光纖陀螺羅經(jīng)的研制與應(yīng)用研究進(jìn)展

1、 光纖陀螺羅經(jīng)的研制與應(yīng)用研究進(jìn)展摘要本文描述了 SFIM 研制的單軸光纖陀螺和慣性測(cè)量裝置。描述了光纖陀螺羅經(jīng)的應(yīng)用領(lǐng)域和它在各種領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用的理由。光纖陀螺儀的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)了從機(jī)械陀螺儀向集成混合導(dǎo)航系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變更新。經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展和攻關(guān)努力，現(xiàn)正專注小型化多軸的陀螺儀的研究。最有希望的子系統(tǒng)是將旋轉(zhuǎn)速率傳感器與光纖陀螺儀巧妙的結(jié)合在一起的慣性測(cè)量組合。1、 引言單軸光纖陀螺儀的基本設(shè)計(jì)已經(jīng)被完成。而在研制領(lǐng)域中

2、仍然需要在實(shí)際設(shè)計(jì)和現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下提高限制和分析誤差的性能，光纖陀螺儀不斷更新發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力是降低成本的需要。已知的設(shè)計(jì)有很多共同的特點(diǎn)，但也有不同的解決方案，以應(yīng)對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域中的具體問(wèn)題。單軸陀螺儀的銷售機(jī)會(huì)是直截了當(dāng)?shù)奶鎿Q在此之前的單軸機(jī)械陀螺儀；使用在極端特殊的二維導(dǎo)航任務(wù)中，作為無(wú)人飛行器的導(dǎo)向羅經(jīng)；作為經(jīng)典慣性傳感器組件中的傳感器由三個(gè)單獨(dú)的陀螺儀和三個(gè)加速計(jì)組成；應(yīng)對(duì)古典式陀螺儀在靈活性和環(huán)境條件都完成不了的極端特殊

3、的測(cè)量工作。新設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)程序的多軸陀螺儀仍屬于高功耗光纖陀螺儀，相比純機(jī)械陀螺，其仍存在相當(dāng)大的尺寸，而且造價(jià)又一次成為考慮的因素。所有這些都是多軸光纖陀螺儀朝著解決信號(hào)處理的多路復(fù)用和光學(xué)組件的普遍應(yīng)用的方向發(fā)展的原因。2、 單軸光纖陀螺儀2.1 設(shè)計(jì)和基本配置眾所周知，在實(shí)際的 FOG 中，光學(xué)部分是最小的配置。電子信號(hào)的讀取和處理高度的集成在一起，以聯(lián)合的模擬和數(shù)字 ASIC 實(shí)現(xiàn)。為了完成，簡(jiǎn)單的總結(jié)和重復(fù)設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)，如下所

4、示：1、 低成本的多模激光二極管作為光源，波長(zhǎng) 820nm，多達(dá) 15mw 的光功率射入單模光纖尾纖。它安裝在熱電冷卻器、唯獨(dú)傳感器和顯示器二極管半蝴蝶包中。2、 多功能集成光學(xué)模塊包括一個(gè)含有偏光片的辮狀射出或輸入通道、Y 型分叉管和一對(duì)與鈦非漫射波導(dǎo)安裝在 Z 切理鈮酸鹽底片上的調(diào)相器。3、 保偏光纖用來(lái)做尾纖和纖維線圈，其長(zhǎng)度為 100m，一個(gè) Sagnac 相移大約為 1μrad，輸入速率為 1 ° / h。4、 探測(cè)

5、器模塊由一個(gè) SI-PIN 光電二極管和混合前置放大器組成。5、 矩形波相位調(diào)制在其固有頻率 1MHZ，以數(shù)字解調(diào)方案提供所需的靈敏度提高。G 位轉(zhuǎn)換器和無(wú)任何射頻混頻濾波的調(diào)頻技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)于 ASIC 的第一次內(nèi)部模擬調(diào)節(jié)技術(shù)設(shè)計(jì)。6、 新的 AISC 與模擬和數(shù)字功能現(xiàn)在已經(jīng)被用于生成調(diào)制信號(hào)，解調(diào)探測(cè)器的輸出，并給出改進(jìn)的比例因子。開環(huán)和閉環(huán)的操作是可以選擇的。偏心校準(zhǔn)比例因子、偏心溫度誤差模型和比例因子由單片微控制器執(zhí)行。7、

6、陀螺已經(jīng)擴(kuò)展內(nèi)置測(cè)試功能，包括電源位，啟動(dòng)位，和定期位監(jiān)測(cè)在運(yùn)行中的臨界參數(shù)。最小數(shù)目的使用機(jī)械化光學(xué)和電子元件，從而提高設(shè)備的可靠性。在820nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)操作目前的光纖陀螺羅經(jīng)是基于這個(gè)范圍的光源造價(jià)最低、而且具有最高可靠性、可大批量生產(chǎn)出可用波長(zhǎng)光源的事實(shí)基礎(chǔ)上。偏振保持光纖獲選的原因很多：它提供了一個(gè)最清潔的光學(xué)概念，與一個(gè)光纖回路有兩個(gè)消偏器的單模光纖環(huán)路相比它有最少的光線接頭。它緩解了光源相當(dāng)不連貫的調(diào)制需求量，使至少在初指

7、令時(shí)陀螺儀對(duì)磁場(chǎng)不敏感。成本的考慮與使用纖維長(zhǎng)度緊緊的結(jié)合在一起。如果單模光纖纖維被使用，最高成本必須與勞動(dòng)力成本做比較，例如4或6的額外接頭數(shù)量。位能力和簡(jiǎn)單的機(jī)械誤差和誤差模型都是被系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員公認(rèn)的。這就意味著今天FOG的性價(jià)比數(shù)字式非常具有競(jìng)爭(zhēng)力的。2.3.3 慣性傳感器組件的航姿系統(tǒng)、 外接程序和衍生品航姿系統(tǒng)或外接程序的經(jīng)典方法是單獨(dú)更換傳感器的光型傳感器組。自從FOG作為單機(jī)傳感器以來(lái)，仍有8-12立方英寸，另外要求類似的

8、電子信號(hào)處理量作為在ISA中的可更換部件，今天限制這些功能的是傳感器的大小和重量而不是主要的驅(qū)動(dòng)因素，另一方面FOG的特有規(guī)格參數(shù)有利于整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這可能是其快速的響應(yīng)時(shí)間、帶寬、或者是像高速?zèng)_擊或加速加載文件的特有環(huán)境腳本，另一個(gè)原因是簡(jiǎn)單的可利用的策略等級(jí) 1-3°/h,300-500ppm,1000°/s的陀螺在競(jìng)爭(zhēng)成本的水平。汽車運(yùn)動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、 航姿系統(tǒng)和一種集成的混合導(dǎo)航系統(tǒng)是可用的，并且是建立在SFI