慣性技術(shù)15-光纖陀螺 (哈工大版,1-16全)課件

FibreOpticGyro光纖陀螺1Lecture14--FiberOpticGyroOutline光纖陀螺概述光程差,相位差和互易性相位偏置和相位調(diào)制開(kāi)環(huán)、閉環(huán)光纖陀螺,

諧振光纖陀螺2Lecture14--FiberOpticGyro1.1光纖陀螺:概述光纖陀螺(FOG):更好地適應(yīng)SINS的需求原理和特點(diǎn):Sagnac效應(yīng),外部激光源,介質(zhì)為光纖.優(yōu)點(diǎn):成本低、體積小、重量輕發(fā)展：1967---由Pircher和Hepner首次提出1970s--光纖技術(shù)的發(fā)展1976---Utah大學(xué)的Vali教授第一次演示.1978---McDonnellDouglas制造出首批產(chǎn)品自1980s后,美國(guó)的Litton,Honeywell,Draper和英國(guó),法國(guó),德國(guó),日本和前蘇聯(lián)也迅速跟進(jìn).3Lecture14--FiberOpticGyroOutline光纖陀螺概述光程差,相位差和互易性相位偏置和相位調(diào)制開(kāi)環(huán)、閉環(huán)光纖陀螺,

諧振光纖陀螺5Lecture14--FiberOpticGyroA反射鏡光纖線圈分束鏡R2.1Sagnac干涉儀:靜止環(huán)形Sagnac干涉儀光路：ab當(dāng)干涉儀相對(duì)慣性空間靜止，兩條光束的光程相等當(dāng)干涉儀以角速度ω旋轉(zhuǎn)，兩條光束之間出現(xiàn)光程差6Lecture14--FiberOpticGyro2.2*光程差、相位差兩束光之間的光程差兩束光之間的相位差對(duì)于N

匝線圈

K

稱為光纖的標(biāo)度因數(shù)給定線圈的尺寸,增加線圈匝數(shù)可以提高測(cè)量靈敏度在10厘米大小的體積內(nèi)可以纏繞500～2500米的光纖7Lecture14--FiberOpticGyro光纖陀螺的結(jié)構(gòu)示意圖----光路2.3互易性檢測(cè)器透鏡透鏡光纖線圈光源分束鏡Nonreciprocal(非互易)檢測(cè)器透鏡透鏡光纖線圈光源分束鏡分束鏡Reciprocal(互易)8Lecture14--FiberOpticGyro檢測(cè)器透鏡透鏡光纖線圈光源分束鏡3.1輸出檢測(cè)在檢測(cè)器上形成干涉條紋當(dāng)光纖線圈靜止檢測(cè)器上的干涉條紋對(duì)應(yīng)最大的輸出I10Lecture14--FiberOpticGyro3.3交變相位偏置交變的相位偏置:--交變的幅值選取為π/2當(dāng)輸入的相移Δφ=0，檢測(cè)器的輸出如左圖所示.當(dāng)Δφ≠0,檢測(cè)器的輸出如右圖所示.輸出信號(hào)的均值取決于當(dāng)前曲線下的面積.12Lecture14--FiberOpticGyroOutline光纖陀螺概述光程差,相位差和互易性相位偏置和相位調(diào)制開(kāi)環(huán)、閉環(huán)光纖陀螺,

諧振光纖陀螺14Lecture14--FiberOpticGyroFibercoilsPMLRDPSDoutput4.1開(kāi)環(huán)干涉型光纖陀螺光束經(jīng)分束點(diǎn)SL成為兩束光從兩端進(jìn)入光纖線圈從相反的端部出來(lái)中間都經(jīng)過(guò)相位調(diào)制器PM

經(jīng)過(guò)分束點(diǎn)SL后匯合由D檢測(cè)，產(chǎn)生輸出電流I

由相敏解調(diào)器PSD解調(diào)

DC直流分量正比于Δφ15Lecture14--FiberOpticGyro4.1開(kāi)環(huán)干涉型光纖陀螺PM--相位調(diào)制器PSD-相敏解調(diào)器開(kāi)環(huán)干涉型缺陷:明顯的非線性輸入范圍小精度差FibercoilsPMLRDPSDoutput16Lecture14--FiberOpticGyro4.2*閉環(huán)干涉型光纖陀螺FibercoilsPMLRDPSD引入放大器SF和相位變換器PT,形成閉環(huán).

D的輸出由PSD解調(diào)然后由SF放大SF再驅(qū)動(dòng)相位變換器PTPT

PT產(chǎn)生相移ΔθΔθ抵消由ω產(chǎn)生的ΔφPSD的輸出被保持在零位附近

把PT產(chǎn)生的Δθ

作為輸出特點(diǎn):工作點(diǎn)總保持在線性度和靈敏度最高處.17Lecture14--FiberOpticGyro4.3諧振型光纖陀螺來(lái)自LR的激光被SL分成兩束,從兩端進(jìn)入線圈(諧振器).當(dāng)光纖陀螺旋轉(zhuǎn),兩束光的諧振頻率變化.頻率差和輸入角速度成正比,由兩個(gè)檢測(cè)器和PSD測(cè)量.LRD2PSD2