测量仪器与检修

第九章陀螺经纬仪

陀螺经纬仪是将陀螺仪和经纬仪结合在一起的仪器，它可以在地理南北纬度75。范围内，不受地形、气候以及外界磁场条件的影响，无论白天或者夜间都能迅速地测量出测站点的真北方向，对任何一目标均可测定陀螺方位角。其主要用途分为：

(1)矿井下每一方向边的地理方位；

(2)通过加测导线边的陀螺方位来控制导线测量方向误差的积累；

(3)矿山及地下工程，大型巷道的贯通定向；

(4)隐蔽地区线路、管道、隧道等工程定向；

(5)与激光测距仪配合使用，可用极坐标法测定新点的坐标。

第一节陀螺经纬仪的工作原理及JTl5型的结构

一、工作原理

的陀螺经纬仪的核心部件是一个能以很高的速度旋转的转子。

陀螺转子有两个特征：

(1)在没有外力矩作用下，陀螺转轴在宇宙空间中的方位保持不变，即定轴性。

(2)陀螺轴在外力作用时，陀螺轴的方位将发生

变化。这种效应称为“进动”，即所谓的进动性。

陀螺的两个特性可通过实验来说明，图9—1为

一实验用的杠杆陀螺仪，当衡重G使杠杆达到静平

衡时，陀螺的转子旋转后其转轴的方位保持不变，

这就是陀螺的特性之一。当陀螺静止时，如果衡重

G向左移动一段距离，杠杆在重力的作用下，左端

下降，右端上升，在竖直面产生逆时针方向的转动；

但陀螺在高速转动时，杠杆就不会发生上下倾斜，

而保持水平，且在水平面作图9—1实验用杠杆陀螺

仪逆时针方向的转动。如果将G向右移动一段小距离，则杠杆在水平面作顺时针方向转动，这就是陀螺的第二个特性。

当陀螺仪被悬吊在地球某一位置时，陀螺轴Ox的x端位于该子午面之东，众所周知，由于地球自西向东的自转，地平面降落后，Ox轴的x端相对地平面上升。如图9—2(b)所示，当地球转动θ角时，Ox轴相对地面亦抬高θ角。陀螺重心不与悬挂点重合。由于重力作用形成一个力矩M，使Ox轴向地球旋转方向(子午面)进动。又由于地球不停地旋转，力矩M 始终是存在的，Ox轴由东向西进动至子午面后，将越过子午面继续向西进动，此时的z端位于该子午面之西，Ox轴相对地球旋转来说，由抬升变为倾斜。向西的进动速度逐渐减小，当倾斜到Ox轴至水平面时，向西进动速度为零。Ox轴倾斜到水平面以下时，力

矩M方向改变，Ox轴由西向东朝子午面进动，然后越过子午面回到原来位置。陀螺轴的这种自东向西重复运动称为进动。陀螺轴在东、西两端处速度为零，该两处反转的位置上称为逆转点。若陀螺不受外力的作用，此项运动将永远不会停止。实际上，外力矩的影响是不可避免的，陀螺轴z的摆动是围绕子午线作简谐摆动的，如图9—2(a)虚线所示。如果把Ox 轴东、西两个逆转点位置记录下来，取平均值就可以获得该位置点的子午线方向(北方向)，这就是陀螺仪的基本工作原理。

图9—2陀螺仪工作原理示意图

二、JT15型陀螺经纬仪的基本结构

JT15型仪器属于上架陀螺附件式，基本结构是在经纬仪上面架设摆式陀螺仪外加携带式电源，如图9—3所示。

图9—3 JT15型陀螺经纬仪全貌

陀螺仪的基本结构如图9—4所示，包括摆动系统、观察系统和锁紧限幅机构三大部分。

1一悬挂带；2--照明灯；3一光标；4一陀螺马达；5一分划板；6--观察目镜；

7一凸轮；8一螺纹压环；9一桥形支架；10一悬挂柱；11一上部外罩；12一导流丝；

13一支架；14一外壳；15一磁屏蔽罩；16一灵敏部底座；17—锁紧限幅；18、19——固紧螺丝

图9—4陀螺仪的基本结构

1．摆动系统

摆动系统包括悬挂带1、导流丝12、陀螺马达4及灵敏部悬挂柱10、底座16等。此系统是仪器的核心，是产生指北力矩的灵敏部件。安装时以要求转子运转平衡，重心要通过悬挂带的对称轴。

