P08P08激光陀螺误差、光纤激光陀螺误差、光纤陀螺陀螺激光陀螺激光陀螺 标度因数与自锁误差标度因数与自锁误差标度因数误差标度因数误差激光陀螺频差输出公式激光陀螺频差输出公式K值不稳定，也引起误差值不稳定，也引起误差K值大小的影响因素：值大小的影响因素：谐振腔周长谐振腔周长谐振腔形状谐振腔形状激光波长激光波长(0.6328/1.15/3.39)K值稳定性控制途径：值稳定性控制途径：激光波长激光波长谐振腔周长谐振腔周长280mm0.010/h510- -6120mm0.10/h310- -4自锁自锁(Lockin)误差误差自锁区：自锁区：- -LL典型值：典型值：3600/h激光陀螺激光陀螺 自锁原因及对策自锁原因及对策产生原因产生原因：反射镜反向散射：反射镜反向散射顺时光束顺时光束A的反向散射的反向散射AA和逆时光束和逆时光束B耦合耦合牵引（牵引（B与与A频率趋同）频率趋同）类似，类似，A与与B也频率趋同也频率趋同A与与B频率趋同，无频差输出频率趋同，无频差输出克服自锁的途径克服自锁的途径：正正面面：尽尽力力减减小小自自锁锁区区（提提高高光学元件质量和气体纯度）光学元件质量和气体纯度）间接途径：偏频间接途径：偏频加偏置加偏置0，工作点移出自锁区，工作点移出自锁区激光陀螺激光陀螺 机械抖动偏频机械抖动偏频机械恒定偏频机械恒定偏频：使激光陀螺绕输入：使激光陀螺绕输入 轴相对基座以足够大的轴相对基座以足够大的0恒速旋转恒速旋转缺点：陀螺体积重量增大，缺点：陀螺体积重量增大，0难控难控机机械械抖抖动动偏偏频频：采采用用高高频频角角振振动动(MechanicalDithering)谐振腔按曲线谐振腔按曲线1的相对基座振动的相对基座振动当基座相对惯性空间无转动时，当基座相对惯性空间无转动时，谐振腔按曲线谐振腔按曲线1相对惯性空间振动相对惯性空间振动输出频差均值为零输出频差均值为零当基座以当基座以A相对惯性空间旋转相对惯性空间旋转谐振腔按曲线谐振腔按曲线2相对惯性空间振动相对惯性空间振动正半周输出频差平均值大于负半周正半周输出频差平均值大于负半周陀螺输出频差均值不为零陀螺输出频差均值不为零 输出均值能够反映输出均值能够反映A的大小和方向的大小和方向激光陀螺激光陀螺 磁镜偏频磁镜偏频 引入机械抖动后的输入输出曲线引入机械抖动后的输入输出曲线机机抖抖偏偏频频是是目目前前最最成成熟熟的的偏偏频频方方案案，尤其适用三轴整体式的激光陀螺尤其适用三轴整体式的激光陀螺磁镜磁镜(MagneticMirror)偏频偏频：横向横向克尔磁光效应克尔磁光效应对称入射的线偏振光对称入射的线偏振光施加垂直于入射面的横向磁场施加垂直于入射面的横向磁场产生相位差或光程差产生相位差或光程差把激光陀螺的一个反射镜做成磁镜把激光陀螺的一个反射镜做成磁镜磁场周期性变化，产生周期性偏频磁场周期性变化，产生周期性偏频光纤陀螺光纤陀螺 Sagnac Sagnac干涉仪的改进干涉仪的改进环路环路 Sagnac干涉仪，干涉仪，光路分析：光路分析：当干涉仪相对惯性空间无转动当干涉仪相对惯性空间无转动 两束光绕行一周的光程相等两束光绕行一周的光程相等绕行时间绕行时间当干涉仪绕法向轴以当干涉仪绕法向轴以转动，转动，则两束光出现光程差则两束光出现光程差 对于对于 a束光束光并且并且光纤陀螺光纤陀螺 