陀螺经纬仪的现状研究及发展趋势:陀螺经纬仪价格
时间：2019-01-21 03:36:07 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要:本文介绍了陀螺经纬仪基本结构形式及其现状,并论述了陀螺仪的发展历史、各个时期陀螺经纬仪陀螺系统的精度、体重等方面的发展情况,最后探讨了未来陀螺经纬仪可能的发展趋向。
关键词:陀螺经纬仪;现状研究;发展趋势
中图分类号:S11+4文献标识码:B文章编号:1009-9166(2010)017(C)-0264-02
引言:陀螺经纬仪是一种将陀螺仪和经纬仪结合成一体的、全天候,并且不依赖其它条件能够测定真北方位的物理定向仪器、广泛应用于测绘工作中,特别是矿山、隧道、海洋、森林和军事等隐蔽地区的定向测量和快速测量,解决了传统定向测量方法精度低、工作量大及定向时间长等缺点。目前,陀螺经纬仪在地球南北地理纬度75°以内的地面和地下任何隐蔽地点,可以基本不受时间、地点及环境条件的限制,能速迅、准确地测定出任意测点的真北方向或任意测线的真北方位角。本文根据目前国际上陀螺仪研制技术的现状,预测了未来陀螺经纬仪的发展趋向。
一、陀螺经纬仪的基本结构
陀螺经纬仪的基本结构如图1所示
图1陀螺经纬仪基本结构图
1、光源;2、聚光镜;3、狭缝;4、狭缝光束经棱镜;5、物镜;6、线阵CCD;7、目视分划板;8、目镜;9、speculum;10、凸轮;11、陀螺马达;12、平面反射镜;13、悬挂带;14、连接架;15、导流丝;16、仪器外壳;17、目视分划板;l8、陀螺仪和经纬仪。
该结构中的陀螺仪为上架摆式陀螺仪,其核心是陀螺马达11,装在密封充气的陀螺房中,通过悬挂带13悬挂起来,用两根导流丝15供电,悬挂带上装有平面反射镜12,它们共同构成陀螺灵敏部。与陀螺壳体固连在一起的狭缝3被光源l以聚光镜2照亮。狭缝光束经棱镜4、平面反射镜12反射后再通过物镜5同时分别成像在6(线阵CCD)上及目视分划板17上。目镜8供调试及监视使用。转动外部手轮通过凸轮10带动升降限幅机构的升降,使陀螺灵敏部托起或放下。仪器外壳16内壁和底部装有磁屏蔽罩以防止外磁场干扰,陀螺仪和经纬仪l8靠专门设计的连接架14连接。
二、陀螺经纬仪的研究现状
(一)两种高精度经纬仪的简介
1、MARCS陀螺经纬仪。MARCS(Master Azimuth Reference Calibration Standard)称为“主方位基准校准标准”,由美国的利尔西格勒公司研制。该设备的精度小于2弧秒,对准时间约10分钟。它为美军使用的中等精度陀螺经纬仪的校正设备。其测量原理为:在无阻尼条件下,在精确定时的四分之一摆动周期内将仪器从初始位置快速粗略定位于北向,然后在阻尼条件下采用快速反馈法给摆施抽阻尼力矩,使陀螺自转轴逐渐静止在子午面内。最后锁定机构将摆锁定,归零,真北方位通过摆上的反光镜传递出去。该仪器结构复杂,在技术上有独到之处。它采用一种特殊的马达电源导流装置以便保证当摆和跟踪装置之间出现相对运动时,只产生超低扭矩。锁定机构利用交流电机和凸轮将摆锁定或开锁,锁定动作平稳而连续,以致摆上不受冲击。2、Gyromat陀螺经纬仪。Gyromat陀螺经纬仪是西德WBK矿山测量研究所于1978年在MW77型陀螺经纬仪的基础上发展而成的。数字显示方位角的自动测量陀螺经纬仪。其精度为3弧秒,测量时间为7min。它的特点是,在测量过程中可以有效地抑制各种高频干扰信号.而且在准确的定时内积分值与测量起点无关。由于测量时间只需一个周期,所以测量时问短,寻北速度快。它采用直流马达的陀螺元件,低速低功耗.温升低,不用导流丝可以有效地减少干扰力矩,不用外部电源而在敏感元件中自备电池。
(二)国内外陀螺经纬仪在精度方面的发展
