光電編碼課件

光纖陀螺

光纖陀螺是近十多年發(fā)展起來(lái)的一種組合光電器件，它可以滿足動(dòng)載器從智能式制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)發(fā)展為分布式制導(dǎo)/導(dǎo)航和控制系統(tǒng)的要求，目前光纖陀螺正進(jìn)一步從軍用向軍民兩用方向發(fā)展。ω一．Sagnac效應(yīng)

Sagnac

效應(yīng)是指在任意幾何形狀的閉合光路中，從某一點(diǎn)觀察點(diǎn)發(fā)出的一對(duì)光波沿相反方向運(yùn)行一周后又回到該觀察點(diǎn)時(shí)，這對(duì)光波的相位（或它們經(jīng)歷的光程）將由于該閉合環(huán)形光路相對(duì)于慣性空間的旋轉(zhuǎn)而不同，其相位差（光程差）的大小與閉合光路的轉(zhuǎn)速速率成正比。P二．光纖陀螺

當(dāng)光纖圈處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)從光纖圈兩端出來(lái)的兩束光，光程差為零。當(dāng)光纖圈以角速率Ω旋轉(zhuǎn)時(shí)由于Sagnac效應(yīng)，順、逆時(shí)針?lè)较騻鞑サ膬墒猱a(chǎn)生光程差△L。式中CW——表示順時(shí)針?lè)较颍?/p>

CCW——表示逆時(shí)針?lè)较颍?/p>

R——光纖圈半徑；

L——光纖長(zhǎng)度；

A——光纖光路所包含的面積，A＝πR2；

N——光纖圈匝數(shù)；

λ——光的波長(zhǎng)；

C——光在介質(zhì)中傳播速度。

通過(guò)檢測(cè)相位差ΔΦ（即干涉光強(qiáng)）就可以獲得角速率Ω的信息，其中4πLR/cλ項(xiàng)就是陀螺的標(biāo)度因數(shù)。例：已知光纖圈面積A＝100cm2，旋轉(zhuǎn)角速率Ω＝10－3ΩE（ΩE為地球自轉(zhuǎn)速率l50／h)，即0.0150／h，求：此單匝光纖環(huán)上得到的光程差為多少？解：ΔL=10－15cm。與氫原子直徑10－8cm相比較，可發(fā)現(xiàn)單匝光纖環(huán)的Sagnac效應(yīng)是很小的。顯然，要提高干涉儀的靈敏度就必須大大增加光纖匝數(shù)，也就是說(shuō)增加光纖的幾何參數(shù)LR。通常LR取值在10一100m2之間。三．光纖陀螺的光路系統(tǒng)1、光源高功率、寬光譜的SLED2、探測(cè)器靈敏度高、響應(yīng)快、小型、低能耗的PIN型光電二極管三．光纖陀螺的光路系統(tǒng)－－耦合器

光纖耦合器在光纖陀螺干涉光路中起分束與合束的作用。三．光纖陀螺的光路系統(tǒng)－－偏振器三．光纖陀螺的光路系統(tǒng)－－調(diào)制器

實(shí)現(xiàn)π/2的相位偏置使系統(tǒng)處于最靈敏的工作狀態(tài)，又可進(jìn)行正弦調(diào)制實(shí)現(xiàn)相敏檢測(cè)的目的。這種相位調(diào)制器通過(guò)在光纖應(yīng)變狀態(tài)下改變其長(zhǎng)度和折射率，對(duì)光纖中傳輸?shù)墓獠ㄟM(jìn)行相位調(diào)制。

四．光纖陀螺的應(yīng)用

1．制導(dǎo)

制導(dǎo)是指自動(dòng)控制和引導(dǎo)飛行體按預(yù)定軌道或飛行路線準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)的過(guò)程。所謂導(dǎo)彈，是依靠反作用原理推進(jìn)，可以控制和引導(dǎo)并裝有戰(zhàn)斗部的無(wú)人駕駛飛行器。導(dǎo)彈必須有制導(dǎo)設(shè)備，以對(duì)它飛行的全過(guò)程或某些階段進(jìn)行控制

2．導(dǎo)航3．民用隨著成本的降低和技術(shù)的發(fā)展，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的其它部門(mén)也逐漸得到應(yīng)用。美國(guó)汽車制造廠考慮將陀螺用于汽車防滑系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)駕駛控制。治克威爾公司打算將小型綜合全球定位／導(dǎo)航系統(tǒng)用于應(yīng)急車輛，如救護(hù)車、救火車、警車等。慣性測(cè)量裝置使