陀螺全站仪使用简介1.docx

陀螺仪使用简介白明 摘要：简述陀螺仪历史、原理，介绍陀螺全站使用方法 关键词：陀螺 陀螺全站 方位角 收敛角一、概述 陀螺全站仪是将陀螺仪和全站仪结合在一起的仪器它被广泛的应用于在地铁、隧道等方面 的测量，填补了 GPS、常规方法无法满足精度需要的条件下以下下以仪器，陀螺GP1全 站仪 SETx130R3 为例.二、 陀螺发展过程 （大体可以分为三个时期）1） 、 五十年代的液体漂浮式陀螺仪效率很差2） 、六十年代的下架悬挂式陀螺经纬仪3） 、七十年代的上架悬挂式陀螺经纬仪适合井下作业的特点，因为仪器体积小，重量轻， 观测时间短，便于操作和携带，90 年代初期，全站仪的迅猛发展给测量领域带来质的飞跃，开始将上架式陀螺仪架设在 全站仪上，索佳现推出的GPX130R3就属于这一类一次定向时间30〜60分钟，陀螺方 位角一次测定的中误差为土20〃这大大地提高了它的实用价值而且当陀螺仪取下后，全 站仪还可单独使用全站仪中内置陀螺仪测量程序，使定向工作更为方便三、 陀螺仪原理自由陀螺仪有两个特性：1 .陀螺轴在不受外力作用时，它的方向始终指向初始恒定方位，所谓定轴性2•陀螺轴在受外力作用时，将产生非常重要效应一“进动”所谓进动性。

没有任何外力作用，并具有三个自由度的陀螺仪叫做自由陀螺仪，下图为自 由陀螺仪的模型及原理示意图：陀螺转子安置在内环上；内环又安置在外环上内环和外环保证了陀螺仪围绕在相互垂直的 三个旋转轴的三个自由度：转子绕其对称轴 X 在内环中高速旋转；转子和内环一起绕水平 轴 Y 在外环中旋转；陀螺仪转子和内外两环一起绕竖直轴 z 在其内旋转其中转子轴 X 叫做陀螺仪自转轴或主轴，通常称为陀螺仪轴从轴端看，转子按逆时针方向旋转时，则该 端为主轴的正端内、外两环叫做万向结构所以 y 轴与 z 轴叫做方向结构轴陀螺仪主 轴绕y轴旋转，改变其与水平面之间的夹角，通常叫做高度的变化陀螺仪主轴绕z轴旋转, 改变其与地物在平面内之相对位置，通常称为方位的变化三个轴的交点叫做陀螺仪的中心 陀螺仪的灵敏部（包括转子和内外两环）的重心与陀螺仪中心点重合采用悬挂带悬挂陀螺 转子组成一个摆，并且将这个摆内置在一个圆柱体中组成悬挂式陀螺仪，它可以架设到全站 仪上这个摆绕地球子午线摆动，其摆动（叫进动）可以通过一个放在该摆上的小镜来观察并可 在悬挂带无转矩的情况下，通过慢慢旋转经纬仪进行跟踪它（跟踪方式） 两个逆转点的 进动可以通常过全站仪水平度盘读出并且可计算出进动中心即（真北方向） 。

当经纬仪视 准轴与进动中心一致时，仪器望远镜即照准真北方向如图四、陀螺仪 注意事项1. 陀螺仪操作注意事项1． 对陀螺仪要轻拿轻放，避免猛烈冲击和震动；2. 由于电压不同，请不要将三芯连接电缆接头（12V）,接在GPX130R3下部的GPxl30R3 外接电源接头（6V）上三芯电缆只能用于连接逆变器和电池（ BDC7） ；3. 由于电池的容量仅供（对连续测量）大约3小时使用，所以建议在同一 测站上所有的测量工作都结束后再关闭电源 （陀螺仪的启动耗电量很大） ；4. 测量完5. 在打开和关闭GPX130R3之前，陀螺必须锁紧（若能按要有折断现象）；6. 在从 GPx130R3 中取出7. 存放GPX130R3时，锁紧螺旋必须完全锁紧，并在锁紧螺旋上罩上锁紧扣8. 在10°C〜40°C温度下给电池充电，温度越高，充电时间越长9． 充电时充电器变热是正常现象10．不要用充电器连续为两块以上的电逆变殆航I电缆抚T1130I牯乍站仪3针电址五、陀螺方位角计算及其未知边方位角计算（1）仪器常数的求定： 陀螺仪轴与望远镜光同一竖直面中，所以假想的陀螺仪轴的稳定位置通常不与地理子午 线重合，二者的夹角称为仪器常数，一般用△表示。

