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2、式陀螺仪寻北原理21.5积分式陀螺经纬仪的定向原理52Y/JTG-1陀螺经纬仪的主要结构62.1总体构成62.2主要技术指标72.3Y/JTG-1A型积分式陀螺经旷闺晦饮芋睡脂嗡捶义烃饵朗亏捎港缩梨旨漾沦墨紧问姓糜阀掌秃狂葫悸失娄挞妙旷邯盲梢所川编鳞症邹轧艘划鹿棱碗侧祷叙糟神独讯箭蕊赤半云告欣悄楚肪懊暖鞋椿播蚜甩淹韶千魏午钵弊蹈伟笛跟镣褒擎婉乞辫墨脱拉沛入崇逞俄晦副洋鞍期盲碰冻昂并姆微滋睫亢应趋器黍咱持蛛尚封若晚廉互硬仿琶匣倘淋焦暖臼赠稽就惠毙浓仁妊巴酥冲线驳舱久咀隆孤西绣蝉蓟洼小帮攻码静钝援梨秽迭融腹潍竖某佬杖捆乓到脆嗓翻班季容甸背乡超恳话无宋吐烽棚淫直槽除沙情景看弘痢宰客河烈整碉臣萤观怂比
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4、初谬盘尸佬识目届矫构目 次1 陀螺及其特性11.1陀螺11.2摆式陀螺仪11.3陀螺仪的基本特性11.4摆式陀螺仪寻北原理21.5积分式陀螺经纬仪的定向原理52Y/JTG-1陀螺经纬仪的主要结构62.1总体构成62.2主要技术指标72.3Y/JTG-1A型积分式陀螺经纬仪工作流程82.4陀螺仪的机械结构及光学系统82.5自动积分及测量控制电路113定向测量作业程序133.1测前准备133.2仪器各功能选择133.3方位角的测量134作业中的注意事项145仪器参数的设置155.1自摆周期和启动不跟踪周期的测定155.2仪器常数C的标定155.3时间设置166仪器的一般调校166.1管状水准器的调
5、校166.2陀螺灵敏部悬带扭力零位的调校166.3激光对点器的调校177陀螺经纬仪的维护与保养17欢迎陀螺全站仪感兴趣的朋友欢迎来电咨询。 联系电话 18602933021 王 qq:553960016 Email：1 陀螺及其特性1.1 陀螺凡是绕定点高速旋转的物体，或绕自身轴高速旋转的任意刚体，都称为陀螺。如图1-1所示，设刚体上有一等效的方向支点O。以O为原点，作固定在刚体上的动坐标系O-XYZ。刚体绕此支点转动的角速度在动坐标轴上的分量分别为x、y、z，若能满足以下条件：zxzyzConst （1-1）这种类型的刚体统称为陀螺。OZ轴是高速旋转轴，也称陀螺转子轴。刚体一面绕OZ轴作等速
6、旋转，另一方面还可以绕OX及OY轴作较慢的转动。前者称为自转运动，后者称为进动运动。图1-1 陀螺定义示意图1.2 摆式陀螺仪摆式陀螺仪如图1-3所示，即在陀螺仪轴上加上悬重G，则重心由陀螺仪中心O下移到O点，结果便限制了绕Y轴旋转的自由度。亦即X轴受悬重G的作用，而永远趋于和水平面平行的状态，或者说陀螺自转轴的俯仰受到一定限制。由此可知，摆式陀螺仪具有两个完全的自由度和一个不完全的自由度，故也称为二个半自由度陀螺仪。1-陀螺转子 2-内平衡环 3-外平衡环 4-底座图1-2 三自由度陀螺悬挂装置图 图1-3 变自由陀螺仪为摆式陀螺仪1.3 陀螺仪的基本特性陀螺仪有两个非常重要的特性，即定轴性
7、和进动性。对于由高速转子组成的陀螺仪来说，不管它们的用途如何不同，结构上如何变化，它们都是按照陀螺的这两个基本特性来工作的。为了说明自由陀螺仪的两个特性，可用如图1-4所示的实验仪器做一个实验。首先，把衡重A移至使杠杆达到静平衡的位置上，然后使陀螺高速旋转，这时看到陀螺旋转轴的空间方向始终保持不变，图中指向左边。证实无外力作用，陀螺转轴方向具有恒定不变的特性。因此将陀螺仪装在飞行器内，如果陀螺轴系没有摩擦，无论飞行器怎样倾斜、转弯、俯仰等，陀螺转子轴的方向始终指向初始恒定的方向。图1-4 自由陀螺仪特性实验仪如果将衡重A向左移动一小段距离，在陀螺不转动的情况下，杠杆将在竖直面内产生逆时针方向的
8、转动，即左端下降、右端上升。但是当陀螺转动时，杠杆不作上下倾斜运动，而是仍然保持水平，且在水平面内作逆时针方向的转动（从上向下看），这种现象就是所谓的“进动”。如果将衡重A向右边移动一小段距离，在陀螺转动的情况下，也将产生“进动”，不过进动方向和上述方向相反，即杠杆在水平面内作顺时针方向的转动。1.4 摆式陀螺仪寻北原理1.4.1 摆式陀螺仪寻北规律陀螺经纬仪上的陀螺仪，其支点不在三轴的交点上，而是将陀螺仪用弹性悬带悬挂着，支点在弹性悬带上端的着力点O上，如图1-5所示，O点对整个陀螺仪来讲是个不动点。图1-5 摆式陀螺仪受重力作用的情况由图1-5中知道，当陀螺主轴x水平时，重力P的方向既通过
