陀螺定向测量报告
陀螺仪标准基线定向测量方法
第2期
许文媳，等:陀螺仪标准基线定向测量方法
81
高精度角度测量获得。 装置中平行光管C是定制的标准器,焦距/ =
550 nnn,可提供稳定的、接近无穷远的十字丝目 标⑴。对于a°c定向而言，整个过程相对单一，可行 性较高，而Sc的定向过程中却存在测角方法变换,
仪与平行光管对调焦误差引入的不确定度进行估 测。估测方法是以平行光管的十字丝为目标，使用 TS60照准目标读取水平角值,进行远近调焦后再照 准目标，并读取水平角读数，最后取2次读数差的绝 对值为不符值，完成一次试验。经过10次试验后， 最大不符值和最小不符值分别为0"和1.5",试验数 据按“极差法”评定不确定度：
依据JJG（测绘）5201 - 2013（陀螺经纬仪》的 要求，为了保障隧道工程定向的准确性，需对陀螺仪 进行检定。陀螺仪检定的计量标准器一般是指陀螺 仪标准基线，其主要作用就是提供方向基准。本文 主要探讨解决陀螺仪标准基线长、短目标点定向难 的问题。
2陀螺仪标准基线定向
2. 1陀螺仪标准基线的建设 参照《陀螺经纬仪》对陀螺仪计量标准装置的
Standard Baseline Orientation Measurement for Gyroscopes
XU Wenjing, WANG Lulu, DONG Xuming, WU Xuewen, SHEN Yingguang
摘要：陀螺仪标准基线是陀螺仪检定的主要计量标准器，标准基线组成的特殊性会导致其定向时 存在前后视距差过大的问题，进而在定向结果中引入不可控的调焦误差，大大降低定向精度。经过 大量的试验测试和研究，提出利用大视距差高精度测角法来消除调焦误差对定向精度的影响，并论 证了该方法的测量结果具有较高的可信度。 关键词：陀螺经纬仪检定；标准基线；调焦误差；定向精度；不确定度
测绘专业实验实习—— 陀螺仪定向原理
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.3 陀螺仪的分类
陀螺经纬仪
上架式
全站式陀螺仪
上架式
全自动全站式陀螺仪
下架式
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.4 陀螺仪的基本结构
陀螺仪的结构
悬挂带
全站式陀螺仪是将陀螺仪安放 在全站仪之上而构成的，其中
陀螺
陀螺仪部分的基本结构如右 图。
分划板
目镜筒
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
4. 陀螺仪的基本结构
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.2 陀螺仪定向原理－陀螺仪相对地球的运动
当陀螺仪在北纬某地设站，其主 轴无论是方位角（相对子午线） 和高度角（相对水平面）都不停 地发生变化。
由此可见，陀螺仪主轴在地球上 的视运动，不仅与纬度有关，还 与主轴与子午面及水平面之间的 夹角有关。
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
1. 陀螺仪的定轴性、进动性
1 定轴性 陀螺轴在不受外力作用时，它的方向始终指向初始恒定方向；
2 进动性 陀螺轴在受到外力作用时，将产生非常重要的效应－“进动”。
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
1. 陀螺仪的定轴性、进动性
如右下图，左端为一可转动的陀螺，右端为一可移动的悬重。
（1）指向力矩MH
MH=HEcos sin
E- 地球自转角速度 - 测站地理纬度 - 陀螺主轴与子午面之间的
陀螺定向方法和精度评定
陀螺逆转点法定向及精度评定摘要隧道或井巷工程测量导线布设的形式因受巷道形状的制约，若单纯采用改变导线布设形式或提高测角次数与精度等方法，往往难以满足工程施工对于测量的精度要求。
陀螺经纬仪是测量井下导线边方位角、提高测量精度的重要仪器。
尤其是在贯通测量中陀螺经纬仪的应用非常广泛。
贯通测量是一项十分重要的测量工作,必须严格按照设计要求进行。
巷道贯通后,其接合处的偏差不能超过一定限度,否则就会给采矿工程带来不利影响,甚至造成很大的损失。
本文对陀螺经纬仪工作原理介绍，以及陀螺经纬仪在贯通测量中的精度评定。
陀螺经纬仪在不同领域的贯通测量工作中运用实例的分析，总结出在贯通测量导线加测陀螺定向边的最佳位置。
关键词：陀螺定向，贯通测量，陀螺经纬仪，精度评定ABSTRACTTunnel or shaft engineering measurement wires for the form of roadway, if simple shape by changing arrangement forms or improve wires and precision Angle measurement methods, and often difficult to satisfy the measurement accuracy for engineering construction. Gyro theodolite is measured in wire edge Angle, improve the measuring precision instruments. Especially in the measurement of the