陀螺仪全站仪定向记录
陀螺仪标准基线定向测量方法
第2期
许文媳，等:陀螺仪标准基线定向测量方法
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高精度角度测量获得。 装置中平行光管C是定制的标准器,焦距/ =
550 nnn,可提供稳定的、接近无穷远的十字丝目 标⑴。对于a°c定向而言，整个过程相对单一，可行 性较高，而Sc的定向过程中却存在测角方法变换,
仪与平行光管对调焦误差引入的不确定度进行估 测。估测方法是以平行光管的十字丝为目标，使用 TS60照准目标读取水平角值,进行远近调焦后再照 准目标，并读取水平角读数，最后取2次读数差的绝 对值为不符值，完成一次试验。经过10次试验后， 最大不符值和最小不符值分别为0"和1.5",试验数 据按“极差法”评定不确定度：
依据JJG（测绘）5201 - 2013（陀螺经纬仪》的 要求，为了保障隧道工程定向的准确性，需对陀螺仪 进行检定。陀螺仪检定的计量标准器一般是指陀螺 仪标准基线，其主要作用就是提供方向基准。本文 主要探讨解决陀螺仪标准基线长、短目标点定向难 的问题。
2陀螺仪标准基线定向
2. 1陀螺仪标准基线的建设 参照《陀螺经纬仪》对陀螺仪计量标准装置的
Standard Baseline Orientation Measurement for Gyroscopes
XU Wenjing, WANG Lulu, DONG Xuming, WU Xuewen, SHEN Yingguang
摘要：陀螺仪标准基线是陀螺仪检定的主要计量标准器，标准基线组成的特殊性会导致其定向时 存在前后视距差过大的问题，进而在定向结果中引入不可控的调焦误差，大大降低定向精度。经过 大量的试验测试和研究，提出利用大视距差高精度测角法来消除调焦误差对定向精度的影响，并论 证了该方法的测量结果具有较高的可信度。 关键词：陀螺经纬仪检定；标准基线；调焦误差；定向精度；不确定度
索佳全站式陀螺仪定向原理
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二、陀螺仪的基本原理
陀螺经纬仪是根据自由陀螺仪(在不受外力作用时，具有 三个自由度的陀螺仪)的原理而制成的。自由陀螺仪具有以下 两个基本特性：
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1、定轴性 陀螺轴在不受外力作用时，它的方向始终指向初始恒定方向； 2、 进动性 陀螺轴在受到外力作用时，将产生非常重要的效应——“进动”。 自由陀螺仪的上述两个特性，可通过以下实验予以证明。
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仪器在测站安置好后，将经纬仪视准轴大致摆在北方向后， 起动陀螺马达，达到额定转速后，下放陀螺灵敏部，松开经纬仪 水平制动螺旋，用手转动照准部跟踪灵敏部的摆动，使陀螺仪目 镜视场移动的光标像与分划板零刻划线 随时重合。当达到摆动逆转点时，读取水平度盘µ1；用同样的方 法向反方向跟踪，到达另一点逆转点时，再读取水平读数µ2。锁 紧灵敏部，制动陀螺马达。按下式计算近似北在水平度盘上的读 数： N=1/2（µ1+µ2 ）
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第三步，测量悬挂带零位值——测前零位，同时用秒表测定 陀螺摆动周期。 第四步,用逆转点法精确测定陀螺北方向值NT。 启动陀螺马达，缓慢下放灵敏部，使摆幅在1°~3°范 围内。调节水平微动螺旋使光标像与分划板零刻度线随时保 持重合，到达逆转点后，记下经纬仪水平度盘读数。连续记 录5个逆转点的读数u１、u２、u３、u４、u５，并按下式计 算NＴ：
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提问与讨论……
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若陀螺仪灵敏部重量为P，且认为是集中作用于重心O1，重心 O1至悬挂点O的距离为1，则此时因地平面绕y轴旋转而引起的 力矩为： MB=Plsinθ=Msinθ 这时x轴进动的角速度为： ωP=(M/H)sinθ
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• 摆式陀螺的进动与地球自转影响的平衡 由于与地球转动的同时，子午面亦在按地转铅垂分量ω2 不 断地变换位置。故即使某一时刻陀螺仪轴与地平面平行且位 于子午面内，但下一时刻陀螺仪轴便不再位于子午面内，因 此陀螺仪轴与子午面之间具有相对运动的形式。当陀螺仪轴 的进动角速度ωP与角速度分量ω2相等时，则陀螺仪轴与仪 器所在地点的子午面保持相对静止。
陀螺定向测量
陀螺定向测量陀螺定向测量(gyrostatic orientation survey)是用陀螺经纬仪测定某控制网边的陀螺方位角，并经换算获得此边真方位角的测量工作。
常用于定向连接测量。
陀螺方位角，是从陀螺仪子午线(测站上通过假想的陀螺轴稳定位置的子午面，即陀螺仪子午面与地平面的交线)北方向顺时针量至某定向边的水平角。
