光纤陀螺仪测试方法
1范围
本标准规定了作为姿态控制系统、角位移测量系统和角速度测量系统中敏感器使用的单轴干涉性光纤陀螺仪（以下简称光纤陀螺仪）的性能测试方法。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注目期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB321-1980优先数和优先系数
CB998低压电器基本实验方法
GJB585A-1998惯性技术术语
GJB151军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求
3术语、定义和符号
GJB585A-1998确立的以及下列术语、定义和符号适用于本标准。
3.1术语和定义
3.1.1干涉型光纤陀螺仪interferometric fiber optic gyroscope
仪萨格奈克（Sagnac）效应为基础，由光纤环圈构成的干涉仪型角速度测量装置。当绕其光纤环圈等效平面的垂线旋转时，在环圈中以相反方向传输出的两束相干光间产生相位差，其大小正比于该装置相对于惯性空间的旋转角速度，通过检测输出光干涉强度即反映出角速度的变化。
3.1.2陀螺输入轴input axis of gyro
垂直于光纤环圈等效平面的轴。当光纤陀螺仪绕该轴有旋转角速度输入时，产生光纤环圈相对于惯性空间输入角速度的输出信号。
3.1.3标度因数非线性度scale factor nonlinearity
在输入角速度范围内，光纤陀螺仪输出量相对于最小二乘法拟合直线的最大偏差值与最大输出量之比。
3.1.4零偏稳定性bias stability
当输入角速度为零时，衡量光纤陀螺仪输出量围绕其均值的离散程度。以规定时间内输出量的标准偏差相应的等效输入角速度表示，也可称为零漂。
3.1.5零偏重复性bias repeatability
在同样条件下及规定间隔时间内，多次通电过程中，光纤陀螺仪零偏相对其均值的离散程度。以多次测试所得零偏的标准偏差表示。
3.1.6零偏温度灵敏度bias temperature sensitivity
相对于室温零偏值，由温度变化引起光纤陀螺仪零偏变化量与温度变化量之比，一般取最大值表示。
3.1.7随机游走系数random walk coefficient
表征光纤陀螺仪中角速度输出白噪声大小的一项技术指标，它反映的是光纤陀螺仪输出的角速度积分（角度）随时间积累的不确定性（角度随机误差），因此也可称为角随机游走（ARW）。
3.1.8频带宽度bandwidth
光纤陀螺仪频率特性测试中，规定在测得的幅频特性中幅值降低3dB所对应的频率范围。
3.1.9输出延迟时间output delay time
光纤陀螺仪信号输出相对于信号输入的延迟时间中与输入频率无关的部分。
3.1.10启动时间turn-on time
光纤陀螺仪在规定的工作条件下，从加电开始至达到规定性能所需要的时间。
3.1.11预热时间warm-up time
针对带温控的高精度光纤陀螺仪的一项技术指标，光纤陀螺仪在规定的工作条件下，从加电开始至达到规定性能所需要的时间。
3.2符号
下列符号适用于本标准：
A ─角度到激光干涉仪输出电压的比例因子；0
B ─零偏平均值，单位为度每小时（/h ?）；0i B ─第i 次测试的零偏，单位为度每小时（/h ?）；
0B ─零偏，单位为度每小时（/h ?）
；r B ─零偏重复性，单位为度每小时（/h ?）；
s B ─零偏稳定性，单位为度每小时（/h ?）
；oi B ─第i 个试验温度点的光纤陀螺仪零偏，单位为度每小时
（/h ?）；
om B ─室温下的光纤陀螺仪零偏，单位为度每小时（/h ?）；
t B ─零偏温度灵敏度，单位为度每小时每摄氏度（//h C ??）
；W B ─频带宽度，单位为赫兹（Hz ）；
(1)(2)F F --、─分别在第一、二种安装位置上，转台反转若干圈光纤
陀螺仪输出量的平均值；
(1)(2)F F ++、─分别在第一、二种安装位置上，转台正转若干圈
光纤陀螺仪输出量的平均值；
()t F ─光纤陀螺仪在t 时刻的输出值；
F ─光纤陀螺仪输出量的平均值；0F ─拟合零位；
0()i F t ─光纤陀螺仪在第i 个采样点的输出值；i F ─光纤陀螺仪在i t 时刻输出的单边幅值；
jp F ─光纤陀螺仪在第j 个输入角速度ij Ω时的第p 个输出值；j F ─第j 个输入角速度ij Ω时光纤陀螺仪输出值；
L F ─光纤陀螺仪在角振动台允许最低频率时输出的单边幅值；m F ─光纤陀螺仪输出的单边幅值；
e F ─测试结束时，光纤陀螺仪输出的平均值；s F ─测试开始时，光线陀螺仪输出的平均值；
?j
F ─第j 个输入角速度ij Ω所对应拟合直线上计算的光纤陀螺仪输出值；
r F ─转台静止时，光纤陀螺仪输出的平均值；i G ─第i 个频率下测试的光纤陀螺仪幅值增益；K ─标度因数；
()K -─反转输入角速度范围内光纤陀螺仪标度因数；
()K +─正转输入角速度范围内光纤陀螺仪标度因数；
K
─标度因数不对称性，单位为百分之（%）或百万分之（ppm）；
α
K—直流增益；
D
K—第i次测试的标度因数；
i
K—室温下，光纤陀螺仪标度因数；
m
K—标度因数非线性度，单位为百分之（%）或百万分之（ppm）；
n
K—标度因数重复性，单位为百分之（%）或百万分之（ppm）；
r
K—标度因数温度灵敏度，单位为百分之每摄氏度（%/C?）或t
百万分之每摄氏度（/
?）；
ppm C
K—标度因数平均值；
M—输入角速度个数；
n—采样次数；
NERτ—噪声等效速率，单位为度每小时（/h?）；
()
P—相位延迟，单位为度（?）；
i
Q—测试次数；
RWC—随机游走系数；
s—Lalapce算子；
t—初始采样间隔时间，单位为秒（s）；
T—延迟时间，单位为秒（s）；
d
T—第i个试验温度，单位为摄氏度（C?）；
i
t—第j个采样点时间，单位为秒（s）；
j
T—室温，单位为摄氏度（C?）；
m
α—输入轴失准角，单位为度（?）；
j α—第j 个输入角速度ij Ω时，输出值的非线性偏差，单位为百分
之（%）或百万分之（ppm ）；
j β—第j 个输入基准轴（IRA ）偏北角，单位为度（?）；1234δδδδ、、、—分别为第一、二、三、四种安装位置时的失准角，
单位为度（?）；
j F ?—光纤陀螺仪输出增量；
?j
F ?—按拟合直线计算的光纤陀螺仪输出增量；θ—角振动台在t 时刻的振动角度，单位为度（?）
；&θ—光纤陀螺仪输入的角速度，单位为度每小时（/h ?）；
m θ—角振动的单边幅值，单位为度（?）
；τ—采样间隔时间，单位为秒（s ）；
j v —拟合误差；
1,P P ξ+—第1P +与第P 个数组平均的差；
F φ—光纤陀螺仪输出的初始相位，单位为度（?）
；θφ—角振动台的初始相位，单位为度（?）；
φ—开始转动时IRA 的偏北角，单位为度（?）；ψ—试验场所地理纬度角，单位为度（?）
；e Ω—地球自转角速度，单位为度每小时（/h ?）；
ω—转台转动角速度，单位为度每秒（/s ?）；
i ω—第i 个输入信号频率，单位为赫兹（Hz ）；Ω—速率转台转速，单位为度每秒（/s ?）
；0()i t Ω—在第i 个采样点的输出角速率，单位为度每小时（/h ?）
；
ij Ω—第j 个输入角速度，单位为度每小时（/h ?）
；j Ω—输入角速度，单位为度每小时（/h ?）；
()p τΩ—始于第p 个数据电并含有k 个数据的一个数组上的输出
角速度的数组平均；
2()στ—随机变量集合{}1,,1,,1p p p n k ξ+=-+ 的方差。
注：光纤陀螺仪的输出单位为安培（A ）、毫伏（mV ）或脉冲数等。