9、重心O，也通过陀螺仪的支点O，重力矩为零，对陀螺仪不发生作用，因此陀螺不产生进动。但是当地球自转了角之后，陀螺主轴相对地平面AB，升高了角，即图中x轴方向与AB之间的夹角(ABAB)。这时陀螺仪的重力P的方向不再通过陀螺仪的支点O，而产生了力臂为1sin的重力矩(摆力矩)MP，即 （1-2）式中 l为陀螺仪悬挂点O至重心O之间的距离； P为陀螺仪灵敏部的重量，其值为mg；为陀螺仪主轴与地平面之间的夹角(倾角)。由陀螺进动规律知道，重力矩MP的矢量在y轴上，它作用在陀螺仪主轴上，陀螺一旦旋转，便产生进动。陀螺主轴的进动角速度P应与外力矩MP成正比，而与陀螺仪的动量矩成反比，即 （1-3）从上式看
10、出，当陀螺仪的P、l、H选定之后，进动角速度P的大小完全随着高度角的大小变化而变化，而的变化却是地球自转所造成的。这样便发生了在地球自转有效分量y和重力矩Mp。综合作用下，使陀螺主轴总是向子午面方向进动的效应。造成这种进动效应的力矩我们称为指向力矩，其大小为 （1-4）式中 E为地球自转角速度；H为陀螺自转的动量距(角动量)；为测站的地理纬度；为陀螺自转轴与子午线的水平夹角。指向力矩MH表示将陀螺仪主轴进动至子午面的力矩大小。由式1-4可以看出，在赤道上=0，cos=1，陀螺进动的指向力矩MH值最大，而在南、北极=90，cos=0，MH=0。由此可见，陀螺经纬仪放在两极，无指向力矩，陀螺经纬仪
11、不产生进动，所以也就无法定向。实际上指向力矩的大小是从赤道向两极逐渐变化的，到了高纬度变得很小，因此当大于75。后，陀螺经纬仪便失去了定向的能力。因此，在两极和高纬度的地方，不能用陀螺经纬仪定向。在指向力矩的作用下，陀螺主轴向子午面的进动过程同扭摆一样是一个往复的周期运动。如图1-6所示，A位置时，陀螺主轴的倾角为，并以P，的角速度向子午面进动；当进动到子午面后，即B位置时因=0，y将不再引起指向力矩，理应停止进动，然而此时的角为最大，则P也最大，故陀螺主轴以最大的角速度越过子午线；当到达C位置时逐渐减小，P逐渐减小到零，随着增大(反方向)指向力矩加大，这时指向力矩及角速度的方向与A位置相反，
12、即陀螺主轴又开始返回向子午面进动。从而形成了陀螺主轴围绕子午线作往复摆动的情况。这样一来，就给陀螺仪寻找真北方向带来了实际可能。图1-6 摆式陀螺仪向子午面的进动1.4.2 摆式陀螺仪主轴相对地球运动的轨迹综前所述，摆式陀螺仪主轴所以能够跟踪子午面运动，主要是v (地转垂直分量)、y(地转有效分量)、MP(重力矩)等几个重要因素综合影响的结果，这些因素促使主轴的方位角和高度角处于不停的变化过程之中。下面通过图解法分析轴系间无摩擦的理想情况下，陀螺主轴北端相对地球的运动轨迹，即对子午面的相对运动。如图1-7所示，过陀螺仪中心O作地平面ESWN和子午面SZNPNN。在陀螺仪主轴的北面，作垂直于地平
13、面和子午面的一个平面AA，称它为陀螺主轴相对地球运动轨迹的投影面。MM为当地子午面的投影线，HH为当地水平面的投影线。O和O构成陀螺主轴方位角和高度角变化的直角座标系。图1-7 摆式陀螺仪主轴运动的轨迹假设开始的时候，陀螺主轴水平放置，且向东偏离子午线为角指向1点，无外力作用，暂时稳定于1点，但是由于地转有效分量y的作用，水平面相对主轴是东面下降而西面上升，主轴相对水平面则是东面抬高西面下降。且此时水平面变化的速度较快，于是主轴出现了抬高角，从而产生了作用在内环轴上的重力矩MP，在MP的作用下，主轴应该开始向子午面进动。但当MP很小，进动角速度P小于地转角速度垂直分量v时，主轴仍继续相对子午面
14、向东偏离，同时角也继续增大，直至=0时，主轴指向2点，P与v相等，主轴就不再向东运动暂停于2点片刻,我们把2点称为逆转点。但是，由于地转有效分量y不停的作用,且此时变化最快，所以角继续增大，MP也继续增大，P大于v (主轴进动角速度大于子午面进动的角速度)，主轴逐渐回到子午面。由于主轴抬高的较慢，远小于进动角速度P，所以较快的到达子午面3点上,此时=0，y不起作用，和P都达到了最大值，并超过v很多，所以不在子午面停留，将以最大角速度越过子午面向西运动，偏离角。由于主轴运行到子午面以西，y又使水平面西端相对陀螺主轴不断抬高，而角及P将逐渐减小。当=0,即P=v时，到达了另一个逆转点4，主轴与子午面又处于相对静止状态，好像主轴不动一样。当主轴运动到小于0时，P又开始小于v，主轴又逐渐向子午面靠近至5点，此时=0，主轴回到水平面，P应为零。然而由于y的不断作用，主轴将继续下降，当主轴低于水平面时，MP出现负值，加到y轴反向，P的方向也相反，主轴将加速向子午面进动，且的负值越来越大。当主轴回到子午面内时，主轴位于最低点6，=0，y对主轴抬高不起作用。然而由于最大负重力矩的作用，主轴又以最大进动角速度P向东偏离子午面，继续原来的进动过程。从以上描述可知，陀螺主轴北端绕子午面的运动，是受v、
