陀螺经纬仪

陀螺经纬仪主要由一个高速旋转的转子支承在一个或两个框架上而构成。具有一个框架的称二自由度陀螺仪;具有内外两个框架的称三自由度陀螺仪。经纬仪上安置悬挂式陀螺仪,是利用其具指北性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。指北性,是指悬挂式者在受重力作用和地球自转角速度影响下,陀螺轴将产生进动、逐渐向真子面靠拢,最终达到以真子面为对称中心,作角简谐运动的特性。确定真子午线北方向的常用方法,有中天法和逆转点法。

主要应用于隧道施工测量,以及盾构掘进中的水平及真北方向测量,可大大弥补导线过长所造成的精度损失。

高速旋转的物体的旋转轴,对于改变其方向的外力作用有趋向于铅直方向的倾向。而且,旋转物体在横向倾斜时,重力会向增加倾斜的方向作用,而轴则向垂直方向运动,就产生了摇头的运动(岁差运动)。当陀螺经纬仪的陀螺旋转轴以水平轴旋转时,由于地球的旋转而受到铅直方向旋转力,陀螺的旋转体向水平面内的子午线方向产生岁差运动。当轴平行于子午线而静止时可加以应用。

吊线,照明灯,陀螺转子、指针、供电用馈线、反射镜、陀螺马达、刻度线、目镜)。陀螺经纬仪的陀螺装置由陀螺部分和电源部分组成。此陀螺装置与全站仪结合而成。陀螺本体在装置内用丝线吊起使旋转轴处于水平。当陀螺旋转时,由于地球的自转,旋转轴在水平面内以真北为中心产生缓慢的岁差运动。旋转轴的方向由装置外的目镜可以进行观测,陀螺指针的振动中心方向指向真北。利用陀螺经纬仪的真北测定方法有"追尾测定"和"时间测定"等。

追尾测定[反转法]

利用全站仪的水平微动螺丝对陀螺经纬仪显示岁差运动的刻度盘进行追尾。在震动方向反转的点上(此时运动停止)读取水平角。如此继续测定之,求得其平均震动的中心角。用此方法进行20分钟的观测可以求得+/-0。5分的真北方向。

时间测定[通过法]

用追尾测定观测真北方向后,陀螺经纬仪指向了真北方向,其指针由于岁差运动而左右摆动。用全站仪的水平微动螺丝对指针的摆动进行追尾,当指针通过0点时反复记录水平角,可以提高时间测定的精度,并以+/-20秒的精度求得真北方向。

隧道中心线测量

在隧道等挖掘工程中,坑内的中心线测量一般采用难以保证精度的长距离导线。特别是进行盾构挖掘(shield tunnel)的情况,从立坑的短基准中心线出发必须有很高的测角精度和移站精度,测量中还要经常进行地面和地下的对应检查,以确保测量的精度。特别是在密集的城市地区,不可能进行过多的检测作业而遇到困难。如果使用陀螺经纬仪可以得到绝对高精度的方位基准,而且可减少耗费很高的检测作业(检查点最少),是一种效率很高的中心线测量方法。

方向角获取

当有通视障碍,不能从已知点取得方向角时,可以采用天文测量或陀螺经纬仪测量的方法获取方向角(根据建设省测量规范)。与天文测量比较,陀螺经纬仪测量的方法有很多优越性:对天气的依赖少、云的多少无关、无须复杂的天文计算、在现场可以得到任意测线的方向角而容易计算闭合差。

真北测定

在城市或近郊地区对高层建筑有日照或日影条件的高度限制。在建筑申请时,要附加日影图。此日影图是指,在冬至的真太阳时的8点到16点为基准,进行为了计算、图面绘制所需要的高精度真北方向测定。使用陀螺经纬仪测量可以获得不受天气、时间影响的真北测量。

陀螺经纬仪精密定向方法目前常采用下列三种

一、跟踪逆转点法
二、中天法
三、陀螺静止位置法

这里介绍目前我们国内普遍采用的跟踪逆转点法。陀螺经纬仪用跟踪逆转点法在一个测点上进行定向时,其操作程序大致为:

1、严格整置经纬仪,架上陀螺仪,以一个测回测定测线方向值,然后将仪器大致对向北方;

2、下放灵敏部,进行测前零位观测;

3、进行粗略定向,它可由附件粗定向罗盘来完成,也可采用两点逆转点法,四分之一周期法和摆幅法来完成。

4、经纬仪旋转到粗定向方向位置,启动陀螺,待达到额定转速后缓慢的下放陀螺灵敏部,并进行限幅,用微动螺旋跟踪。跟踪要做到平稳和连续。切忌跟踪不及时,时而落后于灵敏部的摆动,时而很快赶上或超过很多。因这些情况都影响到结果精度。在摆动达到逆转点时,连续读取5个逆转点读数U1U2U3U4U5

5、锁紧陀螺并制动,进行测后零位观测;

6、以一个测回测定测线方向值,前后两测回的互差符合限差时,取其平均值作为测线方向值。定向边坐标方向角的计算步骤如下:陀螺方位角=测线方向值-陀螺北方向值地理方位角=陀螺方位角+仪器常数坐标方位角=地理方位角-子午线收敛角仪器常数可在已知方位角的导线上或三角点测定,按下式计算出仪器常数测量地理方位角时可用到。