《工程测量概论-孙现申》21陀螺经纬仪及其寻北原理-2h36页PPT
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陀螺经纬仪概述
陀螺经纬仪简介 基本用途 历史与发展
陀螺经纬仪概述
JT60，1979。徐光厂
陀螺经纬仪概述
Gyromat2000,DMT,5 Y/JTG-1陀螺全站仪,7
AGP1,SOKKIA,20
陀螺经纬仪概述
陀螺经纬仪与陀螺经纬仪定向
•将陀螺特性与地球自转有机结合构成的陀螺仪能够自动 寻找真北方向（子午线方向，地球自转轴方向），将这样 的陀螺仪安置在经纬仪上，组成的陀螺经纬仪便可以测定 真北方向在经纬仪水平度盘上的读数N，从而可求出任一 方向的真方位角。
陀螺经纬仪概述
思考与练习
一、名词解释： 陀螺 陀螺经纬仪 大地方位角 天文方位角 工程方位 角 真北方向 陀螺经纬仪定向 真方位角 地理方位角
陀螺经纬仪概述
思考与练习
二、叙述题 试叙述陀螺经纬仪的用途。 试叙述陀螺经纬仪的类型。
陀螺经纬仪概述
相关文献
•煤科总院唐山分院陀螺经纬仪组编著:陀螺经纬仪基本 原理、结构与定向[M]. 煤炭工业出版社1982 •于来法.陀螺定向测量[M].北京:解放军出版社,1988 •郭金运、周爱民.陀螺经纬仪的发展概况及其趋势[J].成 都:四川测绘,2019(2),76-80
对 陀 螺 仪 产 生 转 动 加 速 度 和 进 动 角 速 度 两 种 影 响 。
•陀螺仪转动的微分方程
万向支架 自由陀螺仪 3自由度
摆式陀螺寻北原理
•陀螺仪转动的微分方程 据达朗伯原理,按动静法列平衡方程
从而 M xJxdd ω txω yH zω zH y0
M xJxdd txyHzzHy
唐朝“镂空银熏球”
•采矿业发展的需求,法国 物理学家傅科1852年通过 实验确认了回转原理,提 出了陀螺仪方案,并提出 了Gyro一词
陀螺经纬仪概述
•德国人舒勒(M. Schuler) 1920年研制出第一台矿山测量陀螺 仪样机
陀螺经纬仪概述
•液体漂浮式陀螺经纬仪： 结构特点：采用单一陀螺转子 装在密封的球形浮子中组成灵敏 部，采用液体漂浮电磁定中心， 陀螺转子由空气压缩涡轮机带动 三相交流电机供电。
•这一工作称为陀螺经纬仪定向观测，或陀螺经纬仪定向 测量，或简称陀螺经纬仪定向。
•真方位角、天文方位角、地理方位角、大地方位角、 (高斯平面)坐标方位角、工程方位角、磁方位角
（Foucault Gyro）
陀螺经纬仪概述
•陀螺特性的发现与应用始 于中国西汉末年
西汉末年“卧褥香炉” “环转四周而炉体常平”
(a)
M
P
(b)
陀螺进动中各量之间的方向关系
摆式陀螺寻北原理
•陀螺仪的基本特性
v
对 个 于 分 一 量 般 与 H 的 v情 平 况 行 ， ， 显 另 然 一 可 个 将 分 外 量 力 与 H v矩 M 垂 直 分 ， 解 也 为 就 两 是 个 说 分 ， 量 这 ， M 时 v 其 中 一 将
摆式陀螺寻北原理
•陀螺仪的基本特性
当 M v//H v时 ，
v dH dt
v M
当 M v ddH t H v 时 M， M 也 v 不 即影 响 JddH v t的 大 M 小 ， 刚而 体是 的改 转变 动其 规方 律向 。
ωω (vvω v PPP Hd H vvt) ddH M Hv vtv dH v
摆式陀螺仪寻北原理
陀螺仪基本特性 陀螺仪转动的微分方程 地球自转对陀螺仪的影响 摆式陀螺仪的运动方程
摆式陀螺寻北原理
绕自身轴高速旋转的匀质刚体，称为陀螺仪。
•陀螺仪的基本特性
设定陀义螺动仪量的矩自Hv转角J速ωv度为
ωv
ωv
v H
J为陀螺转子对自转轴的转动惯量
J r2dm
ωv
v 与H
的方向
若对陀螺施加一外d加Hv力矩M，v 则有动量矩定理给出 dt
ωvvx
H v
x
ωv
y
,
v H
y
,
v M
y
Mx
ωv
z
,
v H
z
,
v M
z
陀螺仪转动的微分方程
摆式陀螺寻北原理
•陀螺仪转动的微分方程
M xJxdd txyHzzHy
MyJydd tyzHxxHz
vv
HdH
v
ωP
Pdt v
dH
进动角速度HωvP 之定义
MHPJ P
摆式陀螺寻北原理
•陀ω v螺P仪H 的v基本M v特性
v dH
v M
dt
P
M H
M
J
陀螺的进动性
