索佳全站式陀螺仪定向原理
测绘专业实验实习—— 陀螺仪定向原理
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.3 陀螺仪的分类
陀螺经纬仪
上架式
全站式陀螺仪
上架式
全自动全站式陀螺仪
下架式
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.4 陀螺仪的基本结构
陀螺仪的结构
悬挂带
全站式陀螺仪是将陀螺仪安放 在全站仪之上而构成的，其中
陀螺
陀螺仪部分的基本结构如右 图。
分划板
目镜筒
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
4. 陀螺仪的基本结构
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2.2 陀螺仪定向原理－陀螺仪相对地球的运动
当陀螺仪在北纬某地设站，其主 轴无论是方位角（相对子午线） 和高度角（相对水平面）都不停 地发生变化。
由此可见，陀螺仪主轴在地球上 的视运动，不仅与纬度有关，还 与主轴与子午面及水平面之间的 夹角有关。
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
1. 陀螺仪的定轴性、进动性
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”。
2. 陀螺仪定向原理与使用方法
1. 陀螺仪的定轴性、进动性
如右下图，左端为一可转动的陀螺，右端为一可移动的悬重。
（1）指向力矩MH
MH=HEcos sin
E- 地球自转角速度 - 测站地理纬度 - 陀螺主轴与子午面之间的
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。
索佳全站仪系列特点介绍
目 录
一、 全站仪 1、索佳全站仪产品系列简介 2、索佳全站仪主要特点介绍 3、索佳特型产品 二、水准仪 1、0.2mm光学水准仪
2、0.3mm电子水准仪（新）
三、索佳全站仪解决方案简介 四、小结
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索佳产品总览
GNSS参考站 GSR2700 RSX 双频一体化 GSR2700 IS/ISX SET X系列 GIS型GPS:GIR1600
测量机器人NET05/1
SET 20/20K 系列
NET1200
单频Stratus
电子水准仪
SET30RK3全站仪
全站式陀螺仪
激光扫平、铅垂仪 光学水准仪
激光经纬仪
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1.1 索佳全站仪系列
（0.8mm+1ppm）
（1mm+1ppm）
NET05 SRX、 NET1
（2mm+2ppm）
自动型全站仪
SETX、NET1200
补偿范围
数据存储 通讯端口 显示器
大于±12'
内存 10000 点、 SD 卡、USB 闪存 RS-232C、一级蓝牙(选配) 192 x 80 点阵LCD 图形显示器、屏幕尺寸 71.5 x 31mm
键盘
瞄准器与自动调焦 遥控器 机载软件 测量程序 电源 防尘防水等级 尺寸与重量
带背光27键 (字母数字键) + 测量键
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1.3 NET05－更好的操作性能：现代化的屏幕触摸操作技术
（8）屏幕可触摸操作，独特凹型按键设计，可背景光照 明数字字母键盘，充分体现人性化设计。
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1.3 NET05－更好的操作性能：现代化的数据通讯技术
（9）集现代数据通讯技术之大全： RS232、蓝牙、双USB、CF/SD卡
索佳 GYRO1X 2X 3X 自动全站式陀螺仪 说明书
1!!!!!使 用 说 明 书2!!!!!!!!!!!!!!使 用 说 明 书相关使用说明书y GYRO1X/2X/3X随机配备下列使用说明书：1.《GYRO1X/2X/3X自动全站式陀螺仪使用说明书》介绍自动全站式陀螺仪的操作方法。
