全自動陀螺儀

AGP-1自動陀螺全站儀由自動陀螺儀AGP-1和SET3B全站儀組成。 對AGP-1自動陀螺全站儀的操作、步驟非常簡單，與傳統陀螺經緯儀相比、操作者只需簡單的幾次按鍵，以及常規的幾次照準；其它工作全部由陀螺全站儀自動完成，最後陀螺儀顯示屏上顯示的數據就是您所需的（通常顯示的是“測站點至目標點的天文方位角A”，參看後面的圖1 “陀螺全站儀各角度之間的關係”）。

基本介紹

• 中文名：全自動陀螺儀
• 懸掛帶：防斷裂懸掛帶
• 儀擺動周期：150~160秒
• 帶擺動周期：50~55秒

儀器介紹

陀螺儀的套用：與常規儀器相比，利用陀螺儀定向不需要羅盤等設備預先確定近似北方向，並且無需考慮通視和氣象情況、也不要求提供已知點等。除了在南北極點外，陀螺儀都能夠測定出真北方向。

陀螺儀尤其適用於地礦、煤礦、隧道、捷運等地下工程，是其它儀器設備無法替代的理想定向和測量工具。

AGP-1全自動陀螺全站儀

（1） 簡介。

AGP-1自動陀螺全站儀由自動陀螺儀AGP-1和SET3B全站儀組成。

（2） 主要技術指標。

1． 陀螺儀主要技術指標。

陀螺儀尺寸及重量：300×300×440mm，10.4㎏。

AGP-1 的電機：電子指令控制的直流電機，加速功率1.0W。啟動時間約25秒，制動時間小於30秒。

陀螺儀機體：防壓機體，內含陀螺電機，電子驅動部件，電源等。重力矩2NW，重量1.8㎏。

根據所需精度要求的不同，AGP-1提供有三種測量模式。無論用哪種測量模式操作，儀器都可在短時間內向操作者提供測量結果。如下表所示。

模式種類	標準差（*）	測量時間
模式1	± 6″	約10分鐘
模式2	± 32″	約 2分鐘
模式3	± 16″	約 4分鐘

*所列示的標準偏差為陀螺儀和全站儀的綜合精度。

1． SET3B全站儀主要技術指標。

詳細信息

角度測量
	最小顯示	1″或5″可選
	測角精度（標準差）	± 3″（水平角和垂直角）
距離測量
	AP01單稜鏡測程	2500m（良好氣象條件）
	測距精度（標準差）	± （3 + 3ppm × D）mm; （D為經過改正後的距離值）
內置軟體主要功能
	後方交會、測站點轉換、三維坐標測量、對邊測量、懸高測量、偏心測量等
其它
	雙軸補償器、100點坐標存儲、角度單位和緯度單位可選

