干涉光纤传感器

干涉光纤传感器第一页，共九十二页，2022年，8月28日原子前后发出的两列光波相互独立没有固定的位相关系两个发光原子同时发出的波列形成的干涉图样只能在极短的时间内存在接收器只能记录到强度的平均值

*相干条件（产生干涉的条件）在观察时间内，许多波列都通过P点如果各时刻到达的波列的位相差δ无规则变化，则

P点是任意的不发生干涉现象。如果两光波的位相δ固定不变，则有

第二页，共九十二页，2022年，8月28日干涉的三个必要条件两叠加光波的位相差固定不变振动方向相同频率相同定义：相干光波、相干光源补充条件利用原子发出的同一波列光程差要小于波列长度相干条件第三页，共九十二页，2022年，8月28日光纤中的相位调制应力/应变调制温度调制可以转化的调制第四页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制机理应力应变效应通过长L的光纤，出射光波的相位延迟：光波在外界因素影响下的相位变化：材料折射率变化与应变的关系应变效应光弹效应泊松效应第五页，共九十二页，2022年，8月28日5.3传感机理水和空气对应的分别为6×10-6K/Pa和9×10-2K/Pa说明：水声传感时温度变化项完全可以忽略裸光纤放在空气中时温度变化项反而是压力变化项的2×103倍灵敏度比水声高一个数量级第六页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制机理 温度应变效应－类似于应力应变效应仅考虑径向折射率变化时：对于四层光纤，考虑边界条件：第七页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制机理 多层结构的考虑：纤芯、包层、衬底、一次涂敷、二次涂敷…结论：二次涂敷对单模光纤的灵敏度影响最大。MZ干涉仪中，声压力产生的温度效应实现应变的方法：PZT光纤第八页，共九十二页，2022年，8月28日光纤干涉仪的类型Mach-Zehnder干涉仪和Michelson干涉仪Fabry-Perot干涉仪Sagnac干涉仪（环形腔）相位压缩原理与微分干涉仪白光干涉第九页，共九十二页，2022年，8月28日干涉测量原理双光束干涉：多光束干涉结论R：反射率；φ：相邻光束的相位差第十页，共九十二页，2022年，8月28日光纤干涉仪1-2 Mach-Zehnder干涉仪和Michelson干涉仪干涉光强:外界因素引起L和n的变化：LD探测臂参考臂干涉条纹耦合器耦合器LD探测臂参考臂PD信号处理光纤反射端面固定可移动耦合器波导效应，可忽略第十一页，共九十二页，2022年，8月28日光纤干涉仪1-2 MZ干涉仪的应用例－线性调频外差型干涉仪固定光程差（～10cm－由光源线宽决定）检测：锁相、比较和计数解决：条纹高细分困难，导致精度不高测量灵敏度和精度随光程差改变；易受外界环境影响等用声光调制器的外差式干涉结构复杂、体积大、调制频率范围小的矛盾DFB驱动光栅写入装置折射率变化区隔离器耦合器耦合器第十二页，共九十二页，2022年，8月28日光纤干涉仪3 Sagnac干涉仪结构优势：无活动部件无非线性效应无闭锁区LDΩPD耦合器12Δla光束b光束ΩR-πππ/20BId2φ光强-相移关系第十三页，共九十二页，2022年，8月28日光纤干涉仪3 4个问题互易性与偏振态同光路：一个耦合器附加光程差同模式：使用单模光纤同偏振态：对保偏光纤的需求偏置与相位调制余玄函数近零点（低转速）灵敏度很低光子噪声基本限制影响信噪比寄生效应的影响与消除直接动态效应：温度，应力反射和Rayleigh散射Faraday效应光Kerr效应45度和动态偏置： 无转动部件；偏置点稳定调制方法： 外差调制 磁光调制－调相－附加45度相移 声光调制－调频第十四页，共九十二页，2022年，8月28日光纤干涉仪3 Sagnac干涉仪的应用光纤陀螺与组合导航有RF寻的的制导区、弹头或测试区、控制区、推进器区第十五页，共九十二页，2022年，8月28日光纤干涉仪4－多光束干涉Fabry-Perot干涉仪原理FFPI的结构2个重要参数自由谱区宽度FSR条纹细度Laser光探测量传感器第十六页，共九十二页，2022年，8月28日光纤干涉仪4－多光束干涉

