Sagnac效應：ARHS光纖陀螺儀的測量原理深度解析

來源：發布時間：2025-07-17

在現代導航和動態測量領域，光纖陀螺儀以其突出的性能和高精度，成為了不可或缺的慣性測量設備。上海艾默優科技有限公司推出的ARHS系列陀螺儀，憑借其基于Sagnac效應的創新設計，普遍應用于船舶導航、車載導航及隧道挖掘工程等領域。本文將深入剖析ARHS光纖陀螺儀的光學測量原理，揭示其背后的科學原理與技術優勢。

一、Sagnac效應簡介

Sagnac效應是由法國物理學家喬治·薩尼亞克于1913年初次提出的一種物理現象。當光束在一個環形通道中傳播時，如果該通道處于旋轉狀態，那么沿著旋轉方向傳播的光束與反向傳播的光束所需時間會有所不同。這一時間差正是Sagnac效應的主要所在，并為光纖陀螺儀提供了測量角速度的重要依據。

二、ARHS系列陀螺儀的構成

ARHS系列陀螺儀采用全數字保偏閉環光纖陀螺儀作為主要慣性傳感器，其主要由以下幾個部分組成：

光源（SLD）：發射穩定且強度高的激光光束，為后續測量提供必要的光源。

耦合器：將激光分配到不同路徑，以便形成閉環結構。

Y波導：引導激光至環形光纖。

光纖環圈：形成一個封閉的環路，使得激光能夠在其中循環傳播。

探測器（PIN/FET）：用于接收經過環形通道后返回的激光信號，并轉換為電信號。

A/D轉換器：將模擬信號轉換為數字信號，以便進行后續處理。

數字信號處理單元：負責對接收到的數據進行分析和計算，輸出較終結果。

三、工作原理

ARHS系列陀螺儀基于Sagnac理論實現角速度測量。當激光沿著環形通道傳播時，若該通道發生旋轉，激光從起點到達終點所需時間會因旋轉而產生變化。具體來說：

激光沿順時針方向傳播時，由于環路在旋轉，其實際行進距離變短，因此所需時間相對較少。

而反向傳播（逆時針方向）的激光則需要更多時間，因為此時它需要“追趕”正在旋轉的環路。

這種時間差導致了兩條激光路徑之間存在相位差。通過檢測這個相位差或干涉條紋的變化，ARHS系列陀螺儀可以精確計算出當前旋轉角速度。

四、技術優勢

全固態設計：與傳統機械陀螺儀相比，ARHS系列陀螺儀采用全固態設計，沒有旋轉部件和摩擦部件。這使得其具有更長的使用壽命以及更高的可靠性。

高精度與快速啟動：該設備具備高精度特性，能夠在動態環境中實現精確測量。同時，其啟動速度快，可以迅速進入工作狀態，較大程度上提高了應用靈活性。

抗震動與抗電磁干擾能力：ARHS系列陀螺儀經過嚴格設計，以確保其在惡劣環境下仍能保持穩定性能。無論是在震動頻繁還是電磁干擾嚴重的場合，該設備均能提供可靠的數據支持。

先進的數據處理能力：配備高精度捷聯算法模型，解算周期只為5毫秒。這一快速的數據處理能力使得系統能夠實時響應變化，為用戶提供及時有效的信息。

強大的補償標定功能：為了確保系統精度穩定收斂，ARHS系列陀螺儀對自身進行了完善的補償標定，并配置強凝固動態對準算法和強耦合組合導航算法。這些先進技術保障了長期穩定工作性能。

五、應用前景

隨著科技的發展，對高精度、高可靠性的慣性測量設備需求不斷增加。ARHS系列陀螺儀憑借其獨特的Sagnac效應原理及突出性能，在船舶導航、車載導航及隧道挖掘等領域展現出廣闊應用前景。它不僅提升了各類工程項目的安全性和效率，還為未來智能交通系統和自動化控制提供了重要支持。

綜上所述，上海艾默優科技有限公司推出的ARHS系列光纖陀螺儀，通過深入運用Sagnac效應，實現了高精度、高可靠性的角速度測量。這一創新技術不僅展現了現代科學技術的發展潛力，更為各類工程應用提供了堅實基礎。在未來的發展中，我們期待這一系列產品繼續引導行業潮流，為更多領域帶來創新解決方案。希望廣大用戶能夠充分利用這些優勢，實現較佳使用效果，為安全與效率共同努力。