2.《SRX系列电子全站仪使用说明书》介绍SRX系列电子全站仪的基本功能及其操作方法。
符号和约定 本说明书使用下列符号和约定：：表示操作前应阅读的注意事项和重要内容。
：表示参阅章节的名称。
：表示补充说明。
：表示特别术语或操作的说明。
[软键]等 ：表示屏幕显示的功能软键。
{按键}等 ：表示操作面板上的按键。
相关说明 y除特别说明外，说明书中的“SRX”均表示“SRX1X/2X/3X”。
y除特别说明外，说明书的“GYRO X”均表示“GYRO1X/2X /3X”。
41.安全操作须知 (1)2.注意事项 (5)3.激光安全信息 (7)4.仪器部件名称 (9)4.1全站式陀螺仪的特点 (9)4.2仪器部件名称 (10)4.3模式结构图 (12)5.基本操作 (13)5.1按键基本功能 (13)6.电池充电 (15)7.测前准备和结束测量 (17)7.1仪器连接 (17)7.2陀螺测量前准备工作 (19)7.3陀螺程序启动与退出 (21)7.4结束陀螺测量 (23)8.真北方向测定 (24)8.1方位角显示 (25)8.2真北方向测定 (26)9.仪器常数测定 (33)10.错误信息 (38)11.故障处理 (39)11.1更换保险丝 (40)512.仪器检查 (41)12.1悬挂带检查 (42)12.2检查模式 (42)13.标准配置 (45)14.技术指标 (47)15.规范 (49)16.附录:陀螺仪原理 (50)61.为确保安全操作，避免造成人身伤害或财产损失，本说明书使用“警告”或“注意”来提示应遵循的条款。
在阅读本说明书主要内容之前，请首先弄清这些提示的含义。
提示含义本符号用于需特别注意条款的提示，有关细节说明随符号给出。
陀螺仪原理
陀螺仪原理
陀螺仪是一种利用陀螺效应来测量和维持方向的仪器。
它的原理基于物体的角
动量守恒定律，通过旋转的陀螺来感知方向的变化。
陀螺仪的原理在航空航天、导航系统、惯性导航等领域有着广泛的应用。
首先，我们来了解一下陀螺效应。
当一个陀螺体在外力作用下发生偏转时，它
会产生一个与偏转方向垂直的陀螺力，这就是陀螺效应。
这个效应是由于陀螺体旋转时角动量守恒的结果，使得陀螺体在偏转时保持一定的方向，这就是陀螺仪原理的基础。
其次，陀螺仪的工作原理是通过测量陀螺体的角速度来确定方向。
当外部力使
得陀螺体发生偏转时，陀螺仪会感知到这个偏转，并通过测量陀螺体的角速度来确定偏转的方向和大小。
这样就可以实现对方向的测量和维持，使得陀螺仪可以在航空航天、导航系统等领域发挥重要作用。
陀螺仪的原理还可以通过惯性导航系统来加以应用。
惯性导航系统是一种利用
陀螺仪和加速度计来测量和维持方向的导航系统。
通过测量陀螺仪和加速度计的数据，可以确定物体的位置和方向，从而实现导航和定位的功能。
总的来说，陀螺仪的原理是基于陀螺效应和角动量守恒定律，通过测量陀螺体
的角速度来确定方向。
它在航空航天、导航系统、惯性导航等领域有着广泛的应用，可以实现对方向的测量和维持，是一种非常重要的仪器和技术。
陀螺定向方法和精度评定解析
陀螺定向⽅法和精度评定解析陀螺逆转点法定向及精度评定摘要隧道或井巷⼯程测量导线布设的形式因受巷道形状的制约，若单纯采⽤改变导线布设形式或提⾼测⾓次数与精度等⽅法，往往难以满⾜⼯程施⼯对于测量的精度要求。
陀螺经纬仪是测量井下导线边⽅位⾓、提⾼测量精度的重要仪器。
尤其是在贯通测量中陀螺经纬仪的应⽤⾮常⼴泛。
贯通测量是⼀项⼗分重要的测量⼯作,必须严格按照设计要求进⾏。
巷道贯通后,其接合处的偏差不能超过⼀定限度,否则就会给采矿⼯程带来不利影响,甚⾄造成很⼤的损失。
本⽂对陀螺经纬仪⼯作原理介绍，以及陀螺经纬仪在贯通测量中的精度评定。
陀螺经纬仪在不同领域的贯通测量⼯作中运⽤实例的分析，总结出在贯通测量导线加测陀螺定向边的最佳位置。