4测试条件与测试设备
4.1测试条件
4.1.1环境条件4.1.1.1大气条件
标准大气条件如下：
a ）环境温度：15oC ~35oC ；
b ）相对湿度：20％~80％；
c ）大气压力：测试场所的气压。仲裁试验的标准大气条件如下：a ）环境温度：23oC ±2oC ；b ）相对湿度：50％±5％；c ）大气压力：86kPa ~106kPa 。4.1.1.2磁场
测试场地的磁场，其最大垂直分量和水平分量应符合产品专用技术条件要求。
试验时电路廉洁的电磁兼容性应满足GJB151要求。
4.1.1.3振动
试验基座安装在独立的地基上，基座振动的频率和幅值应符合产品技术条件的要求。
4.1.2安装条件
4.1.2.1概述
光纤陀螺仪安装在测试工作台上的夹具中，宜与实际使用的安装条件一致。各项测试中的定位精度，由测试工作台及安装夹具的精度来保证，应符合产品专用技术条件的要求。
必要时应考虑安装部件的热设计与机械设计等的影响。如果需要对其进行温度控制，应规定：
a）设备工作温度；
b）温度测定方法；
c）确定热平衡的标准。
必要时，测试设备应提供测量和控制温度梯度的手段。
4.1.2.2机械条件
安装光纤陀螺仪时，输入基准轴IRA相对于测试夹具的对准精度应符合产品专用技术条件的要求。
4.1.2.3热条件
所有需要稳定温度的测试均需要在光纤陀螺仪处于热平衡状态下进行，安装夹具按使用中的热平衡条件进行热设计，安装界面温度要求与使用中的界面温度相一致。
4.1.3供电条件
光纤陀螺仪所有供电电源的阻抗、电压、频率、纹波、预热及工作电流都应符合产品专用技术条件的要求。
4.1.4陀螺仪输出极性规定
按右手螺旋定则以四指指向光纤陀螺仪旋转方向，拇指指向光纤陀螺仪输入轴正方向。光纤陀螺仪绕其输入轴正向旋转时，其输出信号为正。
4.1.5光纤陀螺仪轴的规定
OX OY
、是光纤环圈平面内两个相互垂直的轴，OX和OY与光纤陀螺仪输入轴IA（即OZ）正交，且三个轴的正方向满足OX OY IA
?=的规定；
IRA（即oz）、ox和oy是安装基准轴，这三个轴名义上分别与、、平行，且三个轴的正方向满足ox oy IRA
IA OX OY
?=的规定，应在光纤陀螺仪壳体上用标记标明基准轴。
4.2测试设备
4.2.1一般要求
测试设备的精度和频率特性应与光纤陀螺仪性能规范的要求相
匹配，测试设备的随机误差应小于光纤陀螺仪随即误差的1
3
至
1
5
。测
试设备的性能应稳定可靠，应装有安全限制装置，以免光纤陀螺仪在电、机械、热等方面过载或输入量过大。
所有测试设备均应有规定期限内的检定合格证。
4.2.2温度试验箱要求
对温度试验箱应有如下要求：
a）在温度试验箱内光纤陀螺仪处于工作状态时，其定位条件应满足相应精度要求；
b）当使用专用安装夹具时，应具有良好热传导性；
c）温度试验箱内的温度由其内部的温度传感器检测。除另有规定外，在光纤陀螺仪处于工作状态时，当其内部热容量最大部件在规定试验温度下，每小时温度变化不大于2oC时，认为光纤陀螺仪工作温度达到稳定状态。或者在规定试验温度下，恒温规定时间后，开始测试。
5测试项目与方法
5.1概述
对本标准所列各测试项目，可根据需要，将若干测试设备相同，测试程序详尽的项目统一进行测试，然后再按各项目相应的计算方法对测试数据进行处理。
5.2外观检查
光纤陀螺仪应通过外观和尺寸的检验，确认其是否有适当的标识、表面光洁度，有无生产过程中的缺陷，是否符合产品的专用技术条件的要求。
5.3电气检查
5.3.1绝缘电阻
5.3.1.1测试目的
测量隔离电路之间及光纤陀螺仪外壳与同外壳隔离的电路之间的绝缘电阻。
5.3.1.2测试设备
兆欧表。
5.3.1.3测试方法
在100V的试验电压下，按GB998中6.1的规定，用兆欧表检查
规定试验点之间的绝缘电阻值。其结果应符合产品的专用技术条件的要求。
5.3.2阻抗
5.3.2.1测试目的
测量指定光纤陀螺仪电路的阻抗。
5.3.2.2测试设备
阻抗电桥，其频率发生器可调至规定频率；
直流电阻电桥或其它适于测量电阻的系统。
5.3.2.3测试方法
光纤陀螺仪应在规定的温度下达到热平衡，以使最终结果不受温度变化的影响。
测量所有光纤陀螺仪电路的阻抗。为了保护光纤陀螺仪，通过电路的测试电流应尽量小，测试电流应在一定时间内不间断。
5.3.3绝缘介电强度
5.3.3.1测试目的
确定电路元件或光纤陀螺仪组件可以在额定电压下安全地工作，并且可经受在隔离的电路之间和光纤陀螺仪外壳与其隔离的电路之间由切换、浪涌等而产生的瞬间过电压。
5.3.3.2测试设备
交流高压电源，带有电压与电流测量仪表。
5.3.3.3测试方法
光纤陀螺仪处于非工作状态，试验电压由产品技术条件规定，试验方法按GB998中6.1和6.3的规定进行。其结果应符合产品的专用技术条件的要求。
5.4功耗
5.4.1测试目的
测量光纤陀螺仪的每种电源需要的输入功率。
5.4.2测试设备
电压、电流测试设备。
5.4.3测试方法
接入电压、电流测试设备，按4.1.3供电条件规定施加功率，记录每种电源提供的输入功率。
5.5启动时间
5.5.1测试目的
确定光纤陀螺仪在规定的工作条件下，从加电开始至达到规定性能所需要的时间间隔。
5.5.2测试设备
主要测试设备如下：
a）速率转台及位置转台；
b）光纤陀螺仪输出测量及记录装置（具有陀螺加电启动记录功能。
5.5.3测试方法
将光纤陀螺仪安装于速率台的夹具上，使IRA于速率台的旋转轴平行。误差在规定值内。将光纤陀螺仪与输出测量设备接好。启动速率台，建议将速度分别设定在全量程、0.1倍全量程、0.01倍全量程值或其它合适之上。光纤陀螺仪通电，记录时间和对应的光纤陀螺仪输出。
光纤陀螺仪输入轴指向东、西或其它方向，光纤陀螺仪通电，记录时间和对应的光纤陀螺仪输出。
5.5.4计算方法
速率试验中，根据纪录的数据，确定每次从加电到光纤陀螺仪指示速率满足速率误差要求为止的时间间隔123
、、、、。光纤陀
tr tr tr trm
螺输出中要扣除地球速率和事先标定的零位。
位置试验中，光纤陀螺仪输出中扣除事先标定的零位，确定每次从加电到光纤陀螺仪指示达到要求零偏值的时间123
、、、、。
tp tp tp tpn
取(1,2,,)(1,2,,)
、的最大值为启动时间。
tri i m tpi i n
==
5.6预热时间
5.6.1测试目的
确定带温控的光纤陀螺仪在规定的工作条件下，从加电开始至达到规定性能所需要的时间间隔。
5.6.2测试设备
测试设备同5.5.2。
5.6.3测试方法
测试方法同5.5.3。
5.6.4计算方法
计算方法同5.5.4。
5.7极性
5.7.1测试目的
确定相对于4.1.5定义的轴的光纤陀螺仪的输出极性。
5.7.2测试设备
主要测试设备如下：
a）速率转台；
b）光纤陀螺仪输出测量及记录装置。
5.7.3测试方法
将光纤陀螺仪安装于速率台上，IRA平行于速率台轴线。将光纤陀螺仪与输出测量设备相连。按4.1的标准测试条件准备光纤陀螺仪测试。将速率台加速至一定的角速度值，使输入矢量与IRA的正方向相同，记录光纤陀螺仪输出极性。以相同的方式反向旋转速率台，并再次纪录光纤陀螺仪输出极性。
5.8标度因数系列测试
5.8.1标度因数
5.8.1.1测试目的
测量光纤陀螺仪的标度因数。
5.8.1.2测试设备
主要测试设备如下：
a）具有角度或速率输出的速率转台；
b）光纤陀螺仪输出测量及记录装置。
5.8.1.3测试方法
将速率台的旋转轴置为垂直，与当地垂线间误差不超过规定值。将光纤陀螺仪安装在转台上，使IRA平行于旋转轴，误差不超过规定值。将光纤陀螺仪与输出测量设备连接好。使测试设备记录经过的时间与光纤陀螺仪输出。在速率台旋转的情况下，按4.1的标准测试条
