全自動陀螺儀

AGP-1自動陀螺儀的操作步驟簡介。

1． 利用陀螺全站儀專用腳架（原配腳架）上的圓水準(zhǔn)器在測站點上完成腳架的近似對中和整平

2． 將陀螺儀架設(shè)在專用腳架上

3． 將陀螺儀與SET3B全站儀牢固對接（陀螺儀和全站儀上各有一個三角提示標(biāo)志）

4． 用數(shù)據(jù)電纜接通陀螺儀和SET3B

5． 將儀器對中整平

6． 將全站儀開機并完成度盤指標(biāo)設(shè)置后打開陀螺儀電源

7． 陀螺儀與SET3B間一致性的建立以及SET3B水平度盤置零

8． 按陀螺儀上的START（開始）鍵

9． 稍等片刻直到屏幕出現(xiàn)要求照準(zhǔn)提示

10． 根據(jù)提示按盤右，盤右，盤左，盤左的順序照準(zhǔn)目標(biāo)，按ENTER鍵將觀測值存入陀螺儀

11． 陀螺全站儀自動完成到目標(biāo)點的方位角計算并將結(jié)果顯示在陀螺儀屏幕上

12． 用原配的處理軟件將陀螺儀器存儲的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)進(jìn)行處理

（3） 陀螺全站儀各角度之間的關(guān)系。

A = 測站點至目標(biāo)點的天文方位角

E = 儀器常數(shù)

U = 擺動中心點

W = 指標(biāo)讀數(shù)

Z = 目標(biāo)點讀數(shù)平均值

γ= 子午線收斂角

N = 全站儀零方向方位角

t = 坐標(biāo)方位角

其中：

N = E U

A = N Z

（在中央子午線的東方，收斂角Y為正；在中央子午線的西方，Y為負(fù)。）

測量的結(jié)果，儀器會向用戶提供A值和全站儀零方向與北方向的偏差值N。對于Y值，用戶可以按照平面直角坐標(biāo)值或者按經(jīng)度和緯度進(jìn)行計算。

陀螺儀的應(yīng)用：與常規(guī)儀器相比，利用陀螺儀定向不需要羅盤等設(shè)備預(yù)先確定近似北方向，并且無需考慮通視和氣象情況、也不要求提供已知點等。除了在南北極點外，陀螺儀都能夠測定出真北方向。

陀螺儀尤其適用于地礦、煤礦、隧道、地鐵等地下工程，是其它儀器設(shè)備無法替代的理想定向和測量工具。

AGP-1全自動陀螺全站儀

（1） 簡介。

AGP-1自動陀螺全站儀由自動陀螺儀AGP-1和SET3B全站儀組成。

（2） 主要技術(shù)指標(biāo)。

1． 陀螺儀主要技術(shù)指標(biāo)。

陀螺儀尺寸及重量：300×300×440mm，10.4㎏。

AGP-1 的電機：電子指令控制的直流電機，加速功率1.0W。啟動時間約25秒，制動時間小于30秒。

陀螺儀機體：防壓機體，內(nèi)含陀螺電機，電子驅(qū)動部件，電源等。重力矩2NW，重量1.8㎏。

根據(jù)所需精度要求的不同，AGP-1提供有三種測量模式。無論用哪種測量模式操作，儀器都可在短時間內(nèi)向操作者提供測量結(jié)果。如下表所示。

*所列示的標(biāo)準(zhǔn)偏差為陀螺儀和全站儀的綜合精度。

1． SET3B全站儀主要技術(shù)指標(biāo)。

Y/JTD-1陀螺全站儀性能介紹

Y/JTD-1陀螺儀是中國人民解放軍1001工廠（西安航光儀器廠）生產(chǎn)的全自動積分式陀螺全站儀，該廠生產(chǎn)的陀螺全站儀現(xiàn)已裝備部隊200余臺套。該儀器能無依托，自主尋北，測定目標(biāo)方位角，具有精度高、定向時間短，自動化程度高，配備各款全站儀等優(yōu)點，尋北精度5秒。

