陀螺經(jīng)緯儀原理

1、  陀螺經(jīng)緯儀工作原理與應(yīng)用 【2007-4-28來源：中翰儀器網(wǎng)】   為了求得測量的基準(zhǔn)方位和日照時間的方位，必須使用磁針羅盤儀進行天體觀測。然而，磁針羅盤儀的精度有限，在天體觀測中還要受到確保通視、天氣、場所和時間等觀測條件的影響。為了解決這些問題，可采用利用了力學(xué)原理求得真北的陀螺經(jīng)緯儀。陀螺經(jīng)緯儀在隧道測量以及由于不能和已知點通視而無法確定方位、方向角的情況下都能發(fā)揮很大的作用。 （圖1：陀螺工作站）    1、陀螺工作站的原理    高速旋轉(zhuǎn)的物體的旋轉(zhuǎn)軸，對于改變其方向的外力作用有

2、趨向于鉛直方向的傾向。而且，旋轉(zhuǎn)物體在橫向傾斜時，重力會向增加傾斜的方向作用，而軸則向垂直方向運動，就產(chǎn)生了搖頭的運動（歲差運動）。當(dāng)陀螺經(jīng)緯儀的陀螺旋轉(zhuǎn)軸以水平軸旋轉(zhuǎn)時，由于地球的旋轉(zhuǎn)而受到鉛直方向旋轉(zhuǎn)力，陀螺的旋轉(zhuǎn)體向水平面內(nèi)的子午線方向產(chǎn)生歲差運動。當(dāng)軸平行于子午線而靜止時可加以應(yīng)用。    2、陀螺工作站的構(gòu)造（圖4：陀螺經(jīng)緯儀的構(gòu)造 0點調(diào)整螺絲， 吊線，照明燈，陀螺轉(zhuǎn)子、指針、供電用饋線、反射鏡、陀螺馬達、刻度線、目鏡）。    陀螺經(jīng)緯儀的陀螺裝置由陀螺部分和電源部分組成。此陀螺裝置與全站儀結(jié)合而成。陀螺本體在裝置內(nèi)用絲

3、線吊起使旋轉(zhuǎn)軸處于水平。當(dāng)陀螺旋轉(zhuǎn)時，由于地球的自轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸在水平面內(nèi)以真北為中心產(chǎn)生緩慢的歲差運動。旋轉(zhuǎn)軸的方向由裝置外的目鏡可以進行觀測，陀螺指針的振動中心方向指向真北。利用陀螺經(jīng)緯儀的真北測定方法有“追尾測定”和“時間測定”等。    追尾測定反轉(zhuǎn)法    利用全站儀的水平微動螺絲對陀螺經(jīng)緯儀顯示歲差運動的刻度盤進行追尾。在震動方向反轉(zhuǎn)的點上（此時運動停止）讀取水平角。如此繼續(xù)測定之，求得其平均震動的中心角。用此方法進行20分鐘的觀測可以求得+/-0。5分的真北方向。    時間測定通過法 

4、;   用追尾測定觀測真北方向后，陀螺經(jīng)緯儀指向了真北方向，其指針由于歲差運動而左右擺動。用全站儀的水平微動螺絲對指針的擺動進行追尾，當(dāng)指針通過0點時反復(fù)記錄水平角，可以提高時間測定的精度，并以+/-20秒的精度求得真北方向。（圖2： 搖頭運動）（圖3：向子午線的歲差運動）（圖5：指針與刻度盤   刻度線/0點/指針）    3、 陀螺全站儀的應(yīng)用實例    3.1 隧道中心線測量    在隧道等挖掘工程中，坑內(nèi)的中心線測量一般采用難以保證精度的長距離導(dǎo)線。特別是進

5、行盾構(gòu)挖掘（shield tunnel）的情況，從立坑的短基準(zhǔn)中心線出發(fā)必須有很高的測角精度和移站精度，測量中還要經(jīng)常進行地面和地下的對應(yīng)檢查，以確保測量的精度。特別是在密集的城市地區(qū)，不可能進行過多的檢測作業(yè)而遇到困難。如果使用陀螺經(jīng)緯儀可以得到絕對高精度的方位基準(zhǔn)，而且可減少耗費很高的檢測作業(yè)（檢查點最少），是一種效率很高的中心線測量方法。（圖6：盾構(gòu)挖掘的中心線測量  陀螺工作站/真北/檢查點/立坑/陀螺工作站）    3.2 通視障礙時的方向角獲取    當(dāng)有通視障礙，不能從已知點取得方向角時，可以采用天文測量或陀螺經(jīng)緯儀測量的方法獲取方向角（根據(jù)建設(shè)省測量規(guī)范）。與天文測量比較，陀螺經(jīng)緯儀測量的方法有很多優(yōu)越性：對天氣的依賴少、云的多少無關(guān)、無須復(fù)雜的天文計算、在現(xiàn)場可以得到任意測線的方向角而容易計算閉合差。（圖7：通視障礙時的方向角獲取   已知點）    3.3 日影計算所需的真北測定    在城市或近郊地區(qū)對高層建筑有日照或日影條件的高度限制。在建筑