陀螺定向应用
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• 1852年，法国科学家傅科提出地球的自转会在陀 螺仪上产生效应的设想：“无需进行任何天文观 测或地磁观测，只要由陀螺仪观测就可以得出任 何地点的子午线位置”。
• 方位角就是子午线方向与直线方向的夹角，有了 子午线位置当然就有办法确定直线的方位角。
陀螺定向应用
• 受当时条件的限制，傅科的实验未能成功； • 20世纪初，研制成功陀螺罗盘作为航海导航仪器； • 20世纪初50年代，研制成功液浮式矿用陀螺罗盘
四、陀螺经纬仪的结构 • 1．基本结构
• 大部分陀螺经纬仪采用上架式结构，由陀螺仪、 经纬仪、供电电源和三脚架四部分组成，其中电 源由逆变器和充电电池组成。充电电池提供电力， 逆变器将二相电流转变成三相交流电，从而使陀 螺马达产生旋转。
陀螺定向应用
GAK－陀1螺型定向陀应螺用 经纬仪
陀螺定向应用
陀螺定向应用
• 2．控制导线测量方向误差的积累
• 在长距离隧（巷）道的支导线控制测量中加测陀 螺定向边，既可以检核支导线观测成果的质量， 保证观测成果的可靠性；也可以对加测高精度陀 螺定向边后的支导线进行方向附合导线的角度平 差，从而大大提高导线的精度。
陀螺定向应用
三、陀螺经纬仪的发展
• 20世纪五十年代的液体漂浮式陀螺仪—>六十年 代的下架悬挂式陀螺仪—>七十年代的上架悬挂式 陀螺仪。
陀螺定向应用
• 2．WILD GAK-1型陀螺经纬仪简介
• WILD GAK-1型陀螺经纬仪是由瑞士WILD厂生产 的带T2经纬仪的陀螺仪，属上架悬挂式陀螺经纬 仪，它由陀螺仪、经纬仪、电源箱和三角架四部 分组成。GAK-1陀螺仪的主要技术数据如下：
• 陀螺转速：22000r/min； 半周期：约4min
掘进的方式，将整个隧道分成若干段。洞内控制 测量首先以立井或斜井联系测量的方法将地面的 平面坐标和高程导入隧道，然后在隧道内施测导 线和水准测量。 • 矿山开采工程的立井或斜井开拓方式、甚至某些 矿井采用多个水平的开采与掘进方式，也存在联 系测量工作。
陀螺定向应用
• 井上下联系测量包括平面定向测量和导入高程两 项内容，定向测量解决地面与地下平面坐标的联 系，使其保持一致。定向测量的方法主要采用一 井几何定向和陀螺定向；导入高程解决地面与地 下的高程联系，主要采用长钢尺或钢丝绳法，精 度容易保证。
GAK－1陀螺仪结构示意图
• （1）陀螺灵敏部
• 陀螺的核心是陀螺马达，装在密封的充氢的陀螺 房中，通过悬挂柱由悬挂带悬挂起来，用两根导 流丝和悬挂带及其旁路结构给其供电，悬挂柱上 安装有反光镜，整个构成陀螺灵敏部。
• （2）反射式光学系统
• 高精度的陀螺经纬仪大部分采用反射式光学系统， 其优点：
陀螺定向应用
• 一井几何定向
• 一井几何定向是指在立井中悬挂两根钢丝绳或长 钢尺，由地面测量其坐标和方位，在地下向洞内 传递坐标和方位。由于两根钢丝（钢尺）的间距 很小，又存在摆动现象，故微小的测量误差就会 造成很大的定向偏差，只能用于井深较浅，精度 不高的工程当中。
• 陀螺经纬仪定向
• 陀螺经纬仪定向是利用钢丝绳或长钢尺，通过立 井向洞内传递平面坐标，应用陀螺经纬仪确定方 向。由于其精度较高，劳动强度小而在地下工程 中得到广泛应用。
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陀螺定向应用
第一节 陀螺经纬仪简介
陀螺定向应用
一、陀螺经纬仪定向
• 陀螺经纬仪是将陀螺仪和经纬仪（现代多采用全 站仪）结合在一起的集光、机、电于一体的精密 测绘仪器，用于精确测定未知边（或待定边）的 方位。它不受时间和地形环境的限制，不论已知 边和待定边的距离远近，一次传递方位，观测简 单、方便，效率高，能保证很高的定向精度，是 一种先进的定向仪器。
仪； • 20世纪初60年代，在矿用陀螺罗盘仪的基础上，
发展成下架式陀螺经纬仪。其最大的改进是将处 于液体漂浮之中的陀螺灵敏部利用金属悬挂带悬 挂起来，置于空气中。悬挂带固定端与经纬仪的 壳体相固连，因此称为下架式陀螺经纬仪；
陀螺定向应用
• 20世纪初70年代，发展成将陀螺仪用专用桥式支 架跨放、连接在经纬仪支架上，称为上架式陀螺 经纬仪。上架式的最大的好处是体积小、重量轻， 携带方便。
陀螺定向应用
