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發布時間:2021-09-28 06:42  
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光纖陀螺是基于光纖通信和集成光學發展而來的一種新型現代陀螺儀,常用來測量物體相對于慣性空間的角速度或轉動角度的無自轉質量。光纖陀螺在當今的慣性傳感器領域有著特殊的重要意義,陀螺儀原理上就是運用物體高速旋轉時,角動量很大,旋轉軸會一直穩定指向一個方向的性質,所制造出來的定向儀器。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。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。Vali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,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,所以目前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。
在智能工業與智能物流領域,陀螺儀主要應用在航姿參考系統,及無人機慣性導航中,包括無人機航姿參考系統、航拍穩定系統和無人機快遞;在精準農業領域,陀螺儀常常用來包括自動收割機和自動噴灑機等在內的機具定位和導航應用中;在智能家居領域,陀螺儀的應用主要包括智能掃地機器和服務機器人等;在車聯網領域,陀螺儀常用在車輛及貨運智能管理系統中,例如可對車輛位置、行車軌跡進行監測,也可以對車輛姿態進行管理和求救;在智能領域,陀螺儀的常見應用包括聾啞人手勢識別系統和仿生義肢等。目前光纖陀螺的發展方向主要有三個方面:一是繼續提高陀螺精度,把零偏穩定性降低到0.001°/h~0.01°/h ,標度因數穩定性提高到優于10ppm。二是降低成本,技術上向集成光學方向發展,以利于批量生產, 提高可靠性和競爭力。三是提高工程化水平, 改善全溫范圍內的零偏穩定性和逐次啟動的零偏重復性。
光纖陀螺的應用是光纖陀螺研究的一個重要方向。由于光纖陀螺自身的優越性和其潛在應用的廣泛性,三軸 MEMS光纖陀螺儀可結合三軸MEMS加速度計實現所謂六軸產品,三軸陀螺儀可以同時測定 6 個方向的位置、移動軌跡和加速度。從 MEMS光纖陀螺儀的應用方向來看,陀螺儀能夠測量沿一個軸或幾個軸運動的角速度,可與MEMS 加速度計(加速計)形成優勢互補,如果組合使用加速度計和陀螺儀這兩種傳感器,可能更好地跟蹤并捕獲三維空間的完整運動, 從而提高陀螺儀精度。光纖陀螺主要在汽車導航、定位和姿態控制、機器人等許多精 度要求不高的民用領域中有廣闊的應用。

零偏是輸入角速度為零(即陀螺靜止)時陀螺儀的輸出量, 以規定時間內測得的輸出量平均值相應的等效輸入角速度表 示,理想情況下為地球自轉角速度的分量。標度因數是陀螺儀輸出量與輸入角速率的比值,用某一特 定直線斜率表示,是反映陀螺靈敏度的量,其穩定性和準確性 是陀螺儀的一項重要指標,綜合反映了光纖陀螺的測試和擬合度。表征光纖陀螺儀中角速度輸出白噪聲大小的一項技術指 標,它反映的是光纖陀螺儀輸出的角速度積分隨時間積累的不 確定性,因此也可稱為角隨機游走。 閾值表示光纖陀螺能感應的較小輸入速率。分辨率表示陀 螺儀在規定輸入角速率下能感應的較小輸入速率增量。閾值和 分辨率都表征光纖陀螺儀的靈敏度。表示陀螺正、反方向輸入速率的更大值,表征陀螺的動態 范圍,即光纖陀螺可感應的速率范圍。

