P07激光陀螺原理、工艺 导航原理 教学课件.ppt

光学陀螺概述1
机械陀螺:转子和振动陀螺
激光陀螺:针对捷联惯导需求
基本原理:Sagnac效应,工作物质是激光束,全固态陀螺
优点
结构简单、性能稳定、动态范围宽、启动快、反应快、过载大、可靠性高、数字输出
发展
1960 激光器出现
1963 Sperry 制成首台样机
1970s中精度突破,达惯性级
1980s 初开始应用于各个领域
早期研制的机构
Honeywell:三角谐振腔,机械抖动偏频
Litton:四边形谐振腔,机械抖动偏频
Sperry:三角谐振腔,磁镜偏频
国内研制、应用状况
1970s中后期开始研制,
1990前后进入实用
1990s中后期应用达到高峰
面临问题
成本较高、体积偏大、不能完全适应捷联系统的要求
光学陀螺概述2
光纤陀螺仪:适应捷联系统需求
基本原理:同激光陀螺,只是用外部激光源,用光导纤维传播。
优点:成本低、体积小重量轻。
发展:
1970s 光纤技术发展
1976 年犹它大学瓦里设想和演示
1978 麦道研制出第一个实用产品
1980s后,Littion,Honeywell,Draper 等公司以及英、法、德、日、苏等国也展开了研制。
国内
1980s初,原理研究、试验(少数大学)
1980s末,实质性研制
2000s,进入实用阶段
精度:
国外 0/h
国内 0/h
Sagnac干涉仪光路
Sagnac 干涉测量的基础
提出:由 Sagnac 于 1913年
Sagnac 干涉仪光路传播
当干涉仪相对惯性空间无转动,则 A、B 两路光程
La = Lb = L
当干涉仪以ω相对惯性空间旋转,则会引起两路光程不等。
推导光程差
分离点的切向线速度
v 在分束点两侧光路的投影都为
光束 a 逆行一周,回到分束点时多走了一段光程
另有
Sagnac干涉仪光程差
求解方程组,得到
类似,对光束 b,可求得
两束光回到分束点时光程差
因 c 远大于 Lω,上式近似为
光程差与输入角速度成正比——该结论对其它形状的环路也成立。
迈克尔逊实验:
矩形面积 A = 600×300 m2
光源波长λ=
计算得:
ΔL=,即λ/ 4
干涉条纹只移动了 1/ 4 条纹间距
激光陀螺结构
激光陀螺相对干涉仪的改进
无源谐振腔→激光谐振腔
测量光程差→谐振频率差
谐振腔(Resonating Cavity)结构:
激光管(光源) + 反射镜(光路)
激光管= 氦氖气体+ 端面镜片
谐振腔结构及原理
介质受激→从基态到高能态→粒子数反转分布
光通过激活物质→获得增益→环形腔→获得足够大的增益
反射膜厚度λ/ 4 →获得所需波长
选择环路周长→形成同相驻波
端面镜片→获得偏振光
设激光环绕一周光程 L,是波长λ的整数倍 q,即
λ= L / q
激光频率为 Vq,则
Vq·λ= c
故 Vq =