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標(biāo)題: 陀螺儀原理及YJTG構(gòu)造和工作流程詳解 [打印本頁(yè)]
作者: dannydai    時(shí)間: 2017-5-21 14:27
標(biāo)題: 陀螺儀原理及YJTG構(gòu)造和工作流程詳解

目 次

1  陀螺及其特性

1.1              陀螺

1.2              擺式陀螺儀

1.3              陀螺儀的基本特性

1.4              擺式陀螺儀尋北原理

1.5              積分式陀螺經(jīng)緯儀的定向原理

2              Y/JTG-1陀螺經(jīng)緯儀的主要結(jié)構(gòu)

2.1              總體構(gòu)成

2.2              主要技術(shù)指標(biāo)

2.3              Y/JTG-1A型積分式陀螺經(jīng)緯儀工作流程

2.4              陀螺儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)及光學(xué)系統(tǒng)

2.5              自動(dòng)積分及測(cè)量控制電路

3              定向測(cè)量作業(yè)程序

3.1              測(cè)前準(zhǔn)備

3.2              儀器各功能選擇

3.3              方位角的測(cè)量

4              作業(yè)中的注意事項(xiàng)

5              儀器參數(shù)的設(shè)置

5.1              自擺周期和啟動(dòng)不跟蹤周期的測(cè)定

5.2              儀器常數(shù)C的標(biāo)定

5.3              時(shí)間設(shè)置

6              儀器的一般調(diào)校

6.1              管狀水準(zhǔn)器的調(diào)校

6.2              陀螺靈敏部懸?guī)ちα阄坏恼{(diào)校

6.3              激光對(duì)點(diǎn)器的調(diào)校

7              陀螺經(jīng)緯儀的維護(hù)與保養(yǎng)            


1  陀螺及其特性1.1         陀螺
凡是繞定點(diǎn)高速旋轉(zhuǎn)的物體，或繞自身軸高速旋轉(zhuǎn)的任意剛體，都稱為陀螺。如圖1-1所示，設(shè)剛體上有一等效的方向支點(diǎn)O。以O(shè)為原點(diǎn)，作固定在剛體上的動(dòng)坐標(biāo)系O-XYZ。剛體繞此支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度在動(dòng)坐標(biāo)軸上的分量分別為ωx、ωy、ωz，若能滿足以下條件：
ωz＞＞ωx
ωz＞＞ωy
ωz≈Const                                             （1-1）
這種類型的剛體統(tǒng)稱為陀螺。OZ軸是高速旋轉(zhuǎn)軸，也稱陀螺轉(zhuǎn)子軸。剛體一面繞OZ軸作等速旋轉(zhuǎn)，另一方面還可以繞OX及OY軸作較慢的轉(zhuǎn)動(dòng)。前者稱為自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，后者稱為進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

圖1-1 陀螺定義示意圖
1.2         擺式陀螺儀
擺式陀螺儀如圖1-3所示，即在陀螺儀軸上加上懸重G，則重心由陀螺儀中心O下移到O′點(diǎn)，結(jié)果便限制了繞Y軸旋轉(zhuǎn)的自由度。亦即X軸受懸重G的作用，而永遠(yuǎn)趨于和水平面平行的狀態(tài)，或者說(shuō)陀螺自轉(zhuǎn)軸的俯仰受到一定限制。由此可知，擺式陀螺儀具有兩個(gè)完全的自由度和一個(gè)不完全的自由度，故也稱為二個(gè)半自由度陀螺儀。
1-陀螺轉(zhuǎn)子  2-內(nèi)平衡環(huán)  3-外平衡環(huán)  4-底座

圖1-2 三自由度陀螺懸掛裝置圖圖1-3 變自由陀螺儀為擺式陀螺儀
1.3         陀螺儀的基本特性
陀螺儀有兩個(gè)非常重要的特性，即定軸性和進(jìn)動(dòng)性。對(duì)于由高速轉(zhuǎn)子組成的陀螺儀來(lái)說(shuō)，不管它們的用途如何不同，結(jié)構(gòu)上如何變化，它們都是按照陀螺的這兩個(gè)基本特性來(lái)工作的。
為了說(shuō)明自由陀螺儀的兩個(gè)特性，可用如圖1-4所示的實(shí)驗(yàn)儀器做一個(gè)實(shí)驗(yàn)。
首先，把衡重A移至使杠桿達(dá)到靜平衡的位置上，然后使陀螺高速旋轉(zhuǎn)，這時(shí)看到陀螺旋轉(zhuǎn)軸的空間方向始終保持不變，圖中指向左邊。證實(shí)無(wú)外力作用，陀螺轉(zhuǎn)軸方向具有恒定不變的特性。因此將陀螺儀裝在飛行器內(nèi)，如果陀螺軸系沒(méi)有摩擦，無(wú)論飛行器怎樣傾斜、轉(zhuǎn)彎、俯仰等，陀螺轉(zhuǎn)子軸的方向始終指向初始恒定的方向。
圖1-4 自由陀螺儀特性實(shí)驗(yàn)儀

