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1、本文由yzq3105貢獻(xiàn)pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。光電通訊網(wǎng)www.oecomm.com豐富的開發(fā)資源，豐富的技術(shù)交流，硬件設(shè)計者的網(wǎng)上家園光纖陀螺－光電子技術(shù)在光纖傳感器中應(yīng)用的典范汪繩武（上海永鼎光電子技術(shù)有限公司）中國慣性學(xué)會光電通訊網(wǎng)整理光電通訊網(wǎng)www.oecomm.com豐富的開發(fā)資源豐富的技術(shù)交流硬件設(shè)計者的網(wǎng)上家園2004-07-05光電通訊網(wǎng)www.oecomm.com豐富的開發(fā)資源，豐富的技術(shù)交流，硬件設(shè)計者的網(wǎng)上家園摘要光纖陀螺是屬于慣性技術(shù)范疇的一種慣性儀表。光
2、纖陀螺也是光電子技術(shù)范疇的一種光傳感器，光纖陀螺是慣性技術(shù)與光電子技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。但實際上，慣性技術(shù)與光電子技術(shù)在光纖螺上的緊密切合還是不足的，光電子技術(shù)的發(fā)展還沒有充分注意到光纖傳感器，特別是光纖陀螺的潛在市場。本文通過對光纖陀螺和與其相關(guān)的光電子器件的介紹，希望兩個技術(shù)方面要在過去已有的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步互相滲透，使光纖陀螺市場早日形成。1．1．概述陀螺儀的應(yīng)用在我們周圍無處不存在，例如，在國防領(lǐng)域中導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)、潛艇長期潛伏在水下的精確導(dǎo)航、行進(jìn)中的坦克保持火炮和瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的穩(wěn)定等都離不開陀螺儀。在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中，工程測量的精確定位、
3、石油鉆探的精確定向、機器人動作精確控制等也要靠陀螺儀。即使在日常生活中，人們在不知不覺中也已經(jīng)或?qū)⒌靡嬗谕勇輧x。比如飛機在飛行中使旅客感到十分平穩(wěn)和舒適是得益于陀螺儀構(gòu)成的航向姿態(tài)參考系統(tǒng)。隨著列車提速，消除車廂擺動尤其高速轉(zhuǎn)彎時的擺動，就要借助于陀螺儀。還有，汽車行駛中的定位和導(dǎo)向，在目前主要靠GPS，但GPS的使用存在著被動性的缺點，當(dāng)GPS與陀螺組合在一起時，才使汽車導(dǎo)向和自動駕駛真正具備了主動性。陀螺儀的應(yīng)用十分廣泛，以上的例子只是極少的一部分。以上列舉的應(yīng)用是通過陀螺儀和伺服控制系統(tǒng)共同實現(xiàn)的，而陀螺儀在其中充當(dāng)了一個十分重要的、不
4、可缺少的角色。陀螺儀的種類很多，包括機電的、激光的、光纖的、壓電的和微機械的等等。各種陀螺儀都具有自身的優(yōu)點。但到目前為止，在眾多類型的陀螺中，光纖陀螺更受到各種應(yīng)用的關(guān)注。光纖陀螺本質(zhì)上是由光電子器件組成的光干涉儀系統(tǒng)，沒有任何活動部件，這就決定了光纖陀螺具有一系列獨特的優(yōu)點：不怕沖擊振動，可以在惡劣的力學(xué)環(huán)境下應(yīng)用；對角速率的反應(yīng)極快；角速率測量靈敏度高；測量速率范圍高達(dá)；潛在的成本低；加工簡單。這些優(yōu)點是其它陀螺不能比擬的。國內(nèi)外十分重視光纖陀螺的發(fā)展和應(yīng)用，但目前國內(nèi)發(fā)展速度跟不上需求，至今尚未生產(chǎn)和達(dá)到應(yīng)用。主要問題是總體技術(shù)未達(dá)到
5、應(yīng)用的要求，而與光纖陀螺相關(guān)的光電子器件在技術(shù)和數(shù)量上又滿足不了陀螺總體的設(shè)計要求。通信光電子器件產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)已經(jīng)有相當(dāng)?shù)囊?guī)模，但主要市場的還是針對光通信行業(yè)，對光電子器件的另一個應(yīng)用市場，即光纖陀螺和光纖傳感器，還未被受到足夠的重視。研究其原因，從商業(yè)角度考慮，是因為光纖陀螺市場尚未形成，不能成為推動光纖陀螺專用的光電子器件發(fā)展的動力。另一方面也反映了光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的局限性，多多少少地影響了光纖陀螺市場的早日形成。所幸的是現(xiàn)在已經(jīng)有一些企業(yè)家看到了以上問題及市場前景，重視特殊的光電子器件的發(fā)展，并已經(jīng)開始組織力量研發(fā)光纖傳感器用的光電子器件
6、。本著推進(jìn)與光纖傳感器相關(guān)的光電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展，下面對光纖陀螺與光電子器件的一些相關(guān)技術(shù)作一些綜合性的敘述。光電通訊網(wǎng)www.oecomm.com豐富的開發(fā)資源，豐富的技術(shù)交流，硬件設(shè)計者的網(wǎng)上家園2．2．光纖陀螺光纖陀螺由兩部分組成：光學(xué)部分和信號處理電路部分。光學(xué)部分包含光電子器件和光纖器件。有時這兩種器件都被納入光電子技術(shù)。按照光纖陀螺光學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)成，目前進(jìn)入實用的光纖陀螺主要有兩類：全光纖陀螺和使用了集成光學(xué)器件的“集成光學(xué)器件光纖陀螺”。全光纖陀螺可采用開環(huán)或閉環(huán)的信號處理電路。這種陀螺的成本較低，但實現(xiàn)高精度的技術(shù)難度較大，因此大多用
7、于精度要求不高和低成本的場合。集成光器件光纖陀螺由于波導(dǎo)相位調(diào)制器的調(diào)制帶寬可高達(dá)幾個GHz，在信號處理中可以采用數(shù)字閉環(huán)技術(shù)，易于實現(xiàn)高精度和高穩(wěn)定性，是目前最常用的光纖陀螺構(gòu)成模式。圖1全光纖陀螺示意圖圖2集成光器件光纖陀螺示意圖為了進(jìn)一步提高陀螺的長期穩(wěn)定性，一種EDFA光纖陀螺已經(jīng)進(jìn)入實用。圖3EDFA光纖陀螺原理圖光電通訊網(wǎng)www.oecomm.com豐富的開發(fā)資源，豐富的技術(shù)交流，硬件設(shè)計者的網(wǎng)上家園因為在光纖陀螺的干涉系統(tǒng)中，由角速率長有關(guān):引起的相位移（SAGNAC相移）與波因此，在高精度、高穩(wěn)定性光纖陀螺中，光源的功率和波長
8、穩(wěn)定性顯得尤為重要，而使用EDFA取代SLD是一個有效的解決方案。光纖陀螺在實際應(yīng)用中大多數(shù)是以所謂的INU(慣性測量組合)的方式出現(xiàn)，由于光纖陀螺對角速率的敏感軸