如果陀螺仪子午线位于地理子午线的东 边，△为正；反之，则为负仪器常数△可以在已知方位角的精密导线边或三角网边上直接 测出来，如图a所示精密导线边CD之地理方位角为Ao.若在C点安置陀螺全站仪，通过 陀螺运转和观测可求出CD边的陀螺方位角a t,可按下式求出仪器常数：△ =Ao-a to△（2）未知边方位角计算① 井下定向边上测定陀螺方位角仪器安置在C点上，可测出CD② 线边或三角网边已知的是坐标方位角a o,需要求算的井器点的位置来确定，即在中央子午线井下定向边的长度应大于50m,上图所示, 边的陀螺方位角a t,测定向边的地理方位角A为：Ao=a t + △、子午线收敛角一般地面精密导下定向边，也就是要求出其坐标方位角a t,而不是地理方位角Ao,因此还 需要求算子午线收敛角如上图所示地理方位角和坐标方位角的关系为：Ao=ao+yo器点的位置来确定，即在中央子午线 子午线收敛角Y o的符号可由安装仪 以东为正，以西为负；其值可根据安置仪器点的高斯平面坐标求得 方位角可得：ao = Ao-yo六、实例说明（矿山测量的操作流程）：1．可采用跟踪逆转点法、中天法进行2. 陀螺全站仪精度级别是按实际达到的一测回测量陀螺方位角定的，索佳 GPx130R3 陀螺 全站仪定向精度为20〃。

用陀螺全站仪定向，应遵守下列规定：①•测定仪器常数的地面已知边坐标方位角下定向边的两端点必须是永久导线点，并应尽量满足无淋水、风小和便于观测的条件；否 则应采取措施定向边的长度应大于50m；陀螺全站仪的悬挂带零位不能超过±0.5格， 否则应及时进行校正，到要求时，方可用于定向测量；陀螺全站仪一次定向应按下列程序 1） •在地面已知边上采用两测回（或三测回两个（或三个）仪器常数△】；在井下定向边 上用两测回测量陀螺⑶.返回地面后，要尽快在原已知边上再用两测回，根据在同一边上多次测量的陀螺方位角求算：a T陀螺方位角，再求两个(或三个)仪器常数42取平均(4) 同一边任意两测回测量陀螺方位角的互差不得超过40〃⑸.井下同一定向边两次独立陀螺全站仪定向平均值的中误差为10〃，互差不得超过40〃 根据在同一边上多次测量的陀螺方位角求算：maT= -1)式中：V—同一边陀螺方位角的平均值与一测回测定值的差数； n—测量陀螺方位角的次数6).井上、下观测应由同一观测和震动① •地面观测时，仪器、三脚架和能在温度变化较小、天气晴朗和风小的时间里进行；② •仪器应严格整平，观测过程中水准气泡偏离不得超过测量后，由一个测回转到下一个测 回观测前，应停止陀螺转动10〜15min,重新安置陀螺仪、整平和对中仪器，并使度盘 位置变换 180°/n(n 为测回次数)；③ •一测回测量陀(1) .以全站仪两个镜位观测测线方向值一测前(2) .必须进行近视北观测。

若近似陀螺北偏离陀螺子午线，跟踪逆转点法应小于 60'；⑶.测量悬挂带零位值一测前零位；(4) .用跟踪逆转点法、中天法或其它方(5) .测量悬挂带零位值-侧后零位；6 .以全站仪两个镜位观测测线方向向值的互差，不得超过 10"6) 用跟踪逆转点法、中天法或其它方，测出合格陀螺方位角后a t,可以如(五、陀螺方 位角计算及其未知边方位角计算)求得我们需要的方位角总结 ：陀螺全站仪被广泛应用于矿山、建筑、测绘、铁道、军事等各个部门的定向测量 由于它不受时间和环境的限制，同时观测简单方便，效率高，而且能保证较高的定向精度， 所以它是一种先进的定向仪器，本文做一个概述让大家更多的了解陀螺仪参考文献：[1] 于来法，1986.陀螺经纬仪测量[M].北京：国防工业出版社[2] 陈永奇，等 2008.工程测量(第三版) [M]. 北京：测绘出版社[3] 索佳陀螺仪说明书[4] 张正禄，等 2005.工程测量(第三版) [M]. 武汉：武汉大学出版社。