进动角速度
பைடு நூலகம்
若M=0，则显
然有P=0。即
无横向外力矩
作用时，陀螺 v 仪的自转轴方 M
向保持不变。
这一性质称为 陀螺的定轴性。
v
ωHv ωvP
KT-1:1—经纬仪；2—悬挂带 上固定端；3—悬挂带；5— 经纬仪空心竖；7—导流丝； 12—陀螺马达；13—悬挂柱
陀螺经纬仪概述
Gyromat2000,DMT,5 Y/JTG-1陀螺全站仪,7
AGP1,SOKKIA,20
JT60，1979。徐光厂
陀螺经纬仪概述
•上架悬挂式陀螺经纬仪：
结构特点:类同下架式,把陀螺仪 作为经纬仪的附件,用时将其置于 经纬仪之上,不用时取下。陀螺仪 部分仍采用金属悬挂带,马达小型 化,功耗降低,体积小,重量轻。 典型仪器:Wild GAK-1;匈牙利 Gi-C11、Gi-C13，Gi-C23。 仪器指标: DJ6-T60,重量20kg,定 向时间30分钟,一次定向中误差 40 。
典型仪器技术指标：MW4a(1959 年),重量190kg,定向时间12h,一次定 向中误差 20。
MB:2—陀螺马达;3—浮子底部;11— 轴尖;12—浮子支柱;13—平面反射 镜;18—容器;27—自准直光管;8、9、 10、15、16、17—导电极
陀螺经纬仪概述
•下架悬挂式陀螺经纬仪： 结构特点：利用金属悬挂带把陀螺房于空气中悬挂在经 纬仪空心竖轴之下，悬挂带上端与经纬仪的壳体相固连； 采用导流丝直接供电方式，附有便携式蓄电池组和晶体管 变流器。取消了电磁线圈，能耗降低，小型化，精度提高。 典型仪器：德国的KT-1，MW-77，MRK-1；匈牙利的 Gi-B1、 Gi-B2等；中国的DTJ-II等。
陀螺经纬仪概述
陀螺经纬仪发展
•陀螺经纬仪的发展方向是高精度、可靠、快速与轻便。
•在高精度定向方面,除了在数据处理中研究更精确的数学模 型外,更实质的问题是提高陀螺转子的稳定度和可靠性。
•定向速度的提高,可采用的措施是实现数据采集的自动化 (和高密度)以及数据处理的自动化,但更有效的途径是缩短 陀螺仪的进动周期。
陀螺经纬仪简介 基本用途 历史与发展
陀螺经纬仪概述
JT60，1979。徐光厂
陀螺经纬仪概述
Gyromat2000,DMT,5 Y/JTG-1陀螺全站仪,7
AGP1,SOKKIA,20
陀螺经纬仪概述
陀螺经纬仪与陀螺经纬仪定向
•将陀螺特性与地球自转有机结合构成的陀螺仪能够自动 寻找真北方向（子午线方向，地球自转轴方向），将这样 的陀螺仪安置在经纬仪上，组成的陀螺经纬仪便可以测定 真北方向在经纬仪水平度盘上的读数N，从而可求出任一 方向的真方位角。
陀螺经纬仪概述
思考与练习
一、名词解释： 陀螺 陀螺经纬仪 大地方位角 天文方位角 工程方位 角 真北方向 陀螺经纬仪定向 真方位角 地理方位角
陀螺经纬仪概述
思考与练习
二、叙述题 试叙述陀螺经纬仪的用途。 试叙述陀螺经纬仪的类型。
陀螺经纬仪概述
相关文献
•煤科总院唐山分院陀螺经纬仪组编著:陀螺经纬仪基本 原理、结构与定向[M]. 煤炭工业出版社1982 •于来法.陀螺定向测量[M].北京:解放军出版社,1988 •郭金运、周爱民.陀螺经纬仪的发展概况及其趋势[J].成 都:四川测绘,2019(2),76-80
对 陀 螺 仪 产 生 转 动 加 速 度 和 进 动 角 速 度 两 种 影 响 。
•陀螺仪转动的微分方程
万向支架 自由陀螺仪 3自由度
摆式陀螺寻北原理
•陀螺仪转动的微分方程 据达朗伯原理,按动静法列平衡方程
从而 M xJxdd ω txω yH zω zH y0
M xJxdd txyHzzHy
唐朝“镂空银熏球”
•采矿业发展的需求,法国 物理学家傅科1852年通过 实验确认了回转原理,提 出了陀螺仪方案,并提出 了Gyro一词
陀螺经纬仪概述
•德国人舒勒(M. Schuler) 1920年研制出第一台矿山测量陀螺 仪样机
陀螺经纬仪概述
•液体漂浮式陀螺经纬仪： 结构特点：采用单一陀螺转子 装在密封的球形浮子中组成灵敏 部，采用液体漂浮电磁定中心， 陀螺转子由空气压缩涡轮机带动 三相交流电机供电。
•这一工作称为陀螺经纬仪定向观测，或陀螺经纬仪定向 测量，或简称陀螺经纬仪定向。
•真方位角、天文方位角、地理方位角、大地方位角、 (高斯平面)坐标方位角、工程方位角、磁方位角
（Foucault Gyro）
陀螺经纬仪概述
