《土木工程测量（第2版）》张凤兰第四章 距离测量与直线定向.pptVIP

4.7 真方位角的测定—陀螺经纬仪 4.7.1 陀螺经纬仪 一、陀螺仪（gyroscope）定向原理 由物理学可知，一个对称刚性转子 的转动惯量J 定义为 式中，r为质点到转轴的垂直距离； dm为刚体上每一质点的质量。 当转子以角速度 绕其对称轴X 旋转时，其转动惯量 为 如果转子的质量大部分集中在其边缘，当转子高速旋转时，就可以形成很大的转动惯量H。它有两个特性： 1.在没有外力矩的作用下，转子旋转轴X在宇宙空间中保持不变，即定轴性； 2.在外力矩的作用下，转子旋转轴X的方位将向外力矩作用方向发生变化，这种运动称为“进动”。 陀螺仪定向，就是利用陀螺仪转子的上述两个特性进行的。 二、陀螺经纬仪的构造 图是国产JT15陀螺经纬仪(gyro theodolite)的结构图；使用它测定地面任一点的真子午线方向的精度可以达到±15″。 陀螺经纬仪由DJ6经纬仪和陀螺仪组成，陀螺仪安装在DJ6经纬仪上的连接支架上。 陀螺仪由摆动系统、观察系统和锁紧限幅机构组成。 1.摆动系统：包括悬吊带、导线、转子(马达)、转子底盘等，它们是整个陀螺仪的灵敏部件。转子要求运转平稳，重心要通过悬吊带的对称轴，可以通过转子底盘上的六个螺钉进行调节。悬吊带采用特种合金材料制成，断面尺寸为0.56×0.03mm，拉断力为2.4kg，实际荷重为0.78kg。 2.观测系统：是用来观察摆动系统的工作情况的。照明灯泡将灵敏部件上的双线光标照亮，通过成像透镜组使双线光标成像在分划板上，以便在观察窗中观察。 3.锁紧限幅机构：包括凸轮、限幅盘、转子底盘、锁紧圈，用凸轮使限幅盘沿导向轴向上滑动，使限幅盘托起转子的底盘靠在与支架连接的锁紧圈上。限幅盘上的三个泡沫塑料块在下放转子部分时，能起到缓冲和摩擦限幅的作用。 一、陀螺经纬仪的操作方法 陀螺仪转子的额定旋转速度≥21500转/分，可以形成很大的内力矩，如果操作不正确，很容易毁坏仪器，因此，正确使用陀螺仪非常重要。 在需要测定真子午线方向的点上安置好经纬仪后，应按下列步骤操作陀螺经纬仪： 1.粗定向：将仪器附带的罗盘仪安装在支架上的定位盘上，旋转经纬仪照准部，使视线方向指向近似的真子午线北方向(误差±1°~2°)，将经纬仪的水平微动螺旋旋至行程的中间位置，制动照准部，取下罗盘仪。 2.安置陀螺仪：将陀螺仪安装到支架上的定位盘上，旋紧 4.7.2 真方位角的测定 固连螺环，接好电源线，打开电源开关，启动陀螺转子，信号灯亮，当其转速达到额定转速后(大约需要3分钟)信号灯熄灭(有些仪器是信号灯颜色改变，具体参见仪器使用手册)。缓慢旋松锁紧机构，将摆动系统平稳放下，在陀螺仪的观察窗中观察陀螺的进动方向和速度，如果陀螺的进动速度很慢，就可以开始进行观测。观测方法有逆转点法和中天法。 3.观测完成后，要先旋紧锁紧机构，将摆动系统托起，才能关闭电源，拔掉电源线。待陀螺仪转子完全停止转动以后才允许卸下陀螺仪装箱。 二、陀螺经纬仪的观测方法 1.逆转点法(reversal points method) 陀螺仪转轴在东、西两处的反转位置称逆转点。 逆转点法的实质就是通过旋转经纬仪的水平微动螺旋，在陀螺仪的观察窗中，用零线指标线跟踪双线光标影像，当摆动系统到达逆转点时，在经纬仪读数窗中读取水平度盘读数(称为逆转点读数)。 日本索佳公司生产的两种陀螺全站仪 AGP1全自动陀螺仪 它由马达驱动全站仪和陀螺仪组成，观测前无须罗盘确定近似北方向，只需随意将仪器架设在特定的脚架上，按一下键，其电子马达即驱动仪器自动工作，并在屏幕上显示真北方向数据。陀螺部分的重量为10.4kg。根据所需精度不同，提供三种测量模式： 模式1：真方位角观测中误差为±6″，观测时间10分钟； 模式2：真方位角观测中误差为±32″，观测时间2分钟； 模式3：真方位角观测中误差为±16″，观测时间4分钟； 当影响测量结果的变化，如温度变化、位移等发生时，警示灯发出警告，以确保测量结果的可靠性。仪器包含一台经改进的与陀螺仪配套的全站仪。 GP1-2A自动陀螺式全站仪 仪器特点是测量过程无须手工记录、记时或计算。所有工作通过对配套的全站仪的键盘或者SF10外接键盘的简单操作完成。真方位角观测中误差为±20″，观测时间约20分钟，陀螺部分的重量为3.8kg。 延伸知识－北京中轴线 北京中轴线有着七百三十年的历史，其并非想象中的正南正北，而是逆时针偏离子午线两度十几分。北京中轴线南起永定门，往北经过正阳门、紫禁城、景山、钟楼、鼓楼，全长大约七点七公里。由此造成距永定门北六公里多的地安门向西偏离子午线二百多米，距永定门北约八公里的鼓楼向西偏离子午线近三百米。北京中轴线偏斜可能有如下原因：