淺析光纖陀螺在交通領(lǐng)域中的應(yīng)用

《淺析光纖陀螺在交通領(lǐng)域中的應(yīng)用》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、淺析光纖陀螺在交通領(lǐng)域中的應(yīng)用胡曉明I廖兆曙2（1.武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院武漢430012;2華中科技大學(xué)武漢430074）摘要光纖陀螺比機(jī)械陀螺具有更多的優(yōu)點(diǎn)，倍受世界各國矢注。介紹光纖陀螺的原理和種類,重點(diǎn)講述日本光纖陀螺的發(fā)展水平及光纖陀螺在交通和鐵路上的應(yīng)用。仝融詞井好加礦井由土古*AAZSIU?田陀螺儀的應(yīng)用在我們周圍無處不存在，例如，在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中，工程測量、石油鉆探的精確定向，機(jī)器人動(dòng)作精確控制等都會(huì)用到陀螺儀。即使在日常生活屮，人們?cè)诓恢挥X屮已經(jīng)或?qū)⒌靡嬗谕勇輧x。比如在交通領(lǐng)域，飛機(jī)在飛行中使旅客感到十分半穩(wěn)和舒適

2、是得益于陀螺儀構(gòu)成的航向姿態(tài)參考系統(tǒng)；在鐵路運(yùn)輸中，隨著列車的提速，消除車廂擺動(dòng)尤其尚速轉(zhuǎn)彎時(shí)的擺動(dòng)，就要借助于陀蝮儀;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(dòng)性的缺點(diǎn)，當(dāng)GPS與陀螺結(jié)合在一起時(shí)，才使汽車導(dǎo)向和自動(dòng)駕駛真7F且X了士對(duì)I枠一爐魄信的店田+令廣污D1卜的1光纖陀螺的組成與優(yōu)點(diǎn)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和光纖技術(shù)的應(yīng)用，使得光纖陀螺比機(jī)械陀螺具有更多的優(yōu)點(diǎn)。從技術(shù)構(gòu)成來看,光纖陀螺主要市激光光源、光纖線圈、相位調(diào)制器、光耦合器、積分電路等組成。與旋轉(zhuǎn)和共振陀螺相比，光纖陀螺具有無機(jī)械部件、起動(dòng)

3、吋間短、動(dòng)態(tài)范圍大、可靠性好、抗振動(dòng)、靈敏度高、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，而且經(jīng)過人們的不斷深入研究和實(shí)驗(yàn)，弄清了光纖中的瑞利散射、克爾效應(yīng)、偏振狀態(tài)變化、溫度變化和受地磁影響而產(chǎn)生的法拉第效應(yīng)等問題，找到了消除噪聲的方法，從而伸并纖陽螺枯術(shù)一步一步成熟紀(jì)來.并在某此收稿日期:20042012162光纖陀螺的種類21（干涉）開環(huán)式光纖陀螺在該系統(tǒng)中，由光源發(fā)出的兩條光線沿同一光路傳播（方向相反），在光接收器上產(chǎn)生干涉，同時(shí)用光接收器DI和D2對(duì)干涉進(jìn)行測量,從而使耦合器O和6受溫度變化影響的特性完全一致，于是提高了穩(wěn)定性。但由于此時(shí)的輸入

4、、輸岀特性是旋轉(zhuǎn)8的cos函數(shù)，所以在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)沒有靈敏度。因而在光纖線圈的一端設(shè)置了相位說制器，用相位調(diào)制器的調(diào)制頻率同步檢測光接收器Di的輸出，便可得到與旋轉(zhuǎn)8的cos函數(shù)成正比的信號(hào)，從而得到很高的靈敏度。該系統(tǒng)采用了兒種降噪技術(shù)，如在光接收器Di和D2Z間設(shè)有偏光器，用于消除光纖屮的偏振變化而產(chǎn)生的噪聲。采用低相干光源，消除了光纖屮的后向瑞利散射和光克爾效應(yīng)產(chǎn)生的噪聲

5、o用偏振光纖消除了地磁產(chǎn)生的法拉第效應(yīng)。已有部份廠家向市場提供這種光纖陀螺產(chǎn)品，其分辯率和零點(diǎn)穩(wěn)定性圖1開環(huán)式光纖陀螺原理圖22共振式光纖陀螺隨著干涉式光纖陀

6、螺逐步投入使用，人們對(duì)縮短光纖線圈的長度、實(shí)現(xiàn)小型化展開了各種硏允，其屮發(fā)展較為成熟的是共振式光纖陀螺。在該系統(tǒng)屮，為消除環(huán)形共振器長度受溫度和機(jī)械變化的影響，采用了順時(shí)針和逆時(shí)針的兩條光束，一條光束用于模擬、補(bǔ)償由于溫度和機(jī)械變化而產(chǎn)生的光共振頻率變化，另一條光束用于測量由Sagnac效應(yīng)產(chǎn)生的光共振頻率變化。由于是利用光共振，所以要用高相干光源。該系統(tǒng)使用的是光譜寬度約為300kHz的半導(dǎo)體激光激勵(lì)的小型YAG激光器，用偏振光纖做光方向耦合器，由于兩束光是獨(dú)立傳播的，共振頻率直接受共振器和光纖長度變化的影響，而且頻率變化很大。根

7、據(jù)一條光束折共振特性檢測出這種變化反饋成光纖長度或光源頻率，便對(duì)消除這種影響。采用數(shù)字反饋法，可將誤差控制在±REF內(nèi)$。采用消除噪聲措施后，光纖陀螺精度有了很大提高，零點(diǎn)穩(wěn)定性已達(dá)5x1()-5口山殛23光纖環(huán)型激光陀螺光纖環(huán)型激光陀螺的原理是將強(qiáng)度較高的光線射入光纖壞型共振器，光纖中的布里淵散射便被感應(yīng)放大，于是共振器便起到激光器的作用，所得到的激光同樣受Sagnac效應(yīng)的影響。用光接收器檢測兩條振蕩光束的差頻，便可得到與旋轉(zhuǎn)角速度成正比的信號(hào)，但在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，存在頻率同步現(xiàn)象，使檢測精度受較大影響。系統(tǒng)采用光克爾效應(yīng)來消除光頻

8、同步現(xiàn)象，即用sin波調(diào)制一條光束白￡強(qiáng)度，在克爾效應(yīng)的作用下，光纖陀螺輸出也受到同步調(diào)制，從而使兩條光束之間保持差頻°研究表明，光纖布里淵激光器振蕩穩(wěn)定性受偏振狀態(tài)影響很大，在用偏振光纖組成的環(huán)型共振器屮，將偏拆9.t■■???—ar—>???>1r—J3光纖陀螺在交通領(lǐng)域的應(yīng)用31低精度光纖陀螺的應(yīng)用日本、美國從上個(gè)世紀(jì)的1979年開始研制光纖陀螺，經(jīng)多年努力，光纖陀螺己實(shí)際應(yīng)用于很多領(lǐng)域。日本某公司研制出一種JG2108F光纖陀180m,內(nèi)裝有積分電路，角精度為5(7X溫度范圍22A70°C。在無人控制地下管道挖掘機(jī)上使用的結(jié)

9、果表明，挖掘100m后的位置精度為10on。另外它具有可靠的空間穩(wěn)定性?如在直升機(jī)的平臺(tái)上裝一架700mm遠(yuǎn)焦攝像機(jī)，便可清楚地讀出高速公路上行駛的小汽車的車牌號(hào)碼。32中精度光纖陀螺的應(yīng)用這種層次的光纖陀螺多半采用閉環(huán)方式，并用光集