•陀螺特性的发现与应用始 于中国西汉末年
西汉末年“卧褥香炉” “环转四周而炉体常平”
(a)
M
P
(b)
陀螺进动中各量之间的方向关系
摆式陀螺寻北原理
•陀螺仪的基本特性
v
对 个 于 分 一 量 般 与 H 的 v情 平 况 行 ， ， 显 另 然 一 可 个 将 分 外 量 力 与 H v矩 M 垂 直 分 ， 解 也 为 就 两 是 个 说 分 ， 量 这 ， M 时 v 其 中 一 将
摆式陀螺寻北原理
•陀螺仪的基本特性
当 M v//H v时 ，
v dH dt
v M
当 M v ddH t H v 时 M， M 也 v 不 即影 响 JddH v t的 大 M 小 ， 刚而 体是 的改 转变 动其 规方 律向 。
ωω (vvω v PPP Hd H vvt) ddH M Hv vtv dH v
摆式陀螺仪寻北原理
陀螺仪基本特性 陀螺仪转动的微分方程 地球自转对陀螺仪的影响 摆式陀螺仪的运动方程
摆式陀螺寻北原理
绕自身轴高速旋转的匀质刚体，称为陀螺仪。
•陀螺仪的基本特性
设定陀义螺动仪量的矩自Hv转角J速ωv度为
ωv
ωv
v H
J为陀螺转子对自转轴的转动惯量
J r2dm
ωv
v 与H
的方向
若对陀螺施加一外d加Hv力矩M，v 则有动量矩定理给出 dt
ωvvx
H v
x
ωv
y
,
v H
y
,
v M
y
Mx
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z
,
v H
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,
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陀螺仪转动的微分方程
摆式陀螺寻北原理
•陀螺仪转动的微分方程
M xJxdd txyHzzHy
MyJydd tyzHxxHz
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v
ωP
Pdt v
dH
进动角速度HωvP 之定义
MHPJ P
摆式陀螺寻北原理
•陀ω v螺P仪H 的v基本M v特性
v dH
v M
dt
P
M H
M
J
陀螺的进动性
进动角速度
பைடு நூலகம்
若M=0，则显
然有P=0。即
无横向外力矩
作用时，陀螺 v 仪的自转轴方 M
向保持不变。
这一性质称为 陀螺的定轴性。
v
ωHv ωvP
KT-1:1—经纬仪；2—悬挂带 上固定端；3—悬挂带；5— 经纬仪空心竖；7—导流丝； 12—陀螺马达；13—悬挂柱
陀螺经纬仪概述
Gyromat2000,DMT,5 Y/JTG-1陀螺全站仪,7
AGP1,SOKKIA,20
JT60，1979。徐光厂
陀螺经纬仪概述
•上架悬挂式陀螺经纬仪：
结构特点:类同下架式,把陀螺仪 作为经纬仪的附件,用时将其置于 经纬仪之上,不用时取下。陀螺仪 部分仍采用金属悬挂带,马达小型 化,功耗降低,体积小,重量轻。 典型仪器:Wild GAK-1;匈牙利 Gi-C11、Gi-C13，Gi-C23。 仪器指标: DJ6-T60,重量20kg,定 向时间30分钟,一次定向中误差 40 。
典型仪器技术指标：MW4a(1959 年),重量190kg,定向时间12h,一次定 向中误差 20。
MB:2—陀螺马达;3—浮子底部;11— 轴尖;12—浮子支柱;13—平面反射 镜;18—容器;27—自准直光管;8、9、 10、15、16、17—导电极
陀螺经纬仪概述
•下架悬挂式陀螺经纬仪： 结构特点：利用金属悬挂带把陀螺房于空气中悬挂在经 纬仪空心竖轴之下，悬挂带上端与经纬仪的壳体相固连； 采用导流丝直接供电方式，附有便携式蓄电池组和晶体管 变流器。取消了电磁线圈，能耗降低，小型化，精度提高。 典型仪器：德国的KT-1，MW-77，MRK-1；匈牙利的 Gi-B1、 Gi-B2等；中国的DTJ-II等。
陀螺经纬仪概述
陀螺经纬仪发展
•陀螺经纬仪的发展方向是高精度、可靠、快速与轻便。
•在高精度定向方面,除了在数据处理中研究更精确的数学模 型外,更实质的问题是提高陀螺转子的稳定度和可靠性。
•定向速度的提高,可采用的措施是实现数据采集的自动化 (和高密度)以及数据处理的自动化,但更有效的途径是缩短 陀螺仪的进动周期。