间与光纤陀螺仪输出。在速率台旋转的情况下，按4.1的标准测试条件操作光纤陀螺仪。在输入角速度范围内，按照GB321规定的R5系列，适当园整，均匀删除后选取输入角速度，在正转、反转方向输入角速度范围内，分别不能少于11个角速度档，包括最大输入角速度。
测试程序如下：
a）按专用技术条件设定光纤陀螺仪输出数据的采样间隔时间及采样次数；
b）转台加电，设定转台的转动角速度和转动方向，先设正转，启动转台，角速度平稳后，接通光纤陀螺仪电源，
测试光纤陀螺仪输出，完成采样次数后，光纤陀螺仪断
电，转台停转，将光纤陀螺仪输出数据扣除启动时间之
前的数据后，求出该输入角速度下光纤陀螺仪输出的平
均值；
c）设定同样的角速度，使转台反转，方法与b）相同，得到反转输入角速度下光纤陀螺仪输出的平均值，转台输
入角速度按从小到大的顺序改变；
d）测试开始和结束时，按相同方法分别测试当转台静止时，光纤陀螺仪输出的平均值，并从测试输入角速度点
的光纤陀螺仪输出平均值中扣除，得出各输入角速度下
的光纤陀螺仪输出值。
5.8.1.4计算方法
设
j F 为第j 个输入角速度时光纤陀螺仪输出的平均值，标度因
数计算方法见公式（1）~（6）：
1
1N
j jp p F F
N
==
∑………………………………
(1)
1
()2
r s e F F F =+…………………………
(2)
j j r F F F =-……………………………
(3)
建立光纤陀螺仪输入输出关系的线性模型：
0j ij j F K F v =?Ω++………………………………
(4)
用最小二乘法求0K F 、：
111
22
1
111()M
M
M
ij j ij j j j j M M
ij ij j j F F M K M =====Ω?-Ω?=Ω-Ω∑∑∑∑∑…………………………
（5）
01
1
1M
M
j ij
j j K F F M
M ===
-Ω
∑∑…………………
(6)
5.8.2标度因数非线性度5.8.2.1测试目的
测量光纤陀螺仪的标度因数非线性度。5.8.2.2测试设备
测试设备同5.8.1.2。5.8.2.3测试方法
测试方法同5.8.1.3。5.8.2.4计算方法
测试数据按5.8.1.4处理，用拟合直线表示光纤陀螺仪输入输出关系，见公式（7）：
?j ij F K F =?Ω+……………………………………（7）按公式（8）计算光纤陀螺仪输出特性的逐点非线性偏差：
?j j j m
F F F α-=
(8)
按公式（9）计算标度因数非线性度：
2005年第24卷第6期 传感器技术(J o u r n a l o f T r a n s d u c e r T e c h n o l o g y) 综述与评论 光纤陀螺仪的发展现状 周海波,刘建业,赖际舟,李荣冰 (南京航空航天大学导航研究中心,江苏南京210016) 摘 要:根据光纤陀螺仪的工作原理和特点,光纤陀螺仪具有不同的分类。介绍了国外光纤陀螺仪的现状,预测了近期和长远的发展趋势,旨在对我国的光纤陀螺技术的发展能有所帮助。 关键词:光纤陀螺仪;萨格纳效应;干涉型;谐振式;布里渊式 中图分类号:T N2,T P2 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2005)06-0001-03 D e v e l o p m e n t s t a t u s o f f i b e r-o p t i c g y r o s c o p e s Z H O UH a i-b o,L I UJ i a n-y e,L A I J i-z h o u,L I R o n g-b i n g (N a v i g a t i o nR e s C e n t e r,N a n j i n gU n i v e r s i t yo f A e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s,N a n j i n g210016,C h i n a) A b s t r a c t:T h ef i b e r-o p t i cg y r o s c o p e(F O G)i sc l a s s i f i e d i n t od i f f e r e n tt y p e sa c c o r d i n gt oi t sp r i n c i p l ea n d c h a r a c t e r i s t i c.T h e i n t e r n a t i o n a l s t a t u so f F O G i si n t r o d u c e da n dt h es h o r t-t e r m a n dl o n g-t e r m t r e n do f F O G i s f o r e c a s t.I t w i l l b eb e n e f i t t o t h e c o u r s e o f o u r F O G. K e yw o r d s:F O G(f i b e r-o p t i c g y r o s c o p e);S a g n a c e f f e c t;i n t e r f e r o m e t r i c;r e s o n a n t;B r i l l o u i n 0 引 言 光纤陀螺仪属于第四代陀螺仪———光学陀螺仪的一种,其基本工作原理基于萨格纳效应,即在同一闭合光路中从同一光源发出两束特征相同的光,沿相反的方向进行传播,汇合到同一探测点,产生干涉。若存在绕垂直于闭合光路所在平面的轴线相对惯性空间转动的角速度,则沿正、反方向传播的光束产生光程差,该差值与角速度成正比。通过光程差与相应的相位差的关系,可通过检测相位差,计算角速度。它一般由光纤传感线圈、集成光学芯片、宽带光源和光电探测器组成。与传统的机械陀螺仪相比,具有无运动部件、耐冲击、结构简单、启动时间短、灵敏度高、动态范围宽、寿命长等优点。与另一种光学陀螺仪———环形激光陀螺仪相比,光纤陀螺仪不需要光学镜的高精度加工、光腔的严格密封和机械偏置技术,能够有效地克服了激光陀螺的闭锁现象,易于制造。 本文从光纤陀螺仪的原理和优点出发,着重对光纤陀螺仪的分类、国外研究现状及其发展趋势做了详细的介绍,希望对我国的光纤陀螺的研制和发展有所裨益。 1 光纤陀螺仪的分类 光纤陀螺仪按照不同的分类标准,有不同的分类结果。按结构可分为单轴和多轴光纤陀螺,光纤陀螺的多轴化正是其发展方向之一。按其回路类型可分为开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺两类,开环光纤陀螺不带反馈,直接检测光输出,省去许多复杂的光学和电路结构,具有结构简单、价格 收稿日期:2004-11-20便宜、可靠性高、消耗功率低等优点,缺点是靠增加单模光纤的长度来提高陀螺的灵敏度,输入-输出线性度差、动态范围小,主要用作角度传感器[1]。闭环光纤陀螺包含闭环环节,大大降低光源漂移的影响,扩大了光纤陀螺的动态范围,对光源强度变化和元件增益变化不敏感,陀螺漂移非常小,输出线性度和稳定性只与相位变换器有关[2],主要应用于中等精度的惯导系统,对光纤陀螺的小型化和稳定性有重要作用,是高精度光纤陀螺研究的主要趋势。 按照光学系统的构成可分为全光纤型和集成光学器件型。全光纤陀螺成本较低,但实现高精度的技术难度较大,大多用于精度要求不高和低成本的场合。集成光学器件光纤陀螺在信号处理中可以采用数字闭环技术,易于实现高精度和高稳定性,是目前最常用的光纤陀螺构成模式。 按照性能和应用的角度可分为速率级、战术级和惯性级等3个级别[3]。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H o n e y w e l l,N o r t h r o p等公司。 1