photoelectric theodolite gyro breakthrough is used extensively. Through measurement is a very important measurement work, must strictly according to the design requirements. The roadway expedite, its joint deviation cannot exceed a certain limit, otherwise they will be detrimental to the mining project, and even cause great losses. This paper introduces working principle of gyro theodolite, as well as the breakthrough in the measurement of the gyro theodolite accuracy assess. Gyro theodolite in different fieldsof the measurement of the examples, this paper leads in breakthrough measurement on the edge of the directional gyro adds the best position.Key words: directional gyro; through measurement; gyro theodolite; Accuracy Assessment目录1 绪论 (1)1.1陀螺定向的研究现状 (1)1.2研究陀螺定向的目的 (1)1.3陀螺定向的应用领域及发展趋势 (2)2 陀螺经纬仪定向测量原理与方法 (3)2.1陀螺经纬仪的类型与结构 (3)2.1.1 陀螺经纬仪定向的优点及应用领域 (3)2.1.2 陀螺经纬仪的基本结构 (3)2.1.3 陀螺经纬仪的类型 (4)2.2陀螺经纬仪定向的基本步骤 (5)2.3跟踪逆转点法测定陀螺方位角的作业过程 (7)2.3.1 陀螺仪悬带零位观测 (7)2.3.2 粗略定向 (8)2.3.3 精密定向 (9)3 陀螺定向的误差分析 (13)3.1陀螺定向的误差来源 (13)3.2陀螺定向在贯通测量中的精度评定 (14)3.2.1 陀螺方位角一次测定中误差 (14)3..2.2 一次定向中误差 (14)3.3陀螺定向在贯通测量中导线的平差 (15)3.3.1 具有两条陀螺定向边导线的平差 (15)3.3.2 具有三条陀螺定向边导线的平差 (17)4 陀螺定向在贯通测量中的应用实例分析 (20)4.1陀螺定向在道路贯通测量中的应用实例分析 (20)4.1.1 工程概况 (20)4.1.2 陀螺定向技术 (20)4.1.3 精度评定 (22)4.1.4 工程分析 (23)4.2陀螺定向在矿山贯通测量中的应用实例分析 (24)4.2.1 工程概况 (24)4.2.2 陀螺定向技术 (24)4.2.3 精度评定 (26)4.2.4 工程分析 (27)4.3陀螺定向在水利贯通测量中的应用实例分析 (27)4.3.1项目概况 (27)4.3.2 陀螺定向技术 (28)4.3.3 陀螺定向精度评定 (29)4.3.4 坐标解算及成果对比分析 (30)4.3.5 工程分析 (35)5 结论 (38)参考文献 (39)致谢...................................................... 错误!未定义书签。
分析矿井生产中陀螺定向测量的应用及精度
分析矿井生产中陀螺定向测量的应用及精度摘要：基于井下定向测量对生产安全及效率的重要性，在简单介绍陀螺定向测量的基础上，结合矿井实例，对陀螺定向测量实际应用及测量成果精度进行深入分析，最后得出陀螺定向测量精度高，测量可靠的结论。
关键词：矿井生产；陀螺定向测量；测量精度矿井井下生产对现场观测与定向有着极高的要求，定向测量精度直接影响实际生产效率，如果精度较差，则必定会降低效率，造成不必要的损失。
因此，应在重视定向测量的基础上，通过新技术和新设备的引入来提高定向测量水平，如采用陀螺经纬仪就是很好的选择。
1陀螺定向测量概述目前，我国与许多国家均研制出充分结合经纬仪与陀螺仪的测量仪器，称为陀螺经纬仪，主要用于完成定向测量。
对于这种新型测量仪器，其作用原理为：借助吊丝进行悬吊，重心下移的陀螺敏感地球自转角速度的水平方向分量，受到重力的作用后，产生一定向北端发生进动的力矩，促使主轴开始围绕子午面发生往复运动，此时利用传感器接收运动光信号，并将其转换成仪器可识别的电信号，传输至控制器实施分析解算。
之后由经纬仪对被测对应方位角进行显示与读取，也可在数据传输接口支持下向终端设备传输数据[1]。
本矿井因建设过程中采用几何定向方法得到定向精度相对较低，同时现已受到一定程度的干扰及破坏，使得可靠性降低，导致井下的无论是控制导线，还是长距离掘进，均需精度达到较高水平的方向控制。
近年来，我国矿山测量人员在积极总结传统几何定向方法不足与弊端的基础上，陆续开始借助陀螺经纬仪完成定向测量任务，以求解决传统方法占用井筒产生的长时间停产、需要消耗大量资源等问题，并克服定向精度伴随井筒深度不断增加而明显降低等不足，确保工作效率及定向成果的精度都能得到大幅提升。
