P08激光陀螺误差、光纤陀螺.pptVIP

* * 激光陀螺 零偏误差 激光陀螺误差源：异于机械式 误差分类 零偏误差：输入角速度为零时激光陀螺的频差输出（0 / h） 主要原因：郎缪尔流效应 直流放电激活原子→阳极 阴极←阳极激活原子 综合形成郎缪尔流 导致激光在介质中折射率不同，造成附加光程差 补偿措施：双阳极方案 激光陀螺 标度因数与自锁误差 标度因数误差 激光陀螺频差输出公式 K值不稳定，也引起误差 K值大小的影响因素： 谐振腔周长 谐振腔形状 激光波长(0.6328 / 1.15 / 3.39 ) K值稳定性控制途径： 激光波长 谐振腔周长 280mm ～ 0.010/h ～ 5×10-6 120mm ～ 0.10/h ～ 3×10-4 自锁(Lock in)误差 自锁区： -ωL～ωL 典型值：3600/h 激光陀螺 自锁原因及对策 产生原因：反射镜反向散射 顺时光束 A 的反向散射 A’ A’ 和逆时光束 B 耦合 牵引（B 与 A’ 频率趋同） 类似，A 与 B’ 也频率趋同 A与B频率趋同，无频差输出 克服自锁的途径： 正面：尽力减小自锁区（提高光学元件质量和气体纯度） 间接途径：偏频 加偏置ω0，工作点移出自锁区 激光陀螺 机械抖动偏频 机械恒定偏频：使激光陀螺绕输入 轴相对基座以足够大的ω0恒速旋转 缺点：陀螺体积重量增大，ω0难控 机械抖动偏频：采用高频角振动(Mechanical Dithering) 谐振腔按曲线 1 的相对基座振动 当基座相对惯性空间无转动时， 谐振腔按曲线 1 相对惯性空间振动 输出频差均值为零 当基座以ωA相对惯性空间旋转 谐振腔按曲线 2 相对惯性空间振动 正半周输出频差平均值大于负半周 陀螺输出频差均值不为零 输出均值能够反映ωA的大小和方向 激光陀螺 磁镜偏频 引入机械抖动后的输入输出曲线 机抖偏频是目前最成熟的偏频方案，尤其适用三轴整体式的激光陀螺 磁镜(Magnetic Mirror)偏频：横向克尔磁光效应 对称入射的线偏振光 施加垂直于入射面的横向磁场 产生相位差或光程差 把激光陀螺的一个反射镜做成磁镜 磁场周期性变化，产生周期性偏频 光纤陀螺 Sagnac干涉仪的改进 环路 Sagnac 干涉仪，光路分析： 当干涉仪相对惯性空间无转动 两束光绕行一周的光程相等 绕行时间 当干涉仪绕法向轴以ω转动， 则两束光出现光程差 对于 a 束光 并且 光纤陀螺 原理公式 求解 La 得到 类似地，对于光束 b 两束光之间的光程差 两束光之间的相位差 对于 N 匝光纤环的情况 K 称光纤陀螺标度因数 在光纤线圈半径一定的情况下，可通过增加线圈的匝数提高测量的灵敏度 直径10 cm可绕500～2500m 光纤陀螺 相位偏置 光纤陀螺原理图，光路分析： 当光纤线圈绕中心轴无旋转， 检测器上产生峰值干涉条纹 检测器输出电流最大 当光纤线圈绕中心轴旋转 产生相差，干涉条纹横移 检测器输出电流改变 在 Δφ= 0 附近灵敏度最低。 对策：增加相位偏置(Phase Biasing)，工作点移至π/2处 光纤陀螺 交流相位偏置 固定相位偏置：幅值难控 交流相位偏置：交变幅值π/2 当输入相移Δφ=0，检测器的输出情况（如上） 当输入相移Δφ≠0，检测器的输出情况如下 I 均值的改变量与Δφ成正弦 Δφ正负由一次谐波相位判断 相位调制、相位调制器（PM） *