如果將衡重A向左移動(dòng)一小段距離，在陀螺不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，杠桿將在豎直面內(nèi)產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻霓D(zhuǎn)動(dòng)，即左端下降、右端上升。但是當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，杠桿不作上下傾斜運(yùn)動(dòng)，而是仍然保持水平，且在水平面內(nèi)作逆時(shí)針?lè)较虻霓D(zhuǎn)動(dòng)（從上向下看），這種現(xiàn)象就是所謂的“進(jìn)動(dòng)”。如果將衡重A向右邊移動(dòng)一小段距離，在陀螺轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，也將產(chǎn)生“進(jìn)動(dòng)”，不過(guò)進(jìn)動(dòng)方向和上述方向相反，即杠桿在水平面內(nèi)作順時(shí)針?lè)较虻霓D(zhuǎn)動(dòng)。
1.4         擺式陀螺儀尋北原理
陀螺經(jīng)緯儀上的陀螺儀，其支點(diǎn)不在三軸的交點(diǎn)上，而是將陀螺儀用彈性懸?guī)覓熘c(diǎn)在彈性懸?guī)隙说闹c(diǎn)O上，如圖1-5所示，O點(diǎn)對(duì)整個(gè)陀螺儀來(lái)講是個(gè)不動(dòng)點(diǎn)。
圖1-5擺式陀螺儀受重力作用的情況
由圖1-5中知道，當(dāng)陀螺主軸x水平時(shí)，重力P的方向既通過(guò)重心O′，也通過(guò)陀螺儀的支點(diǎn)O，重力矩為零，對(duì)陀螺儀不發(fā)生作用，因此陀螺不產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)。但是當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)了β角之后，陀螺主軸相對(duì)地平面AB，升高了β角，即圖中x軸方向與A′B′之間的夾角(A′B′／／AB)。這時(shí)陀螺儀的重力P的方向不再通過(guò)陀螺儀的支點(diǎn)O，而產(chǎn)生了力臂為1sinβ的重力矩(擺力矩)MP，即
                                  （1-2）
式中   l為陀螺儀懸掛點(diǎn)O至重心O′之間的距離；
  P為陀螺儀靈敏部的重量，其值為mg；
β為陀螺儀主軸與地平面之間的夾角(傾角)。
由陀螺進(jìn)動(dòng)規(guī)律知道，重力矩MP的矢量在y軸上，它作用在陀螺儀主軸上，陀螺一旦旋轉(zhuǎn)，便產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)。陀螺主軸的進(jìn)動(dòng)角速度ωP應(yīng)與外力矩MP成正比，而與陀螺儀的動(dòng)量矩成反比，即
                                  （1-3）
從上式看出，當(dāng)陀螺儀的P、l、H選定之后，進(jìn)動(dòng)角速度ωP的大小完全隨著高度角β的大小變化而變化，而β的變化卻是地球自轉(zhuǎn)所造成的。這樣便發(fā)生了在地球自轉(zhuǎn)有效分量ωy和重力矩Mp。綜合作用下，使陀螺主軸總是向子午面方向進(jìn)動(dòng)的效應(yīng)。造成這種進(jìn)動(dòng)效應(yīng)的力矩我們稱為指向力矩，其大小為
                             （1-4）
式中   ωE為地球自轉(zhuǎn)角速度；
H為陀螺自轉(zhuǎn)的動(dòng)量距(角動(dòng)量)；
φ為測(cè)站的地理緯度；
α為陀螺自轉(zhuǎn)軸與子午線的水平夾角。
指向力矩MH表示將陀螺儀主軸進(jìn)動(dòng)至子午面的力矩大小。由式1-4可以看出，在赤道上φ=0，cosφ=1，陀螺進(jìn)動(dòng)的指向力矩MH值最大，而在南、北極φ=90°，cosφ=0，MH=0。由此可見(jiàn)，陀螺經(jīng)緯儀放在兩極，無(wú)指向力矩，陀螺經(jīng)緯儀不產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)，所以也就無(wú)法定向。實(shí)際上指向力矩的大小是從赤道向兩極逐漸變化的，到了高緯度變得很小，因此當(dāng)φ大于75。后，陀螺經(jīng)緯儀便失去了定向的能力。因此，在兩極和高緯度的地方，不能用陀螺經(jīng)緯儀定向。
在指向力矩的作用下，陀螺主軸向子午面的進(jìn)動(dòng)過(guò)程同扭擺一樣是一個(gè)往復(fù)的周期運(yùn)動(dòng)。如圖1-6所示，A位置時(shí)，陀螺主軸的傾角為β，并以ωP，的角速度向子午面進(jìn)動(dòng)；當(dāng)進(jìn)動(dòng)到子午面后，即B位置時(shí)因α=0，ωy將不再引起指向力矩，理應(yīng)停止進(jìn)動(dòng)，然而此時(shí)的β角為最大，則ωP也最大，故陀螺主軸以最大的角速度越過(guò)子午線；當(dāng)?shù)竭_(dá)C位置時(shí)β逐漸減小，ωP逐漸減小到零，隨著α增大(反方向)指向力矩加大，這時(shí)指向力矩及角速度的方向與A位置相反，即陀螺主軸又開(kāi)始返回向子午面進(jìn)動(dòng)。從而形成了陀螺主軸圍繞子午線作往復(fù)擺動(dòng)的情況。這樣一來(lái)，就給陀螺儀尋找真北方向帶來(lái)了實(shí)際可能。
圖1-6擺式陀螺儀向子午面的進(jìn)動(dòng)
綜前所述，擺式陀螺儀主軸所以能夠跟蹤子午面運(yùn)動(dòng)，主要是ωv (地轉(zhuǎn)垂直分量)、ωy(地轉(zhuǎn)有效分量)、MP(重力矩)等幾個(gè)重要因素綜合影響的結(jié)果，這些因素促使主軸的方位角和高度角處于不停的變化過(guò)程之中。下面通過(guò)圖解法分析軸系間無(wú)摩擦的理想情況下，陀螺主軸北端相對(duì)地球的運(yùn)動(dòng)軌跡，即對(duì)子午面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
如圖1-7所示，過(guò)陀螺儀中心O作地平面ESWN和子午面SZNPNN。在陀螺儀主軸的北面，作垂直于地平面和子午面的一個(gè)平面AA′，稱它為陀螺主軸相對(duì)地球運(yùn)動(dòng)軌跡的投影面。MM′為當(dāng)?shù)刈游缑娴耐队熬�，HH′為當(dāng)?shù)厮矫娴耐队熬�。O′α和O′β構(gòu)成陀螺主軸方位角和高度角變化的直角座標(biāo)系。
圖1-7擺式陀螺儀主軸運(yùn)動(dòng)的軌跡
假設(shè)開(kāi)始的時(shí)候，陀螺主軸水平放置，且向東偏離子午線為α角指向1點(diǎn)，無(wú)外力作用，暫時(shí)穩(wěn)定于1點(diǎn)，但是由于地轉(zhuǎn)有效分量ωy的作用，水平面相對(duì)主軸是東面下降而西面上升，主軸相對(duì)水平面則是東面抬高西面下降。且此時(shí)水平面變化的速度較快，于是主軸出現(xiàn)了抬高角β，從而產(chǎn)生了作用在內(nèi)環(huán)軸上的重力矩MP，在MP的作用下，主軸應(yīng)該開(kāi)始向子午面進(jìn)動(dòng)。但當(dāng)MP很小，進(jìn)動(dòng)角速度ωP小于地轉(zhuǎn)角速度垂直分量ωv時(shí)，主軸仍繼續(xù)相對(duì)子午面向東偏離，同時(shí)β角也繼續(xù)增大，直至β=β0時(shí)，主軸指向2點(diǎn)，ωP與ωv相等，主軸就不再向東運(yùn)動(dòng)暫停于2點(diǎn)片刻,我們把2點(diǎn)稱為逆轉(zhuǎn)點(diǎn)。
但是，由于地轉(zhuǎn)有效分量ωy不停的作用,且此時(shí)變化最快，所以β角繼續(xù)增大，MP也繼續(xù)增大，ωP大于ωv (主軸進(jìn)動(dòng)角速度大于子午面進(jìn)動(dòng)的角速度)，主軸逐漸回到子午面。由于主軸抬高的較慢，遠(yuǎn)小于進(jìn)動(dòng)角速度ωP，所以較快的到達(dá)子午面3點(diǎn)上,此時(shí)α=0，ωy不起作用，β和ωP都達(dá)到了最大值，并超過(guò)ωv很多，所以不在子午面停留，將以最大角速度越過(guò)子午面向西運(yùn)動(dòng)，偏離α角。由于主軸運(yùn)行到子午面以西，ωy又使水平面西端相對(duì)陀螺主軸不斷抬高，而β角及ωP將逐漸減小。當(dāng)β=β0,即ωP=ωv時(shí)，到達(dá)了另一個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)4，主軸與子午面又處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，好像主軸不動(dòng)一樣。
當(dāng)主軸運(yùn)動(dòng)到β小于β0時(shí)，ωP又開(kāi)始小于ωv，主軸又逐漸向子午面靠近至5點(diǎn)，此時(shí)β=0，主軸回到水平面，ωP應(yīng)為零。然而由于ωy的不斷作用，主軸將繼續(xù)下降，當(dāng)主軸低于水平面時(shí)，MP出現(xiàn)負(fù)值，加到y(tǒng)軸反向，ωP的方向也相反，主軸將加速向子午面進(jìn)動(dòng)，且β的負(fù)值越來(lái)越大。當(dāng)主軸回到子午面內(nèi)時(shí)，主軸位于最低點(diǎn)6，α=0，ωy對(duì)主軸抬高不起作用。然而由于最大負(fù)重力矩的作用，主軸又以最大進(jìn)動(dòng)角速度ωP向東偏離子午面，繼續(xù)原來(lái)的進(jìn)動(dòng)過(guò)程。
從以上描述可知，陀螺主軸北端繞子午面的運(yùn)動(dòng)，是受ωv、ωy、MP、ωP等重要因素制約的，是它們聯(lián)合影響的結(jié)果。運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是周而復(fù)始的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)動(dòng)的軌跡為一很扁的橢圓軌道。
擺式陀螺經(jīng)緯儀相對(duì)地球運(yùn)動(dòng)的無(wú)阻尼非嚴(yán)格微分方程式為
                （1-5）
                            （1-6）
式中α、β較小，故sinα≈α，sinβ≈β，MP=Pl。
此方程式中，假定靠近北方陀螺軸正端在地平面以上的β為正值，α規(guī)定為從北順時(shí)針計(jì)量，當(dāng)盧為正值時(shí)，引起陀螺軸正端反時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)動(dòng)，因此MPβ／H前加一負(fù)號(hào)。
由式1-6得
                                     （1-7）
將式1-7代入式1-5得
                            （1-8）
將上式乘以MP／H得二階齊次微分方程式
                             （1-9）
設(shè)陀螺軸正端在東逆轉(zhuǎn)點(diǎn)，即α=α東=α0、β=0時(shí)，t=0。解此式可得
                           （1-10）
                （1-11）
由式1-10和式1-11可得陀螺儀軸正端運(yùn)動(dòng)軌跡方程式為
                              （1-12）
從上式看出，陀螺主軸相對(duì)子午面的運(yùn)動(dòng)軌跡為一個(gè)橢圓。因?yàn)?HωE·cosφ)／MP是很小的真分?jǐn)?shù)，所以橢圓長(zhǎng)軸α0。比短軸大的多，其軌跡則是很扁的橢圓。
當(dāng) 等于2π時(shí)，t即為無(wú)阻尼周期T，得
                                  （1-13）
陀螺主軸沿橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)一周所需的時(shí)間稱為擺動(dòng)周期T。理想的陀螺儀其主軸繞子午面的運(yùn)動(dòng)是一種永不衰減的簡(jiǎn)諧擺動(dòng)。但實(shí)際上，陀螺經(jīng)緯儀的擺動(dòng)系統(tǒng)是處于空氣之中，陀螺軸在軸承中又有摩擦，使陀螺儀軸的擺動(dòng)振幅在方位上和高度上產(chǎn)生逐漸衰減。衰減程度與摩擦力矩的大小有關(guān)，擺動(dòng)的情況決定于摩擦力矩是否保持一致。當(dāng)摩擦力矩的大小和方向都不變時(shí)，這種微弱的衰減具有一定的規(guī)律性，即衰減系數(shù)K(等于前后兩個(gè)擺幅的比值)將保持常數(shù)，如圖1-8所示。K為
                            （1-14）
圖1-8陀螺軸擺動(dòng)的周期及衰減現(xiàn)象
1.5         積分式陀螺經(jīng)緯儀的定向原理
擺式陀螺儀中，陀螺軸擺動(dòng)平衡位置和真北方向以及懸?guī)ちα阄恢g，存在著一個(gè)確定的關(guān)系。如圖1-9所示，假定陀螺儀安置后，陀螺軸偏離真北方向N角，由于懸?guī)Х戳氐淖饔茫雇勇葺S擺動(dòng)的平衡位置處于儀器零位（參考反射鏡法線）和真北之間，此時(shí)，陀螺軸擺動(dòng)的平衡位置是在彈性扭力矩與陀螺指北力矩的共同作用下產(chǎn)生的，此時(shí)可得到如下力矩平衡方程：
                                 (1-15)

