光学陀螺仪原理与激光陀螺仪结构解析
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更新于2024-07-09
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"惯性导航技术PPT 第二章2-3 光学陀螺仪.ppt"
光学陀螺仪是惯性导航技术中的核心组件,主要基于Sagnac效应来测量物体的角速度。这种效应是由法国物理学家G.M.Sagnac在1913年发现的,它指出在旋转的环形腔内,沿两个相反方向传播的光波会因为环的旋转而产生干涉,从而可以计算出旋转的速度。Sagnac效应的原理是,当光在环形通道中前进,如果通道本身在转动,那么沿着转动方向前进的光束所需时间会比相反方向的光束更长。
激光陀螺仪是光学陀螺仪的一种,它没有机械陀螺的转子,而是利用激光在环形谐振腔内的往返传播来检测角速度。相比于传统的机械陀螺,激光陀螺仪具备诸多优势,如更高的可靠性、更长的使用寿命、更宽的测量动态范围、更快的启动时间、不受重力加速度、振动和冲击的影响,以及可以直接提供数字信号输出,方便与计算机系统集成。
激光陀螺仪的结构通常包含一个三角形或四边形的环形谐振腔,腔内设有反射镜,增益介质(如掺稀土离子的玻璃或晶体)用于产生激光,以及读出机构和相关的电子线路。两束激光在腔体内沿着相反方向传播,当谐振腔旋转时,两束光的光程差会导致频率差异,通过测量这个频率差可以计算出角速度。
激光陀螺仪的工作原理可以用以下公式来描述:
- 光程差引起的频率偏移与角速度的关系为:f = ALΩ/S,其中f是频率差,A是光路环绕的面积,L是腔长,Ω是角速度,S是激光陀螺仪的标度因数。
- 激光陀螺仪的标度因数S受到腔体形状的影响,例如:
- 三角形环形激光陀螺的标度因数S = (2/20.785) * A / L^2。
- 正方形环形激光陀螺的标度因数S = (2/16) * A / L^2。
为了提高激光陀螺仪的灵敏度,可以通过增大环形腔的面积A或者减小激光的波长λ来增加标度因数S,从而提高对角速度的检测精度。
光学陀螺仪,特别是激光陀螺仪,是现代惯性导航系统中的关键技术,其高精度和稳定性对于航空、航天、航海及军事应用等领域至关重要。
2021-11-16 上传
2021-11-16 上传
论文
2023-06-01 上传
2023-06-08 上传
2023-05-30 上传
2023-07-01 上传
2023-05-31 上传
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