关键词：陀螺定向，贯通测量，陀螺经纬仪，精度评定ABSTRACTTunnel or shaft engineering measurement wires for the form of roadway, if simple shape by changing arrangement forms or improve wires and precision Angle measurement methods, and often difficult to satisfy the measurement accuracy for engineering construction. Gyro theodolite is measured in wire edge Angle, improve the measuring precision instruments. Especially in the measurement of the photoelectric theodolite gyro breakthrough is used extensively. Through measurement is a very important measurement work, must strictly according to the design requirements. The roadway expedite, its joint deviation cannot exceed a certain limit, otherwise they will be detrimental to the mining project, and even cause great losses. This paper introduces working principle of gyro theodolite, as well as the breakthrough in the measurement of the gyro theodolite accuracy assess. Gyro theodolite in different fieldsof the measurement of the examples, this paper leads in breakthrough measurement on the edge of the directional gyro adds the best position.Key words: directional gyro; through measurement; gyro theodolite; Accuracy Assessment⽬录1 绪论 (1)1.1陀螺定向的研究现状 (1)1.2研究陀螺定向的⽬的 (1)1.3陀螺定向的应⽤领域及发展趋势 (2)2 陀螺经纬仪定向测量原理与⽅法 (3)2.1陀螺经纬仪的类型与结构 (3)2.1.1 陀螺经纬仪定向的优点及应⽤领域 (3)2.1.2 陀螺经纬仪的基本结构 (3)2.1.3 陀螺经纬仪的类型 (4)2.2陀螺经纬仪定向的基本步骤 (5)2.3跟踪逆转点法测定陀螺⽅位⾓的作业过程 (7)2.3.1 陀螺仪悬带零位观测 (7)2.3.2 粗略定向 (8)2.3.3 精密定向 (9)3 陀螺定向的误差分析 (13)3.1陀螺定向的误差来源 (13)3.2陀螺定向在贯通测量中的精度评定 (14)3.2.1 陀螺⽅位⾓⼀次测定中误差 (14)3..2.2 ⼀次定向中误差 (14)3.3陀螺定向在贯通测量中导线的平差 (15)3.3.1 具有两条陀螺定向边导线的平差 (15)3.3.2 具有三条陀螺定向边导线的平差 (17)4 陀螺定向在贯通测量中的应⽤实例分析 (20)4.1陀螺定向在道路贯通测量中的应⽤实例分析 (20)4.1.1 ⼯程概况 (20)4.1.2 陀螺定向技术 (20)4.1.3 精度评定 (22)4.1.4 ⼯程分析 (23)4.2陀螺定向在矿⼭贯通测量中的应⽤实例分析 (24)4.2.1 ⼯程概况 (24)4.2.2 陀螺定向技术 (24)4.2.3 精度评定 (26)4.2.4 ⼯程分析 (27)4.3陀螺定向在⽔利贯通测量中的应⽤实例分析 (27)4.3.1项⽬概况 (27)4.3.2 陀螺定向技术 (28)4.3.3 陀螺定向精度评定 (29)4.3.4 坐标解算及成果对⽐分析 (30)4.3.5 ⼯程分析 (35)5 结论 (38)参考⽂献 (39)致谢..................................................... 错误！未定义书签。
陀螺仪瞄准的作用原理
陀螺仪瞄准的作用原理
陀螺仪瞄准的作用原理是利用陀螺的旋转稳定性来保持瞄准装置的方向稳定。