式中：K—懸?guī)ちα阄慌c陀螺平衡位置之間的夾角；

N—懸?guī)ちα阄慌c真北方向之間的夾角；

DB—懸?guī)ち叵禂?shù)；

DK—陀螺指北力矩系數(shù)。

若令K=DB/DK，則

                                     (1-16)

圖1-9積分定向測(cè)量原理圖

根據(jù)擺式陀螺運(yùn)動(dòng)的函數(shù)表達(dá)式(12)，可以從任一時(shí)刻t0起，對(duì)進(jìn)行一個(gè)周期的積分，即

           

                         (1-17)

由此得

                                         (1-18)

式中，S為積分值；T為陀螺軸的擺動(dòng)周期；K為零位與平衡位置之間的夾角。
為消除懸?guī)ちα阄坏淖兓瘞?lái)的影響，需對(duì)陀螺敏感部自擺信號(hào)進(jìn)行積分，求得懸?guī)ちα阄弧Ｍ瑫r(shí)考慮到光學(xué)系統(tǒng)和光電檢測(cè)元件零位的變化，陀螺儀設(shè)置了參考基準(zhǔn)鏡，所有積分值都以該基準(zhǔn)鏡的積分值為基準(zhǔn)進(jìn)行比較。這樣，(1－18)式變?yōu)?/font>

                              (1-19)

式中，B為懸?guī)ちα阄唬越侵当硎镜姆e分值；0為基準(zhǔn)鏡法線零位與光電檢測(cè)元件零位之間的夾角，以角值表示的參考基準(zhǔn)鏡法線方向的積分值；K為力矩比例參數(shù)；N為陀螺方位角。
擺動(dòng)積分法定向測(cè)量的基本特點(diǎn)是設(shè)計(jì)積分電路，對(duì)陀螺軸的自擺和進(jìn)動(dòng)信號(hào)及陀螺敏感部自擺的信號(hào)，進(jìn)行一個(gè)完整周期的高密度數(shù)據(jù)采樣并累加計(jì)算，求得陀螺軸擺動(dòng)的平衡位置（即測(cè)站的真北方向）。
實(shí)際定向中，陀螺軸的擺動(dòng)信號(hào)的輸出由安裝在陀螺敏感部上的反光鏡（擺鏡）完成。擺鏡隨陀螺敏感部繞真北方向擺動(dòng)，測(cè)量光路中的固定光線經(jīng)擺鏡反射后產(chǎn)生偏折，偏折后的光線成像于光電敏感器件之上，由光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)V(電壓)/F(頻率)變化后由控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采集。采集數(shù)據(jù)經(jīng)基準(zhǔn)鏡與懸?guī)ちα阄粶y(cè)量數(shù)據(jù)修正，與經(jīng)緯儀水平角讀數(shù)一起由數(shù)據(jù)處理軟件計(jì)算后，輸出目標(biāo)的陀螺方位角。
2           Y/JTG-1陀螺經(jīng)緯儀的主要結(jié)構(gòu)2.1         總體構(gòu)成
陀螺經(jīng)緯儀主要由陀螺儀、經(jīng)緯儀兩大部分組成，各部分的組成詳見(jiàn)圖2-1。
陀螺儀主要包括陀螺敏感部、光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)、輸電機(jī)構(gòu)、測(cè)量控制及數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)，完成儀器的尋北。
經(jīng)緯儀包括電子測(cè)角、光電測(cè)距、測(cè)量控制及數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)，完成目標(biāo)點(diǎn)水平方向值、水平距離及高差的測(cè)定。
圖2-1  Y/JTQ-1陀螺經(jīng)緯儀組成框圖
Y/JTG-1陀螺經(jīng)緯儀主要部件及其名稱見(jiàn)圖2-2。