2．观察系统

观察系统由照明灯2、光标3、分划板5及观察目镜6组成，光标3经反光棱镜反射后，再通过物镜组成像在目镜分划板5上，光标像在目镜视场内的摆动是陀螺灵敏部摆动状况的反映。

3．锁紧限幅机构

锁紧限幅机构包括凸轮7、灵敏部底座16和锁紧限幅机构17。通过凸轮7带动锁紧限幅机构的升降使陀螺灵敏部托起(锁紧)或下放(摆动)。仪器外壳14内部和底部有磁屏蔽罩15，用来防止外界磁场的干扰。陀螺仪和经纬仪的连接靠经纬仪上部桥形支架9及陀螺压环8的压紧来实现。二者连接的稳定性是通过桥形支架顶部的三个球形顶针插入陀螺仪底部三条向心V形槽达到强制归心。

第二节 JT 15陀螺经纬仪的检修与校正

陀螺经纬仪是一种光机电相结合的精密仪器，操作方法比较特殊，必须经过培训后，方能操作使用。陀螺经纬仪经过长期使用及保存以后，各种几何关系也有可能发生变化，因此使用前应进行一定项目的检查与校正，必要时到指定部门维修。陀螺经纬仪主要包括三大部分即经纬仪、陀螺及电源箱。经纬仪的检验、校正及修理，前面已讲过了，这节主要介绍陀螺仪的检验与校正。但应强调指出，一般施工单位的测量人员不要自行拆修陀螺仪。

一、陀螺仪部分

(一)灵敏部悬挂带零位的检查

悬挂零位是指陀螺马达没有启动而下放时，陀螺灵敏部在悬挂带和导流丝扭力的作用下引起扭摆，其平衡位置是扭力矩为零的位置，这个位置应和目镜分划零刻线大致接近。

1． 检查方法

当检查陀螺经纬仪的固定照准部、陀螺仪照明给光时，下放陀螺灵敏部。观察目镜视场中光标像在分划板上的摆动，读出左右逆转点在分划板上的读数n 。(以格值计)。连续读取3～5个逆转点，按下式计算悬挂带零位：

A=12

1(a 1+3a 2+4a 3+a 5) 式中 a 1、a 2、a 3、a 5——逆转点格值读数(估读至0．1格)。

同时用秒表测定其摆动周期。方法是光标像穿过分划零刻度线瞬间启动秒表，光标像摆动1周后又穿过零刻线时制动秒表，所记录的时间称为自摆周期T 2。

悬挂零位应在±0．5格内，该仪器的自摆周期T 1应不小于35s ，且保持稳定不变；否则需要校正。

2．悬挂零位校正方法

旋下仪器上部外罩，其顶端侧面有一组校正螺钉，如图9—5所示。

校正时先旋松顶部固定螺钉1，然后对旋校正螺钉2、3。

当零位偏“+”时，先松右螺钉3，再紧左螺钉2；零位偏“一”

时，反之。反复进行几次，即可达到要求。每次调正后应随

即．固紧顶部螺钉。

(二)悬挂带部分

1．更换悬挂带

1)悬挂带断的原因

(1)仪器装箱运输时没有将制动手轮旋至定位销进入定位

孔内。

(2)在下放陀螺灵敏部时，用力太猛而振断。

(3)在陀螺灵敏部没有托起的情况下，随意转动经纬仪。

2)更换悬挂带的步骤

(1)将已断的悬挂带取下，打开上部外罩11(图9—4)(逆时

针旋转)，旋松螺丝18、19，即可取下已断的悬挂带。