第3章 激光测量 2013.4.26.ppt

4 光纤陀螺研制及应用状况 光纤陀螺应用级别划分 速率级光纤陀螺已经产业化，主要应用于机器人、地下建造隧道、管道路径勘测装置和汽车导航等对精度要求不高的场合。日本、法国等国家研制、生产的这种精度的陀螺仪，已大批量应用到民用领域。战术级光纤陀螺具有寿命长、可靠性高和成本低等优点，主要用于战术导弹、近程/中程导弹和商用飞机的姿态对准参考系统中。惯性级、战略级光纤陀螺主要是用于空间定位和潜艇导航，其开发和研制正逐步走向成熟，美国有关公司和研究机构是研制、生产该级别光纤陀螺的佼佼者，如Honeywell、Northrop等公司。 4 光纤陀螺研制及应用状况 光纤陀螺应用领域 l? 战略导弹系统和潜艇导航应用； l? 卫星定向和跟踪； l? 天体观测望远镜的稳定和调向； l? 各种运载火箭应用； l? 舰船、巡航导弹和军、民用飞机的惯性导航； l? 光学罗盘及高精度寻北系统； l? 战术武器制导与控制系统； l? 陆地导航系统(+GPS)； l? 姿态／航向基准系统； l?汽车导航仪、天线／摄像机的稳定、石油钻井定向、机器人控制、各种极限作业的控制装置等工业和民用领域。 4 光纤陀螺研制及应用状况 国外光纤陀螺发展及应用 国外中低精度的光纤陀螺已经产品化，被广泛用于航空、航天、航海、武器系统和其它工业领域中。世界上研制光纤陀螺的单位已有40多家，包括美国霍尼韦尔(Honeywell)、利顿(Litton)、史密斯(Smith)、诺思若普(Northrops)、联信(AliedSignal)等，日本日本航空电子工业有限公司(JAE)，日本三菱(Mitsubishi)公司，日立公司，德国利铁夫(LITEF)公司，法国法国光子（IXSEA）公司世界著名的惯导公司，精度范围覆盖了从战术级到惯性级、战略(精密)级的各种应用。 4 光纤陀螺研制及应用状况 国内光纤陀螺研制状况 国外据不完全统计，国内从事光纤陀螺研究的研究所、院校、民营单位共有几十家，其中比较著名的有： 航天时代电子公司 航天三院三十三所 北京航空航天大学 哈尔滨工程大学 浙江大学 兵器205所 船舶707所 航空618所 在普通干涉仪中，由于参考光束和测试光束沿着分开的光路行进，故这两束光受机械振动和温度起伏等外界条件的影响是不同的。因此，在干涉测量过程中，必须严格限定测量条件，采取适当的保护措施，否则干涉场上的干涉条纹是不稳定的，因而不能进行精确的测量。这类干涉仪，称为非共程干涉仪。 若参考光路和测试光路经过同一光路，这类干涉仪称为共程干涉仪-斐索干涉仪。 共程干涉和非共程干涉 抗环境干扰； 在产生参考光束时，通常不需要尺寸等于或大于被测零件的光学标准件。 基本原理 在一段单模光纤中传输的相干光,因待测能量场的作用,而产生相位调制。目前干涉传感器中采用四种不同的结构: 1. 迈克尔逊; 2. 马赫-泽德; 3. 萨格奈克; 4. 法布里―珀罗。 分束器使激光器输出的一部分光向上反射到固定平面镜。这些光被固定平面镜反射回分束器,于是一部分光透射到光检测器,另一部分光被反射回激光器。激光器输出的另一部分光透过该分束器,被活动平面镜反射回分束器,一部分光被该分束器反射到光检测器。另一部分光透过分束器返回激光器。 如果光往返于固定平面镜和活动平面镜的光程差小于激光器的相干长度,那么透射到光检测器的两束光就可能互相发生干涉。每当活动平面镜移动1/2光波长的距离时,检测器的输出就从最大值变到最小值,然后再变回最大值。 采用这种技术在 He-Ne 激光器的红光情况下,它可以检测平面镜小到10-7μm,即0.63×10-13 m的位移。 Albert Abraham Michelson 迈克尔逊因发明干涉仪和光速的测量而获得1907年诺贝尔物理学奖金。 迈克尔逊 (Michelson) 干涉仪 迈克尔逊干涉仪 分束器把激光器的输出光束分成两束。它们经上、下光路的传输之后又重新合路,使它们在光检测器处互相发生干涉。这种结构也可用于检测可动平面镜小到10-13 m的位移。与迈克尔逊干涉仪相比,它的优点是:只有少量的或者没有光直接返回激光器,这就避免了反馈光使激光器不稳定和产生噪声。 Ernst Mach 马赫―泽德(Mach-Zehnder)干涉仪 马赫― 泽德干涉仪 萨格奈克(Sagnac)干涉仪 激光器输出的两束光沿着一条由一个分束器和三个平面镜构成的闭合光路反方向传输,它们重新合路后再入射到光检测器。如果某块平面镜沿着与反射面垂直的方向移动,那么两个光程的长度必然改变同样的数量,故在光检测器上不会检测到干涉过程中的变化。反之,如果使固定该干涉仪的台子绕着垂直于光束平面的轴作顺时针旋转,那么沿