圖2-2  Y/JYG-1陀螺經(jīng)緯儀主要部件及其名稱示意圖
2.2         主要技術(shù)指標(biāo)
1） 定向精度(1)：≤7；
2） 一次定向測(cè)量時(shí)間：≤20min；
3） 陀螺電機(jī)工作壽命：≥1000h；
4） 儀器工作環(huán)境溫度：-10℃～+45℃；
5)  儀器工作環(huán)境相對(duì)濕度：5%～98%（非冷凝）。
2.3         Y/JTG-1A陀螺經(jīng)緯儀工作流程

圖2-3  Y/JTG-1A陀螺經(jīng)緯儀工作流程框圖

在地球自轉(zhuǎn)的作用下，懸掛于懸?guī)贤勇菝舾胁棵舾械厍蜃赞D(zhuǎn)角速度的水平分量，形成參照真北方向進(jìn)行的往復(fù)方位進(jìn)動(dòng)，其信號(hào)通過(guò)與陀螺敏感部固聯(lián)的反光鏡（擺鏡）造成測(cè)量光路中固定光線反射后產(chǎn)生偏折輸出至光電敏感器件之上，由光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)V(電壓)/F(頻率)變化后由積分測(cè)量控制裝置采集，所采集數(shù)據(jù)與經(jīng)緯儀水平角讀數(shù)一起由操作軟件計(jì)算后，積分測(cè)量控制裝置輸出目標(biāo)的陀螺方位角。為消除光電零位及懸?guī)ちα阄蛔兓瘞?lái)的測(cè)量誤差，在測(cè)量步驟中設(shè)置了基準(zhǔn)鏡測(cè)量及測(cè)前、測(cè)后零位測(cè)量。

目標(biāo)點(diǎn)的水平距離、高差及水平方向值由經(jīng)緯儀測(cè)定，傳輸至積分測(cè)量控制裝置后統(tǒng)一輸出。

2.4         陀螺儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)及光學(xué)系統(tǒng)
1—陀螺敏感部  2—跟蹤旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)  3—鎖放機(jī)構(gòu)
4—輸電機(jī)構(gòu)  5—懸?guī)?
圖2-4積分式陀螺儀機(jī)械機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

如圖2-4所示，陀螺儀在結(jié)構(gòu)上分為陀螺敏感部、鎖放機(jī)構(gòu)、輸電機(jī)構(gòu)及跟蹤旋機(jī)構(gòu)等幾部分。

陀螺敏感部是陀螺儀的關(guān)鍵部件，它敏感地球自轉(zhuǎn)的水平分量，形成參照真北方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到定向的目的。主要由陀螺電機(jī)、陀螺房體及懸掛機(jī)構(gòu)等組成，結(jié)構(gòu)見(jiàn)示意圖2-5。
1—陀螺電機(jī)  2—內(nèi)房體  3—懸?guī)?/font>
4—擺鏡  5—外房體
圖2-5陀螺敏感部結(jié)構(gòu)示意圖
陀螺電機(jī)固定在陀螺房體中，懸掛機(jī)構(gòu)中的懸?guī)Вǖ踅z）將陀螺房體處于自由懸掛的狀態(tài)，在懸掛機(jī)構(gòu)的上方固定反光鏡（擺鏡），通過(guò)擺鏡對(duì)固定光線的反射，將陀螺敏感部的進(jìn)動(dòng)信號(hào)傳遞給光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，在陀螺房體及阻尼筒外均設(shè)置磁屏蔽機(jī)構(gòu)（隨動(dòng)磁屏及靜磁屏），消除外界磁場(chǎng)對(duì)儀器尋北精度的干擾，鎖放機(jī)構(gòu)確保陀螺敏感部在工作時(shí)處于懸掛狀態(tài)，在非工作時(shí)處于固定狀態(tài)。
陀螺電機(jī)采用的是永磁直流陀螺電機(jī)，工作壽命1000小時(shí)以上，轉(zhuǎn)速16000轉(zhuǎn)/分鐘，啟動(dòng)時(shí)間與制動(dòng)時(shí)間均為100秒左右，具有轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)死點(diǎn)及工作時(shí)溫升小等優(yōu)點(diǎn)，可保證儀器工作的可靠性及穩(wěn)定性。
陀螺房體分內(nèi)、外房體，均為對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，這樣就確保了陀螺敏感部的靜平衡，陀螺電機(jī)固定在內(nèi)房體上后整體安裝在外房體上，在外房體外設(shè)置有屏蔽磁屏（隨動(dòng)磁屏），用于減弱或消除陀螺電機(jī)不同停止位置的磁場(chǎng)差異對(duì)儀器零位的影響。
懸掛機(jī)構(gòu)中的懸?guī)В欢斯潭ㄔ谏蠋A上與儀器座體連接，另一端固定在下帶夾上與陀螺房體連接，這樣使整個(gè)陀螺房體及陀螺電機(jī)處于自由懸掛狀態(tài)，懸?guī)У牟牧喜捎昧W(xué)性能穩(wěn)定的3J23精密彈性合金，制成后真空回火，以提高陀螺敏感部扭矩零位的穩(wěn)定性。
懸掛機(jī)構(gòu)的上部，固定有一個(gè)反光鏡（擺鏡），當(dāng)陀螺敏感部擺動(dòng)時(shí)，擺鏡隨之?dāng)[動(dòng)，通過(guò)其對(duì)固定光線的反射，將陀螺敏感部的擺動(dòng)信號(hào)傳遞給光電轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。
陀螺敏感部外側(cè)，加設(shè)多層磁屏蔽筒（定磁屏），屏蔽筒采用1J79永磁合金，減小外界磁場(chǎng)對(duì)陀螺敏感部進(jìn)動(dòng)信號(hào)的干擾。
鎖放機(jī)構(gòu)是使陀螺敏感部在工作狀態(tài)下處于自由懸掛的狀態(tài)，在非工作狀態(tài)下處于固定的狀態(tài)，采用的是徑向旋轉(zhuǎn)鎖緊的雙向楔塊機(jī)構(gòu)，可使陀螺敏感部的平穩(wěn)鎖放，確保步進(jìn)迭代的有效性，縮短定向測(cè)量時(shí)間。
1—鎖放手輪  2—鎖放螺桿  3—鎖緊碗
4—下楔塊  5—鎖緊螺母   6—上楔塊
圖2-6鎖放機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

