陀螺儀的原理

一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。人們根據這個道理，用它來保持方向。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動將數據信號傳給控制系統(tǒng)。我們騎自行車其實也是利用了這個原理。輪子轉得越快越不容易倒，因為車軸有一股保持水平的力量。現(xiàn)代陀螺儀可以準確地確定運動物體的方位的儀器，光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發(fā)展，激光諧振陀螺儀也有了很大的發(fā)展。光纖陀螺儀具有結構緊湊，靈敏度高，工作可靠。光纖陀螺儀在很多的領域已經完全取代了機械式的傳統(tǒng)的陀螺儀，成為現(xiàn)代導航儀器中的關鍵部件。微型光纖陀螺它是在機械陀螺儀的基礎上研制出來的，機械陀螺儀的結構比較復雜，需要運動部件，且靈敏度不如它。光纖陀螺儀是光學陀螺儀的其中一種，主要利用光學的有關原理進行工作，根據不同的硬件結構與光學結構又可以分為很多種。所以，選擇合適的光纖陀螺儀也是個技術問題。

光纖陀螺是一種用于慣性導航的光纖傳感器，敏感角速率和角偏差的一種傳感器，應用激光及光導纖維技術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。

利用光纖陀螺儀測得的地球自轉角速率值及加速度計測得的陀螺儀與水平面夾角，經過計算機解算得到載體的基線與真北方向的夾角，從而得到載體方位角的值，放置于基線上的加速度計測出尋北儀的姿態(tài)角。

光纖陀螺尋北儀所使用的光纖陀螺是由光纖環(huán)、半導體激光器、y波導等器件組成，它們是固態(tài)器件，沒有轉動部分，使設備能夠耐沖擊、抗振動。這是其它非光纖類陀螺無法做到的。

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(guī)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(wěn)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(guī)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(tài) 范圍，即光纖陀螺可感應的速率范圍。

光纖陀螺的工作原理是基于薩格納克效應。薩格納克效應是相對慣性空間轉動的閉環(huán)光路中所傳播光的一種普遍的相關效應，即在同一閉合光路中從同一光源發(fā)出的兩束特征相等的光，以相反的方向進行傳播，在匯合到同一探測點。微型光纖陀螺能完全保證陀螺在靜止狀態(tài)下順、逆時針光波的光程相等。耦合器的功能在于使返回光耦合出一部分到探測器，作為陀螺的光輸出。偏振器位于光纖環(huán)與耦合器之間，使單模光保持單偏振狀態(tài)，從而消除光纖雙折射變化對陀螺性能的影響。光纖陀螺儀的分類按照性能和應用的角度可分為速率級、術級和慣性戰(zhàn)級等３個級別。速率級光纖陀螺已經產業(yè)化，主要應用于機器人、下建造隧道、地管道路徑勘測裝置和汽車導航等對精度要求不高的場合。