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陀螺儀是如何工作的?

陀螺儀的原理是,旋轉物體的轉軸所指向的方向,在不受外力影響的情況下,是不會改變的。根據這個道理,人們用它來保持方向,做出來的東西叫陀螺儀。我們騎自行車的時候其實用的就是這個原理。輪子轉得越快,就越不容易掉下來,因為車軸有保持水平的力。陀螺儀工作時要給它壹個力,讓它快速旋轉,壹般可以達到每分鐘幾十萬轉,可以長時間工作。然後通過各種方法讀取軸指示的方向,數據信號自動傳輸到控制系統。

現代陀螺儀是壹種能精確確定運動物體方位的儀器。是現代航空、航海、航天和國防工業中廣泛使用的慣性導航儀器。它的發展對壹個國家的工業、國防和其他高技術的發展具有重要的戰略意義。傳統的慣性陀螺儀主要是指機械陀螺儀,對工藝結構要求高,結構復雜,精度受到多方面的制約。自20世紀70年代以來,現代陀螺儀的發展進入了壹個新階段。1976等人提出了現代光纖陀螺的基本思想。80年代以後,現代光纖陀螺發展非常迅速,與此同時,激光諧振陀螺也有了很大發展。由於光纖陀螺具有結構緊湊、靈敏度高、工作可靠等優點,在許多領域已經完全取代了傳統的機械陀螺,成為現代導航儀器中的關鍵部件。伴隨著光纖陀螺的發展,不僅有環形激光陀螺,還有現代集成振動陀螺,集成度更高,體積更小,也是現代陀螺的壹個重要發展方向。

現代光纖陀螺包括幹涉型陀螺和諧振型陀螺,這兩種陀螺都是根據塞格尼克的理論發展起來的。塞格尼克理論的要點是這樣的:當光束在環形通道中傳播時,如果環形通道本身具有旋轉速度,那麽光束在通道旋轉方向上的傳播時間要比在相反方向上的傳播時間長。也就是說,當光學回路旋轉時,光學回路的光路會相對於靜止時回路的光路在不同的方向上發生變化。利用這種光路的變化,如果通過在不同方向上前進的光之間的幹涉來測量環路的旋轉速度,則可以制造幹涉型光纖陀螺儀。如果利用這種光程的變化,即通過調節光纖環路中光的諧振頻率,然後測量環路的轉速來實現環路中循環光之間的幹涉,就可以制造出諧振式光纖陀螺。從這個簡單的介紹可以看出,幹涉型陀螺儀的光程差較小,所以它要求的光源可以有較大的光譜寬度,而諧振型陀螺儀的光程差較大,所以它要求的光源必須具有良好的單色性。

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