• 针对导线测量，尤其是隧道或井下巷道长距离的 支导线测量，陀螺经纬仪定向可以有效地控制角 度测量的误差，而这又是导线测量的主要误差来 源，大大提高导线测量的精度。目前广泛应用于 测绘、军事、建筑、矿山、隧道、森林等各个领 域的定向测量工作。
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二、陀螺经纬仪定向的作用
• 陀螺经纬仪定向的作用主要体现在以下两个方面： • 1．提供地下导线起始边的方位 • 某些隧道工程为加快建设的速度，采用分段对向
• 瑞士威特（WILD）厂出产的GAK-1、匈牙利莫 姆（MOM）厂的Ci-C11、德国芬奈（FENNEL） 厂的TK-4等型号陀螺经纬仪，一次定向中误差能 保证在±5～10″，徐州光学仪器厂生产的JC10、 JT15型陀螺经纬仪，一次定向中误差＜±15″。 这些仪器都属于上架式陀螺经纬仪。
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中纬度地区摆动
• 温度范围：-40～+50℃； 螺摆幅：10′
分划板每1格的陀
• 适用区域：纬度75°以内； 方位角测定标准 偏差：±20″
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第二节 陀螺经纬仪定向
陀螺定向应用
一、陀螺经纬仪定向原理
• 陀螺经纬仪根据地球自转在陀螺仪上产生效应的 原理，使具有二维半自由度、高速而稳定旋转状 态下的陀螺灵敏部能够围绕地理北方向进行稳定 的左右摆动，然后由连接陀螺仪的经纬仪确定待 定边的陀螺方位角，加上在已知地理方位边上所 测定的仪器常数，就可得到与已知边同一系统的 待定边地理方位角。
• ① 可以减少因经纬仪整平不好而引起的方向误差； • ② 可以进一步提高光标像运动的平稳性； • ③ 使光标像运动速度加快，相应地提高了跟踪灵
敏度。
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• （3）锁紧限幅装置
• 跟踪时限制陀螺灵敏部的摆动幅度； • 不跟踪时顶起并卡住固定陀螺灵敏部，以防止悬
挂带受损。
• （4）磁屏蔽罩
• 陀螺仪外壳的内壁和底部都有磁屏蔽罩，其作用 是防止外界磁场的干扰。
• 方位角就是子午线方向与直线方向的夹角，有了 子午线位置当然就有办法确定直线的方位角。
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• 受当时条件的限制，傅科的实验未能成功； • 20世纪初，研制成功陀螺罗盘作为航海导航仪器； • 20世纪初50年代，研制成功液浮式矿用陀螺罗盘
四、陀螺经纬仪的结构 • 1．基本结构
• 大部分陀螺经纬仪采用上架式结构，由陀螺仪、 经纬仪、供电电源和三脚架四部分组成，其中电 源由逆变器和充电电池组成。充电电池提供电力， 逆变器将二相电流转变成三相交流电，从而使陀 螺马达产生旋转。
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GAK－陀1螺型定向陀应螺用 经纬仪
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陀螺定向应用
• 2．控制导线测量方向误差的积累
• 在长距离隧（巷）道的支导线控制测量中加测陀 螺定向边，既可以检核支导线观测成果的质量， 保证观测成果的可靠性；也可以对加测高精度陀 螺定向边后的支导线进行方向附合导线的角度平 差，从而大大提高导线的精度。
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三、陀螺经纬仪的发展
• 20世纪五十年代的液体漂浮式陀螺仪—>六十年 代的下架悬挂式陀螺仪—>七十年代的上架悬挂式 陀螺仪。
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• 2．WILD GAK-1型陀螺经纬仪简介
• WILD GAK-1型陀螺经纬仪是由瑞士WILD厂生产 的带T2经纬仪的陀螺仪，属上架悬挂式陀螺经纬 仪，它由陀螺仪、经纬仪、电源箱和三角架四部 分组成。GAK-1陀螺仪的主要技术数据如下：
• 陀螺转速：22000r/min； 半周期：约4min
掘进的方式，将整个隧道分成若干段。洞内控制 测量首先以立井或斜井联系测量的方法将地面的 平面坐标和高程导入隧道，然后在隧道内施测导 线和水准测量。 • 矿山开采工程的立井或斜井开拓方式、甚至某些 矿井采用多个水平的开采与掘进方式，也存在联 系测量工作。