如圖2-6所示，當(dāng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)鎖放手輪，鎖放螺桿帶動(dòng)兩個(gè)鎖放螺母向內(nèi)閉合，通過(guò)上楔塊將錐狀鎖緊碗頂起，鎖緊碗與陀螺敏感部外房體下部接觸后一同向上，直至陀螺敏感部上部與儀器上錐接觸，兩端將陀螺敏感部夾緊；當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)鎖放手輪，下楔塊帶動(dòng)鎖緊碗向下，當(dāng)懸?guī)⑼勇菝舾胁繎覓旌箧i緊碗繼續(xù)向下與之脫離，使陀螺敏感部處于自由懸掛狀態(tài)。
在鎖緊碗上固定有楔型定位塊，一則使陀螺敏感部每次鎖緊的角度基本一致，二則將陀螺敏感部工作時(shí)的旋轉(zhuǎn)限制在一定范圍，避免其旋轉(zhuǎn)角度過(guò)大造成懸?guī)p壞。
儀器在尋北過(guò)程中，陀螺敏感部在自由懸掛的狀態(tài)下，與儀器外殼有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，輸電機(jī)構(gòu)的功能就是為運(yùn)動(dòng)中的陀螺供電，主要包括有輸電盤(pán)及導(dǎo)流絲等。
陀螺驅(qū)動(dòng)板上的電流，通過(guò)4根導(dǎo)流絲傳遞給陀螺電機(jī)，導(dǎo)流絲形狀為圓弧狀，一端固定在與儀器殼體相聯(lián)接的靜輸電盤(pán)上，另一端固定在與陀螺敏感部相聯(lián)接的動(dòng)輸電盤(pán)上，在輸電盤(pán)的上、下各有兩根，4根導(dǎo)流絲在同一圓周面上呈對(duì)稱布局，當(dāng)陀螺敏感部與儀器殼體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，4根導(dǎo)流絲中的2根形狀發(fā)生拉伸，而另2根則發(fā)生壓縮，這樣，拉伸與壓縮所產(chǎn)生的力矩相互抵消，消除了導(dǎo)流絲的力矩變化對(duì)儀器測(cè)量精度帶來(lái)的不利影響。
由精密旋轉(zhuǎn)軸系及跟蹤機(jī)構(gòu)組成。
軸系采用的是先進(jìn)的密珠軸系，這種軸系的內(nèi)軸與軸套之間裝有呈螺旋狀排列的滾珠，采用輕微的過(guò)盈配合，無(wú)徑向間隙，且可承受較大的軸向負(fù)荷。
跟蹤機(jī)構(gòu)包含有跟蹤手輪及固定手輪，松開(kāi)固定手輪時(shí)，可直接轉(zhuǎn)動(dòng)儀器快速的跟蹤陀螺敏感部光標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡，固定手輪鎖緊時(shí)，可利用跟蹤手輪緩慢、精確的跟蹤陀螺敏感部光標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡。

如圖2-7所示，儀器的光路由兩路成像優(yōu)良的光學(xué)系統(tǒng)組成，在一個(gè)層面分別將兩路光線引入光電轉(zhuǎn)換器件和目視系統(tǒng)。

A1.激光管  A2.柱面鏡  A3.大直角棱鏡  A4.折光棱鏡  A5.基準(zhǔn)鏡  A6.擺鏡
A7反光棱鏡1 A8.反光棱鏡2  A9.傳感器
B1.發(fā)光二極管  B2.分劃板 B3.折光棱鏡  B4.目鏡分劃板  B5.等腰棱鏡
B6.分光棱鏡 B7.直角棱鏡1  8.直角棱鏡2  B9.準(zhǔn)直透鏡

圖2-7 Y/JTG-1A陀螺經(jīng)緯儀光學(xué)系統(tǒng)示意圖

激光管A1發(fā)出的光線經(jīng)柱面鏡A2聚焦后，以線光源形式投向大直角棱鏡A3、折光棱鏡A4，經(jīng)基準(zhǔn)鏡A5或擺鏡A6反射到反光棱鏡A7、A8后進(jìn)入位置傳感器A9，調(diào)整基準(zhǔn)鏡及擺鏡的位置使其零位置于置傳感器A9中心，構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換光路。

磨砂式狹縫分劃板B2置于準(zhǔn)直物鏡B9的焦點(diǎn)上，經(jīng)超高亮發(fā)光二極管B1照明后，經(jīng)折光棱鏡B3、半透半反鏡B6、直角棱鏡B7、B8及準(zhǔn)直物鏡B9后，以平行光射向基準(zhǔn)鏡A5或擺鏡A6，反射后的光線原路返回至分光棱鏡，反射至等腰棱鏡B5后，折射向上，聚集在準(zhǔn)直物鏡B9的焦點(diǎn)即目鏡B1的分劃板上，供人眼步進(jìn)跟蹤觀測(cè)12倍的放大倍率。

2.5         自動(dòng)積分及測(cè)量控制電路
儀器的電路部分主要由自動(dòng)積分電路及測(cè)量控制電路組成，其中自動(dòng)積分電路包括光電傳感器、數(shù)據(jù)采集及前置放大電路、數(shù)據(jù)處理電路等；測(cè)量控制及數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)主要包括操作面板、液晶顯示屏、陀螺電機(jī)驅(qū)動(dòng)板、控制主板及操作軟件等。電路框圖見(jiàn)圖2-8

