影响陀螺经纬仪定向精度的因素研究

影响陀螺经纬仪定向精度的因素研究

摘要:定向精度是一个评价陀螺经纬仪质量的重要指标。本文对影响陀螺经纬仪测量精度的因素进行了研究，并结合多年工程实践经验，提出了一些提高陀螺经纬仪测量精度的方法和建议。对使用陀螺经纬仪从事测量的工程技术人员有一定的参考和借鉴作用。

关键词：陀螺经纬仪定向精度影响因素

随着科学技术和各种测量技术的发展，陀螺经纬仪的出现改变了传统采用的几何定向方式，并在矿井的多种测量中得到了广泛的应用。而定向精度是评价陀螺经纬仪质量的重要指标，但是在测量过程中，很多因素都会影响其测量精度。通常情况下，陀螺经纬仪的定向精度误差都控制在出厂时的标称范围之内，但是由于受制造工艺水平的限制、仪器的使用状况、以及外界条件的影响，均可能导致定向精度降低，满足不了测量的实际要求。所以对陀螺经纬仪定向精度的分析与研究具有重要的理论价值和实践意义。

1 陀螺经纬仪组成与测量原理

陀螺经纬仪是带有陀螺仪装置、用于测定直线真方位角的经纬仪，主要应用于矿山施工测量、隧道施工测量以及盾构掘进中的水平及真北方向测量，不受时间和环境的影响，观测简单方便，效率高。经纬仪上安置悬挂式陀螺仪，其关键装置是陀螺仪，简称陀螺，主要由一个绕陀螺轴高速旋转的刚体转子支撑在一个或两个框架上而构

成。

陀螺经纬仪精密定向方法目前常采用跟踪逆转点法、中天法和陀螺静止位置法等三种。定向原理主要是利用其具有的指北性来确定真子午线北方向，再用经纬仪测定出真子午线北方向至待定方向所夹的水平角，即真方位角。其转子通常由陀螺马达驱动，使之绕陀螺轴高速旋转，转速高达每分钟几千转至几万转。定向方法由陀螺本身的定轴性和进动性两个基本特性决定。陀螺的定轴性指的是当匀速自转的陀螺在不受任何外力作用时，也就是外加力矩为零时，力图在它本身转动惯量的维持下，使其自转轴指向惯性空间恒定的初始方向的特性，也就是稳定性；陀螺的进动性是指当陀螺受外力矩作用时，陀螺的自转轴向外加力矩的方向运动。

2 影响测量精度的因素

陀螺经纬仪的测量精度是指陀螺经纬仪定向观测值与真值的偏离程度。通常有很多因素会直接影响陀螺经纬仪的测量精度。

(1)环境因素。某些陀螺经纬仪对环境的要求较高，影响测量精度的环境因素很多，其中温度对其影响最大，有的仪器厂家在仪器内部对测量结果进行了温度补偿处理，但温度对测量结果的影响是多方面的，非常复杂，仅依靠厂家采取的温度补偿不能很好的消除这种影响。

(2)经纬仪与陀螺仪连接时因素。经纬仪与陀螺仪通过固定在照

准部上的过渡支架进行连接，每次定向的时候都需要将陀螺仪安置于经纬仪的支架上，因此，由于每次的拆卸与安装，可能会影响测量时的精度。

(3)摆动平衡位置改变的影响因素。由于电源电压频率的改变会造成角动量发生变化，或灵敏部件内部温度的变化也会造成重心位移以及温度升高，从而造成悬挂带与导流丝产生形变，出现一种干扰力矩作用于灵敏部，引发平衡位置发生改变，而且此平衡位置的改变具有不确定性，从而造成陀螺经纬仪测量精度的降低。

(4)陀螺经纬仪漂移因素。陀螺经纬仪的漂移主要分长期和短期。长期漂移周期一般为几个月和几年，每台仪器的长期漂移周期一般不同。在实际使用中，短期漂移的影响因素更明显，按时间顺序，短期漂移可分为三级、二级和初级漂移。因此，在使用时，应尽快使陀螺仪进入更有规则的第二级漂移期，才能精确地进行定向。

(5)陀螺经纬仪对中与整平因素。当仪器的气泡在东西方向不居中时，将使陀螺仪的悬挂带部分产生偏差，从而引起定向误差，影响定向精度。

3 提高测量精度的建议

考虑影响测量精度和各种因素，结合工程实践经验，提出如下几点提高测量精度的建议。

(1)测定定向时，必须由具有一定操作经验的人来使用仪器，而且前后几次测量仪器常数，一般应在三昼夜内完成。

(2)在较为恶劣的外界环境情况下，如大风、大雨、大雾等天气不适宜进行陀螺定向，应该使用强制对中装置来进行对中，尽可能地消除温差对仪器常数造成的影响，使仪器温度与外界环境一致后再进行定向工作。也可以根据使用的仪器的测量经验及情况，尝试建立温度补偿模型来减少温度对测量精度的影响。

(3)在启动陀螺马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受损伤。

(4)在使用时，建立高精度室内已知边，可以分析出陀螺经纬仪仪器常数变化规律和稳定性，选准目标可以是照准误差较小的固定目标，也可以采用平行光管作为目标，在室内测量时要保持良好的环境条件，如适宜的温度及稳定的电压等。

(5)在陀螺灵敏部处于锁紧状态、马达又在高速旋转时，严禁搬动和水平旋转仪器。

(6)针对某仪器，可以在较长时间内连续观测测量结果，来分析确定仪器长时间定向的稳定性及系统性的漂移规律。从而来建立仪器随时间漂移曲线，根据曲线，选择最佳的观测时段进行测量有利于提高定向精度。

(7)陀螺经纬仪电源作业前应充足电，防止电压的逐渐衰减引起陀螺定向数据异常，保证定向精度。

4 结语

陀螺经纬仪因测量精度高、观测简便、较高的定向精度，不受时间和环境的限制，能为井下多个水平定向等优点，在矿山工程、隧道测量、地铁工程等建设中广泛应用。就矿山而言，它完全取代了国内矿山测量沿用已久的几何定向法，克服了几何定向法要占用井筒而造成停产、耗费大量人力、物力和时间等缺点。

参考文献

[1]刘德尧.陀螺经纬仪定向精度分析[J].低碳世界,2013,3:62-63.

[2]曾波,刘敏.国产AGT-1自动陀螺经纬仪定向精度研究[J].广东土木与建筑,2011,8:47-49.

[3]王浩,蔡栋.陀螺经纬定向在矿井联系测量中的应用[J].工业设计，2012，10：150-151.

[4]孙建国.陀螺仪在矿山测量中的应用[J].青海科技,2010,5:39-41.