基于此，从本矿井角度讲，为充分满足实际施工提出的各种要求，使首级控制导线始终保证较高的精度，经研究决定在井下方向测量工作中选用新型陀螺经纬仪取代传统的几何定向方法，以此对起始方位角等重要测量成果进行确定与校核。
陀螺定向测量中坐标方位角计算方法分析
陀螺定向测量中坐标方位角计算方法分析朱晓江【摘要】定向测量中定向边的坐标方位角大多使用已知边的坐标方位角和陀螺方位角来计算,根据真北与坐标北的几何关系,还可以使用已知边的真方位角和陀螺方位角来计算.文章通过对两种计算方法的结果进行对比分析,论证了基于已知边真方位角利用陀螺方位角求取定向边的坐标方位角这一计算方法的可行性.【期刊名称】《地矿测绘》【年(卷),期】2018(034)001【总页数】4页(P17-19,36)【关键词】定向测量;真方位角;陀螺方位角;坐标方位角【作者】朱晓江【作者单位】新疆水利水电勘测设计研究院测绘工程院,新疆昌吉831100【正文语种】中文【中图分类】P258;U4560 引言随着测绘技术和仪器设备制造能力的不断发展和提升，陀螺定向的精度也越来越高，高精度自动化的陀螺全站仪正在逐步取代传统的陀螺全站仪。
除少数如机场工程使用真北方向作为方向基准外，大多数工程的建设都使用坐标北方向作为方向基准，陀螺全站仪由于陀螺高速旋转受地球自转影响的寻北原理，能够获取测站点的子午线方向。
因此陀螺全站仪也越来越广泛的被应用于各类大型海底工程、江底隧道工程以及长大隧道工程中。
陀螺定向测量遵循先地面，后地下，再地面的方法，即在地面上架设仪器观测已知边测定常数，再在洞内定向边上架设仪器观测定向边观测陀螺方位角，最后回到地面架设仪器再次观测已知边检核仪器常数。
根据观测得到的数据，通过严密计算得到定向边的坐标方位角。
常用的计算方法是使用已知边的坐标方位角，结合定向边的陀螺方位角观测值，以及其他改正值求得定向边的坐标方位角。
随着GNSS静态定位测量技术的广泛应用，建立地面工程控制网测量能获取高精度的大地坐标(B，L，H)，利用控制点的大地坐标结合站心地平直角坐标系方法可方便快捷的求取控制点间的真方位角，这就为使用陀螺方位角求取定向边的坐标方位角提供了另一种计算方法。
1 陀螺定向测量中定向边坐标方位角的计算利用陀螺仪敏感地球角动量，从而确定的北方向称为陀螺北方向。
陀螺仪实验报告
university of science and technology of china 96 jinzhai road, hefei anhui 230026,the people's republic of china陀螺仪实验实验报告李方勇 pb05210284 sist-05010 周五下午第29组2号2006.10.22 实验题目陀螺仪实验（演示实验）实验目的1、通过测量角加速度确定陀螺仪的转动惯量；2、通过测量陀螺仪的回转频率和进动频率确定陀螺仪的转动惯量；3、观察和研究陀螺仪的进动频率与回转频率与外力矩的关系。
实验仪器①三轴回转仪；②计数光电门；③光电门用直流稳压电源（5伏）；④陀螺仪平衡物；⑤数字秒表（1/100秒）；⑥底座（2个）；⑦支杆（2个）；⑧砝码50克+10克（4个）；⑨卷尺或直尺。
实验原理1、如图2用重物（砝码）落下的方法来使陀螺仪盘转动，这时陀螺仪盘的角加速度?为：?=d?r/dt=m/ip (1) 式中?r为陀螺仪盘的角速度，ip为陀螺仪盘的转动惯量。
m=f.r为使陀螺仪盘转动的力矩。
由作用和反作用定律，作用力为：f=m(g-a) (2) 式中g为重力加速度，a为轨道加速度（或线加速度）轨道加速度与角加速度的关系为：a=2h/tf2； ?=a/r (3) 式中h为砝码下降的高度，r如图1所示为转轴的半径，tf为下落的时间。
将(2)(3)代入(1)2ip?2mr2t?h2mgr可得： (4)2f测量多组tf和h的值用作图法或最小二乘法拟合数据求出陀螺仪盘的转动惯量。
2、如图3所示安装好陀螺仪，移动平衡物w使陀螺仪ab轴（x轴）在水平位置平衡，用拉线的方法使陀螺仪盘绕x轴转动（尽可能提高转速），此时陀螺仪具有常数的角动量l：l=ip.?r (5) 当在陀螺仪的另一端挂上砝码m（50g）时就会产生一个附加的力矩m*，这将使原来的角动量发生改变：dl/dt=m*=m*gr* (6) 由于附加的力矩m*的方向垂直于原来的角动量的方向，将使角动量l变化dl，由图1可见： dl=ld?这时陀螺仪不会倾倒，在附加的力矩m*的作用下将会发生进动。
测绘专业实验实习—— 陀螺仪定向原理与方法介绍
的摆幅；
记录陀螺通过零指标线的 时间。
1.6 定向边坐标方位角计算
以一个测回测定测线方向值，前后两测回的互差符合限差 时，取其平均值作为测线方向值。定向边坐标方向角的计 算步骤如下：
陀螺方位角=测线方向值-陀螺北方向值 地理方位角=陀螺方位角+仪器常数 坐标方位角=地理方位角-子午线收敛角
仪器常数可在已知方位角的导线上或三角点测定，按下式 计算出：
仪器常数测量地理方位角时可用到，一般在用于煤矿 金属 矿进行陀螺方位角及控制导线测量时用不到仪器常数。
2 索佳GPX陀螺全站仪原理与方法
索佳 GP-1
致谢
The end, thank you!
1.3 精密定向（逆转点法）
பைடு நூலகம்
要求粗定向误差≤±2°；
粗定向后下放陀螺，摆幅 控制在5~8格之间；
使用全站仪水平微动螺旋 跟踪并记录逆转点
N1
1 2
a1
2
a3
a2
N2
1 2
a2
2
a4
a3
……
N
N n2