cont’dFFPI的应用FBG信号解调系统FFPI传感器第十七页，共九十二页，2022年，8月28日光纤干涉仪5－多光束干涉光纤环形腔干涉仪自由谱区宽度（FSR）干涉细度F：耦合器激光输入光输出光纤环1 32 4I3-βLI4-βL第十八页，共九十二页，2022年，8月28日相位压缩与微分干涉仪相位压缩原理普通的干涉仪的共同缺点温度敏感长相干长度的光源信号处理电路复杂干涉项－相位差的余弦函数限制了它们的线性输出范围线性函数近似正弦函数在正交工作状态下：<0.25rad输入相位差１％线性度误差相位压缩干涉仪的相位信号限定在线性范围之内测量的相位为干涉光束相位差的变化量

实现方法：固定的时间间隔Ｔ内测量相位差时间间隔t可以从延时光纤得到

例：以MZ干涉仪为例调制信号的相位变化为相位变化量幅值为定义相位压缩系数为相位差幅值与相位差变化量幅值之比设L＝3km，fs＝50Hz，λ0＝1.3μm，n＝1.46,L=2μm，则φsm＝11.01rad，φsnm＝0.05rad，于是PCF＝220.2。放大器探测器3dB耦合器y(t)光源3dB耦合器arcsin-1d(t)S(t)τπ/2Φs(t)Φs(t)τx2(t-τ)x2(t)x1(t)放大器探测器3dB耦合器y(t)光源3dB耦合器arcsin-1d(t)S(t)τπ/2Φs(t)Φs(t)τx2(t-τ)x2(t)x1(t)第十九页，共九十二页，2022年，8月28日相位压缩与微分干涉仪微分干涉仪一个延迟线圈和一个调制器非平衡马赫－泽德干涉仪：LD光源、Δl＝16cm

探测器3dB耦合器PC光源3dB耦合器τPZT3’1’ISO3122’第二十页，共九十二页，2022年，8月28日光纤干涉仪6－白光干涉解决的问题：实现绝对测量原理：2个干涉仪构成

FPPIMichelson干涉仪ABLED耦合器信号处理LDPDA’B’C耦合器第二十一页，共九十二页，2022年，8月28日光纤干涉仪6－白光干涉白光干涉的优点与问题优点：绝对测量抗干扰能力强－系统分辨率与光源稳定性、光纤扰动等无关问题：低相干度光源的获得、零级干涉条纹的检测应用第二十二页，共九十二页，2022年，8月28日*相位信号解调技术干涉仪的信号解调光纤锁相环方案PGC（phasegeneratorcarrier)方案第二十三页，共九十二页，2022年，8月28日干涉仪的解调方案主动零差法被动零差法普通外差法合成外差法伪外差法零差法外差法第二十四页，共九十二页，2022年，8月28日零差法零差方式：直接将相位变化电信号主动零差法（Activehomodynemethod）目的：解决相位工作点的漂移方案：控制

Δl正交工作点工作；Δφ＝π/2类型主动相位跟踪零差法（APTH,Activephasetrackinghomodyne）主动波长调谐零差法（AWTH,Activewavelengthtuninghomodyne）被动零差法（Passivehomodynemethod）目的：不控制干涉仪的工作点方案：两臂的相位差将不断改变

使用两个强度差最大的信号解调保持最佳灵敏度

类型举例微分交叉相乘法相位载波生成法（PGC，Phasegeneratedcarrier）[28]和3×3耦合器法[29]

