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激光陀螺
激光陀螺仪的原理是利用光程差来测量旋转角速度( Sagnac 效应)。在闭合光路中,由同
一光源发出的沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光和光干涉,利用检测相位差或干涉条
纹的变化,就可以测出闭合光路旋转角速度。激光陀螺仪的基本元件是环形激光器,环形激
光器由三角形或正方形的石英制成的闭合光路组成,内有一个或几个装有混合气体(氦氖气
体)的管子,两个不透明的反射镜和一个半透明镜。用高频电源或直流电源激发混合气体,
产生单色激光。为维持回路谐振,回路的周长应为光波波长的整数倍。用半透明镜将激光导
出回路,经反射镜使两束相反传输的激光干涉,通过光电探测器和电路输入与输出角度成比
例的数字信号。

激光陀螺仪需要突破的主要技术为漂移、噪声和闭锁阈值。

1. 激光陀螺仪的飘移

激光陀螺仪的飘移表现为零点偏置的不稳定度,主要误差来源有:谐振光路的折射系数
具有各向异性,氦氖等离子在激光管中的流动、介质扩散的各向异性等。

2. 激光陀螺仪的噪声

激光陀螺仪的噪声表现在角速度测量上。噪声主要来自两个方面:一是激光介质的自发
发射,这是激光陀螺仪噪声的量子极限。二是机械抖动为目前多数激光陀螺仪采用的偏频技
术,在抖动运动变换方向时,抖动角速率较低,在短时间内,低于闭锁阈值,将造成输入信
号的漏失,并导致输出信号相位角的随机变化。

3. 激光陀螺仪的闭锁阈值

闭锁阈值将影响到激光陀螺仪标度因数的线性度和稳定度。闭锁阈值取决于谐振光路中
的损耗,主要是反射镜的损耗
激光陀螺是在光学干涉原理基础上发展起来的新型导航仪器,成为新一代捷联式惯性导航系
统理想的主要部件,用于对所设想的物体精确定位。石英挠性摆式加速度计是由熔融石英制
成的敏感元件,挠性摆式结构装有一个反馈放大器和一个温度传感器,用于测量沿载体一个
轴的线加速度。

光纤陀螺三轴惯测组合由三个光纤陀螺仪和三个石英挠性摆式加速度计组成,可以实时
地输出载体的角速度、线加速度、线速度等数据,具有对准、导航和航向姿态参考基准等多
种工作方式,用于移动载体的组合导航和定位,同时为随动天线的机械操控装置提供准确的
数据。主要性能:加表精度 1×10-4g;光纤陀螺精度(漂移稳定性)≤1°/h;标度固形线性度
≤5×10-4。
激光于 1960 年在世界上首次出现。1962 年,美、英、法、前苏联几乎同时开始酝酿研制用激光来作为
方位测向器,称之为激光陀螺仪。
激光陀螺仪的原理是利用光程差来测量旋转角速度(Sagnac 效应)。在闭合光路中,由同一光源发出的
沿顺时针方向和反时针方向传输的两束光和光干涉,利用检测相位差或干涉条纹的变化,就可以测出闭合
光路旋转角速度。激光陀螺仪的基本元件是环形激光器,环形激光器由三角形或正方形的石英制成的闭合
光路组成,内有一个或几个装有混合气体(氦氖气体)的管子,两个不透明的反射镜和一个半透明镜。用
高频电源或直流电源激发混合气体,产生单色激光。为维持回路谐振,回路的周长应为光波波长的整数倍。
用半透明镜将激光导出回路,经反射镜使两束相反传输的激光干涉,通过光电探测器和电路输入与输出角
度成比例的数字信号。

[相关技术]控制技术;测量技