陀螺定向应用课件.pptVIP

陀螺定向应用;第一节陀螺经纬仪简介;一、陀螺经纬仪定向;二、陀螺经纬仪定向的作用;井上下联系测量包括平面定向测量和导入高程两项内容，定向测量解决地面与地下平面坐标的联系，使其保持一致。定向测量的方法主要采用一井几何定向和陀螺定向；导入高程解决地面与地下的高程联系，主要采用长钢尺或钢丝绳法，精度容易保证。;一井几何定向

一井几何定向是指在立井中悬挂两根钢丝绳或长钢尺，由地面测量其坐标和方位，在地下向洞内传递坐标和方位。由于两根钢丝（钢尺）的间距很小，又存在摆动现象，故微小的测量误差就会造成很大的定向偏差，只能用于井深较浅，精度不高的工程当中。

陀螺经纬仪定向

陀螺经纬仪定向是利用钢丝绳或长钢尺，通过立井向洞内传递平面坐标，应用陀螺经纬仪确定方向。由于其精度较高，劳动强度小而在地下工程中得到广泛应用。;2??控制导线测量方向误差的积累

在长距离隧（巷）道的支导线控制测量中加测陀螺定向边，既可以检核支导线观测成果的质量，保证观测成果的可靠性；也可以对加测高精度陀螺定向边后的支导线进行方向附合导线的角度平差，从而大大提高导线的精度。;受当时条件的限制，傅科的实验未能成功；

20世纪初，研制成功陀螺罗盘作为航海导航仪器；

20世纪初50年代，研制成功液浮式矿用陀螺罗盘仪；

20世纪初60年代，在矿用陀螺罗盘仪的基础上，发展成下架式陀螺经纬仪。其最大的改进是将处于液体漂浮之中的陀螺灵敏部利用金属悬挂带悬挂起来，置于空气中。悬挂带固定端与经纬仪的壳体相固连，因此称为下架式陀螺经纬仪；;四、陀螺经纬仪的结构;GAK－1陀螺仪结构示意图;（1）陀螺灵敏部

陀螺的核心是陀螺马达，装在密封的充氢的陀螺房中，通过悬挂柱由悬挂带悬挂起来，用两根导流丝和悬挂带及其旁路结构给其供电，悬挂柱上安装有反光镜，整个构成陀螺灵敏部。

（2）反射式光学系统

高精度的陀螺经纬仪大部分采用反射式光学系统，其优点：

①可以减少因经纬仪整平不好而引起的方向误差；

②可以进一步提高光标像运动的平稳性；

③使光标像运动速度加快，相应地提高了跟踪灵敏度。;（3）锁紧限幅装置

跟踪时限制陀螺灵敏部的摆动幅度；

不跟踪时顶起并卡住固定陀螺灵敏部，以防止悬挂带受损。

（4）磁屏蔽罩

陀螺仪外壳的内壁和底部都有磁屏蔽罩，其作用是防止外界磁场的干扰。;2．WILDGAK-1型陀螺经纬仪简介

WILDGAK-1型陀螺经纬仪是由瑞士WILD厂生产的带T2经纬仪的陀螺仪，属上架悬挂式陀螺经纬仪，它由陀螺仪、经纬仪、电源箱和三角架四部分组成。GAK-1陀螺仪的主要技术数据如下：

陀螺转速：22000r/min；中纬度地区摆动半周期：约4min

温度范围：-40～+50℃；分划板每1格的陀螺摆幅：10′

适用区域：纬度75°以内；方位角测定标准偏差：±20″;第二节陀螺经纬仪定向;1．自由陀螺仪的特性

没有任何外力作用，具有三个自由度的陀螺仪称为自由陀螺仪。

自由陀螺仪的特性

（1）陀螺轴在不受外力矩作用时，它的方向始终指向初始恒定方位，即所谓定轴性；

（2）陀螺轴在受外力矩作用时，将产生非常重要的效应－“进动”，即所谓进动性。;自由陀螺仪模型及原理示意图;实验用杠杆陀螺仪钟摆式陀螺仪原理示意图;3．地球自转及其对陀螺仪的作用

地球以角速度ωE（ωE=1周/昼夜=7.272×10-5rad/s，[2π/24/60/60]）绕其自转轴旋转，所以地球上的一切东西都随着地球自转。对纬度为φ的地面点P而言，地球自转角速度矢量ωE和当地的水平面成φ角，且位于过当地P点的子午面内。

以P点的水平面为基准，ωE可分解为垂直分量ω2（沿铅垂方向）和水平分量ω1（沿子午线方向）。;水平分量ω1表示地平面在空间绕子午线旋转的角速度，其作用是使地平面的东半部下降，西半部升起。在地球上的观测者感觉就像太阳和其他星体的高度变化一样（太阳东升西降）；垂直分量ω2表示子午面在空间绕铅垂线旋转的角速度，其作用表示子午线的北端向西移动（太阳逐步向南移动，正午在正南方）。

以陀螺仪旋转轴x轴为基准，将水平分量ω1可以再分解成两个互相垂直的分量ω3（沿y轴）和ω4（沿x轴）。ω3叫做地球自转有效分量，对陀螺仪轴的进动有影响。;4．陀螺仪轴对地球的相对运动;二、陀螺经纬仪定向的方法;（1）在地面已知边上测定仪器常数△。一般测2～3测回

仪器常数可在已知精密方位角的测线上测定。由上图a可知，在测线CD上测定其陀螺方位角，当CD为已知边时，计算所测陀螺方位角与其地理方位角的差值即可求得仪器常数。作业时应首先在已知边上测定仪器常数（实际上是测定已知边的陀螺方位角）即测前仪器常数的测定。其主要技术要求见下表1。;（2）在定向边上测定陀螺方位角，一般测