第二十五页，共九十二页，2022年，8月28日3×3耦合器法缺点：动态范围仍然受到解调电路的限制复杂优点：传感器的相位解调范围大大增加探测器1光源传感光纤耦合器耦合器探测器3探测器2第二十六页，共九十二页，2022年，8月28日外差法普通外差法关键：移频器合成外差法避免移频器件的使用相位调制器高频大幅度的正弦信号－控制相位调制器伪外差法锯齿波调制激光器的工作电流探测器1光源传感光纤耦合器耦合器探测器2解调器+ω0第二十七页，共九十二页，2022年，8月28日外差法的比较普通外差法相位解调范围最大，在理论上没有限制需要特殊的移频器件合成外差法相位解调范围大解调电路复杂性最高。伪外差法各方面的性能比较平衡，最常用解调方法第二十八页，共九十二页，2022年，8月28日光纤锁相环方法又称：直流相位跟踪法Michealson干涉仪S(t)很小时设正交工作点，此时灵敏度最大。反射膜DFBPZT带通滤波器光电转换信号耦合器反馈电路输出信号V0Vf第二十九页，共九十二页，2022年，8月28日系统稳定性温度漂移和有限电源电压温度每升高一度同轴型光纤干涉仪相位漂移104rad左右(待测信号<10rad)复位系统光源功率波动光纤布线引起第三十页，共九十二页，2022年，8月28日PGC方法锁相环方法简单、精度高PZT－不利于成网PGC方法光源直接调制－无反馈器件开环系统－无稳定型问题大动态范围、利用频分复用组网实现：硬件、软件LPF1H·cos(2ωct)G·cos(ωct)输出d/dtLPF2d/dt输入HF∫DA第三十一页，共九十二页，2022年，8月28日相位干涉型光纤位移传感器如图所示为一种用于测量位移的光学迈克尔逊光纤干涉仪。He-Ne激光器作为光源，由分束器把光束分成光强相等的两路，一路进入光纤参考臂作为参考光束；另一路通过可移动四面体棱镜、反射镜后再与参考光束会合，并产生干涉。图测量位移的光学迈克尔逊光纤干涉仪第三十二页，共九十二页，2022年，8月28日相位干涉型光纤位移传感器如果因被测位移的变化引起四面体沿图示箭头方向移动，则因光程差的改变而引起干涉条纹移动，干涉条纹的移动量反映出被测位移量的大小。图中在两束光会合处放置全息干板，目的是利用干板上的干涉图形的全息照片来起到光学补偿的作用。第三十三页，共九十二页，2022年，8月28日相位干涉型光纤位移传感器下图是一个由集成光学双光路迈克尔逊干涉仪芯片(DMIIOC)组成的集成光学光纤微位移传感器的示意图。DMIIOC是以LibNO3基片为衬底，其上集成两个截面不对称的X形波导结（2×2耦合器）、两个固定反射镜和其他波导，组成两个相互对称、共用输入臂和输出臂的迈克尔逊干涉仪。集成光学光纤微位移传感器示意图第三十四页，共九十二页，2022年，8月28日相位干涉型光纤位移传感器通过保偏光纤注入DMIIOC的输入臂的偏振光，被Y形波导结分为两束光再分别注入两个X形波导结，通过X形波导结又分成两束光分别注入信号臂和参考臂。从固定反射镜反射的信号光经参考臂波导和信号臂波导至面X形波导结相干，相干光从两个输出臂输出，送入多模光纤，进行检测。这种位移传感器不仅可以测量位移的大小，同时也能测量位移的方向。第三十五页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制光纤压力传感器利用马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)光纤干涉仪测量压力的相位调制光纤压力传感器的原理图如图所示。

相位调制光纤压力传感器的原理图

He-Ne激光器发出的一束相干光被分束器分成两束光，分别耦合到传感光纤和参考光纤中，这两根单模光纤构成干涉仪的两个臂。第三十六页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制光纤压力传感器传感光纤和参考光纤再通过光纤耦合器组合起来，以便产生相互干涉，将测量臂的光纤压力变化所引起的光相位差的变化表现为干涉条纹的变化，从而形成一系列明暗相间的干涉条纹。如果在两根光纤的输出端用光电元件来扫描干涉条纹的移动，并变换成电信号，再经放大后输入记录仪，从记录的移动条纹数就可以检测出压力信号。此传感器也可以用于温度测量。第三十七页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制光纤压力传感器设均匀压力p所引起的各向同性的应力可表示为分量形式：

(2)此应力作用在单模光纤上，产生了应变si，si也可表示成分量形式：

(3)

第三十八页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制光纤压力传感器对于长为l、传播常数为的单模光纤β，其光波导模式的相位为，而光纤由于压力作用所产生的应变引起输出光的相位移为

(4)式中，Δ为由于压力产生应变所引起光纤长度的变化量；Δβ为应变使光纤折射率以及光纤直径变化而产生的波导模色散效应。

第三十九页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制光纤压力传感器经过一系列的变化后，综合关于Δl与Δβ的各项，即可得到光的相位移为

(5)由式(5)可以进一步求出压力灵敏度：

(6)第四十页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制光纤压力传感器由于式(6)的第3

项很小，可以忽略不计，因此式(6)可化简为

(7)