圖2-8積分測(cè)量電路及測(cè)量控制電路框圖

光電轉(zhuǎn)換器件的作用是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，儀器中采用的是PSD位移傳感器，它根據(jù)光線中心在光敏面上投射的位置輸出相應(yīng)的電流，線性度指標(biāo)高，可滿足光電轉(zhuǎn)換的精度要求。
前置放大及信號(hào)處理電路是將PSD位移傳感器輸出的微小電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波、前置放大和信號(hào)處理后，產(chǎn)生一個(gè)與陀螺進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的周期性的電壓信號(hào)。為避免信號(hào)傳輸時(shí)外界干擾，前放電路采用小型化設(shè)計(jì)，置于陀螺經(jīng)緯儀主機(jī)內(nèi)部，縮短信號(hào)與前放電路間的傳輸距離，并采用高速光電隔離技術(shù)，提高電路的整體抗干擾能力。
積分測(cè)量電路是在一個(gè)自擺或啟動(dòng)周期內(nèi)，通過(guò)對(duì)陀螺敏感部自擺及進(jìn)動(dòng)信號(hào)的采集，實(shí)現(xiàn)定向的積分測(cè)量。數(shù)據(jù)采集采用“壓/頻”變換技術(shù)。
測(cè)量控制電路主要實(shí)現(xiàn)以下功能：
根據(jù)顯示屏的提示，選擇相應(yīng)的按鍵，向CPU發(fā)出請(qǐng)求，由CPU控制儀器完成對(duì)應(yīng)的操作步驟。
對(duì)接收到的基準(zhǔn)鏡、陀螺敏感部自擺零位及進(jìn)動(dòng)信號(hào)的積分測(cè)量數(shù)據(jù)，操作軟件處理后，根據(jù)儀器的比例當(dāng)量、扭力系數(shù)、經(jīng)緯儀的水平角讀數(shù)、儀器常數(shù)等，計(jì)算陀螺方位角或天文方位角。
儀器的積分測(cè)量數(shù)據(jù)及經(jīng)緯儀的測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)測(cè)量控制電纜，傳輸至電控箱上的232接收串口，由控制主板接受，數(shù)據(jù)處理及計(jì)算完成后，整理成相應(yīng)格式的文檔，再通過(guò)232發(fā)送串口，傳輸至外界接收裝置（加固筆記本電腦）。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)電壓比較器輸出的結(jié)果，向主CPU發(fā)出是否啟動(dòng)計(jì)時(shí)程序。啟動(dòng)計(jì)時(shí)程序后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)又根據(jù)電壓比較器輸出的結(jié)果，向主CPU發(fā)出關(guān)閉計(jì)時(shí)程序的命令，顯示所測(cè)周期值。
3           定向測(cè)量作業(yè)程序3.1         測(cè)前準(zhǔn)備
a）在測(cè)站架設(shè)儀器腳架，架設(shè)時(shí)應(yīng)使三角架的三個(gè)腳尖大致與測(cè)點(diǎn)標(biāo)志中心基本等距，并注意腳架的張角和高度，伸縮腳架腿使圓水準(zhǔn)器概略居中；
b）將儀器主機(jī)安放于腳架之上，連接控制裝置和主機(jī)、打印機(jī)間的電纜（若不需打印可不接打印機(jī)），控制裝置的電源線連接到規(guī)定的電源上（室內(nèi)作業(yè)若使用220V交流電時(shí)，控制裝置應(yīng)連接地線）；
c）打開(kāi)控制裝置上的電源開(kāi)關(guān)，控制裝置進(jìn)入“參數(shù)自檢”狀態(tài)，對(duì)陀螺自擺周期、陀螺啟動(dòng)不跟蹤周期、扭力系數(shù)X、比例當(dāng)量K的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查（注：扭力系數(shù)X和比例當(dāng)量K由廠家給定。陀螺自擺周期和陀螺啟動(dòng)不跟蹤周期，需由作業(yè)單位在當(dāng)?shù)販y(cè)定）；
d）儀器對(duì)中、整平；
e）用磁羅盤(pán)為儀器概略定北，使儀器的固定手輪和鎖放手輪面向南。
注：步驟c)中，若顯示屏顯示某個(gè)參數(shù)錯(cuò)誤，則需對(duì)該參數(shù)重新輸入或測(cè)定。儀器K值及X值保存于隨機(jī)文件中；儀器自擺周期及啟動(dòng)不跟蹤周期需重新輸入或測(cè)定。
3.2         儀器各功能選擇
儀器預(yù)熱結(jié)束控制裝置屏幕自動(dòng)進(jìn)入主菜單狀態(tài)，控制裝置屏幕顯示的主菜單為：
1：方位測(cè)量
2：周期測(cè)量
3：輸入常數(shù)
4：設(shè)置時(shí)間
此時(shí)可選擇：按【1】鍵進(jìn)入方位角測(cè)量子菜單，按【2】鍵進(jìn)入周期測(cè)量子菜單，按【3】鍵進(jìn)入儀器常數(shù)輸入子菜單，按【4】鍵進(jìn)入時(shí)間設(shè)置子菜單；
3.3         方位角的測(cè)量
在主菜單下，按【1】鍵選擇方位測(cè)量，控制裝置屏幕顯示方位角測(cè)量子菜單：
1：基準(zhǔn)鏡測(cè)量
2：測(cè)前零位
3：?jiǎn)?dòng)陀螺
4：聯(lián)機(jī)取數(shù)
5：積分測(cè)量
6：制動(dòng)陀螺
7：測(cè)后零位
8：返回
方位角測(cè)量依子菜單所設(shè)定程序依順序進(jìn)行操作。測(cè)量過(guò)程中需要返回主菜單時(shí)，按數(shù)字【8】鍵。
  打開(kāi)電子經(jīng)緯儀開(kāi)關(guān)，然后按以下步驟進(jìn)行方位角測(cè)量。
1）基準(zhǔn)鏡測(cè)量
按【1】鍵儀器進(jìn)入“基準(zhǔn)鏡測(cè)量”狀態(tài)，控制裝置屏幕顯示測(cè)量時(shí)間的倒計(jì)時(shí)秒值及“正在基準(zhǔn)鏡測(cè)量 請(qǐng)稍等…”，直至聽(tīng)到蜂鳴聲，進(jìn)入下一測(cè)量步驟；
2）測(cè)前零位
控制裝置屏幕提示“下放陀螺 限幅”，作業(yè)員操作儀器下放陀螺敏感部，將目視光路中光標(biāo)擺幅限制在±2～±5格范圍內(nèi)， 按【2】鍵儀器進(jìn)入“測(cè)前零位測(cè)量”狀態(tài)，控制裝置屏幕顯示測(cè)量時(shí)間的倒計(jì)時(shí)秒值及“正在測(cè)前零位 請(qǐng)稍等…”，直至聽(tīng)到蜂鳴聲，進(jìn)入下一測(cè)量步驟；
3）啟動(dòng)陀螺
控制裝置屏幕提示“鎖緊陀螺”，作業(yè)員鎖緊陀螺敏感部，按【3】鍵，控制裝置屏幕顯示“按確認(rèn)鍵進(jìn)行 按數(shù)字鍵退出”，按【確認(rèn)】鍵儀器進(jìn)入“啟動(dòng)陀螺”狀態(tài)，控制裝置屏幕顯示陀螺轉(zhuǎn)速標(biāo)志值及“正在啟動(dòng)陀螺 請(qǐng)稍等…”，聽(tīng)到蜂鳴聲，控制裝置屏幕提示“下放陀螺 跟蹤”，作業(yè)員下放陀螺敏感部，通過(guò)步進(jìn)迭代將目視光路中光標(biāo)擺幅限制在±2～±5格范圍內(nèi)（注:光標(biāo)擺動(dòng)范圍應(yīng)盡可能的與0線對(duì)稱）；
4）聯(lián)機(jī)取數(shù)