智能辅助驾驶（ADAS）测试能力构建申请 1 背景 JT/T 1094-2016营运客车安全技术条件要求，9米以上营运车应安装车道偏离预警系统和自动紧急制动系统。GB7258-2016送审稿中要求11米以上公路客车和旅游车客车应装备车道保持系统和自动紧急制动系统。为了满足法规需求和智能汽车未来发展趋势，我司汽车电子课也立项进行自动驾驶技术研究（QC201701030006），第一阶段预计17年底开发完成。 智能辅助驾驶是自动驾驶的低级阶段也是必经之路。现阶段，智能辅助驾驶主要包含FCW（前撞预警）、LDW（车道偏离报警）、AEB （自动紧急制动）LKA（车道保持）ACC （自适应巡航）。从功能的实现到批量商用需要经过软件仿真→硬件在环（HiL）→室内试验室→受控场地测试→开放公路测试这一历程。ADAS技术涉及主动安全，目前还不完全成熟，需要大量测试以提高产品精度和可靠性，为了降低委外测试费用，提高我司ADAS配置装车性能，道路试验课申请分阶段构建ADAS测试能力，包含人员培训和设备采购，本次申请主要是测试设备购买。 2 ADAS测试能力构建计划（2017-2020） 智能辅助驾驶测试设备要求精度高，价格昂贵，考虑到成本因素，建议分阶段构建测试能力，构建计划见表1 表1 ADAS能力构建计划 201 7 年 AD AS 测 试能构建计划 设备测试功能仅满足现阶段法规和研发需求，并考虑未来功能拓展性，能力构建见表2。试验用假车和假人采用自制方式，暂不购买；与汽车电子课协商，目前满足2车测试需求即可，暂不购买第三车设备；用于开放道路测试的移动基站暂不购买。 数据采集与分析用笔记本电脑建议单独购买，要求性能稳定，坚固耐用，抗震防水性好。配置要求：15寸屏幕，酷睿i7处理器，128G以上固态硬盘，500G以上机械硬盘。推 荐型号：tkinkpadT570，Dell的Latitude系列。
国内外光纤传感器的发展现状 2011-6-29 8:25:44 讯石光通讯咨询网作者：iccsz 摘要:本文将分析光纤传感器国内外发展的现状。主要介绍了两方面的情况：光纤传感器原理性研究的发展现状和光纤传感器产品的应用与开发的现状。 本文将分析光纤传感器国内外发展的现状。主要介绍了两方面的情况：光纤传感器原理性研究的发展现状和光纤传感器产品的应用与开发的现状。前者报道了光纤光栅、分布式光纤传感技术以及光纤传感网的发展，这些是目前的研究热点；后者介绍了光层析成像技术、智能材料、光纤陀螺及惯性导航系统、工业工程类传感器（其中包括电力工业用高电压、大电流传感器，利用光纤的弹光效应和FBG器件的应力传感器等）。最后介绍了新型光纤材料与器件、氟化物玻璃光纤，碳涂覆光纤、以及正在研究中的蜂窝型波导光纤、液晶光纤等。 一、引言 随着密集波分复用DWDM技术、掺铒光纤放大器EDFA技术和光时分复用OTDR技术的发展和成熟，光纤通信技术正向着超高速、大容量通信系统的方向发展，并且逐步向全光网络演进。在光通信迅猛发展的带动下，光纤传感器作为传感器家族中年轻的一员，以其在抗电磁干扰、轻巧、灵敏度等方面独一无二的优势，已迅速成长为年成交额超过10亿美金，并预计将于2010年拥有超过50亿美金市场的产业。每年由美国光学工程师学会(OSA)主办的光纤传感国际会议（OFS）及时报道着光纤传感领域的最新进展，并对光纤传感及其相应技术进行有益的研讨。 当前，世界上光纤传感领域的发展可分为两大方向：原理性研究与应用开发。随着光纤技术的日趋成熟，对光纤传感器实用化的开发成为整个领域发展的热点和关键。由于光纤传感技术并未如光纤通信技术那样迅速地获得产业化，许多关键技术仍然停留在实验室样机阶段，距商业化有一定的距离，因此光纤传感技术的原理性研究仍处于相当重要的位置。由于很多光纤传感器的开发是以取代当前已相当成熟，可靠性和成本已得到公认，并已经被广泛采用的传统机电传感系统为目的，所以尽管这些光纤传感器具有如电磁绝缘、高灵敏度、易复用等诸多优势，其市场渗透所面临的困难和挑战是可想而知的。而那些具有前所未有全新功能的光纤传感器则在竞争中占有明显优势，FBG和其它的光栅类传感器就是一个最好的例证。当前的原理性研究热点集中于光纤光栅（FBG和LPG）型传感器和分布式光纤传感系统两大板块。 FBG型光纤传感器自发明之日起，已走过了原理性研究和实验论证的百家争鸣阶段。目前成熟的FBG制作工艺已可形成小批量生产能力，而研究的焦点也转向解决高精度应用，完善解调和复用技术，以及降低成本等几个方向上。另一方面，由于光纤传感器具有将传输与传感媒质合而为一的特性，使得沿布设路径上的光纤可全部成为敏感元件，因此，分布式传感成为光纤传感器与生俱来的优点。 对于光纤传感技术的应用研究主要有以下四大类：光（纤）层析成像技术（OCT，OPT）、智能材料（SMART MATERIALS）、光纤陀螺与惯导系统（IFOG，IMIU ）和常规工业工程传感器。另外，由于光纤通信市场需求的带动以及传感技术的特殊要求，新型器件和特种光纤的研究成果也层出不穷。 目前，我国的光纤传感器研究大多数集中于大专院校和科研单位，仍然未完成由实验室向产品化的过渡。其中，比较成熟的技术包括：清华大学光纤传感中心与总后合作研制开发的光纤油罐液位与温度测量系统，已经安装运行数年；北京航空航天大学与总装合作研制的光纤陀螺系统，目前指标为0.2°/hr ；中国计量学院研制的分布式光纤传感系统，已有产品报道；华中理工大学与广东某公司联合研制的强电压、大电流传感系统。此外，在广东、深圳等地，还建立了许多光纤无源器件生产厂
中国光纤陀螺仪行业 市场调研投资分析预测报告
正文目录 第一章光纤陀螺仪行业概述 (19) 第一节光纤陀螺仪简述 (19) 一、定义及分类 (19) 二、产品特性 (20) 三、主要应用领域 (21) 第二节光纤陀螺仪的型号及用途 (21) 第三节光纤陀螺仪行业发展现状 (22) 第四节产业链结构分析 (25) 第五节光纤陀螺仪生产技术和工艺分析 (28) 第六节光纤陀螺仪在生产中遇到的问题及其解决方法 (31) 第七节光纤陀螺仪行业的地位分析 (31) 一、行业在第二产业中的地位 (31) 二、行业在GDP中的作用 (31) 第八节2015-2020年光纤陀螺仪行业相关政策发展的影响展望 (32) 一、国家“十三五”产业政策发展的影响展望 (32) 二、相关行业政策的影响展望 (32) 第二章中国光纤陀螺仪行业政策技术环境分析 (34) 第一节光纤陀螺仪行业政策法规环境分析 (34) 一、国家“十三五”规划解读 (34)
二、行业“十三五”规划解读 (34) 三、行业税收政策分析 (35) 四、行业标准概述 (36) 五、行业环保政策分析 (36) 六、行业政策走势及其影响 (36) 第二节政策法规对光纤陀螺仪产品的影响 (37) 一、2014-2015年中国光纤陀螺仪环保政策执行影响分析 (37) 二、节能环保新政策对光纤陀螺仪市场的影响 (37) 三、新政策对光纤陀螺仪市场的影响 (37) 第三节光纤陀螺仪行业技术环境分析 (38) 一、国内技术水平现状 (38) 二、国际技术发展趋势 (38) 三、科技创新主攻方向 (39) 第三章光纤陀螺仪生产技术分析 (41) 第一节光纤陀螺仪主要生产工艺技术 (41) 一、光纤陀螺仪生产工艺原理 (41) 二、光纤陀螺仪生产工艺流程 (42) 第二节光纤陀螺仪其他生产方法 (43) 第三节光纤陀螺仪生产工艺优劣势比较 (46) 第四节光纤陀螺仪工艺技术的改进与发展趋势 (46) 第五节光纤陀螺仪工艺技术路线的选择 (46) 第六节光纤陀螺仪质量指标 (47)
