振動(dòng)對(duì)陀螺定向影響的探討

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1、振動(dòng)對(duì)陀螺定向影響的探討劉小生(南方冶金學(xué)院，江西贛州341000)[摘要]：本文首先分析了陀螺定向時(shí)振動(dòng)產(chǎn)生的原因，其班推導(dǎo)了振動(dòng)對(duì)陀螺定向的影響公式，最后提出了減少振動(dòng)對(duì)陀螺定向影響的措施：[美鍵詞]：陀螺經(jīng)緯儀、振動(dòng)、陀螺定向[分類號(hào)]：V204陀螺經(jīng)緯儀是用陀螺的力學(xué)原理制成的一種定向儀器，由于它不受時(shí)間、地點(diǎn)和環(huán)境條件的限制，同時(shí)觀測(cè)簡(jiǎn)單方便、效率高，因此目前已被廣泛應(yīng)用于礦山、鐵道、軍事等部門(mén)的定向測(cè)量。關(guān)于影響陀螺定向精度的因素，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都進(jìn)行了探討，然而到目前為止，振動(dòng)對(duì)陀螺定向的影響未見(jiàn)到報(bào)道．為此本文進(jìn)行了一些探討。1振動(dòng)產(chǎn)生的原因由于

2、陀螺經(jīng)緯儀的馬達(dá)一般由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋和軸承等組合件所組成。而組合件由于加工、裝配材料的穩(wěn)定性以及溫升等因素的影響，可能造成較高的溫度梯度和溫度梯度的變化，引起較大的隨機(jī)重量位移，即使其重心位置發(fā)生變化．從而引起馬達(dá)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡，由此產(chǎn)生強(qiáng)迫力矩，引起陀螺馬達(dá)振動(dòng)，即陀螺經(jīng)緯儀振動(dòng)外界條件對(duì)陀螺經(jīng)緯儀也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，其來(lái)源主要有以下幾個(gè)方面：①觀測(cè)人員在儀器房邊的走動(dòng)；②觀測(cè)點(diǎn)附近有汽車等機(jī)動(dòng)車行駛；③觀測(cè)地點(diǎn)附近有爆破沖擊振動(dòng)源等2振動(dòng)對(duì)陀螺定向的影響公式無(wú)論是陀螺馬達(dá)振動(dòng)，還是測(cè)量位置上的地面振動(dòng)，最終都會(huì)反映到陀螺經(jīng)緯儀上，從而使陀螺經(jīng)緯儀在正常的運(yùn)動(dòng)之外

3、，附加其它運(yùn)動(dòng)。設(shè)陀螺經(jīng)緯儀除了受重力矩之外，還受振動(dòng)力矩的影響。為了討論方便，假設(shè)振動(dòng)力矩按筒諧正弦規(guī)律變化，這時(shí)由文獻(xiàn)-的有關(guān)公式可得忽略空氣阻力和懸?guī)ぞ貢r(shí)的陀螺運(yùn)動(dòng)方程為α、β—分別為陀螺運(yùn)動(dòng)的水平角及高度角ω、ψ—分別為地球自轉(zhuǎn)角速度和觀測(cè)地點(diǎn)的緯度H、Mg一分別為陀螺儀自轉(zhuǎn)動(dòng)量矩和重力矩My、Mz一分別為振動(dòng)在軸、z軸上的力矩幅值Λy、λz一分別為振動(dòng)在Y軸、z軸上的力矩變化角頻率。式中t：tl為陀螺的正常擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，是振動(dòng)力矩對(duì)陀螺定向影響的附加運(yùn)動(dòng)。3討論與分析由(7)式可以看出，當(dāng)存在簡(jiǎn)諧振動(dòng)力矩時(shí)，陀螺的運(yùn)動(dòng)除正常擺動(dòng)之外，還附加章動(dòng)運(yùn)動(dòng)，以致