操作步驟

AGP-1自動陀螺儀的操作步驟簡介。

1． 利用陀螺全站儀專用腳架（原配腳架）上的圓水準器在測站點上完成腳架的近似對中和整平

2． 將陀螺儀架設在專用腳架上

3． 將陀螺儀與SET3B全站儀牢固對接（陀螺儀和全站儀上各有一個三角提示標誌）

4． 用數據電纜接通陀螺儀和SET3B

5． 將儀器對中整平

6． 將全站儀開機並完成度盤指標設定後打開陀螺儀電源

7． 陀螺儀與SET3B間一致性的建立以及SET3B水平度盤置零

8． 按陀螺儀上的START（開始）鍵

9． 稍等片刻直到螢幕出現要求照準提示

10． 根據提示按盤右，盤右，盤左，盤左的順序照準目標，按ENTER鍵將觀測值存入陀螺儀

11． 陀螺全站儀自動完成到目標點的方位角計算並將結果顯示在陀螺儀螢幕上

12． 用原配的處理軟體將陀螺儀器存儲的數據傳輸到計算機內進行處理

（3） 陀螺全站儀各角度之間的關係。

A = 測站點至目標點的天文方位角

E = 儀器常數

U = 擺動中心點

W = 指標讀數

Z = 目標點讀數平均值

γ= 子午線收斂角

N = 全站儀零方向方位角

t = 坐標方位角

其中：

N = E + U

A = N + Z

（在中央子午線的東方，收斂角Y為正；在中央子午線的西方，Y為負。）

測量的結果，儀器會向用戶提供A值和全站儀零方向與北方向的偏差值N。對於Y值，用戶可以按照平面直角坐標值或者按經度和緯度進行計算。

工作原理

自動陀螺儀的工作原理

（1） 陀螺的進動性

1． 繞自身迴轉軸高速旋轉的剛體稱為陀螺。

2． 陀螺有三個軸（圖2）。其中一個為迴轉軸，另外兩個在這裡先分別稱為主軸和次軸。迴轉軸沿垂直線轉動，主軸沿過垂直線與圖示紙張同平面的平面旋轉，次軸沿過垂直線且與圖示紙張平面垂直的平面旋轉（如下圖所示）。

3． 迴轉軸是陀螺工作的動力源。主軸是驅動軸，次軸是從動軸。

4． 如果陀螺沿迴轉軸轉動，並且有外力矩加在主軸上，那么次軸將產生進動，此時沿主軸方向的強度很大不會發生彎曲等；這是陀螺運動的一個特性。事實上，當在次軸上加一外力矩時，在主軸上同樣也產生進動；當在主軸和次軸上同時施加外力矩時，則在主軸和次軸上同時產生進動。簡單地說就是：有外加力矩存在時，陀螺轉子軸向外加力矩的方向進動。

上式表示：

外力矩作用的結果，是改變迴轉動量矩的方向；並且陀螺進動角速度的方向與外加力矩的方向相互垂直（“平行四邊形法則”知識從略）。

（2） 陀螺的定軸性

1． 勻速自轉（沿迴轉軸轉動）的陀螺在沒有任何外力矩作用時，力圖在它本身轉動慣量的維持下，使其自轉軸指向慣性空間恆定的初始方向，這是陀螺的定軸性（圖3）。

2． 當陀螺高速旋轉時，在有外力矩作用時，陀螺迴轉軸按等角速度進動；當陀螺不轉動時，在同樣的外力矩作用下，陀螺按等角加速度進動。就是說由於陀螺的高速轉動，降低了外加力矩對陀螺迴轉軸在空間方向的影響。這種特性也是陀螺的定軸性。

（3） 陀螺尋北說明

首先說明一點，陀螺沿圖3所示方向轉動時，陀螺對中心點的動量矩h的方向如圖所示。

圖3

如圖4所示，假設當陀螺不旋轉時，平衡物體與陀螺平衡，平衡桿是水平的（“槓桿平衡原理”知識從略）。當將平衡物體向右（或向左）移動時，陀螺會上升（或下降）運動。

如圖5所示，在平衡桿平衡時假設用馬達帶動陀螺使其高速旋轉（方向如圖所示，面向紙張方向、順時針由外向內轉動），此時將平衡物體向左移動，陀螺並不向上運動而是整個系統繞支點逆時針方向進動（分析看圖5右側矢量圖）。若將平衡物體向右移動，則整體系統繞支點順時針方向進動（圖6，分析看右側矢量圖）。