精度…………………………………………………………………一次定向測量中誤差 ≤ 5 ″

定向時間…………………………………………………………………一測回定向時間≤12min

環(huán)境

濕度……………………………………………………………………………5%～98%（非冷凝）

工作溫度…………………………………………………………………………－20℃～ 50℃

貯存溫度…………………………………………………………………………－40℃～ 60℃

重量

陀螺儀主機…………………………………………………………………15kg（不含全站儀）

尺寸（寬×高）

陀螺儀主機………………………………………………………230 mm×450mm（不含全站儀）

可靠性………………………………………………………………MTBF≥400h，MTTR ≤ 30min

壽命………………………………………………………………15年（陀螺電機2000工時更換）

定向方式………………………………………………………擺式下懸掛陀螺定向、積分法測量

自動化程度…………………………………………………………………………………全自動2100433B

1大型隧道貫通測量

2 地鐵工程測量

3 礦山工程測量

4 導(dǎo)彈發(fā)射瞄準(zhǔn)系統(tǒng)

5 炮兵陣地聯(lián)測

6 建立方位基準(zhǔn)及導(dǎo)航設(shè)備表校等領(lǐng)域

自動陀螺儀的工作原理

（1） 陀螺的進(jìn)動性

1． 繞自身回轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)的剛體稱為陀螺。

2． 陀螺有三個軸（圖2）。其中一個為回轉(zhuǎn)軸，另外兩個在這里先分別稱為主軸和次軸。回轉(zhuǎn)軸沿垂直線轉(zhuǎn)動，主軸沿過垂直線與圖示紙張同平面的平面旋轉(zhuǎn)，次軸沿過垂直線且與圖示紙張平面垂直的平面旋轉(zhuǎn)（如下圖所示）。

3． 回轉(zhuǎn)軸是陀螺工作的動力源。主軸是驅(qū)動軸，次軸是從動軸。

4． 如果陀螺沿回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，并且有外力矩加在主軸上，那么次軸將產(chǎn)生進(jìn)動，此時沿主軸方向的強度很大不會發(fā)生彎曲等；這是陀螺運動的一個特性。事實上，當(dāng)在次軸上加一外力矩時，在主軸上同樣也產(chǎn)生進(jìn)動；當(dāng)在主軸和次軸上同時施加外力矩時，則在主軸和次軸上同時產(chǎn)生進(jìn)動。簡單地說就是：有外加力矩存在時，陀螺轉(zhuǎn)子軸向外加力矩的方向進(jìn)動。

上式表示：

外力矩作用的結(jié)果，是改變回轉(zhuǎn)動量矩的方向；并且陀螺進(jìn)動角速度的方向與外加力矩的方向相互垂直（“平行四邊形法則”知識從略）。

（2） 陀螺的定軸性

1． 勻速自轉(zhuǎn)（沿回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動）的陀螺在沒有任何外力矩作用時，力圖在它本身轉(zhuǎn)動慣量的維持下，使其自轉(zhuǎn)軸指向慣性空間恒定的初始方向，這是陀螺的定軸性（圖3）。

2． 當(dāng)陀螺高速旋轉(zhuǎn)時，在有外力矩作用時，陀螺回轉(zhuǎn)軸按等角速度進(jìn)動；當(dāng)陀螺不轉(zhuǎn)動時，在同樣的外力矩作用下，陀螺按等角加速度進(jìn)動。就是說由于陀螺的高速轉(zhuǎn)動，降低了外加力矩對陀螺回轉(zhuǎn)軸在空間方向的影響。這種特性也是陀螺的定軸性。

（3） 陀螺尋北說明

首先說明一點，陀螺沿圖3所示方向轉(zhuǎn)動時，陀螺對中心點的動量矩h的方向如圖所示。

圖3

如圖4所示，假設(shè)當(dāng)陀螺不旋轉(zhuǎn)時，平衡物體與陀螺平衡，平衡桿是水平的（“杠桿平衡原理”知識從略）。當(dāng)將平衡物體向右（或向左）移動時，陀螺會上升（或下降）運動。