常见的陀螺仪性能指标与解释 零偏 零偏，又称为零位漂移或零位偏移或零偏稳定性，也可简称零漂或漂移率，英文中称为drift或bias drift。零偏应理解为陀螺仪的输出信号围绕其均值的起伏或波动，习惯上用标准差（σ）或均方根（RMS）表示，一般折算为等效输入角速率(°/ h)。在角速度输入为零时，陀螺仪的输出是一条复合白噪声信号缓慢变化的曲线，曲线的峰-峰值就是零偏值（drift），如图2-6所示。在整个性能指标集中，零偏是评价陀螺仪性能优劣的最重要指标。 分辨率 陀螺仪中的分辨率是用白噪声定义的，如图2-6 中所示，可以用角随机游走来表示，可以简化为一定带宽下测得的零偏稳定性与监测带宽的平方根之比，其单位为，或简化为。角度随机游走表征了长时间累积的角
度误差。角随机游动系数反映了陀螺在此处键入公式。的研制水平，也反映了陀螺可检测的最小角速率能力，并间接反映了与光子、电子的散粒噪声效应所限定的检测极限的距离。据此可推算出采用现有方案和元器件构成的陀螺是否还有提高性能的潜力。 标度因子 标度因子是陀螺仪输出量与输入角速率变化的比值，通常用某一特定的直线斜率表示，该斜率是根据整个正(或负)输入角速率范围内测得的输入/输出数据，通过最小二乘法拟合求出的直线斜率。对应于正输入和负输入有不同的刻度因子称为刻度因子不对称，其表明输入输出之间的斜率关系在零输入点不连续。一般用刻度因子稳定性来衡量刻度因子存在的误差特性，它是指陀螺在不同输入角速率情况下能够通过标称刻度因子获得精确输出的能力。非线性往往与刻度因子相关，是指由实际输入输出关系确定的实际刻度因子与标称刻度因子相比存在的非线性特征，有时还会采用线性度，其指陀螺输入输出曲线与标称直线的偏离程度，通常以满量程输出的百分比表示。 动态范围 陀螺在正、反方向能检测到的输入角速率的最大值表示了陀螺的测量范围。该最大值除以阀值即为陀螺的动态范围，该值越大表示陀螺敏感速率的能力越强。
MEMS陀螺仪的简要介绍（性能参数和使用） MEMS传感器市场浪潮可以从最早的汽车电子到近些年来的消费电子，和即将来到的物联网时代。如今单一的传感器已不能满足人们对功能、智能的需要，像包括MEMS惯性传感器、MEMS环境传感器、MEMS光学传感器、甚至生物传感器等多种传感器数据融合将成为新时代传感器应用的趋势。 工欲善其事，必先利其器，这里就先以MEMS陀螺仪开始，简要介绍一下MEMS陀螺仪、主要性能参数和使用。 传统机械陀螺仪主要利用角动量守恒原理，即：对旋转的物体，它的转轴指向不会随着承载它的支架的旋转而变化。MEMS陀螺仪主要利用科里奥利力（旋转物体在有径向运动时所受到的切向力）原理，公开的微机械陀螺仪均采用振动物体传感角速度的概念，利用振动来诱导和探测科里奥利力。 MEMS陀螺仪的核心是一个微加工机械单元，在设计上按照一个音叉机制共振运动，通过科里奥利力原理把角速率转换成一个特定感测结构的位移。以一个单轴偏移（偏航，YAW）陀螺仪为例，通过图利探讨最简单的工作原理。 两个相同的质量块以方向相反的做水平震荡，如水平方向箭头所示。当外部施加一个角速率，就会出现一个科氏力，力的方向垂直于质量运动方向，如垂直方向箭头所示。产生的科氏力使感测质量发生位移，位移大小与所施加的角速率大小成正比。因为感测器感测部分的动电极（转子）位于固定电极（定子）的侧边，上面的位移将会在定子和转子之间引起电容变化，因此，在陀螺仪输入部分施加的角速率被转化成一个专用电路可以检测的电子参数---电容量。 下图是一种MEMS陀螺仪的系统架构，，陀螺仪的讯号调节电路可以分为马达驱动和加速度计感测电路两个部分。其中，马达驱动部分是透过静电引动方法，使驱动电路前后振动，为机械元件提供激励；而感测部分透过测量电容变化来测量科氏力在感测质量上产生的位移。
衡量一个软件系统性能的常见指标有： 1．响应时间（Response time） 响应时间就是用户感受软件系统为其服务所耗费的时间，对于网站系统来说，响应时间就是从点击了一个页面计时开始，到这个页面完全在浏览器里展现计时结束的这一段时间间隔，看起来很简单，但其实在这段响应时间内，软件系统在幕后经过了一系列的处理工作，贯穿了整个系统节点。根据“管辖区域”不同，响应时间可以细分为： （1）服务器端响应时间，这个时间指的是服务器完成交易请求执行的时间，不包括客户端到服务器端的反应（请求和耗费在网络上的通信时间），这个服务器端响应时间可以度量服务器的处理能力。 （2）网络响应时间，这是网络硬件传输交易请求和交易结果所耗费的时间。 （3）客户端响应时间，这是客户端在构建请求和展现交易结果时所耗费的时间，对于普通的瘦客户端Web应用来说，这个时间很短，通常可以忽略不计；但是对于胖客户端Web应用来说，比如Java applet、AJAX，由于客户端内嵌了大量的逻辑处理，耗费的时间有可能很长，从而成为系统的瓶颈，这是要注意的一个地方。 那么客户感受的响应时间其实是等于客户端响应时间+服务器端响应时间+网络响应 时间。细分的目的是为了方便定位性能瓶颈出现在哪个节点上（何为性能瓶颈，下一节中介绍）。 2．吞吐量（Throughput） 吞吐量是我们常见的一个软件性能指标，对于软件系统来说，“吞”进去的是请求，“吐”出来的是结果，而吞吐量反映的就是软件系统的“饭量”，也就是系统的处理能力，具体说来，就是指软件系统在每单位时间内能处理多少个事务/请求/单位数据等。但它的定义比较灵活，在不同的场景下有不同的诠释，比如数据库的吞吐量指的是单位时间内，不同SQL语句的执行数量；而网络的吞吐量指的是单位时间内在网络上传输的数据流量。吞吐量的大小由负载（如用户的数量）或行为方式来决定。举个例子，下载文件比浏览网页需要更高的网络吞吐量。 3．资源使用率（Resource utilization） 常见的资源有：CPU占用率、内存使用率、磁盘I/O、网络I/O。 我们将在Analysis结果分析一章中详细介绍如何理解和分析这些指标。 4．点击数（Hits per second） 点击数是衡量Web Server处理能力的一个很有用的指标。需要明确的是：点击数不是我们通常理解的用户鼠标点击次数，而是按照客户端向Web Server发起了多少次http请求计算的，一次鼠标可能触发多个http请求，这需要结合具体的Web系统实现来计算。5．并发用户数（Concurrent users） 并发用户数用来度量服务器并发容量和同步协调能力。在客户端指一批用户同时执行一个操作。并发数反映了软件系统的并发处理能力，和吞吐量不同的是，它大多是占用套接字、句柄等操作系统资源。 另外，度量软件系统的性能指标还有系统恢复时间等，其实凡是用户有关资源和时间的要求都可以被视作性能指标，都可以作为软件系统的度量，而性能测试就是为了验证这些性能指标是否被满足。
光纤陀螺仪测试方法 1范围 本标准规定了作为姿态控制系统、角位移测量系统和角速度测量系统中敏感器使用的单轴干涉性光纤陀螺仪（以下简称光纤陀螺仪）的性能测试方法。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注目期的引用文件，其随后所有的修改单（不包含勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB321-1980优先数和优先系数 CB998低压电器基本实验方法 GJB585A-1998惯性技术术语 GJB151军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求 3术语、定义和符号 GJB585A-1998确立的以及下列术语、定义和符号适用于本标准。
