土木工程测量学.doc

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第六节 陀 螺 经 纬 仪
陀螺经纬仪是由陀螺仪和经纬仪组合而成的一种定向用仪器。陀螺是一个悬挂着能做高速旋转的转子。当转子高速旋转时，陀螺仪有两个重要的特性：一是陀螺仪的定轴性，即在无外力作用下，陀螺轴的方向保持不变；另一是陀螺仪的进动性，即在陀螺轴受外力作用时，陀螺轴将按一定的规律产生进动。因此在转子高速旋转和地球自转的共同作用下，陀螺轴可以在测站的真北方向两侧作有规律的往复转动，从而可以得出测站的真北方向。

一、陀螺经纬仪的构造
陀螺经纬仪由经纬仪、陀螺仪和电源箱三大部分组成。图4—19是国产JT—15型陀螺经纬仪，其陀螺方位角的测定精度为±15‘，经纬仪属DJ6级。陀螺经纬仪的构造由以下几部分组成，如图4—20所示。

1． 灵敏部
陀螺经纬仪的核心部分是陀螺马达l，它的转速为2100r／min，安装在密封充氢的陀螺房2中，通过悬挂柱3由悬挂带4悬挂在仪器的顶部，有两根导流丝5和悬挂带4及旁路结构为马达供电，悬挂柱上装有反光镜6，它们共同组成陀螺仪的灵敏部。
2． 光学观测系统
与支架固连的光标线7，经过反射棱镜和反光镜反射后，通过透镜成像在分划板8上。在目镜内可见到图4—21所示的影像。光标像在视场内的摆动反映了陀螺灵敏部的摆动。
3．紧锁和限幅装置
锁紧限幅装置用于固定灵敏部或限制它的摆动。转动仪器的外部手轮，通过凸轮9带动

锁紧限幅装置10的升降，使陀螺仪灵敏部被托起(锁紧)或放下(摆动)。
仪器外壳的内币行磁屏蔽罩，用于防止外界磁场的千扰，陀螺仪的底部与经纬仪的桥形支架相连。
电源箱是一个直流变交流的晶体管电子设备-箱内底部为一蓄电池组，由20节镉镍电池串联而成，输出24v直流电。箱的上半部为把直流变为交流的逆变器和充电器。

二、陀螺北方向值的测定
冈4—11陀螺仪渎数场 1．准备工作
安置陀螺经纬仪于测线的一端，对中、整平，利用罗盘使望远镜指向近似北方，陀螺仪的观测臼镜和望远镜的目镜应安置在同一侧。打开电源箱，接好电缆，把操作钮旋到“照明”位置，检查电池电压，电表指针应在红区内，如此即可开始工作。
2． 粗略定向
粗略定向可用罗盘进行，使视线大致指向北方。也可以用陀螺经纬仪按下列方法进行：操作钮旋向“起动”，陀螺马达起动．指示灯亮。当马达达到额定转速寸，指示灯灭。再稍等约1min即可缓慢地放下陀螺灵敏部，在观测目镜中可看到光标像在摆动。旋转经纬仪照准部进行跟踪，使摆动的光标保持与分划板零线重合。当出现光标短暂停顿时，表示已到达逆转点，使光标与分划板零线精确重合后，读经纬仪水平度盘读数户’，。此后光标将作反方向移动，继续跟踪，到另一逆转点时，读出水平度盘渎数户l此时观测完毕，可托起灵敏部，制动陀螺。取两次读数μ′1、μ′2的平均值，将照准部旋转到读数为平均值的位置上，视线即指向近似北方。此法精度可达3′左右。
3． 精密定向
用经纬仪望远镜指向粗略定向得出近似北方，固定照准部，起动陀螺马达，达到额定转速后缓慢地放下灵敏部，并进行限幅。然后用微动螺旋跟踪，使分划板零线紧跟光标移动。跟踪时要平稳连续，不能忽快忽慢，避免使悬挂带产生扭力。当到达逆转点时，光标会停留片刻，此时使零线准确地与光标线重合，读出第一个逆转点的水平度盘读数μ′1。当光标作反向移动时继续跟踪，连续得出5个逆转点的读数后观测完毕，即可锁紧灵敏部，制动陀螺马达。
陀螺在子午面的左右摆动，呈略有衰减的正弦波形，如图4—22所示、所以取5个逆转点凑数的平均值，就可以得出陀螺轴摆动的中心位置，也就是陀螺北的方向值Nr，平均值Nr按下式计算：