常用方法确定测站真子午线北方向的常用方向有:中天法，是通过对陀螺仪轴运转的观测，先确定近似北方向，在连续读记摆动的指标线(陀螺轴)反复经过分划线板零线时的时间，和到达东、西逆转点时的水平度盘读数，经计算获得近似北方向的改正数，进而确定测站真北方向;逆转点法，是用陀螺经纬仪跟踪观测摆动的指标线(陀螺轴)反复到达东、西逆转点时的水平度盘读数，经计算确定测站真北方向。
矿井应用服了几何定向占用井筒而造成停产、耗费大量人力、物力和时间等缺点，同时也克服了随井筒深度增加而降低定向精度的缺点。
由于矿井生产中对陀螺定向测量技术的应用还很少，陀螺定向技术在矿井生产中还缺乏系统性的操作要求及数据处理模式。
2011年4月，麦格集团天渱公司螺仪部带领天津707所厂家技术人员到煤矿进行陀螺仪的测量演示，通过TJ9000陀螺全站仪与日本品牌陀螺全站仪比较，获取了实证分析数据。
从技术及经济角度考虑，对陀螺定向测量技术的研究，在矿井生产中具有非常重要的意义。
1、陀螺定向作业依据本次陀螺定向作业依据为1989年1月能源部制定的《煤矿测量规程》并参照1990年原中国统配煤矿总公司组织修订、煤炭工业出版社出版的《煤矿测量手册》。
2、陀螺定向作业仪器陀螺定向采用中船重工TJ9000陀螺全站仪为例，该仪器是下架式的陀螺仪器，有陀螺仪、全站仪、控制器和三脚架等组成。
陀螺仪方位角测定标准偏差为±20"，全站仪测角精度为2"。
3、陀螺定向方法陀螺定向采用当今先进的积分法进行观测，定向程序为:3.1 先在地面任意点上测定仪器当地的比例常数C值。
陀螺经纬仪和全站仪在思山岭铁矿联合定向的应用
陀螺经纬仪和全站仪在思山岭铁矿联合定向的应用摘要：随着科技的发展测量仪器的精度越来越高，陀螺经纬仪和全站仪在矿山联系测量中联合应用越来广，在矿山前期平巷中段开拓联系测量之中尤为重要，为矿山早日建设投产提供便利关键词：陀螺仪定向原理投点定向误差精度1工程概况龙新矿业公司思山岭铁矿SJ3（1#回风井）井筒净径7.5m，地面井口标高+265 m，井筒全深1272.7m。
目前该井拟施工-900 m、-960 m两中段。
利用现有井筒内三层吊盘合理安排联系测量顺序和测量方法。
2陀螺经纬仪的定向原理用吊丝悬吊且重心下移的陀螺灵敏部敏感地球自转角速度的水平分量，在重力作用下，产生一个向北进动的力矩，使陀螺灵敏部主轴（即H向量）围绕子午面往复摆动，通过光电传感器将陀螺灵敏部往复摆动的光信号，转换为电信号传送给控制器。
控制系统自动跟踪陀螺灵敏部的方向摆动，并对灵敏进行加矩控制，通过复合式寻北解算出被测目标的北向方位角，控制器显示的角度N为陀螺罗盘零位相对于真北方向的夹角。
陀螺定向前测量准备工作，在地表已知边上用三测回独立测量陀螺方位置角，求得仪器常数。
3 -900m中段和-960m中段联系测量受井筒条件的限制，-900m中段和-960m中段联系测量分开分时独立进行。
先进行-900m中段联系测量，等条件具备后再进行-960m中段联系测量。
3.1 -900m中段联系测量-900m中段定向点由φ2.0mm铜焊条加工成的“U”测钉用水泥埋设，共埋设4个定向点。
-900m中段联系测量分平面定向测量和导入高程测量，分开进行，即先进行平面定向测量，平面定向测量结束后，从安全门主提升孔下放长钢尺再进行导入高程测量。
3. 1.1平面定向测量平面定向测量，拟采用单根钢丝投点联合陀螺经纬仪定向的方法进行，见图1。
（1）投点采用φ2.0mm细钢丝单重投点法。
单重投点安装系统见图1。
缠绕钢丝的2t风动绞车固定在地面井口适当位置，钢丝从地面井口下放过程中，其下端配以适当重量的小重陀，钢丝下放至-900m 时，在已塔设好的测量平台上（三层吊盘的上层盘提升喇叭孔处）放上盛满稳定液（水）的大桶，钢丝下端通过一定的方式挂上砝码式的重陀（不小于100kg），并将重陀浸入盛满稳定液的大桶，用信号圈法和主提升大桶检查钢丝以确保钢丝自由悬挂，并在钢丝适当位置通过一定方式在地面井口和-900m或-960m各固定一张反射片。
陀螺仪在竖井定向测量的应用
世界有色金属 2016年 12月上52陀螺仪在竖井定向测量的应用张石聪（云南驰宏锌锗股份有限公司，云南 曲靖 ６５５０００）摘 要：近年来，随着公司找探矿及采矿向纵深方向延伸，竖井工程已成为公司主要的运输巷道，竖井定向的精度已成为公司测量的重点和难点工程。
在实际的工程建设过程中，联系三角形定向已很难满足超深井测量定向的精度要求，因此，只有行求更为行至有效的竖井定向方法。
目前一般采用的竖井测量方法有联系三角形法、光学投点以及陀螺定向等这几种方法。
相较这几种定向方法，为了更好地确保测量时效性，满足深井测量精度的准确性，采用陀螺仪定向是目前国内及公司竖井定向的最为行之有效方法。
本文主要分析探讨陀螺仪在竖井定向测量的应用是否满足定向要求。