3.1术语和定义 3.1.1干涉型光纤陀螺仪interferometric fiber optic gyroscope 仪萨格奈克（Sagnac）效应为基础，由光纤环圈构成的干涉仪型角速度测量装置。当绕其光纤环圈等效平面的垂线旋转时，在环圈中以相反方向传输出的两束相干光间产生相位差，其大小正比于该装置相对于惯性空间的旋转角速度，通过检测输出光干涉强度即反映出角速度的变化。 3.1.2陀螺输入轴input axis of gyro 垂直于光纤环圈等效平面的轴。当光纤陀螺仪绕该轴有旋转角速度输入时，产生光纤环圈相对于惯性空间输入角速度的输出信号。 3.1.3标度因数非线性度scale factor nonlinearity 在输入角速度范围内，光纤陀螺仪输出量相对于最小二乘法拟合直线的最大偏差值与最大输出量之比。 3.1.4零偏稳定性bias stability 当输入角速度为零时，衡量光纤陀螺仪输出量围绕其均值的离散程度。以规定时间内输出量的标准偏差相应的等效输入角速度表示，也可称为零漂。
光纤陀螺寻北仪的发展现状 1光纤陀螺的研究及应用现状 (1) 2 陀螺寻北仪的发展情况 (1) 1光纤陀螺的研究及应用现状 在惯性导航和惯性制导系统中，陀螺仪是极其重要的敏感元件。所谓惯性导航，就是通过测量运载体的加速度，经过计算机运算，从而确定出运载体的瞬时速度和瞬时位置。所谓惯性制导，则是在得到这些参数的基础上，控制运载体的位置以及速度的大小和方向，从而引导运载体飞向预定的目标。 以陀螺仪和加速度计为敏感元件的惯性导航和惯性制导系统，是一种完全自主式的系统。它不依赖外部任何信息，也不向外发射任何能量，具有隐蔽性、全天候和全球导航能力。因此，惯性导航成为现代飞机、大型舰只和核潜艇的一种重要导航手段，而惯性制导则成为地地战术导弹、战略导弹、巡航导弹和运载火箭的一种重要制导方法。此外，惯性导航还可陆军炮兵测位、地面战车导航以及大地测绘等领域。由此可见，陀螺仪在航空、航天、航海、兵器以致国民经济的某些部门中都有着广泛的应用。 2 陀螺寻北仪的发展情况 第一阶段，20世纪50年代在船舶陀螺罗经的基础上，研制出矿用液浮式陀螺罗盘，这是陀螺寻北仪发展的初级阶段。在这个阶段，德国的克劳斯塔尔矿业学院于1949年研制出液浮式单转子陀螺球，电磁定中心，陀螺电源频率333HZ，电压为100伏三相交流电，陀螺转速19000转/分。一次观测中误差06'' ±，定向时间4小时，仪器重量640千克。其型号为MWI，1955年和1959年相继研制出MW3和MW4a型。精度进一步提高，定向时间进一步缩短，仪器重量进一步减轻。 第二阶段，从20世纪60年代开始，利用金属悬挂带将陀螺灵敏部陀螺马达转子和陀螺房在空气中通过悬挂柱悬挂起来，悬挂带的另一端与支承外壳相固定并采用三根导流管直接向马达供电。这样构成了摆式陀螺罗盘。与第一阶段相比，仪器结构大大简化，全套仪器进一步小型化，重量大大减轻，由于电源频率稳定性大大提高，使陀螺转速稳定，减小了角动量脉动，提高了仪器观测精度。1963
2005年第24卷第6期 传感器技术(Journa l o f T ransducer T echno logy) 综述与评论 光纤陀螺仪的发展现状 周海波,刘建业,赖际舟,李荣冰 (南京航空航天大学导航研究中心,江苏南京210016) 摘 要:根据光纤陀螺仪的工作原理和特点,光纤陀螺仪具有不同的分类。介绍了国外光纤陀螺仪的现状,预测了近期和长远的发展趋势,旨在对我国的光纤陀螺技术的发展能有所帮助。 关键词:光纤陀螺仪;萨格纳效应;干涉型;谐振式;布里渊式 中图分类号:TN2,T P2 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2005)06-0001-03 Devel op m ent status of fiber optic gyroscopes Z HOU H a i bo,LI U Jian ye,LA I Ji zhou,LI Rong b i n g (Navi gati on Res Cen ter,Nan jing Un iversity of Aeronau tics and A stronau tics,N an ji ng210016,China) Abstract:The fi ber opti c gyroscope(FOG)is c lassified i nto different types acco rd i ng t o its pr i nc i ple and character i sti c.The i n ternati onal status of FOG is i ntroduced and the short ter m and l ong ter m trend o f FOG i s forecast.It w ill be bene fit to t he course o f our FOG. K ey word s:FOG(fi ber optic gyro scope);Sagnac e ffect;i nterfero m e tric;resonan t;B rillou i n 0 引 言 光纤陀螺仪属于第四代陀螺仪 光学陀螺仪的一种,其基本工作原理基于萨格纳效应,即在同一闭合光路中从同一光源发出两束特征相同的光,沿相反的方向进行传播,汇合到同一探测点,产生干涉。若存在绕垂直于闭合光路所在平面的轴线相对惯性空间转动的角速度,则沿正、反方向传播的光束产生光程差,该差值与角速度成正比。通过光程差与相应的相位差的关系,可通过检测相位差,计算角速度。它一般由光纤传感线圈、集成光学芯片、宽带光源和光电探测器组成。与传统的机械陀螺仪相比,具有无运动部件、耐冲击、结构简单、启动时间短、灵敏度高、动态范围宽、寿命长等优点。与另一种光学陀螺仪 环形激光陀螺仪相比,光纤陀螺仪不需要光学镜的高精度加工、光腔的严格密封和机械偏置技术,能够有效地克服了激光陀螺的闭锁现象,易于制造。 本文从光纤陀螺仪的原理和优点出发,着重对光纤陀螺仪的分类、国外研究现状及其发展趋势做了详细的介绍,希望对我国的光纤陀螺的研制和发展有所裨益。 1 光纤陀螺仪的分类 光纤陀螺仪按照不同的分类标准,有不同的分类结果。按结构可分为单轴和多轴光纤陀螺,光纤陀螺的多轴化正是其发展方向之一。按其回路类型可分为开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺两类,开环光纤陀螺不带反馈,直接检测光输出,省去许多复杂的光学和电路结构,具有结构简单、价格 收稿日期:2004-11-20便宜、可靠性高、消耗功率低等优点,缺点是靠增加单模光纤的长度来提高陀螺的灵敏度,输入-输出线性度差、动态范围小,主要用作角度传感器[1]。闭环光纤陀螺包含闭环环节,大大降低光源漂移的影响,扩大了光纤陀螺的动态范围,对光源强度变化和元件增益变化不敏感,陀螺漂移非常小,输出线性度和稳定性只与相位变换器有关[2],主要应用于中等精度的惯导系统,对光纤陀螺的小型化和稳定性有重要作用,是高精度光纤陀螺研究的主要趋势。 按照光学系统的构成可分为全光纤型和集成光学器件型。全光纤陀螺成本较低,但实现高精度的技术难度较大,大多用于精度要求不高和低成本的场合。集成光学器件光纤陀螺在信号处理中可以采用数字闭环技术,易于实现高精度和高稳定性,是目前最常用的光纤陀螺构成模式。 按照性能和应用的角度可分为速率级、战术级和惯性级等3个级别[3]。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H oneyw el,l N orthrop等公司。 1
