光纖陀螺原理

光纖陀螺即光纖角速度傳感器，它是各種光纖傳感器中最有希望推廣應(yīng)用的一種。光纖陀螺和環(huán)形激光陀螺一樣，具有無機(jī)械活動部件、無預(yù)熱時間、不敏感加速度、動態(tài)范圍寬、數(shù)字輸出、體積小等優(yōu)點。除此之外，光纖陀螺還克服了環(huán)形激光陀螺成本高和閉鎖現(xiàn)象等致命缺點。因此，光纖陀螺受到許多國家的重視。低精度民用光纖陀螺已在西歐小批生產(chǎn)，預(yù)計1994年美國陀螺市場上光纖陀螺的銷售額達(dá)49%，傳纜陀螺退居第二位（占銷售額35 %）。

光纖陀螺的工作原理是基于薩格納克（Sagnac）效應(yīng)。薩格納克效應(yīng)是相對慣性空間轉(zhuǎn)動的閉環(huán)光路中所傳播光的一種普遍的相關(guān)效應(yīng)，即在同一閉合光路中從同一光源發(fā)出的兩束特征相等的光，以相反的方向進(jìn)行傳播，最后匯合到同一探測點。

若繞垂直于閉合光路所在平面的軸線，相對慣性空間存在著轉(zhuǎn)動角速度，則正、反方向傳播的光束走過的光程不同，就產(chǎn)生光程差，其光程差與旋轉(zhuǎn)的角速度成正比。因而只要知道了光程差及與之相應(yīng)的相位差的信息，即可得到旋轉(zhuǎn)角速度。

光纖陀螺的特點

與機(jī)電陀螺或激光陀螺相比，光纖陀螺具有如下特點：

（1）零部件少，儀器牢固穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的抗沖擊和抗加速運動的能力；

（2）繞制的光纖較長，使檢測靈敏度和分辨率比激光陀螺儀提高了好幾個數(shù)量級；

（3）無機(jī)械傳動部件，不存在磨損問題，因而具有較長的使用壽命；

（4）易于采用集成光路技術(shù)，信號穩(wěn)定，且可直接用數(shù)字輸出，并與計算機(jī)接口聯(lián)接；

（5）通過改變光纖的長度或光在線圈中的循環(huán)傳播次數(shù)，可以實現(xiàn)不同的精度，并具有較寬的動態(tài)范圍；

（6）相干光束的傳播時間短，因而原理上可瞬間啟動，無需預(yù)熱；

（7）可與環(huán)形激光陀螺一起使用，構(gòu)成各種慣導(dǎo)系統(tǒng)的傳感器，尤其是捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的傳感器；

（8）結(jié)構(gòu)簡單、價格低，體積小、重量輕。

光纖陀螺的應(yīng)用

如果裝有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的汽車行駛時，突然收不到GPS導(dǎo)航信號咋辦？加裝一個光纖陀螺，就能與GDS形成組合導(dǎo)航，實現(xiàn)自動駕駛。這一國內(nèi)領(lǐng)先的光纖陀螺技術(shù)已為光谷企業(yè)所掌握。

記者在光谷召開的中國慣性技術(shù)學(xué)會獲悉，光纖陀螺技術(shù)是在機(jī)械陀螺、微機(jī)電陀螺、激光陀螺的基礎(chǔ)上升級發(fā)展而來，具有自主糾偏、靈敏度高、壽命長、耐低溫耐高溫、不受電磁干擾等諸多優(yōu)點，是迄今綜合性能最好的慣性傳感器。因成本偏高，目前主要用于軍工、航天等領(lǐng)域。

據(jù)介紹，光谷武漢長盈通光電技術(shù)有限公司，是國內(nèi)唯一從事光纖陀螺核心部件“光纖環(huán)”專業(yè)化研發(fā)、生產(chǎn)的高科技企業(yè)，成立4年多來獲國家專利31項，去年銷售收入過億元。該公司負(fù)責(zé)人透露，國內(nèi)光纖陀螺民用產(chǎn)業(yè)化尚處于起步階段，與歐美存在較大差距，公司正致力于打通光纖環(huán)產(chǎn)品的上、下游產(chǎn)業(yè)鏈。

據(jù)悉，光纖陀螺技術(shù)可廣泛應(yīng)用于汽車導(dǎo)航、高鐵軌道檢測、物聯(lián)網(wǎng)元器件模塊、智能電網(wǎng)傳輸、消費電子等諸多領(lǐng)域，有關(guān)專家預(yù)測，國內(nèi)光纖陀螺的潛在市場規(guī)模達(dá)千億級，未來5－10年內(nèi)，我國絕大部分傳統(tǒng)陀螺的市場將被光纖陀螺取代。
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