第十三次课陀螺定向原理技术分析.ppt

第六章 陀螺经纬仪定向测量 一、陀螺经纬仪定向原理 陀螺经纬仪的发展和应用 陀螺仪＋经纬仪 陀螺经纬仪 直接测定真北方位角：物理定向 陀螺经纬仪的发展和应用 陀螺经纬仪的发展和应用 我国西汉末年，发现了陀螺特性， 法国人L. Foucault 1852年创造了第一台实验陀螺罗经； 德国人H.Anschütz1904年制成第一台陀螺罗经样机； 德国人M. Schuler 1908年首次制成单转子液浮陀螺罗经，用于军事和航海； 1949年德国研制出MW1型子午线指示仪，并于1958年研制出金属带悬挂陀螺灵敏部的KT-1陀螺经纬仪。 此后的几十年间，世界各国先后开展了陀螺经纬仪的研制工作，相继生产出多种型号的产品。 陀螺经纬仪的分类： 液体漂浮式：将陀螺转子装在封闭的球形浮子中，采用液体漂浮电子磁定中心，陀螺转子由空气压缩涡轮机带动三相交流电机供电，全套仪器重达几百千克，一次定向需几小时，陀螺方位角一次测定中误差为?1?～2?。 下架悬挂式：利用金属悬挂带把陀螺房悬挂在经纬仪空心轴下，悬挂带上端与经纬仪的壳体相固连；采用导流丝直接供电方式，附有携带式蓄电池组和晶体变流器。 上架式：用金属丝悬挂带把陀螺转子（装在陀螺房中）悬挂在灵敏部的顶端，灵敏部可稳定地联接在经纬仪横轴顶端的金属桥形支架上（该支架需预先制做、安装），不用时可取下。 一、陀螺仪的寻北原理 陀螺仪的基本特性 绕自身轴高速旋转的匀质刚体，称为陀螺仪(Gyroscope)。 动量矩： 外力矩： 动量矩定理： 动量矩定理的分析： 陀螺仪的基本特性 结合动量矩定理，有： 数值关系： 或： 一般情况将外力矩分解两个分量 结论： 1、与转子动量矩方向平行的外力矩改变转子转动的速度，但不改变转子轴的方向 2、与转子动量矩方向垂直的外力矩不改变转子转动的速度，但改变转子轴的方向 3、当外力矩大小为0时，转子轴的方向保持不变。定轴性 4、当转子动量矩方向的垂直方向有外力矩存在时，转子轴的方向将发生进动。进动性 5、进动的角速度方向为动量矩矢量沿最短路径转向外力矩矢量的右手旋进方向。 说明：由于陀螺的动量矩很大，陀螺的进动可以看作是无惯性的。当外加力矩加在陀螺的瞬间就会立刻开始进动，外加力矩一旦消失进动立即停止。改变外力矩的大小和方向，进动角速度大小或方向也随之发生相应的变化。 自由陀螺仪自转轴在地表面上的关系 参考系的选择：以太阳或其它恒星作为惯性参考系 自由陀螺仪的自转轴的方位角、高度角不停发生缓慢变化， 无法指示真北方位。 地球自转对摆式陀螺仪的影响 如果在三自由度陀螺仪的自转轴上杆连一质量为m的刚体，则其自由度成为二个半，称为摆式陀螺仪。 摆式陀螺仪的运动方程 1、简述陀螺仪的两个基本特性？ 2、简述摆式陀螺仪的寻北原理？ 思考题：（1、2作业，3为思考） 3、摆式陀螺仪在北极地区能否工作？摆式陀螺仪能否指南？