国内有多家单位在开展陀螺经纬仪精度方面的研究工作。1970年研制成功的DJ6摆式陀螺经纬仪,是当时我国同类仪器中精度最高的仪器之一;1990年研制成功TDJ88,寻北精度达到国内领先水平。进入新世纪,该所与1001厂合作,又研制出了新型的高精度陀螺经纬仪,具有较高的测量精度和自动化水平。其他代表产品有中国船舶工业总公司第707所研制TJ-7071陀螺指北仪,寻北时间20min,寻北精度优于15″,中国航天发射技术研究院第15所研制的TXC.1自动寻北陀螺经纬仪,寻北时间8min,寻北精度为20″。磁悬浮是一种无摩擦、无磨损的支撑方式。利用该技术研制出的陀螺经纬仪不再采用悬挂带悬挂陀螺房体,而采用磁悬浮支撑的结构形式。这种结构形式可以消除悬挂带扭矩对陀螺盘房体运动的影响,从而实现快速、精确寻北。目前乌克兰中央设计局已研制出这种陀螺经纬仪,寻北时间为7min,寻北精度达到3″。国内长安大学也研制出了该种陀螺经纬仪,寻北时间为10min,寻北精度为5″。
现代陀螺经纬仪,按定向精度分为l0″外的工程级和lO″以内的精密级两挡,定向原理除英美曾用速度式外一般都为摆式,陀螺仪与经纬仪整体使用结合方式有下挂式和上架式两类。下挂式仪器是在材料科学和电子技术进步的基础上于50年代未发展起来的,至今几乎所有精密级仪器和自动化程度较高的仪器均属此类。上架式仪器随着陀螺马达的小型化也在这一时期发展起来,工程级仪器多属此类。无论哪类仪器,陀螺仪与经纬仪联用的形式都有多种。ARK2等少数仪器两部分一体化设计,结构简化,使用可靠。GAK1等不少仪器两部分可以分离,便于按需要组合,但重复连接有3″―6″方向误差。多数仪器直接选用商品经纬仪与陀螺仪连成一体。加工少,成本低。
三、陀螺经纬仪的发展趋势
随着科学技术、经济建设和国防建设的迅速发展,对陀螺经纬仪定向技术的要求愈来愈高,尤其要满足快速精密定向的需要。解决这一问题有三种不同途径:1、研制自动化测量附件。如:在加拿大大地测量工作中,利用MOMGi―Bl陀螺经纬仪,以附加自动测量时间装置求得摆动平衡位置标准差已由±15提高到±1.5。2、改进测量方法和改善估值模型,同样可以达到提高定向精度和缩短观测时间的目的。测量方法由手动测量逐渐发展到自动定向法,精度由±20提高到±5左右,时间缩短到7分钟。3、研制自动化的陀螺经纬仪。如MOM厂研制的Gi―B23。一次测量方位角的标准差达到±3―5″,Gi―B23的定向标准差已提高到±0.5″等。近几年,国内外还出现了自动显示、自动记录的电子陀螺经纬仪;
四、结论
在矿山测量中,用陀螺仪进行定向可以克服几何定向占用井筒时间长、耗费劳力多及井筒越深,从而提高了矿井定向的速度和精度,今后进一步研究和改进经济实用的、自动化陀螺仪及惯性仪器,研制开发不同精度系列.适于不同用途的陀螺仪,完善并推广陀螺定向的自动化研究成果。因此国内外各国厂家正进一步提高仪器的可靠性、定向精度、自动化测量程序、缩短观测时间和仪器小型化及自动化而努力攻关,这将是惯性测量领域的一次技术革命。
作者单位:中国矿业大学环境与测绘学院
参考文献:
[1]孙国富,周爱民.陀螺经纬仪的发展概况及其趋势[J].四川测绘.1988,21(2);76―80.
[2]陆元久.陀螺仪及惯性技术导航原理[M].北京:科学出版社,1964.
[3]陈俊杰,刘计寒,王庆林,袁占良.陀螺经纬仪定向精度分析[J].测绘与空间地理信息.2008.105(31).
[4]姜晨光,姜艾庆.从陀螺仪的研究现状谈陀螺经纬仪的发展趋向[J].黑龙江测绘.1996.4(19).
[5]白云超,刘思伟,田育民,陈晓璧.高精度寻北仪的现状及发展趋势[J].测绘科学与工程.2008,12.4(28).
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文