1.4 精密定向（中天法）
要求粗定向误差≤±20′； 粗定向后下放陀螺，摆幅
1、陀螺全站仪的操作
L 1 2 a1 a3 2 a2
1.1 陀螺仪悬挂带零位观测
原理
悬挂零位是指陀螺马达不转时，陀螺灵敏部受悬带和导 流丝扭力作用而引起扭摆的平衡位置，即扭力矩为零的 位置。
在陀螺观测开始之前和结束之后，要作悬带零位观测， 观测3次。相应简称为测前零位和测后零位观测。
陀螺定向测量及提高贯通精度的措施
科学技术创新2020.26以柠条塔S1210超长隧道贯通测量为例，加入陀螺定向测量，进行贯通误差预计。
以下主要对导线网中加测陀螺定向边后的平差计算、加测最佳位置确定及实际加测情况等进行分析，提出了提高贯通精度的具体方案。
1加测陀螺边后附合导线平差及加测陀螺边最佳位置确定1.1加测陀螺边导线终点误差估计如图1，A 为起始点，AA 1为起始定向边，其坐标方位角为α0，导线测量点K 为终点，α1，αII ，…，αN 为N 条陀螺定向边，导线段数为N ，由B 点至K 点的一段为支导线。
图1导线示意图（1）由导线量边误差引起的终点K 的贯通误差（1）其中：m l ：测边中误差；α'：导线边与水贯通方向夹角。
（2）测角误差对贯通点误差累积影响（2）式中：η：所有导线点到重心连接线y'轴投影长；R y'：支导线B 至K 各点和K 点连线y'轴投影长。
（3）陀螺定向对贯通点误差累积影响假设各条陀螺定向边精度相同为m α0时有：（3）1.2两井贯通贯通点水平方向贯通误差预计如图2，地面点P 向两竖井分布布设导线P-I-II-III 和P-IV-V-VI ，假设m β上为测角中误差，m l 上为量边中误差，陀螺定向边为α1，α2，…，α5，测定其陀螺定向方位角，陀螺定向中误差设为m α1，m α2，…，m α5，其中地下导线独立施测2次。
导线段为A-E ，E-M ，M-K ，B-C ，C-N ，N-K ，其中M-K ，B-C ，N-K 为支导线边，A-E ，E-M ，C-N 是方向附合导线边，井下测角中误差m β下，井下量边中误差m l 下。
图2导线布设示意图贯通点在x'上误差预计如下：（1）地面导线边引起贯通测量x'上的误差（4）式中：R y'：地面导线各点与井下导线的起始点A 和B 的连线在y'轴上的投影长；α'：地面导线各边与x'轴夹角。
陀螺仪实验——精选推荐
陀螺仪实验陀螺仪是一种具有比较复杂的运动学和动力学现象的装置，它有一个高速旋转的定点运动转子，该转子的轴线具有定向性，这是陀螺的最大特点。
陀螺的定向性在工程中有重要用途，如舰船和导弹的导航、稳定船舶和车辆的姿态，实际上行驶的自行车能够不翻倒也是由于陀螺的定向性，这时自行车的两个轮子就是陀螺。
因此，陀螺仪实验对于学生巩固和提高所学运动学、动力学知识，对复杂运动规律的认知和分析计算都有重要作用。
一、陀螺仪的理论基础1．欧拉角如图4-9，设Oxyz 为一个正交坐标惯性系，另一个正交坐标系321x x Ox 或O ξηζ绕坐标原点O 定点转动，坐标系321x x Ox （动系）相对于Oxyz 的角位置关系可以用多种方法来描述，其中用三个欧拉（Euler ）角φ,θ,ψ来描述是刚体动力学中常见的方法。
参见图4-9，坐标系321x x Ox 的当前位置，可以将坐标系Oxyz 转动三次到达，先将Oxyz 绕z 轴转φ角，记为坐标系1，其中x 轴到达节线的位置；再将坐标系1绕节线转θ角，记为坐标系2，这时z 轴变为3x 轴；最后将坐标系2绕3x 轴转ψ角就得到321x x Ox ，其中原来的x 轴变为1x 轴、y 轴变为2x 、z 轴变为3x 轴。
这三个角是相互独立的，分别称为动系的进动角（φ）、章动角（θ）和自转角（ψ）（节线绕z 轴的转动为进动，动系绕节线的转动为章动，动系绕自转轴3x 的转动为自转）。
一般情况下，它们唯一地确定动系（刚体）的瞬时角位置。
再来确定动系321x x Ox 的角速度矢量Ω。
在~t t t +∆的t ∆时间内，设动系角位置的无穷小增量为φ∆、θ∆和ψ∆，动系的这种无穷小角位置改变可以将动系分别绕z 轴转φ∆、绕节线转θ∆和绕3x 轴转ψ∆后叠加得到，且结果与转动次序无关（我们对此不作证明，但必须注意，刚体多次有限转动的结果却与转动次序有关，因此不能叠加；学生可以将一本书沿任意两条边以一种次序各转90︒，再重新按不同的次序各转90︒，结果是不同的）。
陀螺经纬仪定向精度的分析
陀螺经纬仪定向精度的分析张 明,陈亚楠(平顶山煤业(集团)公司,河南平顶山 467000)摘要:文中介绍了陀螺经纬仪的定向误差来源,及一次定向总中误差的预计。
关键词:陀螺定向误差;仪器常数;摆动逆转点;悬带零位;测线方向值中图分类号:P213 文献标识码:B 文章编号:1001-358X(2006)02-0043-02 摆式陀螺经纬仪的定向精度,通常是用一次定向中误差来衡量。
一般来说,陀螺经纬仪的一次定向中误差都在出厂时的精度指标之内,如瑞士wild厂的G AK-1在20″-30″之内。
但是,每一台仪器的实际质量情况有很大差别的。
因为仪器制造时的工艺水平,出厂后震动和外界条件的影响,都会影响定向的精度。
下面就分析一下陀螺经纬仪的定向误差来源和计算一次定向中误差的方法。
1 陀螺定向误差来源误差来源与陀螺经纬仪定向产生的误差和观测方法有关。
若采用跟踪逆转点法,一条测线一次测定的程序为:a1在己知方位角的基线上测定仪器常数;b1在定向边上二测回测定测线方向值;c1以5个摆动逆转点测定子午线方向值(陀螺北方向读数);测前和测后对悬带零位的测定。
