，使諧振腔式光纖陀螺成為產(chǎn)品。采用干涉儀式和諧振腔式混合方案的光纖陀螺儀具有良好的發(fā)展前景。

2.日本

日本研制光纖陀螺的單位有東京大學(xué)尖端技術(shù)室、日立公司、住友電工公司、三菱公司、日本航空電子工業(yè)公司。

日本的干涉式光纖陀螺儀已經(jīng)完成了基礎(chǔ)研究，正進(jìn)入實(shí)用化階段。偏值漂移已經(jīng)達(dá)到。東京大學(xué)進(jìn)行研究的諧振腔光纖陀螺儀取得了很大進(jìn)展。

日立公司研制用于汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的光纖陀螺，1991年用于日產(chǎn)汽車。

在日本，光纖陀螺作為汽車的旋轉(zhuǎn)速率傳感器已進(jìn)入市場。利用光纖陀螺儀進(jìn)行導(dǎo)航，用車輪轉(zhuǎn)速計(jì)傳感器測移動距離，用光纖陀螺測量車體的回轉(zhuǎn)，同時(shí)采用圖象匹配、GPS系統(tǒng)等配合計(jì)算汽車的位置和方位，顯示在信息處理器上。

3.俄羅斯

俄羅斯的光纖陀螺有全光纖型和集成光學(xué)型。全光纖型是把所有的光纖器件都做在同一根光纖上。

Fizoptika公司研制的光纖陀螺已經(jīng)商品化，產(chǎn)品型號有：VG949、VG941B等。

光纖陀螺儀按原理上分類，可以分為：干涉儀式、諧振腔式和光纖型環(huán)型激光陀螺儀。

干涉儀式光纖陀螺儀按照光路的組成又可以分為：消偏型、全光纖型和集成光學(xué)型。

諧振腔式光纖陀螺儀按照光路的組成又可以分為：全光纖型和集成光學(xué)型。

光纖型環(huán)形激光陀螺儀是一種利用光纖環(huán)形腔中的受激布里淵散射的方向性增益效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)利用Sagnet效應(yīng)檢測諧振速率，其原理與激光陀螺儀完全相似。由于無需復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)檢測技術(shù)，國際上倍受重視。

其特征是還包括信號輸入前置處理電路、繼電器輸出電路、模擬量輸出電路

光纖陀螺儀自1976年美國猶他州立大學(xué)首先研制出試驗(yàn)裝置，隨后，世界各發(fā)達(dá)國家的科研機(jī)構(gòu)和著名大學(xué)都投入了很大的人力、物力和精力研究這一有發(fā)展前途的新型光纖旋轉(zhuǎn)速率傳感器。隨著光纖通信技術(shù)和光纖傳感技術(shù)的發(fā)展，光纖陀螺儀已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了慣性器件的突破性進(jìn)展。在國外，l(/h~0.01(/h的工程樣機(jī)已用于飛行器慣性測量組合裝置。美國利頓公司已將0.1(/h的光纖陀螺儀用于戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈慣導(dǎo)系統(tǒng)。新型導(dǎo)航系統(tǒng)FNA2012采用了l(/h的光纖陀螺儀和衛(wèi)星導(dǎo)航GPS．美國國防部決定光纖陀螺儀的精度1996年達(dá)到0.01(/h；2001年達(dá)到0.001(/h；2006年達(dá)到0.0001(/h，有取代傳統(tǒng)的機(jī)械陀螺儀的趨勢。

光纖陀螺儀作為繼激光陀螺儀之后出現(xiàn)的新一代陀螺，各國的研制工作已經(jīng)取得了重大的進(jìn)展。光纖陀螺儀的研制對慣性導(dǎo)航和控制領(lǐng)域十分重要，隨著計(jì)算機(jī)、微電子和光纖技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，它將取代傳統(tǒng)的機(jī)械陀螺和平臺慣導(dǎo)系統(tǒng)。

光纖陀螺儀與傳統(tǒng)的機(jī)械陀螺儀相比，優(yōu)點(diǎn)是全固態(tài)，沒有旋轉(zhuǎn)部件和摩擦部件，壽命長，動態(tài)范圍大，瞬時(shí)啟動，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕。與激光陀螺儀相比，光纖陀螺儀沒有閉鎖問題，也不用在石英塊精密加工出光路，成本低。

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