关键词：竖井；陀螺仪；井下定向测量中图分类号：Ｖ２４１．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１６）２３－００５２－２Application of gyroscope in vertical shaft measurementZHANG Shi-cong（Ｙｕｎｎａｎ Ｃｈｉｈｏｎｇ Ｚｎ＆Ｇｅ Ｌｉｍｉｔｅｄ ｃｏｍｐａｎｙ，Ｑｕｊｉｎｇ ６５５０００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｎｙ ｌｏｏｋｉｎｇ ｆｏｒ ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇ ａｎｄ ｍｉｎｉｎｇ ｔｏ ｅｘｔｅｎｄ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ， ｔｈｅ ｓｈａｆｔ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｎｙ＇ｓ ｍａｉｎ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｒｏａｄｗａｙ， ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｆｏｃｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｎｙ＇ｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｐｒｏｊｅｃｔｓ． Ｉｎ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ， ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｔｒｉａｎｇｌｅ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｕｌｔｒａ ｄｅｅｐ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ， ｏｎｌｙ ｆｏｒ ｍｏｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｓｈａｆｔ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ． Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ， ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｓｅｖｅｒａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔ， ｓｕｃｈ ａｓ ｔｒｉａｎｇｌｅ ｍｅｔｈｏｄ， ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｇｙｒｏ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅｓｅ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｂｅｔｔｅｒ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｔｉｍｅｌｉｎｅｓｓ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ， ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｗｅｌｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ， ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｇｙｒｏ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｃｏｒｐｏｒａｔｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ａｎａｌｙｚｅｓ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｙｒｏ ｉｎ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ．Keywords: ｓｈａｆｔ； ｇｙｒｏｓｃｏｐｅ； ｄｏｗｎｈｏｌｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ为了进一步提高竖井定向的精度，建设单位在实际的操作过程中加强了对于竖井措施的运用，在这一过程中，为了确保竖井定向效果达到工程规范要求，相关人员加强了对于陀螺仪设备的使用。
测绘专业实验实习—— 陀螺仪定向原理与方法介绍
的摆幅；
记录陀螺通过零指标线的 时间。
1.6 定向边坐标方位角计算
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，一般在用于煤矿 金属 矿进行陀螺方位角及控制导线测量时用不到仪器常数。
2 索佳GPX陀螺全站仪原理与方法
索佳 GP-1
致谢
The end, thank you!