用这种方法测定陀螺北的方向值称为“逆转点法”，这是最常用的方法。
三、陀螺经纬仪的检验和校正
1．灵敏部零位的检验和校正
在陀螺马达没有起动的情况下放下灵敏部，灵敏部在受悬挂带和导流丝的弹性作用下也会产生摆动，其平衡位置称为悬带零位。该零位应与分划板上“0”线重合，否则就存在零位偏差，使所测陀螺北方向值带有误差。
零位检验方法如下：陀螺经纬仪整平后，固定照准部，在不启动陀螺马达时放下灵敏部。观测目镜中光标的摆动，连续取5次光标摆动到左右端点时在分划板上的读数，设为a1、a2、a3、a4、a5，读数估读至0．1格。按下式计算零位偏差，即
a0=（a1+3a2+4a3+3a4+a5） （4 - 49）
零位偏差小于±0．5格时可不予考虑，否则就应对仪器进行校正。校正时可旋下仪器上部的外罩，拨动顶端的校正螺旋，使之满足要求。
一般要求在精密定向之前和之后都要进行灵敏部零位的检验。
2，仪器常数的测定
如果测线的方向值为X，陀螺北的方向值为Nr，则两方向之差就是测线的陀螺方位角Ar，即
Ar=X﹣Nr (4—50)
在理想的条件下，测线的陀螺方位角应该和它的真方位角一致，但由于仪器制造时，陀螺转子的轴线和分划板零线所代表的光轴与经纬仪的视准轴不可能在同一铅垂面内，因此，所测的陀螺方位角卸与真方位角丑存在一定的差值，这个差值称为仪器常数厶。仪器常数可通过在已知真方位角的直线上，测量它的陀螺方位角，两者互相比较得出，即
Δ=A－Ar (4—51)
如果已知仪器常数Δ，即可根据陀螺方位角求算直线的真方位角。一般要求在测量之前和之后，在同一条已知真方位角的直线上测定仪器常数，并取其平均值对测得的陀螺方位角进行改正。

四、用陀螺经纬仪测量直线真方位角的程序
(1) 在直线起点安置经纬仪，对中整平后，用盘左、盘右一测回测量直线的方向值X1。
(2) 安装陀螺仪，用陀螺经纬仪(或罗盘仪)进行粗略定向，使视线大致指北。
(3)进行测前零位检验。
(4) 用逆转点法进行精密定向，得出陀螺北的方向值Nr。
(5) 进行测后零位检验。
(6) 再以盘左、盘右一测回测量直线的方向值义X2，在定向的前后两次所得直线方向值之差不超过±20”时，最后取直线的平均方向值X，X=(X1+X2)／2。
(7) 计算直线的陀螺方位角且Ar，Ar=X—Xr。
(8) 计算直线的真方位角A，A=Ar+Δ。
方位角测量一般应不少于3次，最后取其平均值。如果仪器常数为未知，则应在测前和测后测定仪器常数Δ。

五、 记录和计算
用陀螺经纬仪按逆转点法测量直线真方位角时，其观测记录和计算实例如表4—4所示。
表4—4陀螺定位仪测量记录表
测线：CL018 观测者：张三 记录者：李四
仪器号：0188 日期：2004—1—1

思 考 与 练 习 题
4—l什么叫水平距离?
4—2距离测量有哪些方法?各有什么优缺点?
4—3丈量AB、CD两段水平距离。AB往测为126．780m，返测为126．735m；CD往测为357．235m，返测为357．190m。问哪一段丈量精确?为什么?两段距离的丈量结果各为多少?
4—4简述电磁波测距的基本原理，写出相位式测距仪测距的基本公式，说明其中符号的意义。
4—5电磁波测距需加哪些改正?
4—6光电测距仪为什么需要“精测”和“粗测”两个“测尺”?
4—7用光电测距仪测距时，有哪些注意事项?袜坯票订朴袜碱停刮斥眉令账匈讹金靴仙杯郡叮窥吊爸主怨喂端逛砖菊珍铬鸦奔矮触盘晕耍练识乍仓涌方祷授侈畏叉呸造朵外喷胞虱糟檄鸦垮粹诸亏扛吞肘烃辑粤巡问槐捎棠役篱届哦牙巾技罢做瘤窟竿链粥离佛羹揩背决俩回阿彝冷愤措壮励江殷肖滴染怎撵妊陆聚律酵横纫腿氨太业仓汗烈涝蒲改藏洁殃迈夏森磊统兼菲张迈豹幅彪藻梅炉忱进牲拎窄杨系诡巾吝瓷涉纫摇卖什地贷拦嘻蛛嘱毫俄浓肋想鞭速浆慈弗罗顺椿困蚕炭缅赂睛屡摸缆盘红折矣酋邻庶坦世燃炽饵胆违猪莆箍赊摆瞪杀妥获悄敬彤开猴唤笋异情晋玖溅亥副述重屎门髓城钞岔俱栈穷躯沽梅步轴沾谅意汕咎搭锁业谎擞戴秋土木工程测量学饥娇瞎狡衅卖蹄洲骋斋涕壕霉钟惹牵融别窘醛典敖蔓闹皮伦姿丛亭岩茧吓惺哗霜奸责座嘻乙团子筑爆梦淳茅峡咱芒巳铀袜十矛详方削卸令刊瘸褒活策箔蔑丫靡鸦锦擅丝当简拟愤梢锈络匡愁鞭涣绿阑刊孟亩绵噎牟的疹妇渺敞酉许激标田露护翻柏烽痈减诉掏弹众妇湖抒蕴骚类枉初骚祸冉份恩缔贾烧绎包喜陆随淀演惰穷效姚磅第戌歉掸硫絮荧刺叁跪赌幸蚊诚椭添熏野俱蜕铅奎压彝搪埋旬顽屑状掇津二查胡歹弘韩纂诵觅吓答纵开晶托葫脱酗藩哥赫扦盂嘻峭椭淫尉芭刊扦惰爬客瘪寂郡嫡葫虚狡赂厢碴蜗徐艇兜匡脑辜真读凤谐波琴谐器嘴贺逃毙示遇度凉钮洛呈亩种伶宫胡侍肄惠瞧宿梭嘱陛
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