陀螺仪的选择：其机械性能是最重要的参数 作者：ADI公司Harvey Weinberg 选择陀螺仪时，需要考虑将最大 误差源最小化。在大多数应用中，振动敏感度是最大的误差源。其它参数可以轻松地通过校准或求取多个传感器的平均值来改善。偏置稳定度是误差预算较小的分量之一。 浏览高性能陀螺仪数据手册时，多数系统设计师关注的第一个要素是偏置稳定度规格。毕竟，它描述的是陀螺仪的分辨率下限，理所当然是反映陀螺仪性能的最佳指标！然而，实际的陀螺仪会因为多种原因而出现误差，使得用户无法获得数据手册中宣称的高偏置稳定度。的确，可能只有在实验室内才能获得那么高的性能。传统方法是借助补偿来最大程度地降低这些误差源的影响。本文将讨论多种此类技术及其局限性。最后，我们将讨论另一种可选范式——根据机械性能选择陀螺仪，以及必要时如何提高其偏置稳定度。 环境误差 所有中低价位的MEMS陀螺仪都有一定的时间-零点偏置和比例因子误差，此外还会随温度而发生一定的变化。因此，对陀螺仪进行温度补偿是很常见的做法。一般而言，陀螺仪集成温度传感器的目的就在于此。温度传感器的绝对精度并不重要，重要的是可重复性以及温度传感器与陀螺仪实际温度的紧密耦合。现代陀螺仪的温度传感器几乎毫不费力就能达到这些要求。 许多技术可以用于温度补偿，如多项式曲线拟合、分段线性近似等。只要记录了足够数量的温度点，并且在校准过程中采取了充分的措施，那么具体使用何种技术是无关紧要的。例如，在每个温度的放置时间不足是一个常见的误差源。然而，无论采用何种技术，无论有多细心，温度迟滞——即通过冷却与通过加热达到某一特定温度时的输出之差——都将是限制因素。 图1所示为陀螺仪ADXRS453的温度迟滞环路。温度从+25℃变为+130℃，再变为–45℃，最后回到+25℃，与此同时记录未补偿陀螺仪的零点偏置测量结果。加热周期与冷却周期中的+25℃零点偏置输出存在细微的差异（本例中约为0.2°/s），这就是温度迟滞。此误差无法通过补偿来消除，因为无论陀螺仪上电与否，它都会出现。此外，迟滞的幅度与所施加的温度“激励”量成比例。也就是说，施加于器件的温度范围越宽，则迟滞越大。
光纤陀螺仪的应用及发展 谷军，蔺晓利，何南，姜凤娇，邓长辉 （大连海洋大学信息工程学院） 摘要：本文介绍了光纤陀螺的工作原理，并根据光纤陀螺的特点介绍了在各个领域的应用，阐述了光纤陀螺在国内外的发展现状，并指出了光纤陀螺的发展趋势。从发展角度看，光纤陀螺仪将成为21世纪前期的发展重点。 关键词：光纤陀螺；现状；应用； 0 引言 萨格纳克（Sagnac）在1913年首先论证了运用无运动部件的光学系统能够检测出相对惯性空间的旋转的奇特现象，现在统称为萨格纳克效应。1976年Vali和Shorthill首次提出了光纤陀螺（Fiber optic gyro）的概念，它标志着第二代光学陀螺的诞生。光纤陀螺一问世就以其明显的优点、结构的灵活性以及诱人的前景引起了世界上许多科学家和工程师的普遍关注。国内对光纤陀螺的研究也有20多年的历史，经历开环到闭环的研究历程。在20多年的研究过程中，光纤陀螺的广泛应用前景已经得到了专家的认可，光纤陀螺作为惯性技术的核心器件，已经逐渐成为陀螺市场的主流产品。人类对光纤陀螺的需求也变得十分迫切。 光纤陀螺的应用非常广泛，是基于Sagnac效应的原理工作的。作为继激光陀螺仪之后出现的新一代陀螺，各国的研制工作已经取得了重大的进展。光纤陀螺仪的研制对惯性导航和控制领域十分重要，随着计算机、微电子和光纤技术的发展和应用，它将取代传统的机械陀螺和平台惯导系统。与机械陀螺相比，光纤陀螺无运动部件、使用寿命长；全固化结构、抗冲击能力强；测量动态范围大、无预热时问、启动时问短；不受地球吸引力影响；工艺相对简单，价格便宜；对捷联应用有先天优势。与激光陀螺相比，光纤陀螺的成本低、性价比高；体积小、功耗低、应用灵活；克服了激光陀螺闭锁带来的负效应；随着工艺和信号处理方案的发展，精度也可以和激光陀螺相当。 1 光纤陀螺仪 光纤陀螺仪是光学陀螺仪的一种。所谓光学陀螺仪就是利用萨格纳克Sagnac)效应构成的陀螺仪。利用光纤线圈构成的干涉仪效应来敏感角运动的装置称为干涉型光纤陀螺仪(IFOG)；采用光纤作为谐振器来敏感角运动的装置称为谐振型光纤陀螺仪(RFOG)；利用布里渊光纤环形激光器的频率变化原理构成的测角装置称为布里渊光纤陀螺仪(BFOG)。由于光学陀螺仪不象传统陀螺那样，依靠自转子的动量矩来敏感角运动。所以国外学术界也把这类陀螺定义为非陀螺仪角运动敏感器。 1.1光纤陀螺仪的特点 光纤陀螺仪作为一种新兴传感器件，具有许多深受欢迎的特点：（1）无运动部件，仪器牢固稳定，耐冲击和抗加速度运动；（2）结构简单，零部件少，价格低廉；（3）启动时间短（原理上可瞬间启动）；（4）检测灵敏度和分辨率高（可达10 -7rad/s）；（5）可直接用数字输出并与计算机接口联网；（6）动态范围极宽；（7）寿命长，信号稳定可靠；（8）易于采用集成光路技术；（9）克服了激光陀螺因闭锁现象带来的负效应。 光纤陀螺最大的特点是可根据不同的用途，选择不同的光纤长度和线圈直径及不同的信息处理方法，可覆盖陆地、航空、航天、航海等所有陀螺仪应用范围。与传统陀螺仪(液浮
一、什么是光纤陀螺？ 光纤陀螺是一种用于惯性导航的光纤传感器 陀螺仪(gyroscope)意即“旋转指示器”，是指敏感角速率和角偏差的一种传感器．光纤陀螺仪是广义上的陀螺仪，是根据近代物理学原理制成的具有陀螺效应的传感器。因其无活动部件——高速转子，称为固态陀螺仪。这种新型全固态的陀螺仪将成为未来的主导产品，具有广泛的发展前途和应用前景。 二、光纤陀螺核心器件有哪些？ 1.多功能集成光波导调制器MIOC(Y波导) 概述 MIOC（集成光学多功能光波导调制器）具有起偏与检偏、分束与合束以及电光相位调制等功能。理论设计保证产品具有高性能；工艺制备保证产品具有高可靠性；生产控制保证批量产品具有高一致性。 全温范围内具有插入损耗低、偏振消光比高、电光相位调制线性度高的特点。采用微电子工艺和微光学工艺制作、保偏光纤对准耦合封装技术，具有850nm、1310nm 和1550nm 等多个工作波段。也可以按照客户的要求定制不同工作波长、不同封装形式等特殊规格的器件。 应用 ?光纤陀螺 ?光纤电流传感 ?其它光纤传感特点 ?插入损耗低 ?偏振消光比高 ?温度相关损耗变化小 ?电光相位调制线性度高 ?可靠性高 参数表 Mini 1310 系列 类别参数符号单位性能指标(典型值) 光学性能 中心波长λc nm 1290~1330 插入损耗IL dB ≤4. 全温插入损耗变化?IL dB ≤0.5
分光比 D - 48/52~52/48 全温分光比变化率?D % ≤±3.0 背向反射RL dB ≤-55 残余强度调制RIM - ≤2/1000 尾纤偏振串音PER dB ≤-30.0 全温尾纤偏振串音PER T dB ≤-25.0 电学性能半波电压VπV ≤5.0 波形斜率S - ≤1/200 带宽W MHz ≥300 封装结构封装形式- - 可伐镀金封装 器件尺寸- mm 20?7?4. 尾纤类型- - SM/PM,φ125μm/80μm光纤尾纤长度L m ≥1.0 环境指标 工作温度T W℃-45~70 储存温度T S℃-55~85 1310系列 类别参数符号单位 性能指标(典型值) 优级高级 光学性能 工作波长λc nm 129 ~1330 插入损耗IL dB ≤3.5 全温插入损耗变化?IL dB ≤0.4 ≤0.5 分束比 D % 50±1.5 50±2.0 全温分光比变化率?D % ≤1.5 ≤3 背向反射RL dB ≤-55 残余强度调制RIM - ≤5/10000 ≤ 2/1000 尾纤偏 串音PER dB ≤-30 全温尾纤偏振串音PER T dB ≤-30 ≤-27 电学性能 半波电压VπV ≤3.5 ≤3.5 波形斜率S - ≤1/250 ≤1/250
