光纖陀螺即光纖角速度感測器，它是各種光纖感測器中最有希望推廣套用的一種。光纖陀螺和環形雷射陀螺一樣，具有無機械活動部件、無預熱時間、不敏感加速度、動態範圍寬、數字輸出、體積小等優點。除此之外，光纖陀螺還克服了環形雷射陀螺成本高和閉鎖現象等致命缺點。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，預計1994年美國陀螺市場上光纖陀螺的銷售額達49%，傳纜陀螺退居第二位(占銷售額35 %)。
基本介紹
- 中文名：光纖陀螺
- 外文名：(gyroscope)
- 別名：旋轉指示器
- 詞性：名詞
簡介,原理,特點,分類,技術問題,發展現狀,展望,未來發展趨勢,
簡介
因其無活動部件——高速轉子，稱為固態陀螺儀。這種新型全固態的陀螺儀將成為未來的主導產品，具有廣泛的發展前途和套用前景。
光纖陀螺
光纖陀螺原理
光纖陀螺的工作原理是基於薩格納克(Sagnac)效應。薩格納克效應是相對慣性空間轉動的閉環光路中所傳播光的一種普遍的相關效應，即在同一閉合光路中從同一光源發出的兩束特徵相等的光，以相反的方向進行傳播，最後匯合到同一探測點。
若繞垂直於閉合光路所在平面的軸線，相對慣性空間存在著轉動角速度，則正、反方向傳播的光束走過的光程不同，就產生光程差，其光程差與旋轉的角速度成正比。因而只要知道了光程差及與之相應的相位差的信息，即可得到旋轉角速度。
特點
與機電陀螺或雷射陀螺相比，光纖陀螺具有如下特點：
(1)零部件少，儀器牢固穩定，具有較強的抗衝擊和抗加速運動的能力；
(3)無機械傳動部件，不存在磨損問題，因而具有較長的使用壽命；
(5)通過改變光纖的長度或光線上圈中的循環傳播次數，可以實現不同的精度，並具有較寬的動態範圍；
(6)相干光束的傳播時間短，因而原理上可瞬間啟動，無需預熱；
(7)可與環形雷射陀螺一起使用，構成各種慣導系統的感測器，尤其是捷聯式慣導系統的感測器；
(8)結構簡單、價格低，體積小、重量輕。
分類
按工作原理：
諧振式光纖陀螺儀(R-FOG)，是第二代光纖陀螺儀，採用環形諧振腔增強SAGNAC效應，利用循環傳播提高精度，因此它可以採用較短光纖。R—FOG需要採用強相干光源來增強諧振腔的諧振效應，但強相干光源也帶來許多寄生效應，如何消除這些寄生效應是目前的主要技術障礙。
受激布里淵散射光纖陀螺儀(B-FOG)，第三代光纖陀螺儀比前兩代又有改進，目前還處於理論研究階段。
按光學系統的構成：集成光學型和全光纖型光纖陀螺。
按結構：單軸和多軸光纖陀螺。
按迴路類型：開環光纖陀螺和閉環光纖陀螺。
技術問題
光纖陀螺自1976年問世以來，得到了極大的發展。但是，光纖陀螺在技術上還存在一系列問題，這些問題影響了光纖陀螺的精度和穩定性，進而限制了其套用的廣泛性。主要包括：
(1)溫度瞬態的影響。理論上，環形干涉儀中的兩個反向傳播光路是等長的，但是這僅在系統不隨時間變化時才嚴格成立。實驗證明，相位誤差以及旋轉速率測量值的漂移與溫度的時間導數成正比．這是十分有害的，特別是在預熱期間。
(2)振動的影響。振動也會對測量產生影響，必須採用適當的封裝以確保線圈良好的堅固性，內部機械設計必須十分合理，防止產生共振現象。
為了提高陀螺的性能．人們提出了各種解決辦法。包括對光纖陀螺組成元器件的改進，以及用信號處理的方法的改進等。
發展現狀
光纖陀螺的發展是日新月異的。不僅是科學家熱心於此，許多大公司出於對其市場前景的看好，也紛紛加入到研究開發的行列中來。由於光纖陀螺在機動載體和軍事領域的套用甚為理想，因此各國的軍方都投入了巨大的財力和精力。
目前一些已開發國家如美、日、德、法、意、俄等在光纖陀螺的研究方面取得了較大進步，一些中低精度的陀螺已經實現了產品化，而少數高精度產品也開始在軍方進行裝備調試。
美國在光纖陀螺的研究方面一直保持領先地位。目前美國國內已經有多種型號的光纖陀螺投入使用。以史丹福大學和麻省理工大學為代表的科研機構在研究領域中不斷取得突破，而幾家研製光纖陀螺的大公司在陀螺研製和產品化方面也做得十分出色。最著名的Litton公司和Honeywell公司代表了國際上光纖陀螺的最高水平。
日本緊隨美國之後，在中低精度陀螺實用化方面走在了世界前列。許多公司都開始批量生產多種中低精度的光纖陀螺。
西歐幾個國家以及俄羅斯的第一代光纖陀螺也已經投入生產，少數中、高精度陀螺已經裝備到了空軍、海軍及飛彈部隊中。
我國光纖陀螺的研究相對起步較晚，但是在廣大科研工作者的努力下，已經逐步拉近了與已開發國家間的差距。航天工業總公司、上海803所、清華、浙大、北方交大、北航等單位相繼開展了光纖陀螺的研究。
根據目前掌握的信息看，國內的光纖陀螺研製精度已經達到了慣導系統的中低精度要求，有些技術甚至達到了國外同類產品的水平。但是國內的研究仍然大多停留在實驗室階段，沒有形成產品，距離套用還有差距。所以我們在這方面仍然有很長的路要走。
展望
未來光纖陀螺的發展將著重於以下幾個方面：
(1)高精度。更高的精度是光纖陀螺取代雷射陀螺在高等導航中地位的必然要求，目前高精度的光纖陀螺技術還沒有完全成熟。
(2)高穩定性和抗干擾性。長期的高穩定性也是光纖陀螺的發展方向之一，能夠在惡劣的環境下保持較長時間內的導航精度是慣導系統對陀螺的要求。比如在高溫、強震、強磁場等情況下，光纖陀螺也必須有足夠的精度才能滿足用戶的要求。
(3)產品多元化。開發不同精度、面向不同需求的產品是十分必要的。不同的用戶對導航精度有不同的要求，而光纖陀螺結構簡單，改變精度時只需調整線圈的長度直徑。在這方面具有超越機械陀螺和雷射陀螺的優勢，它的不同精度產品更容易實現，這是光纖陀螺實用化的必然要求。
(4)生產規模化。成本的降低也是光纖陀螺能夠為用戶所接受的前提條件之一。各類元件的生產規模化可以有力地促進生產成本的降低，對於中低精度的光纖陀螺尤為如此。
未來發展趨勢
光纖陀螺成本低、維護簡便，正在許多已有系統上替代機械陀螺，從而大幅度提高系統的性能、降低和維護系統成本。現在，光纖陀螺已充分發揮了其質量輕、體積小、成本低、精度高、可靠性高等優勢，正逐步替代其他型陀螺。
今後光纖陀螺的研究趨勢有：
(1)採用三軸測量代替單軸，研發多功能集成光學晶片、保偏技術等，加大光纖陀螺的小型化、低成本化力度；
(2)深入開發中、低精度光纖陀螺的套用，特別是民用慣性導航技術；
(3)加強精密級光纖陀螺的技術與套用研究，開發新型的光纖陀螺B-FOG和FRLG等。