對於懸掛在某處（南北極點除外）用於測定北方向的陀螺儀而言，由於地球不斷地由西向東自轉，對慣性空間來講陀螺儀地點的重力方向不斷變化；另外陀螺儀的重心在懸掛點下面（圖7，陀螺由通過其重心的懸掛帶掛著），重力（mg，其中m為陀螺的質量；g為重力加速度。）力圖讓陀螺迴轉軸維持在水平方向，結果相當於有一個指向北方向的外力矩（重力矩）作用於陀螺儀。陀螺沿迴轉軸高度旋轉時，陀螺的動量矩按照最小夾角方向向外力矩方向進動，陀螺軸就自動尋北了。當進動到陀螺迴轉軸指向真北方向時，陀螺動量矩於重力矩重合，但由於慣性的作用，陀螺部繼續進動，後由於摩擦阻力矩、懸掛帶扭矩的作用，使陀螺進動到一定位置停下來。隨後再因為重力方向的改變重複前面的過程。結果就構成了一個圍繞地軸（真北）方向的往復擺動，該擺動的重心就是真北方向（參看圖1所示）。

（4） AGP-1自動陀螺全站儀

與傳統的陀螺經緯儀相比，AGP-1自動陀螺全站儀的特點在於自動上。用戶在短時間內可完成定向。

三、Y/GTD系列陀螺全站儀

上世紀60年代開始，為滿足軍隊上的需要，中國人民解放軍1001工廠與西安測繪研究所合作研發生產陀螺全站儀，60年代初就研製出了下架式陀螺經緯儀，如MZ115-5，80年代又合作開發出了TDJ—88型陀螺經緯儀，該中型號陀螺儀已經大量裝備部隊，90年代又開發出Y/JTG-1，2000年後有研製出Y/JTD-2和Y/JTD-1陀螺全站儀。

性能介紹

Y/JTD-1陀螺全站儀性能介紹

Y/JTD-1陀螺儀是中國人民解放軍1001工廠（西安航光儀器廠）生產的全自動積分式陀螺全站儀，該廠生產的陀螺全站儀現已裝備部隊200餘台套。該儀器能無依託，自主尋北，測定目標方位角，具有精度高、定向時間短，自動化程度高，配備各款全站儀等優點，尋北精度5秒。

套用領域

1大型隧道貫通測量

2 捷運工程測量

3 礦山工程測量

4 飛彈發射瞄準系統

5 炮兵陣地聯測

6 建立方位基準及導航設備表校等領域

產品特性

1 陀螺儀利用積分法測量，優於目前市場上的逆轉點法設備，全自動實現快速高精度尋北。

2基準鏡設定及零位修正程式，實現高精度定向

3 採用直流永磁陀螺電機，陀螺旋轉精度高，轉動無死點，陀螺敏感部溫升小。

4 陀螺敏感部採用下掛式擺式陀螺，便於操作安裝

5 多層磁屏機構，禁止外部磁場，提高設備抗干擾能力。

6 陀螺儀與全站儀採用合理、可靠的機械及通信接口處理

7 使用市場上多品牌全站儀，方便接駁不同類型的全站儀產品。

8 廣泛使用與地下工程定向，盾構導向等工程套用

成功套用

目前該陀螺儀已形成系列化成品，並可選配不同品牌的全站儀，經緯儀，以滿足不同用戶的需求。相關產品已在總參測繪局、二炮裝備200多台套。2009年，我們的產品已成功在中石油管道局、長江盾構工程、西安捷運、山西陝北河南福建數家煤礦裝備局等單位的重大項目中。

技術規格

精度…………………………………………………………………一次定向測量中誤差 ≤ 5 ″

定向時間…………………………………………………………………一測回定向時間≤12min

環境

濕度……………………………………………………………………………5%～98%（非冷凝）

工作溫度…………………………………………………………………………－20℃～+50℃

貯存溫度…………………………………………………………………………－40℃～+60℃

重量

陀螺儀主機…………………………………………………………………15kg（不含全站儀）

尺寸（寬×高）

陀螺儀主機………………………………………………………230 mm×450mm（不含全站儀）

可靠性………………………………………………………………MTBF≥400h，MTTR ≤ 30min

壽命………………………………………………………………15年（陀螺電機2000工時更換）

定向方式………………………………………………………擺式下懸掛陀螺定向、積分法測量

自動化程度…………………………………………………………………………………全自動