原理公式原理公式求解求解La得到得到类似地，对于光束类似地，对于光束 b两束光之间的光程差两束光之间的光程差两束光之间的相位差两束光之间的相位差对于对于 N N 匝光纤环的情况匝光纤环的情况K称光纤陀螺标度因数称光纤陀螺标度因数在在光光纤纤线线圈圈半半径径一一定定的的情情况况下下，可可通通过过增增加加线线圈圈的的匝匝数提高测量的灵敏度数提高测量的灵敏度 直径直径10cm可绕可绕5002500m光纤陀螺光纤陀螺 相位偏置相位偏置 光纤陀螺原理图，光路分析：光纤陀螺原理图，光路分析：当光纤线圈绕中心轴无旋转，当光纤线圈绕中心轴无旋转，检测器上产生峰值干涉条纹检测器上产生峰值干涉条纹 检测器输出电流最大检测器输出电流最大当光纤线圈绕中心轴旋转当光纤线圈绕中心轴旋转产生相差，干涉条纹横移产生相差，干涉条纹横移 检测器输出电流改变检测器输出电流改变在在=0附近灵敏度最低。附近灵敏度最低。对策对策：增加相位偏置：增加相位偏置(PhaseBiasing)，工作点移至，工作点移至/2处处光纤陀螺光纤陀螺 交流相位偏置交流相位偏置 固定相位偏置固定相位偏置：幅值难控：幅值难控交流相位偏置交流相位偏置：交变幅值：交变幅值/2当输入相移当输入相移=0，检测，检测器的输出情况（如上）器的输出情况（如上）当输入相移当输入相移0，检测器，检测器的输出情况如下的输出情况如下I均值的改变量与均值的改变量与成正弦成正弦正负由一次谐波相位判断正负由一次谐波相位判断相位调制、相位调制器（相位调制、相位调制器（PMPM）光纤陀螺光纤陀螺 开环干涉型开环干涉型PM相位调制器相位调制器PSD相敏解调器相敏解调器工作原理工作原理：LR光源被光源被SL分成两束分成两束两束光分别从光纤线圈两端进入两束光分别从光纤线圈两端进入分别从光纤线圈另一端导出分别从光纤线圈另一端导出中间都经过相位调制器中间都经过相位调制器PM两束光经两束光经SL汇合，汇合，由检测器由检测器D接收，输出电流接收，输出电流经过相敏解调器经过相敏解调器PSD解调解调得到直流分量（正比于得到直流分量（正比于）开环干涉型开环干涉型缺点缺点：存在明显非线性：存在明显非线性测量范围较小测量范围较小精度较低精度较低光纤陀螺光纤陀螺 闭环干涉型闭环干涉型引引入入伺伺服服放放大大器器SF和和相相位位变换器变换器PT，构成闭环系统构成闭环系统闭环测量原理闭环测量原理：检测器检测器D的输出经的输出经PSD解调解调解调信号经解调信号经SF放大放大驱动相位变换器驱动相位变换器PT相位变换器相位变换器PT产生相移产生相移和和产生的相移产生的相移抵消抵消解调器输出被控制在零位附近解调器输出被控制在零位附近PT产产生生的的相相移移作作为为光光纤纤陀陀螺的输出螺的输出特特点点：陀陀螺螺仪仪的的工工作作点点一一直直保保持在线性度、灵敏度最高的位置。持在线性度、灵敏度最高的位置。光纤陀螺光纤陀螺 闭环谐振型闭环谐振型来自来自LR的激光经分束器的激光经分束器SL分离，从两端进入光纤线圈（谐振器）分离，从两端进入光纤线圈（谐振器）光纤陀螺绕输入轴旋转时，两束光的谐振频率改变，光纤陀螺绕输入轴旋转时，两束光的谐振频率改变，频差由两组光检测器和相敏解调器测量，与输入角速度成正比频差由两组光检测器和相敏解调器测量，与输入角速度成正比结束结束