  按【4】鍵進(jìn)入聯(lián)機(jī)取數(shù)，控制裝置屏幕顯示“輸入點(diǎn)號(hào)”，輸入相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位號(hào)（也可根據(jù)實(shí)際情況由操作人員賦予，必須由0～9依順序輸入）后，控制裝置屏幕顯示“輸入盤(pán)左讀數(shù)”，電子經(jīng)緯儀盤(pán)左照準(zhǔn)目標(biāo)后，按電子經(jīng)緯儀上【0set】鍵發(fā)送讀數(shù)，蜂鳴聲響后可依相同方法進(jìn)行盤(pán)右觀測(cè)。若需下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)測(cè)量，按【確認(rèn)】鍵輸入該點(diǎn)位號(hào)，否則按任一數(shù)字鍵退出，進(jìn)入下一測(cè)量步驟；
5）積分測(cè)量
按【5】鍵儀器進(jìn)入“積分測(cè)量”狀態(tài)，控制裝置屏幕顯示量時(shí)間的倒計(jì)時(shí)秒值及“正在積分測(cè)量 請(qǐng)稍等…”，直至聽(tīng)到蜂鳴聲，進(jìn)入下一測(cè)量步驟；
6）制動(dòng)陀螺
控制裝置屏幕提示“鎖緊陀螺”，作業(yè)員鎖緊陀螺敏感部后，按【5】鍵，控制裝置屏幕顯示“按確認(rèn)鍵進(jìn)行 按數(shù)字鍵退出”，按【確認(rèn)】鍵儀器進(jìn)入“制動(dòng)陀螺”狀態(tài)，控制裝置屏幕顯示顯示陀螺轉(zhuǎn)速標(biāo)志值及“正在制動(dòng)陀螺 請(qǐng)稍等…”，直至聽(tīng)到蜂鳴聲，進(jìn)入下一測(cè)量步驟；
7）測(cè)后零位
控制裝置屏幕提示“下放陀螺 限幅”，作業(yè)員操作儀器下放陀螺敏感部，將陀螺擺幅限制在±2～±5格范圍內(nèi)，按【7】鍵，控制裝置屏幕顯示測(cè)量時(shí)間的倒計(jì)時(shí)秒值及“正在測(cè)后零位 請(qǐng)稍等…”，聽(tīng)到蜂鳴聲控制裝置屏幕提示“鎖緊陀螺”，作業(yè)員鎖緊陀螺敏感部，稍后屏幕顯示各點(diǎn)位號(hào)的目標(biāo)讀數(shù)值（盤(pán)左及盤(pán)右的均值）及相應(yīng)點(diǎn)位的真北方位角值，操作人員紀(jì)錄測(cè)量數(shù)據(jù)。
8）測(cè)后選擇
若需要繼續(xù)測(cè)量，重復(fù)測(cè)量步驟；若結(jié)束測(cè)量，按【8】鍵，控制裝置屏幕顯示返回主菜單，選擇其他功能或關(guān)閉控制裝置上的電源開(kāi)關(guān)、收測(cè)。
4           作業(yè)中的注意事項(xiàng)
1) 儀器測(cè)前準(zhǔn)備及收測(cè)、陀螺啟動(dòng)及制動(dòng)操作時(shí)，陀螺敏感部必須處于鎖緊狀態(tài)，以免陀螺敏感部處于懸掛狀態(tài)時(shí)受到震動(dòng)或其他外力時(shí)造成陀螺懸?guī)p壞；
2) 儀器定向測(cè)量程序，要求作業(yè)人員按測(cè)量順序操作儀器，否則電控箱將發(fā)出蜂鳴聲報(bào)警，同時(shí)顯示屏?xí)@示“操作錯(cuò)誤，確認(rèn)/退出”的字樣，此時(shí)若確需此項(xiàng)操作，比如重復(fù)某一測(cè)量步驟或跳過(guò)某一步驟，可按【確認(rèn)】鍵，否則按任一數(shù)字鍵退出，程序?qū)⒒氐疆?dāng)前的操作步驟；
3) 陀螺敏感部在懸掛狀態(tài)下，若儀器受到外力作用，會(huì)影響其擺動(dòng)正常的擺動(dòng)軌跡，使所采集的數(shù)據(jù)失真而帶來(lái)測(cè)量誤差，因此，在測(cè)前零位測(cè)量、積分測(cè)量及測(cè)后零位測(cè)量過(guò)程中應(yīng)避免外界震動(dòng)或觸摸儀器主機(jī)；
4) 當(dāng)陀螺敏感部尋北時(shí)（陀螺啟動(dòng)的狀態(tài)下），步進(jìn)迭代使陀螺光標(biāo)擺動(dòng)對(duì)稱于分化板0線（也即陀螺敏感部擺動(dòng)中心與懸?guī)ちχ行南嘁恢拢欣谔岣邷y(cè)量精度；
5) 工作時(shí)應(yīng)避免儀器受陽(yáng)光直射及風(fēng)力的影響；
6) 儀器上的【復(fù)位】鍵，將中止一切操作，使操作程序重新啟動(dòng)，當(dāng)儀器發(fā)生死機(jī)或出現(xiàn)故障確實(shí)需要重新啟動(dòng)時(shí)方可使用，且陀螺敏感部必須處于鎖緊狀態(tài)；
7) 旋轉(zhuǎn)“鎖放手輪”下放陀螺敏感部時(shí)，應(yīng)緩慢、均勻，若下方后光標(biāo)擺動(dòng)過(guò)大或出現(xiàn)抖動(dòng)，可鎖緊后再次下放；
8) 每測(cè)回間隔時(shí)間不得少于5～8分鐘，溫度越高，間隔時(shí)間應(yīng)越長(zhǎng)。
5           儀器參數(shù)的設(shè)置5.1         自擺周期和啟動(dòng)不跟蹤周期的測(cè)定
陀螺敏感部的擺動(dòng)周期，是指其完成一個(gè)完整往復(fù)運(yùn)動(dòng)所用的時(shí)間。當(dāng)陀螺不工作時(shí)，陀螺敏感部的擺動(dòng)周期為自擺周期；當(dāng)陀螺工作而儀器靜止時(shí)（即儀器不跟蹤陀螺敏感部光標(biāo)的擺動(dòng)軌跡），陀螺敏感部的擺動(dòng)周期稱之為陀螺的啟動(dòng)不跟蹤周期。
積分法定向的儀器是對(duì)陀螺敏感部的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行一個(gè)完整周期的積分，若陀螺敏感部的周期值不準(zhǔn)確，會(huì)使積分產(chǎn)生的數(shù)據(jù)失真而產(chǎn)生測(cè)量誤差誤差。
陀螺敏感部的擺動(dòng)周期，主要受儀器所在地的緯度及儀器中懸?guī)А?dǎo)流絲隨時(shí)間變化產(chǎn)生物理性能變化的影響，所以應(yīng)定期或儀器長(zhǎng)途運(yùn)輸后進(jìn)行周期測(cè)量。
在儀器的主菜單下按【3】鍵選擇周期測(cè)量，控制裝置屏幕顯示如下子菜單：
1  自擺周期
2  啟動(dòng)陀螺
3  啟動(dòng)周期
4  制動(dòng)陀螺
5  返回
在此菜單下，可進(jìn)行周期測(cè)量。
在不啟動(dòng)陀螺電機(jī)的狀態(tài)下，下放陀螺敏感部，將陀螺敏感部的自擺擺幅步進(jìn)到±15～±17格范圍內(nèi)后，按【1】鍵儀器進(jìn)入“自擺周期測(cè)量”狀態(tài)，控制裝置屏幕顯示“正在測(cè)量自擺周期 請(qǐng)稍等…”，聽(tīng)到長(zhǎng)蜂鳴聲后，鎖緊陀螺敏感部，屏幕顯示自擺周期測(cè)定值，確認(rèn)無(wú)異常后記錄并按【確認(rèn)】鍵，儀器將自動(dòng)儲(chǔ)存所測(cè)數(shù)值。
在陀螺敏感部鎖緊的狀態(tài)下，按【2】鍵，控制屏幕顯示“按確認(rèn)鍵進(jìn)行，按數(shù)字鍵退出”，按【確認(rèn)】鍵儀器進(jìn)入“啟動(dòng)陀螺”狀態(tài)，控制裝置屏幕顯示“正在啟動(dòng)陀螺 請(qǐng)稍等…”，聽(tīng)到蜂鳴聲，下放陀螺敏感部，將陀螺擺幅步進(jìn)到±15～±17格的范圍內(nèi)，然后按【3】鍵，儀器進(jìn)入“陀螺啟動(dòng)不跟蹤周期”測(cè)量狀態(tài)，控制裝置屏幕顯示“正在測(cè)量啟動(dòng)周期 請(qǐng)稍等…”，聽(tīng)到長(zhǎng)蜂鳴聲后，鎖緊陀螺敏感部，屏幕顯示不跟蹤周期測(cè)定值，確認(rèn)無(wú)異常后記錄并按【確認(rèn)】鍵，儀器將自動(dòng)儲(chǔ)存所測(cè)數(shù)值；按【4】鍵選擇制動(dòng)陀螺，控制裝置屏幕顯示“正在制動(dòng)陀螺 請(qǐng)稍等…”，聽(tīng)到蜂鳴聲后結(jié)束。
5.2         儀器常數(shù)C的標(biāo)定

