光纤陀螺教学实验系统FOG-E300

概述

        光纤陀螺仪是以光导纤维线圈为基础的敏感元件, 由激光二极管发射出的光线朝两个方向沿光导纤维传播。光传播路径的不同,决定了敏感元件的角位移。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。光纤陀螺发展日新月异，许多大公司都投入了巨大的财力对其进行研究开发，主要研究国家为美国、法国、德国、日本、意大利、俄罗斯，中低精度陀螺仪已经完成了产业化，而美国和法国在这方面的研究保持领先地位。我国光纤陀螺的研究起步相对较晚，但是发展迅速，已经完成了完全国产化产业链，在广大科研工作者的努力下，已经逐步拉近了与发达国家间的差距。

        光纤陀螺教学实验系统主要用于和光纤陀螺相关的教学实验和科学研究中，该系统的成功研发使得抽象的理论课程内容配套形象生动的教学实验内容，使得学生能够更好地了解和掌握光纤陀螺仪相关的教学内容，同时，提高学生的实际操作能力和综合素质。

特点

• 在专用两轴转台上，放置实验用光纤陀螺仪，外壳采用高透明度亚克力材料，超辐射光源、光纤耦合器、光电探测器、光相位调节器、光路（光纤环）等部件及其连接结构清晰可见；
• 专用两轴转台，用于放置实验用光学陀螺仪，并在实验中控制两个旋转轴（主轴、横轴）以一定的转速转动的相应的位置，或以设定的转速连续转动，以提供光学陀螺激励信号；
• 测量输出反馈信号，可观察闭环反馈工作过程；探测器输出交流闭环信号接口，观察实际闭环条件下的输出工作状态；
• 光纤陀螺教学实验系统的结构，决定了可以开展速率的比对实验、角电压振幅的变化实验、数字式光纤陀螺仪寻北实验等，从而获得实验室所在纬度和地球自转角速度，了解地理北极、真北的含义及其在导航中的应用。

结构

光纤陀螺仪部分由若干元件构成，分别为超辐射发光光源、保偏耦合器、集成光学相位调制器、光纤环圈与探测器。调制解调部分为数字闭环调制解调方式，采用方波做为偏置调制，数字阶梯波作为闭环反馈控制机制。该结构为国际光纤陀螺主流方案配置，具有很高的实用价值。为便于观察陀螺工作方式，陀螺外壳设计为有机玻璃外壳，内部光学元件按照光信号流程布局，并在相应位置加以标明，有助于了解光纤陀螺仪的光路总体结构。

性能参数

(1)光纤陀螺演示仪

测量范围：±300°/s

零偏稳定性：<1°/h

标度因数重复性：<300ppm

数据刷新率：>100Hz

频带宽度：>200Hz

(2)电控调节转台

纵轴和横轴转动角度范围：360°连续无限；

角位置测量精度：±5’；

控制到位精度：±5’

速率范围： 0～300º/s；

数据更新率：≥20Hz；

通讯波特率：115200 bps

实验内容

教学实验的内容涵盖了光纤陀螺仪的原理、性能、应用和误差分析等方面，旨在帮助学生深入了解光纤陀螺的工作原理和实际应用，提高学生的实际操作能力和综合素质。基础实验包括：

实验1：了解光纤陀螺的构成和主要工作原理，重点理解Sagnac效应；

实验2：电控调节转台转动速率和光纤陀螺演示仪输出速率的比对实验；

实验3：光纤陀螺演示仪静止或转动时，观察比对角电压振幅的变化实验；

实验4：数字式光纤陀螺仪寻北实验，同时获得实验室所在纬度和地球自转角速度，了解地理北极、真北的含义及其在导航中的应用。