由观测过程可知,对测前测后两测回的测线方向取平均值得:L0=1/2(L前+L后)(1)由5个逆转点读数,求算子午线方向值N0=1/12(u1+3u2+4u3+3u4+u5)(2)而测线的地理方位角为:A=L-L±Δ(3)式中L为测线的陀螺方向值。
分析(3)式可知,影响定向精度的误差可分三大类:测定测线方向值的误差mL0;测定陀螺北方向的误差mL;仪器常数误差mΔ。
引起上述三类误差的因素有许多,若将整个作业过程中各种误差因素考虑进去,则可以归纳出陀螺经纬仪的定向误差来源有:用经纬仪测定测线方向值引起的定向误差mL0;由5个逆转点确定陀螺北方向值引起的定向误差m N;上架式陀螺仪与经纬仪联接引起的定向误差m b;悬挂带零位变动引起的定向误差m0;陀螺摆动平衡位置不稳定性引起的定向误差mc;仪器常数不准引起的定向误差mΔ;仪器对中与整平引起的定向误差me;风力、震动等其它外界因素引起的定向误差。
物理实验报告
定向陀螺演示仪实验报告实验目的本实验演示系统所受合外力为零时，角动量保持不变。
加深理解角动量守恒定律，了解陀螺定向的物理原理及其应用。
实验步骤1. 将定向陀螺仪平放在加速电机轮的支架上，脚踏通电给陀螺仪转子加速1至2秒钟左右，断电，双手平托将陀螺仪拿起。
2. 握住陀螺的手柄，任意翻转，观察到三个圆环各自绕自身轴转动，但是高速转动的转子转轴方向没有改变。
3. 将陀螺定向仪插放在底座上，经一段时间后会停下来。
注意事项1. 将定向陀螺放置在支架上时，务必放平，使其转子的外缘轻轻接触加速电机轮的轮缘。
2. 务必在转子转动平稳，并且断电后再取下陀螺。
3. 转子加速和演示过程中转子转速较高，注意不要触摸或碰到其他事物以免发生危险。
原理演示1.陀螺效应：进动如果您玩过陀螺玩具，就知道它能表演各种各样有趣的绝技。
陀螺能在细线或手指上保持平衡；能以非常奇妙的方式抵制自转轴运动；但最有趣的陀螺效应还数进动。
这是陀螺仪抵抗重力的表现。
根据这一原理，回转的自行车轮能够像下图所示的那样悬在空中：陀螺仪“抵抗重力”的能力令人莫名惊诧！它是怎么做到的？这种神秘的效应就是“进动”。
一般情况下，进动的发生过程是：如果有一个陀螺仪正在旋转，而您施力转动它的自转轴，则陀螺仪反而会围绕与力轴成直角的轴转动，如下列图形所示：图1中，陀螺仪正围绕自己的轴旋转。
图2中，施力转动陀螺仪的自转轴。
图3中，陀螺仪沿着与输入力方向垂直的轴对输入力做出反应。
那么，为何会发生进动呢？2.进动的产生陀螺仪为何会发生这种运动？自行车车轮的轮轴居然能像前面图形所示的那样悬在空中，看上去简直不可思议。
不过，只要想想陀螺仪在旋转时不同部位实际上都发生了什么，就会明白这种运动完全正常！让我们研究一下陀螺仪旋转时的两个小部位——顶端和底端，如图所示：向轮轴施力时，标示的两点会倾向于朝图中指示的方向运动。
如图所示，在向轮轴施力时，陀螺仪的顶端部位将试图向左运动，而底端部位则试图向右运动。
陀螺经纬仪定向实习报告
一、实习目的本次实习旨在使学生了解陀螺经纬仪定向的基本原理、操作方法及注意事项，提高学生实际操作能力，掌握陀螺经纬仪定向技术在工程测量中的应用。
二、实习时间与地点实习时间：2023年11月15日实习地点：XX工程测量实验室三、实习内容1. 陀螺经纬仪基本原理陀螺经纬仪是一种利用陀螺罗盘和经纬仪相结合的测量仪器，它能在地球自转的作用下，使陀螺轴精确地指示出真北方向，并在经纬仪水平度盘上读出该方向读数。
陀螺经纬仪定向技术具有精度高、速度快、不受地形、气候及外界磁场影响等优点。
2. 陀螺经纬仪操作方法（1）仪器组装：将陀螺仪、经纬仪、三脚架等部件组装成完整的陀螺经纬仪。
（2）仪器安置：将陀螺经纬仪安置在测站上，确保仪器稳定。
（3）对中：调整三脚架，使仪器中心与测站点重合。
（4）整平：调整仪器，使仪器水平。
（5）瞄准：瞄准目标点，调整瞄准器，确保瞄准准确。
（6）读数：读取经纬仪水平度盘上的读数。
（7）记录：将观测数据记录在实习报告上。
3. 陀螺经纬仪定向实验（1）实验目的：通过实验，掌握陀螺经纬仪定向操作方法，验证定向精度。
（2）实验步骤：1）在测站上安置陀螺经纬仪，进行对中和整平。
2）瞄准目标点，读取经纬仪水平度盘上的读数。
3）重复步骤2，进行多组观测。
4）计算定向方位角，并与理论值进行比较。
（3）实验结果与分析：通过实验，我们得到了以下结果：1）定向方位角平均值为X°Y′Z″，与理论值X°Y′Z″基本一致。
2）定向精度满足工程要求。
四、实习体会1. 陀螺经纬仪定向技术具有精度高、速度快、不受地形、气候及外界磁场影响等优点，在工程测量中具有广泛的应用前景。
2. 通过本次实习，我们掌握了陀螺经纬仪定向操作方法，提高了实际操作能力。
3. 在实习过程中，我们应注重以下几点：（1）仪器组装要规范，确保仪器性能。
（2）对中和整平要精确，提高定向精度。
（3）瞄准要准确，避免误差。
（4）记录要完整，便于后续数据处理。
陀螺经纬仪定向实习报告
实习报告：陀螺经纬仪定向实习一、实习目的与要求本次实习旨在了解陀螺经纬仪的定向原理，熟悉陀螺经纬仪的结构及使用方法，掌握陀螺经纬仪定向的基本操作和数据处理方法。
实习要求如下：1. 了解陀螺经纬仪的定向原理和结构特点；2. 学会使用陀螺经纬仪进行定向测量；3. 掌握陀螺经纬仪定向数据的精确处理方法；4. 能够对陀螺经纬仪的稳定性进行初步评价。
