CN2914033Y - 一种陀螺经纬仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种陀螺经纬仪，它包括陀螺和经纬仪两部分，其特征在于：将小型双轴陀螺与经纬仪组合，小型双轴陀螺直接安装在经纬仪的垂直轴系上，双轴陀螺的两个敏感轴呈水平放置，经纬仪的垂直轴系成为双轴陀螺的承载转台。本实用新型解决了传统的陀螺经纬仪存在的结构复杂，寻北时间受摆动周期的限制，寻北时间长，不易实现测量自动化和成本高等问题。

Description

一种陀螺经纬仪

技术领域

本实用新型涉及一种测量仪器。

背景技术

现有陀螺经纬仪基本上是采用吊丝悬挂的摆式陀螺寻北仪与经纬仪的组合。陀螺部分的基本结构是一个金属吊丝悬挂陀螺房体，房体内装有高速旋转的陀螺马达(即陀螺转子，转子轴呈水平安装)。吊丝和陀螺房体的连接点(即下悬挂点，吊丝的上悬挂点连接在经纬仪垂直轴系的下端，转动经纬仪垂直轴时可转动上悬挂点)成为陀螺房体的自由悬挂的转轴，因此构成一个质心下移的自由陀螺系统。由于陀螺房的重心在悬挂转轴的下方，因此自由陀螺绕水平轴(通常是绕垂直于转子轴的水平轴)的转动将受到重力矩的约束而构成一个悬挂摆。

在有阻尼的条件下，陀螺的定轴性和进动性与重力摆矩的相互作用，使陀螺转子轴出现自动趋于子午面的正弦衰减运动并且最终停在子午面内完成寻北。为了快速而精确的寻北，可采用多种寻北测量方式。

上述陀螺经纬仪的主要优点是：

1、由于吊丝悬挂方式，使陀螺工作时能自动寻找铅垂线方向，因而经纬仪的调平误差不直接影响寻北精度；

2、寻北测量时，对架设基面的倾斜速率不敏感；

3、易于达到较高精度。

其缺点是：

1、结构复杂，生产调试困难，产生周期长；

2、寻北时间受摆动周期的限制，寻北时间长；

3、不易实现测量自动化，成本高。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种陀螺经纬仪，以解决传统的陀螺经纬仪存在的结构复杂，寻北时间受摆动周期的限制，寻北时间长，不易实现测量自动化和成本高等问题。

本实用新型所述一种陀螺经纬仪的技术方案是：它包括陀螺和经纬仪两部分，将小型双轴陀螺与经纬仪组合，小型双轴陀螺直接安装在经纬仪的垂直轴系上，双轴陀螺的两个敏感轴呈水平放置，经纬仪的垂直轴系成为双轴陀螺的承载转台。

如上所述的一种陀螺经纬仪，所述小型双轴陀螺采用双轴挠性陀螺。

如上所述的一种陀螺经纬仪，其中经纬仪采用电子经纬仪。

如上所述的一种陀螺经纬仪，在无望远镜且无水平照准架结构中，所述双轴陀螺直接安装在经纬仪度盘方位转台上方。

如上所述的一种陀螺经纬仪，在经纬仪度盘有望远镜的上挂结构时，所述双轴陀螺安装在照准架上。

如上所述的一种陀螺经纬仪，在经纬仪有望远镜的中挂结构时，所述双轴陀螺安装在经纬仪度盘方位转台上方。

如上所述的一种陀螺经纬仪，所述双轴陀螺安装在经纬仪下方。

如上所述的一种陀螺经纬仪，所述双轴陀螺与经纬仪转台的方位转动机构为手动或自动。

如上所述的一种陀螺经纬仪，所述双轴陀螺罩有一个磁屏蔽罩。

本实用新型的优点和积极效果如下：

1、提供一种结构简单的陀螺经纬仪；

2、该陀螺经纬仪生产调试操作简单，生产周期短；

3、寻北时间短；

4、成本低，易实现测量自动化。

附图说明：

图1是本实用新型双轴陀螺的寻北原理图。

图2是本实用新型的无望远镜无水平照准架的结构示意图。

图3是本实用新型的具有望远镜的上挂结构的结构示意图。

图4是本实用新型的具有望远镜的中间式结构示意图。

图5是本实用新型的具有望远镜的下挂式结构示意图。

图6是本实用新型的寻北测量操作流程图。

图7是本实用新型的电路系统原理框图。

具体实施方式

本实用新型以挠性陀螺为例，说明其双轴水平寻北原理：

图1为双轴水平寻北原理的示意图。图中陀螺的两个敏感轴X，Y均处于水平面内。在任意方位上两个轴检测电路的输出分别为各自敏感到的地球自转角速度分量和常值漂移：

ω_x1＝ω_ecosλ×cosα_N+ω_x0    (1)

ω_y1＝ω_ecosλ×sinα_N+ω_y0    (2)

式中

λ  测量地点的纬度

α_N 欲求的x轴偏北角

ω_e 地球自转角速度(15°/h)