由于光纤的组分不同，因此有些参数不同，故压力灵敏度也不同。第四十一页，共九十二页，2022年，8月28日动态压力传感器水声传感静压力变化Δp,光纤长度l，产生相位差：第四十二页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器利用相位调制来测量机械振动，可以检测出垂直振动分量和表面内振动分量，其原理图分别如下图18(a),(b)所示。

(a)垂直振动分量传感器原理图(b)表面内振动分量传感器原理图相位调制振动传感器原理图第四十三页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器可以看出，要检测的振动分量引起反射点P

运动，从而使两激光束之间产生相关的相位调制。激光束通过分束器、光纤入射到振动体上的一点，反射光作为信号光束，经过同一光学系统，被引入到探测器。参考光束是从部分透射面R上反射产生的。在实际系统中，用光纤输出端面作为R面。第四十四页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器图(a)中，信号光束只受到垂直振动分量的调制。由于振动体使反射点靠近或远离光纤，从而改变了信号光束的光路长度，相应改变了信号光和参考光的相对相位，产生了相位调制。信号光与参考光之间的相位差为

(8)

式中，λ为激光波长；ω为光波圆频率。第四十五页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器图(b)中，由同一光源来的激光束A和B，它们分别以与振动体表面法线成45°的方向入射到振动体表面上的一点P，然后沿表面法线方向散射，散射光通过中间光纤被引导到探测器。表面内振动分量的影响所产生的两束光之间的相位差为

(9)第四十六页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器通过解调式(8)和式(9)给出的相位调制，就能得到上述相应振动分量的振幅。根据选用的低频相位调制的最大相位偏移量大小，有高相位偏移调制法和低相位偏移调制法两种。1．高相位偏移调制法第四十七页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器利用式(8)给出的被测振动分量的相位调制，再引入上述的低频相位调制和固定相位差，当两束光存在以上的相关相位差时，入射到光检测器的光强表示为

(22)式中，Es和ER

分别表示信号光和参考光的振幅。选择低频相位调制频率Ω=ω。

第四十八页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器式(22)如用贝塞尔函数进行诺曼展开，将第1

项（因含有J0

函数，故称为J0

成分）用于ES

,ER

等的光振幅变化检测。第2项（同样，称为J1成分）用于振动振幅检测。J0,J1成分的上、下峰之间的幅值和可以从上式中求得。它们为:第四十九页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器

(24) (25)因此，取式(24)和式(25)的比值，消去ES和ER，解得振动振幅。

第五十页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器由于振动振幅U⊥=λ，所以，

,由此得到

(26)第五十一页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器2．低相位偏移调制法下面介绍将两成分用单一频率表示正弦波的方法。在式(22)中，固定相位差价取π/2，与上述方法相反，使低频相位调制的最大偏移选得较小.例如，。另外，如果设振动振幅，则可对该式进行简化处理：

(27)第五十二页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器如果取IOP

之IIP

比，振动振幅U⊥

可由下式求得：

(28)由式(28)可知，如果求得振动体上振动振幅的相对分布，并保持一定，则移动测量位置，测量IIP/IOP即可。如果需要测量振幅的绝对值，则在振幅大的测量点，使用上述高相位偏移调制法，求出其绝对值，然后进行校正即可。

第五十三页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器用类似的方法也可以求得振动面上的振动振幅。如果将式(21)与式(20)比较，因入射激光倾斜，倾斜因子为，考虑倾斜因子，就可以得到相应的U∥

的表达式：

(29)第五十四页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器3．光纤振动传感器实例如图所示是根据上述原理构成的光纤三维振动测量传感器系统。该系统主要分为三部分：由合适的开关单模光纤A,B和氦氖激光器光源组成的光发射部分；由棒透镜、低频相位调制器、单模光纤C组成的传感头部分；由光探测器、频率变换器、带通滤波器等组成的信号探测及处理部分。

