惯性技术的应用课件.pptVIP

*慣性技術的應用一、陀螺測斜儀

背景：為了掌握地下資源的準確資料，通常在勘探區採用鑽孔取樣分析的方法。但在鑽孔時，由於岩層的硬度不同，鑽頭通過時往往偏離預定方向。鑽孔彎曲以後，不僅作業困難，而且不能提供礦物儲量的正確結論。因此，在鑽孔過程中要求檢查鑽孔的方向，測量孔軸相對垂線的偏角β，以及鑽孔所在平面相對地理子午面的偏角α。陀螺測斜儀的原理：陀螺測斜儀的結構原理圖如圖6-1所示。它由陀螺水準儀G1和陀螺方位儀G2組成。一、陀螺測斜儀圖6-1陀螺測斜儀結構原理圖一、陀螺測斜儀

測量時，必須使陀螺水平儀G1的自轉軸Z1位於鑽孔彎曲平面內。為此，採用了由水銀開關KA和力矩控制器MA組成修正裝置。當陀螺G1的自轉軸Z1偏離鑽孔彎曲平面，亦即它的外框平面與鑽孔彎曲平面不垂直時，安裝在外框架上的水銀開關KA中觸點被接通，給安裝在內框軸上的力矩器MA以控制電流，該力矩器產生繞內框軸y作用的修正力矩，使陀螺G1繞外框軸x進動，直至它的自轉軸Z1處於鑽孔彎曲平面內。陀螺方位儀G2的自轉軸Z2則預先調整在子午面內。因此，陀螺G1外框軸x和自轉軸Z1組成的平面，與陀螺G2外框軸x和自轉軸Z2組成的平面的夾角，即α角。一、陀螺測斜儀

測量時，還必須使陀螺水準儀G1的自轉軸Z1處於水準位置。為此，採用了由水銀開關KB和力矩器MB組成另一修正裝置。當陀螺儀G1的自轉軸Z1偏離水準位置時，安裝在內框架上的水銀開關KB中觸點被接通，給安裝在外框軸上的力矩器MB以控制電流，該力矩器產生繞外框軸x作用的修正力矩，使陀螺G1繞內框軸y進動，直至它的自轉軸Z1處於水準位置。由於陀螺儀G1的外框軸x與鑽孔軸線重合，而自轉軸Z1位於鑽孔彎曲平面且與水平面重合，所以根據外框軸與自轉軸Z1之間的夾角，便可確定孔軸相對垂線的偏角，即β角。二、陀螺經緯儀背景：在礦山開採中，為使地下掘進作業的方向和開採部位相協調，需測量掘進作業方向與子午面的夾角。過去，一直都是靠借助幾何方法把子午線的方向引進礦井或隧道。但是利用此種方法測量掘進的方位，其測量精度不高。此外，利用此種操作測量非常費時。

二、陀螺經緯儀基本原理：陀螺經緯儀，又稱測量陀螺羅經，是利用地球自轉和重力場的綜合效應使陀螺自轉軸自動尋北。其工作原理與陀螺羅經並無本質區別。但是陀螺經緯儀與陀螺羅經有些不同,主要表現在兩個方面。一是結構上加以簡化，沒有設置阻尼器，故其自轉軸極點的運動軌跡為不衰減的橢圓軌跡，通過記錄軌跡兩端返回點的方位加以平均來進行測量；為了使橢圓軌跡壓扁，把振盪週期縮短到幾分鐘的量級，採用了相當大的下擺性。二是它在靜基座上使用，不存在速度誤差和加速度誤差，所以測量時無需進行速度誤差修正，也不必對系統進行舒勒調諧。三、慣性技術在鐵路檢軌中的應用 背景：鐵路軌道的橫向水準和超高測量是軌道檢查的一個基本專案。所謂橫向水準，是指在軌道的直線段兩邊鐵軌沿著橫向保持水準的程度。所謂超高，是指在軌道的曲線段為獲得轉彎所需的向心力兩邊鐵軌所設置的高度差。在軌道的直線段橫向是否保持水準，在軌道曲線段超高設置是否恰當，不但影響輪軌接觸點的磨損，而且關係到行車的安全，因此軌道橫向水準和超高測量是非常重要的。三、慣性技術在鐵路檢軌中的應用原理：無論是採用軌道橫向水準測量，還是軌道超高測量，所量測的參數都是鐵軌兩邊的高度差h（見圖6-2）。圖6-2鐵軌高度差示意圖三、慣性技術在鐵路檢軌中的應用採用間接測量法時，需要測出車廂的橫向傾斜角θ，同時應當考慮車廂之間連接彈簧的影響，測出車廂相對於兩軸向的位移Z1和Z2，然後按照式（6-1）計算高度差。早期的軌道車檢查利用機械擺測量車廂傾斜角，但是當軌道檢查車在轉彎段行駛時，由於離心力影響，機械擺指示的是視垂線，無法測出車廂的傾斜角，所以這種裝置只能測出軌道橫向水準，無法測出曲線段超高值。三、慣性技術在鐵路檢軌中的應用在軌道檢測中引入慣性技術，使軌道橫向水準和超高測量的效率及精度大為提高。圖6-3給出了一種利用單軸陀螺穩定平臺測量車廂的傾斜角的裝置。圖6-3單軸陀螺穩定平臺測量裝置的原理示意圖三、慣性技術在鐵路檢軌中的應用平臺上安裝有一個單自由度陀螺和一個加速度計。陀螺輸入軸與平臺穩定軸平行，陀螺儀輸出軸上角度感測器的輸出信號經放大器後控制平臺穩定軸上的伺服電機，構成了平臺穩定回路，使平臺保持穩定。加速度計輸入軸與平臺臺面並與平臺穩定軸垂直，加速度計輸出軸上角度感測器的輸出信號經放大器後控制陀螺儀輸出軸上的力矩器，構成平臺的修正回路，使平臺保持水準。三、慣性技術在鐵路檢