陀螺定向应用
• 井上下联系测量包括平面定向测量和导入高程两 项内容，定向测量解决地面与地下平面坐标的联 系，使其保持一致。定向测量的方法主要采用一 井几何定向和陀螺定向；导入高程解决地面与地 下的高程联系，主要采用长钢尺或钢丝绳法，精 度容易保证。
GAK－1陀螺仪结构示意图
• （1）陀螺灵敏部
• 陀螺的核心是陀螺马达，装在密封的充氢的陀螺 房中，通过悬挂柱由悬挂带悬挂起来，用两根导 流丝和悬挂带及其旁路结构给其供电，悬挂柱上 安装有反光镜，整个构成陀螺灵敏部。
• （2）反射式光学系统
• 高精度的陀螺经纬仪大部分采用反射式光学系统， 其优点：
陀螺定向应用
• 一井几何定向
• 一井几何定向是指在立井中悬挂两根钢丝绳或长 钢尺，由地面测量其坐标和方位，在地下向洞内 传递坐标和方位。由于两根钢丝（钢尺）的间距 很小，又存在摆动现象，故微小的测量误差就会 造成很大的定向偏差，只能用于井深较浅，精度 不高的工程当中。
• 陀螺经纬仪定向
• 陀螺经纬仪定向是利用钢丝绳或长钢尺，通过立 井向洞内传递平面坐标，应用陀螺经纬仪确定方 向。由于其精度较高，劳动强度小而在地下工程 中得到广泛应用。
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第一节 陀螺经纬仪简介
陀螺定向应用
一、陀螺经纬仪定向
• 陀螺经纬仪是将陀螺仪和经纬仪（现代多采用全 站仪）结合在一起的集光、机、电于一体的精密 测绘仪器，用于精确测定未知边（或待定边）的 方位。它不受时间和地形环境的限制，不论已知 边和待定边的距离远近，一次传递方位，观测简 单、方便，效率高，能保证很高的定向精度，是 一种先进的定向仪器。
仪； • 20世纪初60年代，在矿用陀螺罗盘仪的基础上，
发展成下架式陀螺经纬仪。其最大的改进是将处 于液体漂浮之中的陀螺灵敏部利用金属悬挂带悬 挂起来，置于空气中。悬挂带固定端与经纬仪的 壳体相固连，因此称为下架式陀螺经纬仪；
陀螺定向应用
• 20世纪初70年代，发展成将陀螺仪用专用桥式支 架跨放、连接在经纬仪支架上，称为上架式陀螺 经纬仪。上架式的最大的好处是体积小、重量轻， 携带方便。
陀螺定向应用
• 针对导线测量，尤其是隧道或井下巷道长距离的 支导线测量，陀螺经纬仪定向可以有效地控制角 度测量的误差，而这又是导线测量的主要误差来 源，大大提高导线测量的精度。目前广泛应用于 测绘、军事、建筑、矿山、隧道、森林等各个领 域的定向测量工作。
陀螺定向应用
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二、陀螺经纬仪定向的作用
• 陀螺经纬仪定向的作用主要体现在以下两个方面： • 1．提供地下导线起始边的方位 • 某些隧道工程为加快建设的速度，采用分段对向
• 瑞士威特（WILD）厂出产的GAK-1、匈牙利莫 姆（MOM）厂的Ci-C11、德国芬奈（FENNEL） 厂的TK-4等型号陀螺经纬仪，一次定向中误差能 保证在±5～10″，徐州光学仪器厂生产的JC10、 JT15型陀螺经纬仪，一次定向中误差＜±15″。 这些仪器都属于上架式陀螺经纬仪。
陀螺定向应用
中纬度地区摆动
• 温度范围：-40～+50℃； 螺摆幅：10′
分划板每1格的陀
• 适用区域：纬度75°以内； 方位角测定标准 偏差：±20″
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第二节 陀螺经纬仪定向
陀螺定向应用
一、陀螺经纬仪定向原理
• 陀螺经纬仪根据地球自转在陀螺仪上产生效应的 原理，使具有二维半自由度、高速而稳定旋转状 态下的陀螺灵敏部能够围绕地理北方向进行稳定 的左右摆动，然后由连接陀螺仪的经纬仪确定待 定边的陀螺方位角，加上在已知地理方位边上所 测定的仪器常数，就可得到与已知边同一系统的 待定边地理方位角。
• ① 可以减少因经纬仪整平不好而引起的方向误差； • ② 可以进一步提高光标像运动的平稳性； • ③ 使光标像运动速度加快，相应地提高了跟踪灵
敏度。
陀螺定向应用
• （3）锁紧限幅装置
• 跟踪时限制陀螺灵敏部的摆动幅度； • 不跟踪时顶起并卡住固定陀螺灵敏部，以防止悬
挂带受损。
• （4）磁屏蔽罩
• 陀螺仪外壳的内壁和底部都有磁屏蔽罩，其作用 是防止外界磁场的干扰。