第五十五页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器

光纤三维振动测量传感器系统第五十六页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器当测量垂直振动分量时，将光纤C放在入射激光的光轴上，同时向上方移动光纤B,C的入射端，这时使用光纤C即构成如图18(a)所示的传感器系统。光探测和信号处理部分，使用雪崩光电二极管(APD)进行探测，用窄带滤光器取出Jl或J2成分，采用有适当频带的低通、带通滤波器(LPF,BPF)取出J0或I0成分。第五十七页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器当测量表面内振动分量时，单模光纤A,B照射振动体，光纤C用来收集反射光，这样就可构成了如图18(b)所示的传感器系统。利用贴在分束器上的小型反射镜，将通过光纤C的反射光引入光探测器，用安装在光纤A入射端的低频相位调制器（压电器件）提供直流相移和低频相位调制。第五十八页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制振动传感器4．光纤振动传感器的性能光纤振动传感器的主要性能包括：振动振幅的可测范围、振动频率的可测范围、测量的空间分辨率等。第五十九页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制光纤加速度传感器图31为相位变化型光纤加速度传感器原理图。由图31可见，无论是哪种情况，框架的纵向振动都会使重物位移而使光纤伸缩，且长度的变化是与被测加速度或位移成比例的。

(a)单光纤结构(b)双光纤结构

图31相位变化型光纤加速度传感器原理图第六十页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制光纤加速度传感器双光纤迈克尔逊加速度检波器的工作原理如图32所示。该检波器主要由单模全光纤迈克尔逊干涉仪、简谐振子和信号处理系统三部分组成。

(a)系统框图图32双光纤迈克尔逊加速度检波器的原理图第六十一页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制光纤加速度传感器双光纤迈克尔逊加速度检波器的工作原理：激光器发出的激光注入到3dB分束器后分为两路，一路为参考臂，另一路为信号臂。高反射铝膜直接镀在两根光纤的端面上，从而起到反射镜的作用。信号光与参考光经全反射膜反射后，按原路返回，在分束器中重新会合产生干涉。光电探测器PIN将干涉光强转换为电信号。第六十二页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制光纤加速度传感器压电陶瓷(PZT)的作用是把调制波的电信号转化为光波的相位变化，并在一个干涉臂中产生补偿相位。简谐振子的作用是把外界物理场的变化转化成光纤的纵向应变和径向应变。简谐振子的结构如图32(b)所示。

(b)简谐振子结构图图32双光纤迈克尔逊加速度检波器的原理图第六十三页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制光纤加速度传感器如果让加速度计的外壳以加速度a垂直向上运动，那么在加速该物体所需的作用力F的作用下，上面的一段光纤伸长，下面的光纤则缩短ΔL。这一过程可表示为

(38)式中，A为光纤的横截面面积；A=π（d/2)2

，其中d为光纤直径；ΔT为每根光纤中拉应力变化的幅度。第六十四页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制光纤加速度传感器产生的应变Δε=ΔL/L可以用下式表示：

(39)式中，E为光纤的杨氏模量。经过一系列变化和化简后，有

(42)第六十五页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制光纤加速度传感器将式(39)代入式(42)，则有

(43)根据Δφmin求出式(43)中的a

min，得到

(44)对于双光纤来说，因为一伸、一压，相当于相位变化了，则此时的加速度为a

min/2。第六十六页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制光纤加速度传感器光纤纵向使重物块的位移距离ΔL

所需要的有效弹力F可以由式(38)和式(39)求得，即

(45)式中，k为弹性系数，且k=2EA/L。因此，谐振频率为

(46)

第六十七页，共九十二页，2022年，8月28日相位调制光纤加速度传感器为了进一步强调谐振频率与光纤参数的关系，将A=π（d/2)2

代入式(46)，可得

(47)比较式(44)和式(46)可以看出，如果通过减小d2/mL

而减小a

min，则f0也会随之而减小。第六十八页，共九十二页，2022年，8月28日

1光纤陀螺的发展

2光学基础知识

3Sagnac效应

4光纤陀螺（FOG）原理

5光纤陀螺指标

光纤角速度传感器——光纤陀螺第六十九页，共九十二页，2022年，8月28日

1光纤陀螺的发展与动态四个里程碑：一、1913年法国物理学家Sagnac在物理实验中发现了旋转角速率对光的干涉现象的影响，这就启发人们，利用光的干涉现象来测量旋转角速率。二、1960年，美国科学家梅曼发明了激光器，产生了单色相干光，解决了光源的问题。三、1966年，英籍华人科学家高锟提出了只要解决玻璃纯度和成分，就能获得光传输损耗极低的玻璃光纤的学说。四、1976年，美国犹他大学两位教授利用Sagnac效应研制出世界上第一个光纤陀螺原理样机。第七十页，共九十二页，2022年，8月28日