二、实习时间与地点实习时间：2021年xx月xx日实习地点：xx学院实验实习基地三、实习内容与过程1. 实习准备在实习开始前，指导老师为我们讲解了陀螺经纬仪的基本原理、结构和使用方法，并强调了实习过程中的安全注意事项。
我们认真听讲，并记录了关键知识点。
2. 实习操作根据实习指导书，我们分组进行了陀螺经纬仪的定向操作。
实习过程中，我们严格遵循操作规程，确保了数据的准确性。
（1）陀螺仪悬挂与零位观测首先，我们将陀螺仪悬挂在三脚架上，调整至水平状态。
然后，进行零位观测，确保陀螺仪的零位误差在允许范围内。
（2）陀螺仪定向测量利用逆转点法和中天法进行陀螺仪的定向测量。
我们首先确定起始方向，然后按照测回法观测水平角。
在观测过程中，我们严格控制对中误差和整平误差，确保了测量数据的可靠性。
（3）数据处理根据测回法观测到的水平角数据，我们计算了各测回角的平均值，并进行了误差分析。
同时，我们还计算了测站坐标方位角，为后续测量工作提供了依据。
3. 实习成果与分析通过实习，我们掌握了陀螺经纬仪的定向操作方法，了解了陀螺经纬仪在实际测量中的应用。
同时，我们学会了如何处理陀螺经纬仪测量数据，并对测量结果进行了分析。
四、实习心得与体会通过本次实习，我们对陀螺经纬仪的定向原理和操作方法有了更深入的了解。
实习过程中，我们学会了如何应对各种实际问题，提高了自己的动手能力。
同时，我们也认识到了陀螺经纬仪在测量工作中的重要性，为今后从事相关领域的工作奠定了基础。
总之，本次实习使我们受益匪浅。
在今后的学习和工作中，我们将继续努力提高自己的专业技能，为我国测量事业贡献自己的力量。
陀螺仪实验报告
university of science and technology of china 96 jinzhai road, hefei anhui 230026,the people’s republic of china陀螺仪实验实验报告李方勇 pb05210284 sist-05010 周五下午第29组2号2006.10.22 实验题目陀螺仪实验（演示实验）实验目的1、通过测量角加速度确定陀螺仪的转动惯量；2、通过测量陀螺仪的回转频率和进动频率确定陀螺仪的转动惯量；3、观察和研究陀螺仪的进动频率与回转频率与外力矩的关系。
实验仪器①三轴回转仪；②计数光电门；③光电门用直流稳压电源（5伏）；④陀螺仪平衡物；⑤数字秒表（1/100秒）；⑥底座（2个）；⑦支杆（2个）；⑧砝码50克+10克（4个）；⑨卷尺或直尺。
实验原理1、如图2用重物（砝码）落下的方法来使陀螺仪盘转动，这时陀螺仪盘的角加速度?为：?=d?r/dt=m/ip (1) 式中?r为陀螺仪盘的角速度，ip为陀螺仪盘的转动惯量。
m=f.r为使陀螺仪盘转动的力矩。
由作用和反作用定律，作用力为：f=m(g-a) (2) 式中g为重力加速度，a为轨道加速度（或线加速度）轨道加速度与角加速度的关系为：a=2h/tf2； ?=a/r (3) 式中h为砝码下降的高度，r如图1所示为转轴的半径，tf为下落的时间。
将(2)(3)代入(1)2ip?2mr2t?h2mgr可得： (4)2f测量多组tf和h的值用作图法或最小二乘法拟合数据求出陀螺仪盘的转动惯量。
2、如图3所示安装好陀螺仪，移动平衡物w使陀螺仪ab轴（x轴）在水平位置平衡，用拉线的方法使陀螺仪盘绕x轴转动（尽可能提高转速），此时陀螺仪具有常数的角动量l：l=ip.?r (5) 当在陀螺仪的另一端挂上砝码m（50g）时就会产生一个附加的力矩m*，这将使原来的角动量发生改变：dl/dt=m*=m*gr* (6) 由于附加的力矩m*的方向垂直于原来的角动量的方向，将使角动量l变化dl，由图1可见： dl=ld?这时陀螺仪不会倾倒，在附加的力矩m*的作用下将会发生进动。
陀螺定向测量在轨道交通土建施工阶段的应用
陀螺定向测量在轨道交通土建施工阶段的应用摘要：近年随着来城市轨道交通的迅猛发展，目前已有超过38个城市开展了城市轨道交通的建设。
在地铁施工阶段，为保证地铁周边道路畅通，大部分站间隧道均采用暗挖或盾构法的施工工艺，传统的测量控制均以联系测量+支导线的形式进行隧道内的方位传递，随着线路长度的增加将导致误差的积累，影响着隧道贯通精度，更严重的可能造成线路偏位。
因此，对于长、大隧道采用其他测量手段进行复核已十分必要。
关键词：道路畅通；陀螺；交通一、陀螺定向测量陀螺定向测量（gyrostatic orientation survey）是用陀螺经纬仪（全站仪）测定某控制网边的陀螺方位角，并经换算获得此边真方位角，最终推算待定边坐标方位角的过程。
陀螺仪具有两个基本特性：1、定轴性，2、进动性。
在轨道交通土建阶段主要应用其两个基本特性进行方位的精确定向。
主要测量原理如下：设C、D待测点，在C点安置仪器测得真北方向在水平度盘的读数N，D方向在水平度盘上的读数N1，则可求得CD边的真北方位角ACD=N1-N。
因CD边坐标方位角TCD =ACD-RΦ，且RΦ=（RΦ：C处的子午线收敛角，：C点横坐标，为C点纬度）。
在轨道交通外业生产过程中按地面已知边→地下定向边→地面已知边的顺序进行。
即：（1）在地面控制边进行多测回定向测量，标定仪器常数；（2）在地下待测边各进行多测回定向测量；（3）以地面控制边进行多测回定向测量，检验仪器的稳定性和精度并最终确定仪器常数。
外业测量需满足如下指标要求：（1）测回间陀螺方位角较差应小于20″。
（2）两次地面控制边测量结果均值之差不得大于12″。
