振动对陀螺定向影响的探讨

振动对陀螺定向影响的探讨
刘小生
(南方冶金学院，江西赣州 341000)
[摘要]：本文首先分析了陀螺定向时振动产生的原因，其班推导了振动对陀螺定向的影响公式，最后提出了减少振动对陀螺定向影响的措施：
[美键词]：陀螺经纬仪、振动、陀螺定向
[分类号]： V204
陀螺经纬仪是用陀螺的力学原理制成的一种定向仪器，由于它不受时间、地点和环境条件的限制，同时观测简单方便、效率高，因此目前已被广泛应用于矿山、铁道、军事等部门的定向测量。

关于影响陀螺定向精度的因素，国内外许多学者都进行了探讨，然而到目前为止，振动对陀螺定向的影响未见到报道．为此本文进行了一些探讨。

1 振动产生的原因
由于陀螺经纬仪的马达一般由定子、转子、端盖
和轴承等组合件所组成。

而组合件由于加工、装配
材料的稳定性以及温升等因素的影响，可能造成较
高的温度梯度和温度梯度的变化，引起较大的随机
重量位移，即使其重心位置发生变化．从而引起马达
转子转动不平衡，由此产生强迫力矩，引起陀螺马达
振动，即陀螺经纬仪振动
外界条件对陀螺经纬仪也会产生振动，其来源
主要有以下几个方面：①观测人员在仪器房边的走
动；②观测点附近有汽车等机动车行驶；③观测地点
附近有爆破冲击振动源等
2 振动对陀螺定向的影响公式
无论是陀螺马达振动，还是测量位置上的地面
振动，最终都会反映到陀螺经纬仪上，从而使陀螺经
纬仪在正常的运动之外，附加其它运动。

设陀螺经纬仪除了受重力矩之外，还受振动力
矩的影响。

为了讨论方便，假设振动力矩按筒谐正
弦规律变化，这时由文献- 的有关公式可得忽略空气阻力和悬带扭矩时的陀螺运动方程为
α、β—分别为陀螺运动的水平角及高度角
ω、ψ—分别为地球自转角速度和观测地点的纬度
H、M
g
一分别为陀螺仪自转动量矩和重力矩
M y 、M
z
一分别为振动在轴、z轴上的力矩幅值
Λy、λz一分别为振动在 Y轴、z轴上的力矩变化角频率。

式中t：tl为陀螺的正常摆动运动，是振动力矩对陀螺定向影响的附加运动。

3 讨论与分析
由(7)式可以看出，当存在简谐振动力矩时，陀
螺的运动除正常摆动之外，还附加章动运动，以致陀螺定向时存在偏差。

当振动严重，即附加的章动运动达到一定数值时，通过陀螺经纬仪的光学系统将无法观测到清晰的陀螺光标，看到的只是一条快速闪动的光带。

也就是说不能观测到陀螺轴的真实摆
动，自然陀螺定向也就不可能了为了减少振动对
陀螺定向的影响，根据振动产生的原因，作者认为可采取以下措施：
①选用温升低、功耗小的直流无刷马达 2J，有利
于重心稳定，从而减少振动；
②陀螺马达应在结构上完全对称，其材料要用
等膨胀系数的，马达轴向与径向间隔一定要小，马达
两端盖要采用能补偿变形薄壁零件，这样有利于温
升时马达重心位置稳定；
③从仪器结构上进行衰减，即在南北平面内的
摆振动可通过在陀螺房周围隔一层间隙很小的空
气，然后再加上屏蔽层的相对阻尼法进行衰减，因为
陀螺摆对于壳体的相对运动振动能量通过空气摩擦
而减少。

东西平面内的摆动可由电子转换控制器在
直流陀螺马达转子上加适当的反力矩来衰减，这个
原理基本上与借助控制阻尼质量的惯性阻尼法相
当。

④陀螺定向的地点要远离外界振动源。

参考文献
[1]煤炭科学研究院唐山分院陀螺经纬仪组，陀螺经蹄
仪基本原理、结构与定向，北京煤炭工业出版社，1982年
[2]黄存忠，永磁陀螺马达在陀螺经纬仪中的应甩、《测
绘科技》9o(4)39—42
[3]K．Eiclbok．~'fforderongen an einen sekundet&reisel und praktlsche E柚 s8e darge~ellt am Bei d des V 一
sungskrelsels“Gyremm”《AvN》8o(3)
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还要有广博的知识面，不仅要懂得自然科学知识，还
要懂得相当的社会科学、软科学知识。

政府部门要
拥有高素质的 GIS人才，才能有效地利用 GIS进行
管理和决策。

4．3 数据质量问题
影响 GIS数据质量的因素千头万绪，名目繁多，
存在许多不确定性，导致数据质量不好控制，给建库
带来很多不便进人数据库的数据质量过高，则是
浪费，很不经济；反之，质量偏低，则达不到要求，可
能造成严惩的后果。

把握适度质量有一定难度。

4．4 安全问题
特别是基于因特网的 GIS，要非常注意数据的
保密性。

而 GIS中庞大的数据要逐一核实其对外发
布是否符合国家安全是一件很困难的事，一旦出了问题，可能造成严重后果。

4．5 网络通讯建设不同步
低带宽的网络通讯是制约 GIS普及应用的一个
瓶颈，另外，网络产品的质量和价格将影响 GIS的网
上应用，更重要的是由于电信垄断使得网络服务质
量跟不上，上网费用过高，严重影响了网络通信的发
展，GIS的有偿服务难以实现，WebGIS产业化必将受
阻
参考文献
[1]李德仁：当前国际GIS的研究和应甩现状，《Rs、GIS、GPS的集成与应用》．测绘出版社 1995年
[2j李斌：我国GIS软件工业面临的机遏和挑战．《当代GIS的若干理论与技术》．武汉测绘科技太学出版社 1999年[3]进馥苹主编：《地理信息系统原理和方法》．测绘出版社．1996年。