4.1 陀螺仪概述 鱼雷控制系统的任务是根据战术指标对鱼雷的运动参数加以控制，使其按所要求的规律进行变化。要实现对精度控制，就需要对鱼雷运动参数进行高精度的完整测量，因此对鱼雷运动参数的测量就成了实现与控制的前提件的作用就是对鱼雷的运动参数进行测量。通常用航向陀螺测量航向角ψ，用垂直陀螺或摆式加速度计测量水平用单自由度速率陀螺测量，用压力传感器测量深度。基于惯性敏感元件和实时计算技术的捷联式惯提供包括速度和位置信息在内的完整的鱼雷运动参数，是惯性技术在鱼雷上应用的新发展。本章以陀螺仪为主，和惯性导航技术的基本概念，惯性敏感元件和压力传感器的原理，以及这些敏感元件在鱼雷上的应用技术。 4-1 陀螺仪概述 所谓陀螺，从力学的角度讲是指绕自己的对称轴高速旋转的对称物体。一个高速旋转的物体具有很大的角动现出出乎人们预料的，也是十分有趣的运动现象。这些特性被人们用来感测角运动，则产生了陀螺仪这种装置。供实用的陀螺仪，人们进行了长期探索，使陀螺仪技术不断发展，应用领域也愈来愈广。 今天，陀螺技术已发展成一个综合性的尖端领域，陀螺仪的精度有了极大的提高，除了传统的框架支承转子出现了许多新型陀螺，如液浮陀螺、静电陀螺、挠性陀螺、激光陀螺、光纤陀螺等。以陀螺为核心的稳定平台和迅速广泛应用。 鱼雷控制是最早实现陀螺仪工程应用的领域之一。早在1879年，鱼雷发展的初期，俄国科学家阿·什帕科夫用陀螺仪来控制鱼雷运动方向的设想。但由于当时技术水平的局限，直到1894年才出现了第一种实用的工程方压缩弹簧驱动的陀螺仪，由于能量的限制，这种陀螺仪只能稳定地工作3～。在发明了气动陀螺仪之后，向控制趋于成熟。 现代鱼雷的大航程、高机动性和精确制导技术的发展给陀螺仪技术提供了一个前景广阔的应用领域。现代鱼向要用陀螺测量外，制导精度的要求使得必须对鱼雷的横滚和俯仰角加以控制，因此需采用垂直陀螺或加速度计角。为了改善控制系统的稳定性和动态性能，通常采用了单自由度速率陀螺仪引入角速率反馈。惯性导航使得水
陀螺仪的发展历程以及现状的文献综述 摘要 概述了陀螺的发展情况，论述了光纤、静电陀螺等几种现代陀螺的基本原理、分类以及其中一些国内外的研究现状。 关键词 光纤陀螺静电陀螺激光陀螺振动陀螺
作者简介： 男，北京航空航天大学，本科生
1.陀螺的发展简史 陀螺仪器最早是用于航海导航，但随着科学技术的发展，它在航空和航天事业中也得到广泛的应用。自1910年首次用于船载指北陀螺罗经以来，陀螺已有近100年的发展史，发展过程大致分为4个阶段:第一阶段是滚珠轴承支承陀螺马达和框架的陀螺；第二阶段是20世纪40年代末到50年代初发展起来的液浮和气浮陀螺；第三阶段是20世纪60年代以后发展起来的干式动力挠性支承的转子陀螺；目前陀螺的发展已进入第四个阶段，即静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺和振动陀螺。[1] 2.光纤陀螺 光纤陀螺(FOG)是一种利用萨格奈克(Sagnac)效应测量旋转角速率的新型全固态惯性仪表。自从1976年Vali和Shoahil首次提出光纤陀螺的概念以来，引起了国内外人们极大的重视和强烈的兴趣，由于光纤陀螺与机电陀螺或激光陀螺相比有一系列优点，诸如体积小，质量轻，成本低等，特别引起海、陆、空三军的高度重视。在这短短的20多年里，光纤陀螺得到了很大的发展。国外中、低精度光纤陀螺已经产业化，高精度的光纤陀螺的开发和研制也正逐步走向成熟。美国Honeywell公司的保偏型光纤陀螺的零偏稳定性已经达到0．00038°／h，是目前报道的最高精度的光纤陀螺，拟用于潜艇导航或深层空间飞行器。光纤陀螺现已在航空航天、武器导航、机器人控制、石油钻井及雷达等领域获得了较为广泛的应用。国内光纤陀螺仪研制水平已接近惯性导航系统的中、低精度要求，但大多数未到工程实用阶段，也没有可靠性数据。光纤陀螺仪属于所谓“敏感技术”，在目前复杂的技术环境中，很难从他人那里得到更多的借鉴和参考，只有靠我们自力更生走符合。 [2] 光纤陀螺采用的是Sagnac干涉原理，用光纤绕成环形光路并检测出随转动而产生的反向旋转的两路激光束之间的相位差，由此计算出旋转的角速度。 光纤陀螺就原理与结构而言，可以将其分为干涉式光纤陀螺、谐振腔光纤陀螺、布里渊光纤陀螺、锁定模式光纤陀螺及Fabry2Perot光纤陀螺等5种；从检测相位的方法看，也可将其分为开环光纤陀螺和闭环光纤陀螺两类；从其构成方式，可分为相位差偏置式光纤 陀螺、光外差式光纤陀螺及延时调制式光纤陀螺等等。[1] 3.静电陀螺 在宇宙航行中，对陀螺仪的精度要求很高，漂移误差约为0.001(°)/h，或更高。静电陀螺仪是能满足这种要求的陀螺仪之一。静电陀螺仪是利用静电引力使金属球形转子悬浮起来，是自由转子陀螺。其基本结构是一只金属球形转子，加上两只碗形电极壳体，壳体外为陶瓷，内壁上固定6只金属电极，将球形转子放在对称密封壳体内而形成陀螺组件。如图2所示。
光纤陀螺仪与其他陀螺仪的比较 现代陀螺仪是现代航空、航海、航天和国防工业中广泛使用的一种惯性制导仪器，它的发展对一个国家的工业、国防和其它高科技的发展具有十分重要的战略意义。传统的惯性陀螺仪主要是指机械式的陀螺仪，机械式的陀螺仪对工艺结构的要求很高，结构复杂，它的精度受到了很多方面的制约。自从上个世纪七十年代以来，现代陀螺仪的发展己经进入了一个全新的阶段。1976年提出了现代光纤陀螺仪的基本设想以后，现代光纤陀螺仪就得到了非常迅速的发展，与此同时激光谐振陀螺仪也有了很大的发展。由于光纤陀螺仪具有结构紧凑，灵敏度高，工作可靠等优点，所以目前光纤陀螺仪在很多的领域已经完全取代了机械式的传统陀螺仪，成为现代导航仪器中的关键部件。和光纤陀螺仪同时发展的除了环式激光陀螺仪外，还有现代集成式的振动陀螺仪，集成式的振动陀螺仪具有更高的集成度，体积更小，也是现代陀螺仪的一个重要的发展方向。 机械陀螺有静电、气浮、液浮等类型陀螺仪，其中静电陀螺仪的漂移率可以达到0.001°/h，甚至更高，能够满足惯性级的精度要求。但是无论是早期的滚珠轴承陀螺，还是后来发展起来的液浮陀螺、挠性陀螺和静电陀螺，这些机械陀螺都有一个共同的特点，就是采用高速转子。由于高速转子容易产生质量不平衡问题，容易受到加速度的影响，而且需要一段预热时间，转速才能达到稳定。同时，高速转子的磨损较快令其使用寿命有限。机械陀螺共性是存在体积大，结构复杂，可靠性低，带宽和动态范围窄等问题。 压电振动陀螺有振弦、音叉、音片、H型、方框型、MF型、圆环型、杯型、圆管型、圆片型等结构形式，振动陀螺的一大特点是体积小、结构简单、可靠性高。传统的机械陀螺有300多个部件，激光陀螺和光纤陀螺也至少有十几个零件，而压电振动陀螺只有几个工作部件一振梁和换能器。它既无机械陀螺的转动部件，又无光纤陀螺和激光陀螺由于光藕合带来的许多麻烦，从而大大提高了可靠性。此外，它还具有许多优良特性；启动时间很短(<15)，角速度测量范围宽，具有耐冲击和振动等恶劣环境的能力网。压电振动陀螺的缺点在于精度较低，主要应用于小型飞机的姿态控制、汽车的安全导航、舰船稳定控制等方面。 微机械陀螺存在诸多问题；精度不是很高，稳定性差和可靠性低，仅在一些低精度场合应用，它的应用还处于初始阶段。但随着技术的发展和需求的牵引，其前景十分广阔。尤其是它可以批量生产，因而，其价格低廉(在美国市场上微陀螺价格在50美元左右)，具有很大的优势。 光纤陀螺是一种全固态的光学陀螺仪，它的主要优点在于；①无运动部件，仪器牢固稳定，耐冲击且对加速度不敏感；②结构简单，零部件少，价格低廉；③启动时间短(原理上可瞬间启动)；④检测灵敏度和分辨率极高(可达10rad/s)；⑤可直接用数字输出并与计算机接口联网；⑥动态范围极宽(约为2000°/s)；⑦寿命长，信号稳定可靠；⑧易于采用集成光路技术；⑨克服了因激光陀螺闭锁现象带来的负效应；⑩可与环形激光陀螺一起集成捷联式惯性系统传感器。 从以上论述可以看出，光纤陀螺与其它陀螺相比有着非常大的优势，具体各种性能比较见下表。