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1、陀螺全站仪仪器常数稳定性的影响因素 【摘要】陀螺全站仪是利用高速回转体的内置陀螺进行真北方向的精确定位的高精度定向仪器，可以不依靠其他条件就能够测定真北方向。仪器常数的稳定性干脆影响到定向结果的牢靠性。针对该问题, 文章从仪器常数探讨了陀螺定向的精度问题, 总结了影响仪器常数稳定性的因素。提出了在运用陀螺全站仪前应对仪器进行检测、 仔细观测并计算零位值的建议。 【关键词】陀螺全站仪；仪器常数；影响因素 0.引言 陀螺全站仪的定向精度是指陀螺全站仪定向观测值的离散度及偏离真值的程度。若将仪器架设在已知真北方位的基准边上, 则多次试验测出的方位角与实际方位角进行对比, 求出的均方差即为陀螺全站仪的
2、定向精度。该指标可用来考核仪器定向的重复性和仪器常数的稳定性。由于在计算定向边的地理方位角时须要加入仪器常数, 因而仪器常数的测定精度和牢靠性干脆影响到定向结果的精度和牢靠性。针对陀螺全站仪的仪器常数及其测定, 本文进行了一些有益的探讨。 1.仪器车载运输对仪器常数稳定性的影响 仪器常数运输振动发生改变, 主要来源于以下两个方面。 1.1仪器结构中联接件的变形及相互位置改变。 1.2各联接件加工及装配残存的应力受振动而产生释放。 这些影响很难进行定量分析确定,只有通过在陀螺全站仪的设计中实行以下措施, 解决仪器车载运输振动造成的常数改变: 在结构允许的前提下,加大各联接部件的尺寸,有效增加联接
3、的坚固性; 减小各联接件之间的协作间隙,避开振动后各联接件的位置改变; 对主要联接零件实行稳定性回火、时效等工艺措施消退机械应力变形, 光学件采纳胶粘亚紧的固定式; 在仪器运输过程中加设防震基座。 2.环境温度改变对仪器常数的影响 2.1当外界环境温度发生改变时, 在以下几方面对仪器产生影响 2.1.1各结构零件的热膨胀率的差异, 造成相互之间位置关系改变及应力改变。 2.1.2电子元器件性能改变产生电零位漂移。 2.1.3各敏感器件如陀螺电机、 悬带等物理参数发生改变。 以上几种现象,都会造成仪器常数的改变,由于现有技术的限制,有些不利因素无法通过设计完全消退, 但可将其减弱,因此, 环境温
4、度改变下仪器常数的稳定性,需从设计及找寻仪器常数改变规律两个角度解决。 2.2环境温度修正 对于仪器设计无法消退温度改变影响的剩余残差, 拟采纳温度修正的方法解决。在这方面,须要进行大量的试验分析,建立仪器常数随环境温度改变的数学模型,是解决该问题的最佳途径。我们在凹凸温试验室对Y/JTG-1陀螺全站仪的仪器常数随温度改变进行了试验, 数据见表 4所示。试验在仪器设计适应环境温度的低温、 室温柔高温条件下,各观测仪器常数 5个测回, 然后计算仪器常数的平均值, 最终检验其常数互差是否满意 22m的稳定性要求。 环境温度由 8 改变到 17(温差 9 )仪器常数改变 14 ,改变率为 1 . 5
5、6 / ;环境温度由 17 改变至 25 (温差为 8 )时,仪器常数改变 11.3, 改变率为1.41/;环境温度由25 改变至33.5 (温差为 8.5 )时,仪器常数改变 12.2,改变率为 1.44 /。平均改变率为1.44/。随着温度的改变, 仪器常数大体上呈线性改变。此外, 在试验中发觉,仪器常数随温度改变具有可逆性,这样,使得仪器常数的温度修正,具有很大的可行性。明显,基于以上试验结果, 可实施仪器常数的温度修正, 减弱环境温度改变引起的常数漂移。 2.3针对仪器常数测定的几点建议 2.3.1建立高精度的方位基准 陀螺全站仪能够高精度测定真北方向的前提是必需消退仪器的系统误差,
6、即仪器常数。因而须要建立高精度的方位基准, 而高精度的方位基准一般只能用天文观测方法得到,为此应以二等天文测量以上的精度建立方位基准。 2.3.2合理确定观测次数 由于观测次数干脆影响定向精度及仪器常数的测定精度, 应当合理确定观测次数, 使观测值能达到所需的精度即可。通常在实际测量中, 对同一个量的观测次数一般不超过 10次, 因而测定仪器常数时观测 8个测回即可。 2.3.3常数的稳定周期 仪器常数的稳定周期为两个月, 或测量 101次, 或一次马路运输不超过 1500km。在仪器常数稳定周期内仪器的定向精度应满意指标要求。 2.3.4室内条件下常数标定 采纳短边方位传递的方法将基准从室外
7、传递到室内,建立一条高精度的固定边 ( 10m以上 ), 采纳单站重复检定法测定仪器常数。观测 8个测回, 计算所得常数取均值即为仪器常数。为了减小系统性影响, 每次观测都要重新对中调平仪器。 2.3.5 室外条件下常数标定 按二等天文测量的精度在室外建立一条长 101m以上的基准边, 其中室内点在地面做标记架设陀螺全站仪,室外点为永久性固定的照准目标点。观测 8个测回, 计算所得常数取均值即为仪器常数。 2.3.6定义广义的仪器常数 由于陀螺的指向力矩随着地理纬度的增加而减小, 导致仪器的定向精度随着地理纬度的增加而降低, 因而定向精度是地理纬度的函数。在实际应用中, 一般把地理纬度对定向精
8、度的影响归结为仪器常数的改正, 即在测区的一条已知边上测定仪器常数, 将新测定的仪器常数装入仪器中, 用软件修正陀螺仪的测试数据。但事实上采纳这样的方法并不能完全消退地理纬度对定向精度的影响, 因而陀螺寻北仪通用规范 将陀螺仪的寻北精度定义为R/cosU( U为测站的地理纬度, R为一次定向的标准偏差 )。假如把广义的仪器常数定义为相对稳定的 E 和随纬度改变的 E U之和, 通过试验和数学分析方法获得 E随时间的漂移规律和计算 E U 的阅历公式, 在定向结果中减弱其影响, 从而可以稳定仪器的定向精度, 那么一台仪器无论在何处运用, 理论上都能达到设计的精度, 也便于仪器之间的精度比较。 3
9、.结束语 仪器常数是陀螺全站仪的一个重要改正, 它的精度对仪器的定向精度影响很大。若仪器常数不稳定, 则会造成仪器的性能降低, 甚至丢失运用功能。本文在探讨影响仪器常数改变的几种主要因素，并作了定性或定量的分析, 并提出了几点建议。希望通过以上探讨, 对陀螺全站仪的检定和运用有所帮助。 【参考文献】 于来法.陀螺定 向测量M.北京:解放军出版社,11018. 解放军1011工厂.Y/JTG-1陀螺全站仪运用说明书Z.西安:解放军1011工厂,2004 张海东Y /JTG-1陀螺全站仪性能探讨D.郑州:解放军信息工程高校, 2022 万朋.机动阵地快速定向探讨与应用D.郑州:解放军信息工程高校,
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