二十多年来，世界各发达国家的许多科研机构和著名大学都投入了很多的经费来研究光纤陀螺。随着光纤陀螺主要光器件（保偏光纤，Y型电—光调制波导，光源等）技术及半导体工业的飞速发展，光纤陀螺的发展已经有了突破性进展,，高精度光纤陀螺已达到低于0.0001o/h的精度，有取代传统的机械陀螺仪的趋势。光纤陀螺仪与传统的机械陀螺仪相比，优点是全固态，没有旋转部件和摩擦部件，寿命长，动态范围大，瞬时启动，结构简单，尺寸小，重量轻。与激光陀螺仪相比，光纤陀螺仪没有闭锁问题，也不用在石英块精密加工出光路，成本低。

1光纤陀螺的发展与动态第七十一页，共九十二页，2022年，8月28日目前，光纤陀螺已经发展成为惯性技术领域具有划时代特征的新型主流仪表，其原理、工艺及其关键技术与传统的机电式仪表有很大的差别，我国已经将光纤陀螺列为惯性技术领域重点发展的关键技术之一。

1光纤陀螺的发展与动态第七十二页，共九十二页，2022年，8月28日

1913年，萨格奈克（Sagnac）论证了运用无运动部件的光学系统同样能够检测相对惯性空间的旋转。他采用了一个环形干涉仪，并证实在两个反向传播光路中，旋转产生一个相位差。

2Sagnac效应第七十三页，共九十二页，2022年，8月28日

理想条件下，环形光路系统中的Sagnac效应如图1所示。一束光经分束器M进入同一光学回路中，分成完全相同的两束光CCW和CCCW，分别沿顺时针方向(CW)和逆时针方向(CCW)相向传播，当回路绕垂直于自身的轴转动时，将使两束光产生相位差，该相位差的大小与光回路的旋转速率成比例。

图1理想环形光路系统中的Sagnac效应(a)系统静止；(b)系统旋转

2Sagnac效应第七十四页，共九十二页，2022年，8月28日图1理想环形光路系统中的Sagnac效应(a)系统静止；(b)系统旋转如(a)所示，无旋转条件下，两束光传输时间相等，为如(b)所示，旋转条件下，

2Sagnac效应第七十五页，共九十二页，2022年，8月28日图1理想环形光路系统中的Sagnac效应(a)系统静止；(b)系统旋转传输时间差传输光程差传输相位差

2Sagnac效应第七十六页，共九十二页，2022年，8月28日图1理想环形光路系统中的Sagnac效应(a)系统静止；(b)系统旋转传输相位差

2Sagnac效应如何检测相位差？利用光的干涉：振动频率相同、方向相同、相位差恒定

通过检测光强来检测相位差，进而检测转动角速率。问题：旋转角速率产生的光程差太小，很难被检测。第七十七页，共九十二页，2022年，8月28日

3光纤陀螺基本原理及特点光纤陀螺实现原理

光纤陀螺本质上就是一个环形干涉仪，通过采用多匝光纤线圈来增强相对惯性空间的旋转引起的Sagnac效应。其实现如图2所示。图2光纤陀螺实现原理图第七十八页，共九十二页，2022年，8月28日

3光纤陀螺基本原理及特点光纤陀螺结构及工作原理主要信号处理技术：图3数字闭环I-FOG结构示意图A偏置调制：提高信号检测灵敏度第七十九页，共九十二页，2022年，8月28日

3光纤陀螺基本原理及特点光纤陀螺结构及工作原理主要信号处理技术：图3数字闭环I-FOG结构示意图B闭环控制：降低光电检测器工作范围，提高检测精度第八十页，共九十二页，2022年，8月28日

3光纤陀螺基本原理及特点光纤陀螺实物图第八十一页，共九十二页，2022年，8月28日

3光纤陀螺基本原理及特点光纤陀螺实物图第八十二页，共九十二页，2022年，8月28日

3光纤陀螺基本原理及特点光纤陀螺优点

与传统机电陀螺相比，光纤陀螺无运动部件和磨损部件，为全固态仪表，成本低，寿命长，重量轻，体积小，动态范围大，精度应用覆盖面广，抗电磁干扰，无加速度引起的漂