光纤陀螺仪的原理及其应用？ 浏览次数：1135次  最近更新：2021-03-08 11:00:35

光纤陀螺仪是一种光纤传感器，广泛应用于导航定位领域。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。而光纤陀螺仪的出现，很好的解决了这些问题。  

光纤陀螺仪原理：

光纤陀螺仪的原理基于萨格纳克效应：将同一光源发出的一束光分解为两束，让它们在同一个环路内沿相反方向循行一周后会合，然后在屏幕上产生干涉，当在环路平面内有旋转角速度时，屏幕上的干涉条纹将会发生移动，这就是萨格纳克效应。那么这两束光汇合到同一点时走过的光程相对于惯性空间是不同的，这个光程差和环路的旋转角速度是成正比的，只要知道了光程差就可以得到旋转角速度。

萨格纳克效应示意图  

光纤陀螺仪原理图

光纤陀螺仪优点：
光纤陀螺仪与传统的机械陀螺仪相比，优点是全固态，没有旋转部件和摩擦部件，寿命长，动态范围大，瞬时启动，结构简单，尺寸小，重量轻。与激光陀螺仪相比，光纤陀螺仪没有闭锁问题，也不用在石英块精密加工出光路，成本相对较低。

光纤陀螺仪应用：
光纤陀螺的应用主要集中在定位、姿态控制和绝对方 向测量三个方面。光纤陀螺仪的精度不同，可以应用的领域也 就不同。IFOG按照精度不同可以划分为低、中、高三种精 度，如下表所示

在不同精度的光纤陀螺仪中，中高精度的光纤陀螺主要应用在空间技术、军事应用和科学研究领域，而低成本、低精度 光纤陀螺主要在汽车导航、定位和姿态控制、机器人等许多精度要求不高的民用领域中有广阔的应用。 

1 航海方面的应用
光纤陀螺仪在商用和军用船舶及船用设备中得到应用。光纤陀螺仪罗经不仅可以作为高精度航向的信息源,实现自动定向，而且还可以得出航向回转速率、横、纵摇角度和航向的旋转速率等可靠数据，进一步推动船舶的自动化发展，保证了船舶的操纵效果和保证航行安全。

2 航天及空间方面的应用
在航天和空间应用方面一般都采用高精度的干涉型光纤陀螺。其可为航天器提供三维角速度、位置以及攻角和侧滑角，实现火箭升空发射的跟踪和测定，也可用于空间飞行器导航和飞控。其中高精度、可靠性高的光纤陀螺与GPS组合定姿已成为国内外航天器定姿系统的典型构型。

高精度光纤陀螺仪  

3 军事方面的应用
光纤陀螺由于自身在角速率及加速度测量方面的优越性和在动态范围、灵敏度和可靠性等方面的显著优势，使其在军事方面有着广泛的应用。当卫星导航在强电子干扰而无法获得准确信息时，光纤陀螺可以用来保证飞行器自主导航、精确制导和准确命中目标。同时其组件还是航空火力控制系统的重要组成部分,可用于武装直升机等武器系统瞄准线和射击线的稳定,保证武器在运动中进行搜索、瞄准、跟踪和射击。另外，光纤陀螺也是水下唯一有效的导航技术,可用于潜艇的定位、定向和导航。

光纤陀螺制导的弹头  

4 民用方面的应用
在民用领域主要侧重于中低精度光纤陀螺的应用，主要应用有：地面车辆的自动导航、定位定向、车辆控制；对农用飞机姿态控制，进行播种、喷洒农药；在地下工程维护中,寻找损坏的电力线、管道和通信光(电)缆位置的定位工具和抢救工具；用于大地测量、矿物勘采、石油勘察、石油钻井导向、隧道施工等的定位和路径勘测，以及利用光纤陀螺转动角和线位移实现大坝测斜等。


利用光纤陀螺的勘测仪

发展方向
1）高精度
在空间技术、军事应用和科学研究领域，光纤陀螺仪的精度往往决定了它的身价。此时成本不是主要考虑的问题，精度的高低才是关键。
2）低成本
作为角度传感器的光纤陀螺仪在汽车导航、机器人等许多精度要求不高的领域中的应用也是十分惊人的。因此，提高性价比在研究中变得十分重要。