如圖5所示，在平衡桿平衡時假設(shè)用馬達(dá)帶動陀螺使其高速旋轉(zhuǎn)（方向如圖所示，面向紙張方向、順時針由外向內(nèi)轉(zhuǎn)動），此時將平衡物體向左移動，陀螺并不向上運動而是整個系統(tǒng)繞支點逆時針方向進(jìn)動（分析看圖5右側(cè)矢量圖）。若將平衡物體向右移動，則整體系統(tǒng)繞支點順時針方向進(jìn)動（圖6，分析看右側(cè)矢量圖）。

對于懸掛在某處（南北極點除外）用于測定北方向的陀螺儀而言，由于地球不斷地由西向東自轉(zhuǎn)，對慣性空間來講陀螺儀地點的重力方向不斷變化；另外陀螺儀的重心在懸掛點下面（圖7，陀螺由通過其重心的懸掛帶掛著），重力（mg，其中m為陀螺的質(zhì)量；g為重力加速度。）力圖讓陀螺回轉(zhuǎn)軸維持在水平方向，結(jié)果相當(dāng)于有一個指向北方向的外力矩（重力矩）作用于陀螺儀。陀螺沿回轉(zhuǎn)軸高度旋轉(zhuǎn)時，陀螺的動量矩按照最小夾角方向向外力矩方向進(jìn)動，陀螺軸就自動尋北了。當(dāng)進(jìn)動到陀螺回轉(zhuǎn)軸指向真北方向時，陀螺動量矩于重力矩重合，但由于慣性的作用，陀螺部繼續(xù)進(jìn)動，后由于摩擦阻力矩、懸掛帶扭矩的作用，使陀螺進(jìn)動到一定位置停下來。隨后再因為重力方向的改變重復(fù)前面的過程。結(jié)果就構(gòu)成了一個圍繞地軸（真北）方向的往復(fù)擺動，該擺動的重心就是真北方向（參看圖1所示）。

（4） AGP-1自動陀螺全站儀

與傳統(tǒng)的陀螺經(jīng)緯儀相比，AGP-1自動陀螺全站儀的特點在于自動上。用戶在短時間內(nèi)可完成定向。

三、Y/GTD系列陀螺全站儀

上世紀(jì)60年代開始，為滿足軍隊上的需要，中國人民解放軍1001工廠與西安測繪研究所合作研發(fā)生產(chǎn)陀螺全站儀，60年代初就研制出了下架式陀螺經(jīng)緯儀，如MZ115-5，80年代又合作開發(fā)出了TDJ—88型陀螺經(jīng)緯儀，該中型號陀螺儀已經(jīng)大量裝備部隊，90年代又開發(fā)出Y/JTG-1，2000年后有研制出Y/JTD-2和Y/JTD-1陀螺全站儀。

1 陀螺儀利用積分法測量，優(yōu)于目前市場上的逆轉(zhuǎn)點法設(shè)備，全自動實現(xiàn)快速高精度尋北。

2基準(zhǔn)鏡設(shè)置及零位修正程序，實現(xiàn)高精度定向

3 采用直流永磁陀螺電機，陀螺旋轉(zhuǎn)精度高，轉(zhuǎn)動無死點，陀螺敏感部溫升小。

4 陀螺敏感部采用下掛式擺式陀螺，便于操作安裝

5 多層磁屏機構(gòu)，屏蔽外部磁場，提高設(shè)備抗干擾能力。

6 陀螺儀與全站儀采用合理、可靠的機械及通信接口處理

7 使用市場上多品牌全站儀，方便接駁不同類型的全站儀產(chǎn)品。

8 廣泛使用與地下工程定向，盾構(gòu)導(dǎo)向等工程應(yīng)用

成功應(yīng)用

目前該陀螺儀已形成系列化成品，并可選配不同品牌的全站儀，經(jīng)緯儀，以滿足不同用戶的需求。相關(guān)產(chǎn)品已在總參測繪局、二炮裝備200多臺套。2009年，我們的產(chǎn)品已成功在中石油管道局、長江盾構(gòu)工程、西安地鐵、山西陜北河南福建數(shù)家煤礦裝備局等單位的重大項目中。