陀螺仪是一种旋转的物体，其旋转轴始终保持固定在空间中的一个方向，即陀螺仪的转轴。
当陀螺仪的转轴方向发生变化时，陀螺仪会产生一个力矩，试图使其转轴恢复到原来的方向上。
在陀螺仪瞄准装置中，陀螺仪被安装在一个可称之为瞄准平台的结构上。
瞄准平台可以根据需要进行调整，以保持陀螺仪的转轴与需要瞄准的目标保持一致的方向。
当瞄准平台需要保持固定的方向时，例如需要对准一个目标时，由于陀螺仪的旋转稳定性，陀螺仪的转轴会试图保持不变。
然而，在实际应用中，陀螺仪的转轴也会受到外界的干扰，例如震动、重力等。
为了抵消这些干扰，瞄准平台可以通过一系列的机械或电子控制装置对陀螺仪进行调整，使其转轴保持与目标一致的方向。
综上所述，陀螺仪瞄准的作用原理是利用陀螺的旋转稳定性来保持瞄准装置的方向稳定，并通过控制装置对陀螺仪进行调整，以抵消外界干扰，使其转轴始终指向目标。
陀螺仪工作原理
陀螺仪工作原理
陀螺仪利用物体的旋转运动来测量和确定物体的方向。
它基于一个原理，即旋转物体的自旋轴倾向于保持不变。
通过测量旋转轴的变化，陀螺仪可以准确地确定物体的方向。
陀螺仪通常由旋转部件和检测部件组成。
旋转部件包括陀螺盘和驱动系统，它们将物体绕一个特定的轴旋转。
检测部件包括传感器和计算单元，用于测量和分析物体的旋转。
当陀螺仪开始旋转时，陀螺盘的旋转轴会随着物体的旋转而改变。
传感器可以检测到这些旋转轴的变化，并将其转化为电信号。
计算单元接收传感器的信号，并根据这些信号计算出物体的方向。
陀螺仪的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：首先，陀螺盘开始旋转，绕着一个特定的轴。
其次，传感器测量陀螺盘旋转轴的变化，并将其转化为电信号。
然后，计算单元接收传感器的信号，并计算出物体的方向。
最后，计算单元将计算结果输出，以供其他系统或设备使用。
陀螺仪的工作原理较为复杂，但它在导航、航空航天、惯性导航等领域中具有广泛的应用。
通过测量物体的旋转轴变化，陀螺仪可以提供准确的方向信息，帮助人们导航、定位和控制物体的运动。
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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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3、陀螺仪寻北原理
(1) 地球自转及其对陀螺仪的作 用 地球以角速度ωE(ωE=1周/ 昼夜=7.25×10-5rad/s)绕其自转 轴旋转，故地球上的一切东西都 随着地球转动。如从宇宙空间来 看地轴北端，地球是在作逆时针 方向旋转，其旋转角速度的矢量 ωE沿其自转轴指向北端。对纬 度为φ的地面点p而言，地球自 转角速度矢量ωE和当地的水平 面成φ角，且位于过当地的子午 面内。ωE可分解为垂直分量 ω2(沿铅垂方向)和水平分量ω1( 沿子午线方向)。
目 录
概述
陀螺仪的基本原理
陀螺仪的基本结构 陀螺仪定向工作流程 陀螺仪悬带零位观测 粗略定向
精密定向
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一、概述
陀螺定向是运用陀螺经纬仪直接测定井下未知边的方位角。 它克服了运用几何定向方法进行联系测量时占用井筒时间长、 工作组织复杂等缺点，目前，已广泛应用于矿井联系测量和 控制井下导线方向误差的积累。
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三、陀螺仪的基本结构
陀螺经纬仪是陀螺仪和经纬仪组合而成的定向仪器。根据其连 接形式不同主要可分为上架式陀螺经纬仪和下架式陀螺经纬仪 两大类。上架式陀螺经纬仪即陀螺仪安放在经纬仪之上，下架 式陀螺经纬仪即陀螺仪安放在经纬仪之下。
现在常用的矿用陀螺经纬仪大都是上架式陀螺经纬仪。
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(2) 陀螺仪轴对地球的相对运动
