• <s id="dcttk"></s>

    <meter id="dcttk"></meter>
    <u id="dcttk"><del id="dcttk"></del></u>

      <s id="dcttk"></s>
    當前位置:首頁  »  新聞  »  行業資訊

    激光陀螺儀的結構原理和特點有哪些

     時間:2019-08-22 | 瀏覽: 次 | 來源:天羿領航

      今天小編結合激光陀螺儀的結構原理和特點,以及激光陀螺儀的用途為大家作個介紹。

      美國早在上世紀60年代就開始了對激光陀螺儀的研究,并于70年代將其用于制導武器上。中國前后也成立了專門的研究室,用于研究激光陀螺儀。相對于西方來說,中國各種基礎設備及技術手段都是相當落后的,加上西方的封鎖,中國進行這項實驗幾乎是沒有任何外力可以依靠的,而在專家的帶領下,我國歷時43年,終于研制出了全內腔綠色氦氖激光器,使得中國成了美、俄、法之后,世界上第四個可獨立研制激光陀螺儀的國家。

      而激光陀螺儀的研制成功,對于我國航空航天以及軍事領域,都是有著非常深遠的影響意義,而最令人欣慰的是在此過程中中國收獲了一大批寶貴的科技人才,其中就包括技術帶頭人高伯龍院士,正是這些科技人才的不斷努力,中國武器才有了創新和發展的契機,中國才有了邁向世界一流軍事強國的契機。

      現代陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器,它是現代航空,航海,航天和國防工業中廣泛使用的一種慣性導航儀器,它的發展對一個國家的工業,國防和其它高科技的發展具有十分重要的戰略意義。

      傳統的慣性陀螺儀主要是指機械式的陀螺儀,機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高,結構復雜,它的精度受到了很多方面的制約。一般把陀螺儀分為激光陀螺、光纖陀螺、微機械陀螺和壓電陀螺,這些都是屬于電子式的,可跟GPS、磁阻芯片以及加速度計一起制造成為慣性導航控制系統。

      現代光纖陀螺儀包括干涉式陀螺儀和諧振式陀螺儀兩種,它們都是根據塞格尼克的理論發展起來的。塞格尼克理論的要點是這樣的:當光束在一個環形的通道中前進時,如果環形通道本身具有一個轉動速度,那么光線沿著通道轉動的方向前進所需要的時間要比沿著這個通道轉動相反的方向前進所需要的時間要多。

      也就是說當光學環路轉動時,在不同的前進方向上,光學環路的光程相對于環路在靜止時的光程都會產生變化。利用這種光程的變化,如果使不同方向上前進的光之間產生干涉來測量環路的轉動速度,這樣就可以制造出干涉式光纖陀螺儀,如果利用這種環路光程的變化來實現在環路中不斷循環的光之間的干涉,也就是通過調整光纖環路的光的諧振頻率進而測量環路的轉動速度,就可以制造出諧振式的光纖陀螺儀。

      從這個簡單的介紹可以看出,干涉式陀螺儀在實現干涉時的光程差小,所以它所要求的光源可以有較大的頻譜寬度,而諧振式的陀螺儀在實現干涉時,它的光程差較大,所以它所要求的光源必須有很好的單色性。自從上個世紀七十年代以來,現代陀螺儀的發展已經進入了一個全新的階段。1976年等提出了現代光纖陀螺儀的基本設想,到八十年代以后,現代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發展,與此同時激光諧振陀螺儀也有了很大的發展。

      由于光纖陀螺儀具有結構緊湊,靈敏度高,工作可靠等等優點,所以光纖陀螺儀在很多的領域已經完全取代了機械式的傳統的陀螺儀,成為現代導航儀器中的關鍵部件。和光纖陀螺儀同時發展的除了環式激光陀螺儀外,還有現代集成式的振動陀螺儀,集成式的振動陀螺儀具有更高的集成度,體積更小,也是現代陀螺儀的一個重要的發展方向。

      激光陀螺儀的用途

      陀螺儀通常裝置在除了要定出東西南北方向,還要能判斷上方跟下方的交通工具或載具上,像是飛機、飛船、飛彈、人造衛星、潛艇等等。它是航空、航海及太空導航系統中判斷方位的主要依據。這是因為在高速旋轉下,陀螺儀的轉軸穩定的指向固定方向,將此方向與飛行器的軸心比對后,就可以精確得到飛機的正確方向。羅盤不能取代陀螺儀,因為羅盤只能確定平面的方向。

      另一方面,陀螺儀也比傳統羅盤方便,因為傳統羅盤是利用地球磁場定向,所以會受到礦物分布干擾,例如受到飛機的機身或船身含鐵物質的影響;另一方面,在兩極也會因為地理北極跟地磁北極的不同而出現很大偏差,所以航空、航海都已經以陀螺儀以及衛星導航系統作為定向的主要儀器。

      激光陀螺儀的結構和原理

      激光陀螺儀的光環路實際上是一種光學振蕩器,按光腔形狀分有三角形陀螺和正方形陀螺,腔體結構有組件式和整體式兩種,一般三角型激光陀螺用的最多。典型的激光陀螺的結構是這樣的:它的底座是一塊低膨脹系數的三角形陶瓷玻璃,在其上加工出等邊三角形的光腔,陀螺儀就由這樣閉合的三角形光腔組成,三角形的邊長安裝在每個角上的輸出反射鏡,控制反射鏡和偏量反射鏡限定,在三角形的一條邊上安裝充以低壓氦氖混合氣體的等離子管。