1）將儀器常數(shù)輸為零。

2）將儀器置于二等以上天文方位邊的測(cè)站上進(jìn)行6－9次定向測(cè)量。

3）將所測(cè)數(shù)據(jù)(陀螺方位角)取算術(shù)平均值。

根據(jù)所測(cè)已知天文方位邊的陀螺方位角均值，按下式計(jì)算儀器常數(shù)：

式中：

—儀器常數(shù)

      

—已知邊天文方位角

        

—陀螺方位角

在控制裝置屏幕顯示的主菜單中選擇【4】鍵進(jìn)入“儀器常數(shù)輸入”狀態(tài)，按屏幕提示“度、分、秒、正負(fù)號(hào)”依次輸入儀器常數(shù)，其中＋號(hào)輸入按【1】鍵，負(fù)號(hào)輸入按【0】鍵。
5.3         時(shí)間設(shè)置
在主菜單顯示狀態(tài)下，如果控制裝置屏幕顯示時(shí)間與北京時(shí)間不符，可按【4】鍵，按屏幕提示輸入正確的北京時(shí)間（24時(shí)制）。
6           儀器的一般調(diào)校6.1         管狀水準(zhǔn)器的調(diào)校
儀器上的管狀水準(zhǔn)器，是安置陀螺儀旋轉(zhuǎn)軸處于鉛垂方向的指示標(biāo)志，若其基準(zhǔn)發(fā)生變化，將使儀器無(wú)法正確調(diào)平，因此出測(cè)前應(yīng)加以檢驗(yàn)及校正。
校正方法為：儀器架設(shè)后，首先用腳螺旋將水準(zhǔn)器水泡居中，然后松開(kāi)陀螺儀制動(dòng)螺絲，旋轉(zhuǎn)陀螺儀180，若氣泡變化超過(guò)0.5個(gè)格值以上，可用水準(zhǔn)器上的改正螺絲改正變化量的一半，再用腳螺旋將水泡居中，重復(fù)以上動(dòng)作直至水泡變化小于0.5個(gè)格值。
6.2         陀螺靈敏部懸?guī)ちα阄坏恼{(diào)校
陀螺敏感部懸?guī)У呐ちα阄唬艿秸饎?dòng)、溫度變化及隨時(shí)間的漂移，可能會(huì)發(fā)生變化，表現(xiàn)在目視視場(chǎng)中陀螺敏感部自擺時(shí)光標(biāo)擺動(dòng)中心偏離目視分化板的0線過(guò)多，這種情況下，會(huì)使陀螺敏感部定向時(shí)往復(fù)進(jìn)動(dòng)中心與懸?guī)ちχ行钠x較大，造成懸?guī)芘げ粚?duì)稱，帶來(lái)測(cè)量誤差。儀器出廠時(shí)，廠方會(huì)將其調(diào)整在偏離中心0.5格之內(nèi)，使用中若偏離超過(guò)2格，則需加以校正。
判斷懸?guī)ちα阄坏姆椒椋哼M(jìn)入定向測(cè)量子菜單，按【2】鍵后，下放陀螺敏感部，步進(jìn)迭代使光標(biāo)擺動(dòng)在±5格左右，觀察擺動(dòng)正、負(fù)方向的極限格值，相減后除2，即為自擺中心的偏離值。

圖5-1自擺零位調(diào)整機(jī)構(gòu)示意圖

校正的方法為：用鐘表起子松開(kāi)陀螺經(jīng)緯儀目鏡后方裝飾環(huán)上的三個(gè)緊定螺釘，將其抬起，可通過(guò)3個(gè)窗口會(huì)看到兩個(gè)上帶夾壓緊螺釘和零位改正螺釘（見(jiàn)圖2-23）。用長(zhǎng)改針?biāo)砷_(kāi)上帶夾上平面上的兩個(gè)壓緊螺釘后，用螺絲刀旋轉(zhuǎn)零位改正螺釘即可改變陀螺敏感部自擺的零位位置，零位調(diào)整螺釘順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，零位在視場(chǎng)中向右方向移動(dòng)，反之向左方向移動(dòng)。調(diào)整至自擺中心偏離分劃板0線±1格之內(nèi)，旋緊上帶夾的兩個(gè)壓緊螺釘，放下裝飾環(huán)并固緊三個(gè)緊定螺釘即可。
6.3         激光對(duì)點(diǎn)器的調(diào)校
激光對(duì)點(diǎn)器中激光發(fā)出的光線，應(yīng)與陀螺儀旋轉(zhuǎn)中心共軸，否則將帶來(lái)陀螺儀的對(duì)中誤差，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。
在日常的作業(yè)中，可按照以下步驟來(lái)判斷其是否需要調(diào)整：架設(shè)陀螺經(jīng)緯儀并整平，將激光對(duì)中器光點(diǎn)與點(diǎn)位標(biāo)志重合，松開(kāi)陀螺儀的制動(dòng)手輪，旋轉(zhuǎn)陀螺儀180°，觀察激光點(diǎn)的變化值，光點(diǎn)偏離點(diǎn)位標(biāo)志中心超過(guò)0.5mm，需要校正。
校正時(shí)，先將儀器腳架升至最高，架設(shè)儀器并整平，然后按下列步驟進(jìn)行對(duì)中器的校正：
a) 將一十字標(biāo)志放至距儀器底部約50mm處，十字中心與激光點(diǎn)重合，松開(kāi)陀螺儀制動(dòng)手輪，旋轉(zhuǎn)陀螺儀180°，觀察光點(diǎn)變化情況，然后將十字置于光點(diǎn)跳動(dòng)中心，用改針旋緊或旋松對(duì)側(cè)平移調(diào)整螺釘（見(jiàn)圖2.4，在陀螺經(jīng)緯儀下部。調(diào)整時(shí)光點(diǎn)的變動(dòng)方向與平移調(diào)整螺釘?shù)囊苿?dòng)方向一致），將光點(diǎn)改至于十字重合，然后再次檢查光點(diǎn)跳動(dòng)情況，如此反復(fù)，直至光點(diǎn)跳動(dòng)小于0.5mm，最后依次旋緊4個(gè)平移改正螺釘。
b) 傾斜誤差改正方法是將十字標(biāo)志置于地面，其中心與激光點(diǎn)重合，松開(kāi)陀螺儀制動(dòng)手輪，旋轉(zhuǎn)陀螺儀180°，觀察光點(diǎn)跳動(dòng)后，將十字置于光點(diǎn)跳動(dòng)中心，用改針?biāo)砷_(kāi)于欲改動(dòng)方向一側(cè)或旋緊相反方向的傾斜調(diào)整螺釘（見(jiàn)圖5-2，在陀螺經(jīng)緯儀下部），將光點(diǎn)改至于十字重合，然后再次檢查光點(diǎn)跳動(dòng)情況，如此反復(fù)，直至光點(diǎn)跳動(dòng)小于0.5mm，最后依次旋緊3個(gè)改正螺釘。

圖5-2激光對(duì)中器結(jié)構(gòu)示意圖

c) 復(fù)查，a)、b)項(xiàng)校正完成后，再次檢查光點(diǎn)跳動(dòng)，必要時(shí)可重復(fù)校正。
7           陀螺經(jīng)緯儀的維護(hù)與保養(yǎng)
1)  儀器運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)平穩(wěn)放置，避免傾斜、碰撞；
2)  儀器日常應(yīng)存放在通風(fēng)、陰涼、防潮和防塵的環(huán)境中；
3)  儀器主機(jī)及控制裝置，在存貯期間，每三個(gè)月至少通電一次；
4)  儀器長(zhǎng)期未用，直流電池組應(yīng)每三個(gè)月充電一次。
5)  儀器使用后，應(yīng)除去望遠(yuǎn)鏡、讀數(shù)目鏡、陀螺觀察目鏡等上的灰塵。
6)  若儀器受潮或雨淋，必須擦凈、晾干后方可裝箱。


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作者: yytt15001570509    時(shí)間: 2019-9-19 16:10
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