4、陀螺定向時(shí)存在偏差。當(dāng)振動(dòng)嚴(yán)重，即附加的章動(dòng)運(yùn)動(dòng)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，通過(guò)陀螺經(jīng)緯儀的光學(xué)系統(tǒng)將無(wú)法觀測(cè)到清晰的陀螺光標(biāo)，看到的只是一條快速閃動(dòng)的光帶。也就是說(shuō)不能觀測(cè)到陀螺軸的真實(shí)擺動(dòng)，自然陀螺定向也就不可能了為了減少振動(dòng)對(duì)陀螺定向的影響，根據(jù)振動(dòng)產(chǎn)生的原因，作者認(rèn)為可采取以下措施：①選用溫升低、功耗小的直流無(wú)刷馬達(dá)2J，有利于重心穩(wěn)定，從而減少振動(dòng)；②陀螺馬達(dá)應(yīng)在結(jié)構(gòu)上完全對(duì)稱，其材料要用等膨脹系數(shù)的，馬達(dá)軸向與徑向間隔一定要小，馬達(dá)兩端蓋要采用能補(bǔ)償變形薄壁零件，這樣有利于溫升時(shí)馬達(dá)重心位置穩(wěn)定；③從儀器結(jié)構(gòu)上進(jìn)行衰減，即在南北平面內(nèi)的擺振動(dòng)可通過(guò)在陀螺房周圍隔

5、一層間隙很小的空氣，然后再加上屏蔽層的相對(duì)阻尼法進(jìn)行衰減，因?yàn)橥勇輸[對(duì)于殼體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)振動(dòng)能量通過(guò)空氣摩擦而減少。東西平面內(nèi)的擺動(dòng)可由電子轉(zhuǎn)換控制器在直流陀螺馬達(dá)轉(zhuǎn)子上加適當(dāng)?shù)姆戳貋?lái)衰減，這個(gè)原理基本上與借助控制阻尼質(zhì)量的慣性阻尼法相當(dāng)。④陀螺定向的地點(diǎn)要遠(yuǎn)離外界振動(dòng)源。參考文獻(xiàn)[1]煤炭科學(xué)研究院唐山分院陀螺經(jīng)緯儀組，陀螺經(jīng)蹄儀基本原理、結(jié)構(gòu)與定向，北京煤炭工業(yè)出版社，1982年[2]黃存忠，永磁陀螺馬達(dá)在陀螺經(jīng)緯儀中的應(yīng)甩、《測(cè)繪科技》9o(4)39—42[3]K．Eiclbok．~'fforderongenaneinensekundet&reiselun

6、dpraktlscheE柚s8edarge~elltamBeiddesV一sungskrelsels“Gyremm”《AvN》8o(3)(上接l8頁(yè))還要有廣博的知識(shí)面，不僅要懂得自然科學(xué)知識(shí)，還要懂得相當(dāng)?shù)纳鐣?huì)科學(xué)、軟科學(xué)知識(shí)。政府部門(mén)要擁有高素質(zhì)的GIS人才，才能有效地利用GIS進(jìn)行管理和決策。4．3數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題影響GIS數(shù)據(jù)質(zhì)量的因素千頭萬(wàn)緒，名目繁多，存在許多不確定性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量不好控制，給建庫(kù)帶來(lái)很多不便進(jìn)人數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量過(guò)高，則是浪費(fèi)，很不經(jīng)濟(jì)；反之，質(zhì)量偏低，則達(dá)不到要求，可能造成嚴(yán)懲的后果。把握適度質(zhì)量有一定難度。4．4安全問(wèn)題特別是基于因特

7、網(wǎng)的GIS，要非常注意數(shù)據(jù)的保密性。而GIS中龐大的數(shù)據(jù)要逐一核實(shí)其對(duì)外發(fā)布是否符合國(guó)家安全是一件很困難的事，一旦出了問(wèn)題，可能造成嚴(yán)重后果。4．5網(wǎng)絡(luò)通訊建設(shè)不同步低帶寬的網(wǎng)絡(luò)通訊是制約GIS普及應(yīng)用的一個(gè)瓶頸，另外，網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的質(zhì)量和價(jià)格將影響GIS的網(wǎng)上應(yīng)用，更重要的是由于電信壟斷使得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量跟不上，上網(wǎng)費(fèi)用過(guò)高，嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展，GIS的有償服務(wù)難以實(shí)現(xiàn)，WebGIS產(chǎn)業(yè)化必將受阻參考文獻(xiàn)[1]李德仁：當(dāng)前國(guó)際GIS的研究和應(yīng)甩現(xiàn)狀，《Rs、GIS、GPS的集成與應(yīng)用》．測(cè)繪出版社1995年[2j李斌：我國(guó)GIS軟件工業(yè)面臨的機(jī)遏和挑戰(zhàn)．《當(dāng)代

8、GIS的若干理論與技術(shù)》