最早的陀螺儀使用是在瞄準(zhǔn)鏡上。坦克車(chē)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中顛簸，運(yùn)動(dòng)中的車(chē)要瞄準(zhǔn)對(duì)方是非常困難的，如果用陀螺儀，把運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量出來(lái)，用一套伺服系統(tǒng)控制火炮角度，就可以保證坦克或裝甲車(chē)在行進(jìn)顛簸中仍能夠準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)和跟蹤攻擊目標(biāo)，投彈命中率大大提高。
另外一個(gè)使用場(chǎng)景是天線定向系統(tǒng)，車(chē)輛或者船舶在運(yùn)動(dòng)中需要接受衛(wèi)星信號(hào)，天線需要對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，光纖陀螺能夠跟蹤天線的方向，使車(chē)輛或者船舶在運(yùn)動(dòng)中接受的衛(wèi)星信號(hào)功率最大。
根據(jù)陀螺儀原理，陀螺儀可分為第一代機(jī)械陀螺儀、第二代激光陀螺儀、第三代光纖陀螺儀。
第一代陀螺儀發(fā)展歷史久遠(yuǎn)，可追朔到古代，形態(tài)像玩的陀螺，有機(jī)械轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，如靜電陀螺、磁浮陀螺等。隨著光電技術(shù)發(fā)展，有了激光陀螺儀、光纖陀螺儀，也就是現(xiàn)在所說(shuō)的廣義主流陀螺儀，不再有機(jī)械轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，而是利用光轉(zhuǎn)，沒(méi)有磨損，更抗沖擊，更加穩(wěn)定。本文將主要介紹光纖陀螺儀。
陀螺儀在戰(zhàn)斗機(jī)空戰(zhàn)瞄準(zhǔn)、高樓傾斜監(jiān)測(cè)、機(jī)器人平衡、高速列車(chē)阻尼控制、長(zhǎng)跨度大橋健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)等都有廣泛的應(yīng)用。
光纖陀螺的原理和分類
（1）原理
光纖陀螺原理在物理上叫Sagnac效應(yīng)。在一個(gè)閉合光路中，從同一光源發(fā)出的兩束光，相對(duì)傳播，匯合到同一探測(cè)點(diǎn)將產(chǎn)生干涉，若該閉合光路存在相對(duì)于慣性空間的旋轉(zhuǎn)，則沿正、反方向傳播的光束將產(chǎn)生光程差，該差值與上旋轉(zhuǎn)角速度成正比。利用光電探測(cè)器測(cè)相位差計(jì)算出旋轉(zhuǎn)角速度。
從公式可看出，光纖的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，光行走半徑越大，光波長(zhǎng)越短。干涉效應(yīng)越明顯。所以光纖陀螺體積越大，精度越高。Sagnac效應(yīng)本質(zhì)上是一種相對(duì)論效應(yīng)，對(duì)光纖陀螺的設(shè)計(jì)非常重要。
光纖陀螺原理是一束光從光電管發(fā)出，經(jīng)過(guò)耦合器（1端進(jìn)入到3端）。通過(guò)光環(huán)，兩束不同方向進(jìn)入光環(huán)，繞一圈回來(lái)進(jìn)行相干疊加。返回的光回到發(fā)光二極管，通過(guò)發(fā)光二極管探測(cè)強(qiáng)度。光纖陀螺原理看起來(lái)比較簡(jiǎn)單，但最重要的是如何把影響兩束光光程因素排除掉。這是做光纖陀螺面臨的最重要的問(wèn)題。
光纖陀螺原理
（2）分類
光纖陀螺儀按照工作原理可分為干涉型光纖陀螺儀(I—FOG)、諧振式光纖陀螺儀（R—FOG）和受激布里淵散射光纖陀螺儀(B—FOG)。目前光纖陀螺儀中最成熟的是干涉型光纖陀螺儀(即第一代光纖陀螺儀)，其應(yīng)用最為廣泛。它采用多匝光纖圈來(lái)增強(qiáng)SAGNAC效應(yīng)，一個(gè)由多匝單模光纖線圈構(gòu)成的雙光束環(huán)形干涉儀可提供較高的精度，也勢(shì)必會(huì)使整體結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。
光纖陀螺儀按照回路類型分為開(kāi)環(huán)光纖陀螺和閉環(huán)光纖陀螺。開(kāi)環(huán)光纖陀螺不帶反饋，直接檢測(cè)光輸出，省去許多復(fù)雜的光學(xué)和電路結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、可靠性高、消耗功率低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是輸入一輸出線性度差、動(dòng)態(tài)范圍小，主要用作角度傳感器。開(kāi)環(huán)的干涉型光纖陀螺的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)環(huán)形雙光束干涉儀。主要用于對(duì)精度要求不高、體積小的場(chǎng)合。
光纖陀螺的性能指標(biāo)
光纖陀螺主要是測(cè)量角速度的，而任何測(cè)量都是有誤差的。
（1）噪聲
光纖陀螺中的噪聲機(jī)理主要集中在光學(xué)或光電檢測(cè)部分，這些噪聲決定了光纖陀螺的最小可檢測(cè)靈敏度。在光纖陀螺中，表征角速率輸出白噪聲大小的參數(shù)是隨機(jī)游走系數(shù)，其中需考慮檢測(cè)帶寬。在僅有白噪聲的情況下，隨機(jī)游走系數(shù)的定義可以簡(jiǎn)化為一定帶寬下測(cè)得的零偏穩(wěn)定性與檢測(cè)帶寬的平方根之比，單位為圖片。如果還存在其他類型噪聲或者漂移，要通過(guò)擬合方法得到隨機(jī)游走系數(shù)，通常利用Allan方差分析。
（2）零漂（漂移）
使用光纖陀螺計(jì)算時(shí)需要角度計(jì)算，角度是通過(guò)角速度積分得到的，漂移經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積分累積，誤差越來(lái)越大?？傮w來(lái)說(shuō)，對(duì)快速響應(yīng)應(yīng)用（短期），噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響較大，而對(duì)于導(dǎo)航應(yīng)用（長(zhǎng)期），零漂對(duì)系統(tǒng)的影響較大。
（3）標(biāo)度因數(shù)（比例因子）
比例因子誤差越小，旋轉(zhuǎn)所測(cè)得的結(jié)果就越準(zhǔn)確。
光纖陀螺的發(fā)展現(xiàn)狀
