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光纤陀螺仪的基本工作原理、主要特点及应用情况2012级双控汪镜秋光纤陀螺仪的产生背景光纤陀螺仪的工作原理光纤陀螺仪的优点光纤陀螺仪的技术问题光纤陀螺仪的应用前景国产光纤陀螺仪就原理与结构而言，可以将光纤陀螺仪分为（1）干涉式光纤陀螺仪（2）谐振式光纤陀螺仪（3）布里渊式光纤陀螺仪（4）锁模光纤陀螺仪（5）法-珀光纤陀螺仪光纤陀螺仪分类就有无反馈信号而言，可分为（1）开环光纤陀螺仪（2）闭环光纤陀螺仪从相位解调方式来看，还可分为（1）相位差偏置式光纤陀螺仪（2）光外差式光纤陀螺仪（3）延时调制式光纤陀螺仪干涉式光纤陀螺仪原理图各种类型的光纤陀螺，其基本原理都是利用萨格奈克效应，只是各自所采用的位相或频率解调方式不同，或者对光纤陀螺的噪声补偿方法不同而已。根据萨格奈克效应，当一环形光路在惯性空间绕垂直于光路平面的轴转动时，光路内相向传播的两列光波之间，将因光波的惯性运动而产生光程差，从而导致两束相干光波的干涉。该光程差对应的位相差与旋转角速率之间有一定的内在联系，通过对干涉光强信号的检测和解调，即可确定旋转角速率。以干涉式光纤陀螺为例，如图所示，光源发出的光经分束器分为两束后，进入一半径为R的单模光纤环中，分别沿顺时针方向及逆时针方向反向传输，最后同向回到分束器形成干涉。光纤陀螺的原理结构图cAcRtRL4422当环形光路相对于惯性参照系静止时，经顺、逆时针方向传播的光波回到分束器时有相同的光程，即两束光波的光程差等于0；当环行光路绕垂直于所在平面并通过环心的轴以角速度Ω旋转时，则沿顺、逆时针方向传播的两波列光波在环路中传播一周产生的光程差为式中：为环形光路的面积；为真空中的光速。2RAc对应于一个有N圈光纤组成的光纤环，相当于两列反向光波在环路中传播N周，产生总的萨格奈克相移为cLRcAcNALNK4842)(式中：为波数；是绕在光纤环上的光纤总长度；是真空中的波长。只要测得相移，即可求出转动角速度。KL推导过程如下：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；光纤陀螺仪的优点(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，尤其是级联式惯导系统的传感器；(8)结构简单、价格低、体积小、重量轻。光纤陀螺在技术上还存在一系列问题，这些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。这主要包括：(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。光纤陀螺仪的技术问题(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。卫星姿态控制中国海军新型导弹配光纤陀螺仪发射试验3发3中