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• 摆式陀螺的进动 当地球旋转时，钟摆式陀螺仪上的悬重 Q 将使主轴 x产生回 到子午面的进动，其关系表示于上图中。当陀螺仪主轴x平 行于地平面的时刻，则悬重Q不引起重力力矩，所以对于x 轴的方位没有影响。但在下一时刻，地平面依角速度ω3绕y 轴旋转，所以地平面不再平行于 x轴，而与之呈某一夹角。 设x轴的正端偏离子午面之东，那么当地平面降落后，观测 者感到的是x轴的正端仰起至地平面之上，并与地平面呈夹 角θ。因而悬重 Q 产生力矩使 x轴的正端进动并回到子午面 方向。反之亦然。
目前，常用的陀螺仪是采用两个完全自由度和一个不完全 自由度的钟摆式陀螺仪。它是根据上述的陀螺仪的定轴性和进 动性两个基本特性，并考虑到陀螺仪对地球自转的相对运动， 使陀螺轴在测站子午线附近作简谐摆动的原理而制成的。
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如果把自由陀螺仪的重心从中心下移 ，即在自由陀螺仪轴上加以悬重Q， 则陀螺仪灵敏部的重心由中心O下移 到O1点，结果便限制了自由陀螺仪绕 y轴旋转的自由度，亦即x轴因悬重Q 的作用，而永远趋于和水平面平行的 状态。此时它具有两个完全的自由度 和一个不完全的自由度。因为它的灵 敏部和钟摆相似(重心位于过中心的铅 垂线上，且低于中心)，所以称为钟摆 式陀螺仪。如果用悬挂带悬挂起来， 陀螺既能绕自身轴高速旋转，又能绕 悬挂轴摆动一可转动的陀螺，右端为一可移动的悬重，当调节 悬重的位臵使杠杆水平时，可以看到陀螺转动后，其轴线的方 向始终保持不变，即可验证定轴性。当将悬重向左移动一小段 距离，即相当于陀螺轴受到一个向下的作用力时，陀螺转动后， 杠杆将保持水平，但将在水平面上作逆时针方向的转动；同理， 将悬重右移一小段距离，即陀螺轴受到一个向上的作用力时， 陀螺转动后，杠杆仍保持水平，但将在水平面上作顺时针方向 的转动，这样即可验证自由陀螺仪的进动性。
• 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ω 2 不 断地变换位臵。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。
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这时角速度矢量ωE应位于OPN上，且向着北极PN那一端。将 ωE分解成互相正交的两个分量ω1和ω2。ω1叫做地球旋转的 水平分量，表示地平面在空间绕子午线旋转的角速度；且地平 面的东半面降落，西半面升起，在地球上的观测者感到就像太 阳和其他星体的高度变化一样。地球水平分量ω1的大小为： ω1=ωEcosφ 分量ω2表示子午面在空间绕铅垂线亦即万向结构 z轴旋转的角 速度，并且表示子午线的北端向西移动。这个分量称为地球旋 转的垂直分量。观测者在地球上感到的正如太阳和其他星体的 方位变化一样。分量ω2的大小为： ω2=ωEsinφ
图3-10陀螺仪定向示意图
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可以按下式求出仪器常数： △=A0-αT 在下井定向之前，在已知边上测定仪器常数应进行2—3次，各 次之间的互差对于GAK-1、JT15 等型号的仪器应小于40″。 2、在井下定向边上测定陀螺方位角 仪器安臵在C′点上，可以测出C′D′边的陀螺方位角 αT ′ 。则定向边的地理方位角A为:
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全站式陀螺仪是将陀螺仪安放 在全站仪之上而构成的，其中 陀螺仪部分的基本结构如右图
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四、陀螺仪定向的作业过程
1、地面已知边上测定仪器常数
假想的陀螺仪轴的稳定位臵通常不与地理子午线重合，二者 之间的夹角称为仪器常数，一般用△表示 。陀螺仪子午线位于 地理子午线的东边△为正；反之为负。
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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。