1.3 精密定向（逆转点法）
பைடு நூலகம்
要求粗定向误差≤±2°；
粗定向后下放陀螺，摆幅 控制在5~8格之间；
使用全站仪水平微动螺旋 跟踪并记录逆转点
N1
1 2
a1
2
a3
a2
N2
1 2
a2
2
a4
a3
……
N
N n2
1.4 精密定向（中天法）
要求粗定向误差≤±20′； 粗定向后下放陀螺，摆幅
1、陀螺全站仪的操作
L 1 2 a1 a3 2 a2
1.1 陀螺仪悬挂带零位观测
原理
悬挂零位是指陀螺马达不转时，陀螺灵敏部受悬带和导 流丝扭力作用而引起扭摆的平衡位置，即扭力矩为零的 位置。
在陀螺观测开始之前和结束之后，要作悬带零位观测， 观测3次。相应简称为测前零位和测后零位观测。
陀螺全站的操作流程
陀螺全站仪使用培训手册烟台威远图测绘技术有限公司李伟平陀螺全站仪的操作流程陀螺连接示意图陀螺全站的具体步骤1．将全站仪三角架架设在已知控制点上，要求三角架大致水平（便于仪器水平），三角架的高度在胸口一下（将陀螺安装在全站仪上后，读数窗口正好在肉眼的高度范围之内，便于观测，不至于太累）。
2．将电池用三针线跟逆变器连接，将逆变器用五针线跟陀螺连接，（在连接的过程中，注意连接头要对准缺口，垂直插拔，不要旋转，否则容易毁坏针头）连接好后会听到“咔”的一声。
取下陀螺锁紧口（固定陀螺的黑色罩）之后将陀螺全站仪严格对中整平，要求水准气泡不要超过0.5格。
3．将指南针（指南针所指的磁北方向与陀螺北方向的差值约为5度左右）安装在陀螺仪的上方，调整指南的位置使其大致指向北方（即指南针大致在两竖线的中间或者摆动的幅度左右一样），注意安装好指南针后要将锁定指南针的旋钮打开，否则指南针不工作，收仪器后再将锁定指南针的旋钮关闭，否则在搬运过程中指南针来回震荡容易毁坏。
4．测前零位检查：此时全站仪不开机，陀螺不通电。
眼睛看着陀螺的读数窗口，沿F方向（逆时针方向）以合适的速度下放陀螺，（下放的速度不能太快也不能太慢，太快的话陀螺的摆幅太大，超过最大读数10格的范围，太慢摆幅太小，没有起到零位检查的效果。
）待下放过程中出现▲HC标志与▼标志对齐时，此时陀螺下放了一半，这时要停顿几秒钟，然后继续以合适的速度下放，直至完全下放到底。
下放结束后通过陀螺的读数窗口观察陀螺的最大摆幅是多少（要求摆幅在5-9之间是最好的，否则将陀螺托起，按照上述的方法再重新下放）观察读数窗口记下陀螺摆到最左侧L和最右侧R的读数，精确到小数点后一位即可。
如L=5.4,R=5.0;L=5.4,R=4.9(要求观测两次，且L-R的数值应小于1格值)。
零位检查完成后，一定记得将陀螺托起。
5．确定大致的陀螺北：零位检查完成后，将陀螺托起，然后陀螺仪开机，即将逆变器的开关拨到ON的位置上。
陀螺仪测量操作流程
陀螺仪测量操作流程
陀螺仪测量操作流程大致如下：
1. 开启设备：首先启动陀螺仪装置，确保其正常运行并校准零点。
2. 定向设置：确定测量轴向，使陀螺仪的敏感轴对准欲测方向。
3. 数据采集：陀螺仪开始工作时，会连续输出绕各轴转动的速度信息（角速率）。
4. 实时记录：将获取到的角速率数据实时记录，通过内置算法或外部计算设备处理，可转换为角度变化量。
5. 结果分析：整合连续测量得到的数据，可以得出被测物体的绝对姿态、转速或轨迹等信息。
6. 关闭设备：测量结束后，按照规程正确关闭陀螺仪设备，并妥善保存数据。