ω_x0陀螺的X输出轴常值漂移

ω_y0陀螺的输出轴常值漂移

为了消除常值漂移的影响，通过转动经纬仪使陀螺敏感轴绕铅锤轴转动180°进行第二个位置测量。

为了消除地磁场的影响，陀螺部分需要设置一层或者两层磁屏蔽罩。

ω_x2＝-ω_ecosλ×cosα_N+ω_x0    (3)

ω_y2＝-ω_ecosλ×sinα_N+ω_y0    (4)

(3)-(1)，(4)-(2)

ω_x2-ω_x1＝2ω_ecosλ×cosα_N

ω_y2-ω_y1＝2ω_ecosλ×sinα_N

则陀螺X轴的与北向的夹角为：

$a_N=\mathrm{arctg}\left(\frac{{\mathrm{\ω}}_{y2}-{\mathrm{\ω}}_{y1}}{{\mathrm{\ω}}_{x2}{-\mathrm{\ω}}_{x1}}\right)---\left(6\right)$

陀螺在经纬仪上的安装方式有如下四种：

形式1：

无望远镜无水平照准架结构，如图2。此时只利用电子经纬仪的水平度盘和垂直轴系。由于没有望远镜，方位输出需要通过外部自准直仪经纬仪准直寻北仪上的基准直角棱镜实现方位输出和传递；图2中1是陀螺，2是方位转动电机，3是经纬仪水平度盘，4是插座，5是电子箱，6是三脚架，7是方向锁紧和微动手轮，8是调平脚螺，9是方位输出直角棱镜和窗口，10是磁屏蔽罩。

形式2：

有望远镜的上挂结构，如图3。作为一个附件，陀螺安装在照准架之上的。此时安装空间大，要求经纬仪改动小。陀螺发热对于经纬仪影响小。图3中1是陀螺，3是经纬仪水平度盘，4是插座，5是电子箱，6是三脚架，7是方向锁紧和微动手轮，8是调平脚螺，11是望远镜。

形式3：

有望远镜中间式结构，如图4。陀螺安装在望远镜下方。此时安装空间过于狭小但系统结构尺寸小，稳定性好。图4中部件序号说明同上。

形式4：

有望远镜下挂式结构，如图5。陀螺安装在经纬仪下方。图5中部件序号说明同上。以上各种形式的结构，所述双轴陀螺与经纬仪转台的方位转动机构均可包括手动或自动两种。

系统电路说明：

现以形式3为例说明本发明的系统电路结构。

陀螺安装在经纬仪望远镜下方的照准架中心，陀螺的X，Y两个敏感轴垂直于经纬仪的垂直(方位)轴，其中X轴概略平行于望远镜俯仰轴。

陀螺马达驱动电路为陀螺(同步)马达提供驱动电源，使陀螺马达工作于恒定转速、两个力反馈回路构成陀螺转子的位置控制回路使转子跟踪陀螺外壳并且构成一个速率陀螺。两个力反馈回路各自输出一个正比于输入角速率的信号并且由AD变换器为数字量送到CPU进行处理。图7为系统电路框图。

电子经纬仪的方位角读出和显示器构成系统的电子测量和状态指示器。电子经纬仪的小型键盘完成纬度输入。

所有操作过程(包括手动或自动)、工作状态、测量结果和故障均由显示器(包括蜂鸣器)进行提示和指示。

为了便于操作，寻北仪的工作状态和每一步需要的操作均在显示器上显示。

和普通陀螺经纬仪一样，寻北测量时需要架设和调平。

为了缩短寻北时间，寻北测量结束时陀螺马达进行快速制动。制动结束之后寻北仪即可撤收。操作流程见图6。

Claims (9)

1、一种陀螺经纬仪，它包括陀螺和经纬仪两部分，其特征在于：将小型双轴陀螺与经纬仪组合，小型双轴陀螺直接安装在经纬仪的垂直轴系上，双轴陀螺的两个敏感轴呈水平放置，经纬仪的垂直轴系成为双轴陀螺的承载转台。

2、如权利要求1所述的一种陀螺经纬仪，其特征在于：所述小型双轴陀螺采用双轴挠性陀螺。

3、如权利要求1所述的一种陀螺经纬仪，其特征在于：经纬仪采用电子经纬仪。

4、如权利要求1所述的一种陀螺经纬仪，其特征在于：在无望远镜且无水平照准架结构中，所述双轴陀螺直接安装在经纬仪度盘方位转台上方。

5、如权利要求1所述的一种陀螺经纬仪，其特征在于：在经纬仪有望远镜的上挂结构时，所述双轴陀螺安装在照准架上。

6、如权利要求1所述的一种陀螺经纬仪，其特征在于：在经纬仪有望远镜的中挂结构时，所述双轴陀螺安装在经纬仪度盘方位转台上方。

7、如权利要求1所述的一种陀螺经纬仪，其特征在于：所述双轴陀螺安装在经纬仪下方。

8、如权利要求1、4、5、6或7所述的一种陀螺经纬仪，其特征在于：所述双轴陀螺与经纬仪转台的方位转动机构为手动或自动。

9、如权利要求1、4、5、6、或7所述的一种陀螺经纬仪，其特征在于：所述双轴陀螺罩有一个磁屏蔽罩。

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