     

      激光陀螺儀的原理是利用光程差來測量旋轉角速度( Sagnac 效應)。在閉合光路中,由同一光源發出的沿順時針方向和反時針方向傳輸的兩束光和光干涉,利用檢測相位差或干涉條紋的變化,就可以測出閉合光路旋轉角速度。

      激光陀螺儀的基本元件是環形激光器,環形激光器由三角形或正方形的石英制成的閉合光路組成,內有一個或幾個裝有混合氣體(氦氖氣體)的管子,兩個不透明的反射鏡和一個半透明鏡。用高頻電源或直流電源激發混合氣體,產生單色激光。為維持回路諧振,回路的周長應為光波波長的整數倍。用半透明鏡將激光導出回路,經反射鏡使兩束相反傳輸的激光干涉,通過光電探測器和電路輸入與輸出角度成比例的數字信號。

      激光陀螺儀的特點

      激光陀螺儀沒有旋轉的轉子部件,沒有角動量,也不需要方向環框架,框架伺服機構,旋轉軸承,導電環及力矩器和角度傳感器等活動部件,結構簡單,工作壽命長,維修方便,可靠性高,激光陀螺儀的平均無故障工作時間已達到九萬小時以上。

      激光陀螺儀的動態范圍很寬,測得速率為±1500度每秒,最小敏感角速度小于±0.001度每小時一下,分辨率為/弧度秒數量級,用固有的數字增量輸出載體的角度和角速度信息,無需精密的模數轉換器,很容易轉換成數字形式,方便與計算機接口,適合捷聯式系統使用。

      激光陀螺儀的工作溫度范圍很寬(從-55℃~﹢95℃),無需加溫,啟動過程時間短,系統反應時間快,接通電源零點幾秒就可以投入正常工作。達到0.5度每小時的精度,只需50毫秒時間,對武器系統的制導來說,是十分寶貴的。

      激光陀螺儀沒有活動部件,不存在質量不平衡問題,所以對載體的震動及沖擊加速度都不敏感,對重力加速度的敏感度也可忽略不計,因而無需不平衡補償系統,輸出信號沒有交叉耦合項,精度高,偏值小于0.001度每小時,隨機漂移小于0.001度每小時,長期精度穩定性好,在9年內輸出沒有任何變化,重復性極好。

      激光陀螺儀沒有精密零件,組成陀螺的零件品種和數量少,機械加工較少,易于批量生產和自動化生產,成本是常規陀螺的三分之一左右。

      激光陀螺儀需要突破的主要技術原理為噪聲、漂移和閉鎖閾值

      噪聲

      激光陀螺儀的噪聲表現在角速度測量上。噪聲主要來自兩個方面:一是激光介質的自發發射,這是激光陀螺儀噪聲的量子極限。二是機械抖動為多數激光陀螺儀采用的偏頻技術,在抖動運動變換方向時,抖動角速率較低,在短時間內,低于閉鎖閾值,將造成輸入信號的漏失,并導致輸出信號相位角的隨機變化。

      飄移

      激光陀螺儀的飄移表現為零點偏置的不穩定度,主要誤差來源有:諧振光路的折射系數具有各向異性,氦氖等離子在激光管中的流動、介質擴散的各向異性等。

      閉鎖閾值

      閉鎖閾值將影響到激光陀螺儀標度因數的線性度和穩定度。閉鎖閾值取決于諧振光路中的損耗,主要是反射鏡的損耗激光陀螺是在光學干涉原理基礎上發展起來的新型導航儀器,成為新一代捷聯式慣性導航系統理想的主要部件,用于對所設想的物體精確定位。石英撓性擺式加速度計是由熔融石英制成的敏感元件,撓性擺式結構裝有一個反饋放大器和一個溫度傳感器,用于測量沿載體一個軸的線加速度。

      激光陀螺儀三軸慣測組合由三個光纖陀螺儀和三個石英撓性擺式加速度計組成,可以實時地輸出載體的角速度、線加速度、線速度等數據,具有對準、導航和航向姿態參考基準等多種工作方式,用于移動載體的組合導航和定位,同時為隨動天線的機械操控裝置提供準確的數據。主要性能:加表精度 1×10-4g ;光纖陀螺精度(漂移穩定性)≤1°/h ;標度固形線性度≤5×10-4 。激光于1960 年在世界上首次出現。1962 年,美、英、法、前蘇聯幾乎同時開始醞釀研制用激光來作為方位測向器,稱之為激光陀螺儀。

            推薦閱讀:
            MEMS加速度計與MEMS陀螺儀有什么區別?
            MEMS慣性傳感器的應用領域有哪些
            這四類MEMS傳感器存在投資機會
            振動傳感器的分類都有哪些
            MEMS加速度計是如何工作的?
            MEMS智能傳感器手藝的新進展

    ?
    最新中文字幕无码,欧美人与动欧交视频欧,手机免费看欧美全黄A片,久久99国产综合精品尤物,男人猛桶女人下面视频到高潮