（3）测前、测后各三测回测定的陀螺全站仪常数平均值较差不应大于15″。
二、数据处理外业测量结束后数据处理按如下方法进行：（1）地面标定仪器常数计算公式式中：为仪器常数；为地面已知边坐标方位角；上为地面已知边陀螺测量定向方位角。
根据地面控制点已知坐标计算得到地面已知边坐标方位角，再由地面两次陀螺定向结果求平均，得到仪器常数。
利用逆转点法进行陀螺经纬仪定向
成绩评定： 指导教师签字：
年月日
备注
注：综合训练结束时，由实习学生填写本表后，交指导教师和教学单位签署意见，最后交所在教学单位归档保管。
4.求算子午线收敛角
子午线收敛角由仪器安置点的位置决定，可以根据仪器安置点的高斯平面坐标查出。
5.求井下定向边的坐标方位角
定向边的坐标方位角=定向边的地理方位角-子午线收敛角
（二ห้องสมุดไป่ตู้采用逆转点法陀螺经纬仪一测回定向的作业方法：
1、严格整置经纬仪，以一个测回测定待定和已知测线的方向值，然后将仪器大致对正北方。
1、学习陀螺经纬仪一测回定向的作业方法
2、掌握逆转点法陀螺北方向的观测方法
时间：6月3日
地点：行政楼前花坛
（一）陀螺经纬仪定向的作业过程
1.在地面已知边上测定仪器常数Δ
仪器常数=已知边的地理方位角-已知边的陀螺方位角
2.在井下定向边上测定陀螺方位角
定向边的地理方位角=定向边的陀螺方位角-仪器常数
3.仪器上井后重新测定仪器常数
5、进行测后零位观测
6、以一个测回测定待定和已知测线的方向值
用5个连续逆转点读数计算陀螺北方向
1.仪器的定向精度与操作熟练程度有关，由具有一定操作经验的人员来使用仪器；
2.在启动陀螺马达达到额定转速之前和制动陀螺马达的过程中，陀螺灵敏部必须处于锁紧状态，防止悬挂带和导流丝损伤；
3.在陀螺灵敏部处于锁紧状态、马达高速转动时，严禁搬动和水平旋转仪器。否则容易损坏仪器；
4.陀螺仪在存放时，要装入仪器箱内，放入干燥剂，仪器要正确存放，不要倒置或躺卧。
5.仪器在操作时严格按仪器操作规程操作。
这次实验中我们学习了陀螺经纬仪一测回定向的作业方法，尤其学习了逆转点法的精密定向过程。学习了逆转点法的理论过程和实际的仪器操作。对逆转点法的读数过程有了更加深入的理解。也学习了陀螺经纬仪的悬带零位测量和陀螺经纬仪的粗略找北。这次实验学习到了很多的新知识，收获颇丰，为今后的学习工作有很多的好处。
1 陀螺定向法
1 陀螺定向法陀螺定向法是采用光学垂准仪(或重锤球)投出井上、井下在同一铅锤线上的点位,根据井上、井下陀螺定向成果,求算投点在空间的平面夹角,使得井上、井下的导线连成一体,把井上导线坐标、方位传递到井下导线。
下面以广州地铁杨体区间竖井联系测量为例,介绍陀螺定向法实施的特点。
1.1 仪器设备TC1610全站仪,GAK1+T2陀螺经纬仪,NL光学垂准仪。
1.2作业实施(1)竖井投点井上、井下导线布置情况如图1所示,供电局、J54、A为井上已知导线点,Z1、Z2、Z3为井下待求导线点。
在井口选定T1、T2两个点位,在井盖上相应位置预留有可遮盖的小孔,将垂准仪置于小孔上方,垂准仪在井上及井下投下T1和T1′、T2和T2′。
T1、T1′在空间上为2个点,但投影到同一平面时就成为1个点;T2、T2′情况相同。
井上、井下导线通过投点连成一闭合环。
(2)陀螺经纬仪定向定向时采用逆转点法进行。
对一条边定向时,完成一端定向为半测回,完成两端定向为一测回。
由于井筒上下不宜安置陀螺经纬仪,故井上选择AJ54为定向边,井下选择Z1Z3为定向边,进行陀螺定向观测。
求出陀螺仪的定向常数,并进行改正。
假定陀螺经纬仪测得的AJ54陀螺方位角为N0,Z1Z3陀螺方位角为N5。
(3)导线边角测量①测b0、b1、b4、b5、b6角度;②量d1、d2、d3、d4、d5、d6边长。
(4)空间夹角计算b2为AT1、T1′Z1在空间上的夹角,b3为AT2、T2′Z2在空间上的夹角。
(5)导线计算根据以上导线测量成果,进行导线平差计算。
坐标、方位从井上导线点传递到井下导线点,Z1、Z2、Z3坐标成果用于指导施工。
1.3工作体会①陀螺定向法的主要优点是占用井筒时间短、精度高、观测作业简单,在地铁施工的竖井中均可采用此方法进行联系测量,是一种值得推广应用的作业方法。
②陀螺定向的实质是通过投点、定向,把井上、井下的导线联成一体,陀螺经纬仪起了测空间边夹角的作用。
北航水平对准及陀螺测角实验
水平对准及陀螺测角实验实验结果及数据处理0度90度180度270度可以看出，在实验过程中数据较稳定，几处峰值可用作排除，取均值算出下表加速度利用相差180度的两数据依次计算得到常值偏置:利用获得的常值偏置计算实际加速度均值:设当地加速度为29.8/m s ,计算偏角:对上表数据分别用0度和180度，90度和270度进行计算，均值θ=0.00104062 度，由此可得，转台调水平后水平度非常好。
陀螺测角实验实验数据分析及处理：1、正反转测试：设置速率转台速率为：36.6deg/s ：，获得数据如图所示：综合处理上述数值，由上两图可以看到，实验数据存在随即误差，应在数据处理中予以剔除：由上数据可得：陀螺零飘为-0.467164368 deg/s2、陀螺转角测试：利用获得数据，参考1部分数据处理方式，剔除粗大误差后进行计算，所得数据误差分析：在实验中，利用秒表测试转台转动的时间，同时控制数据采集的开始和停止，以转台转过一定角度作为开始和停止的信号。
实验中主要误差来源于：（1）开始、停止信号与转台转动对应角度不完全匹配，即发出停止信号时，转台可能已经超过了既定读数；（2）在开始、停止信号的同时，没有立即停止电脑端数据采集，造成获得数据过多，对应计算数据超过实际值；（3）计时误差，开始、停止计时动作与相应动作信号不完全同步。
以上三点误差为本次实验产生误差的主要原因，考虑到这些误差的存在，综合最后测试结果，可以看出，实验测试转角数据具有较高的准确度。
一、实验总结和体会：通过水平对准和陀螺测角实验，我对加速度计和陀螺仪的使用有了较多的认识，对MEMS器件有了一定的认识。
实验操作部分相对较简单，但实验原理及数据处理部分都相对较复杂，需要有较好的理解，这些对我们进一步了解陀螺仪的操作都有很大的帮助。
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中国人民解放军第一〇〇一工厂
陀螺仪定向报告
XXX矿业1# 与3# 斜坡道实测
2015年10月26日
潼金矿业1#、3#斜坡道陀螺定向测量成果报告
1 定向设备
本次陀螺定向采用中国人民解放军第一〇〇一工厂自主研发、生产的HGG05型陀螺全站仪(1σ≤5″)，编号15001，上置中翰测绘公司生产的TS-802N型全站仪。
2 数据来源
点位信息由XXX矿业地勘部提供。
表1 控制点信息
其中地面控制点为：G3007、G3006；G3024、G3022。
α=246°52′09″，根据计算得知控制边方位角分别为：3006
G3007→
G
α=334° 40′ 28″。
G3024→
3022
G
3 定向过程
1) 在控制边进行2测回定向测量，标定仪器常数； 2) 在待定边进行3测回定向测量；
3) 在原控制边进行2测回定向测量， 以两次控制边测量结果检验仪器的稳定性和精度，确保陀螺定向成果准确可靠。
4 陀螺定向的限差要求
1) 同一条边各测回测量结果最大互差不得超过10″； 2) 两次地面控制边测量结果均值之差不得大于15″。
5 数据处理结果
5.1 方法1数据处理方法及结果 5.1.1 仪器常数的计算
1T 1T1－－A A A C γα+==控制控制
式中：∆－仪器常数；
控制α－控制边坐标方位角，即3006G G3007→α、3022G G3024→α；
1γ－控制边仪器架设点子午线收敛角；
1T A －控制边测得(含复测)的陀螺方位角均值；
子午线收敛角1γ用下式计算。
ϕλλγsin )-(1中控制=
式中：控制λ－控制边仪器架设点经度，精确到秒；
中λ－仪器架设点所处3°带中央子午线；
ϕ－仪器架设点纬度，精确到分。
标定仪器常数实测陀螺方位角结果见表2。
表2 仪器常数陀螺测定
5.1.2 待测边测量陀螺方位
待测边测定陀螺方位角结果见表3。
表3 待测边陀螺测定
5.1.3 复测仪器常数
仪器常数复测陀螺方位角结果见表4。
表4 复测仪器常数
经复测，两次控制边测量结果均值之差为分别为13″、6.5″，满足陀螺定向限差要求。
5.1.4 仪器常数的确定
仪器常数见表5。
表5 仪器常数
5.1.5 数据处理
1) 待测边坐标方位角计算
2γα-+=C A 待测待测
式中：待测α－待测边坐标方位角；
待测A －待测边实测陀螺方位角；
2γ－待测边仪器架设点子午线收敛角。
子午线收敛角2γ用下式计算。
ϕλλγsin )-(2中待测=
式中：待测λ－待测边仪器架设点经度，精确到秒；
中λ－仪器架设点所处3°带中央子午线；
ϕ－仪器架设点纬度，精确到分。
2）子午线收敛角计算的说明
利用高斯坐标反算，选取与控制边相同的地球半径与扁率分母及参考椭球，由X ，Y 计算出仪器架设点（控制边、待测边）的经纬度，进而计算出相应的子午线收敛角。
5.1.5 测量结果
1）待测边（1053→1055）的坐标方位角为322°18′39.95″； 2）待测边（E106→E107）的坐标方位角为109°40′44.96″； 3）待测边（3083→3082）的坐标方位角为001°51′7.66″。
5.2 方法2数据处理方法及结果 5.2.1 仪器常数的确定
1T A -=∆控制α
其中：控制α－控制边坐标方位角；
1T A －控制点测得(含复测)陀螺方位角均值。
方法2仪器常数见表6。
表6 方法2仪器常数
5.2.2 数据处理
待测边坐标方位角用下式计算。
γ
α∆++∆=2T A 待
其中： ∆－仪器常数；
2T A －待测边测得陀螺方位角均值；
γ∆－控制边仪器架设点与待测边仪器架设点子午线收敛角之差。
子午线收敛角之差的计算公式用下式计算。
ϕλλγsin )-(待测控制=∆
其中：待λ－待测边仪器架设点经度，精确到秒；
控制λ－控制边仪器架设点经度，精确到秒；
ϕ－陀螺仪架设点纬度，精确到分。
5.2.3 测量结果
1）待测边（1053→1055）的坐标方位角为322°18′41.39″； 2）待测边（E106→E107）的坐标方位角为109°40′46.36″； 3）待测边（3083→3082）的坐标方位角为001°51′07.60″。
6 精度分析
1）同一条边各测回测量结果最大互差均未超过10″，详见表2、表3
互差，表明仪器符合精度符合要求；
2) 两次地面控制边测量结果均值之差均未超过15″，详见表4两次标定常数陀螺方位角均值互差，表明仪器外符合精度符合要求；
3）方法1仪器常数C互差14.55″，表明仪器在经过运输和纬度发生变化时仪器常数稳定性符合要求。
附件测量原始数据
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