1、陀螺儀的工作原理陀螺儀的原理就是，一個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。人們根據這個道理，用它來保持方向，制造出來的東西就叫陀螺儀。我們騎自行車其實也是利用了這個原理。輪子轉得越快越不容易倒，因為車軸有一股保持水平的力量。陀螺儀在工作時要給它一個力，使它快速旋轉起來，一般能達到每分鐘幾十萬轉，可以工作很長時間。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動將數據信號傳給控制系統。現代陀螺儀是一種能夠精確地確定運動物體的方位的儀器，它是現代航空，航海，航天和國防工業中廣泛使用的一種慣性導航儀器，它的發展對一個國家的工業，國防和其它高科技的發展具有十分重要的戰略意義。傳統的慣性陀

2、螺儀主要是指機械式的陀螺儀，機械式的陀螺儀對工藝結構的要求很高，結構復雜，它的精度受到了很多方面的制約。自從上個世紀七十年代以來，現代陀螺儀的發展已經進入了一個全新的階段。1976年 等提出了現代光纖陀螺儀的基本設想，到八十年代以后，現代光纖陀螺儀就得到了非常迅速的發展，與此同時激光諧振陀螺儀也有了很大的發展。由于光纖陀螺儀具有結構緊湊，靈敏度高，工作可靠等等優點，所以目前光纖陀螺儀在很多的領域已經完全取代了機械式的傳統的陀螺儀，成為現代導航儀器中的關鍵部件。和光纖陀螺儀同時發展的除了環式激光陀螺儀外，還有現代集成式的振動陀螺儀，集成式的振動陀螺儀具有更高的集成度，體積更小，也是現代陀螺儀的一

3、個重要的發展方向。現代光纖陀螺儀包括干涉式陀螺儀和諧振式陀螺儀兩種，它們都是根據塞格尼克的理論發展起來的。塞格尼克理論的要點是這樣的：當光束在一個環形的通道中前進時，如果環形通道本身具有一個轉動速度，那么光線沿著通道轉動的方向前進所需要的時間要比沿著這個通道轉動相反的方向前進所需要的時間要多。也就是說當光學環路轉動時，在不同的前進方向上，光學環路的光程相對于環路在靜止時的光程都會產生變化。利用這種光程的變化，如果使不同方向上前進的光之間產生干涉來測量環路的轉動速度，這樣就可以制造出干涉式光纖陀螺儀，如果利用這種環路光程的變化來實現在環路中不斷循環的光之間的干涉，也就是通過調整光纖環路的光的諧振

4、頻率進而測量環路的轉動速度，就可以制造出諧振式的光纖陀螺儀。從這個簡單的介紹可以看出，干涉式陀螺儀在實現干涉時的光程差小，所以它所要求的光源可以有較大的頻譜寬度，而諧振式的陀螺儀在實現干涉時，它的光程差較大，所以它所要求的光源必須有很好的單色性。陀螺儀工作原理與應用（陀螺經緯儀 Jyro Station）來源：譯自日本測量06年8月號 作者：日本測量儀器工業會 更新日期：2006-9-22 閱讀次數：6183 為了求得測量的基準方位和日照時間的方位，必須使用磁針羅盤儀進行天體觀測。然而，磁針羅盤儀的精度有限，在天體觀測中還要受到確保通視、天氣、場所和時間等觀測條件的影響。為了解決這些問題，可采

5、用利用了力學原理求得真北的陀螺經緯儀。陀螺經緯儀在隧道測量以及由于不能和已知點通視而無法確定方位、方向角的情況下都能發揮很大的作用。（圖1：陀螺工作站）1、陀螺工作站的原理高速旋轉的物體的旋轉軸，對于改變其方向的外力作用有趨向于鉛直方向的傾向。而且，旋轉物體在橫向傾斜時，重力會向增加傾斜的方向作用，而軸則向垂直方向運動，就產生了搖頭的運動（歲差運動）。當陀螺經緯儀的陀螺旋轉軸以水平軸旋轉時，由于地球的旋轉而受到鉛直方向旋轉力，陀螺的旋轉體向水平面內的子午線方向產生歲差運動。當軸平行于子午線而靜止時可加以應用。2、陀螺工作站的構造（圖4：陀螺經緯儀的構造 0點調整螺絲， 吊線，照明燈，陀螺轉子、

6、指針、供電用饋線、反射鏡、陀螺馬達、刻度線、目鏡）。陀螺經緯儀的陀螺裝置由陀螺部分和電源部分組成。此陀螺裝置與全站儀結合而成。陀螺本體在裝置內用絲線吊起使旋轉軸處于水平。當陀螺旋轉時，由于地球的自轉，旋轉軸在水平面內以真北為中心產生緩慢的歲差運動。旋轉軸的方向由裝置外的目鏡可以進行觀測，陀螺指針的振動中心方向指向真北。利用陀螺經緯儀的真北測定方法有“追尾測定”和“時間測定”等。追尾測定反轉法利用全站儀的水平微動螺絲對陀螺經緯儀顯示歲差運動的刻度盤進行追尾。在震動方向反轉的點上（此時運動停止）讀取水平角。如此繼續測定之，求得其平均震動的中心角。用此方法進行20分鐘的觀測可以求得+/-0。5分的真

7、北方向。時間測定通過法用追尾測定觀測真北方向后，陀螺經緯儀指向了真北方向，其指針由于歲差運動而左右擺動。用全站儀的水平微動螺絲對指針的擺動進行追尾，當指針通過0點時反復記錄水平角，可以提高時間測定的精度，并以+/-20秒的精度求得真北方向。（圖2： 搖頭運動）（圖3：向子午線的歲差運動）（圖5：指針與刻度盤 刻度線/0點/指針）3、 陀螺全站儀的應用實例3.1 隧道中心線測量在隧道等挖掘工程中，坑內的中心線測量一般采用難以保證精度的長距離導線。特別是進行盾構挖掘（shield tunnel）的情況，從立坑的短基準中心線出發必須有很高的測角精度和移站精度，測量中還要經常進行地面和地下的對應檢查，

8、以確保測量的精度。特別是在密集的城市地區，不可能進行過多的檢測作業而遇到困難。如果使用陀螺經緯儀可以得到絕對高精度的方位基準，而且可減少耗費很高的檢測作業（檢查點最少），是一種效率很高的中心線測量方法。（圖6：盾構挖掘的中心線測量 陀螺工作站/真北/檢查點/立坑/陀螺工作站）3.2 通視障礙時的方向角獲取當有通視障礙，不能從已知點取得方向角時，可以采用天文測量或陀螺經緯儀測量的方法獲取方向角（根據建設省測量規范）。與天文測量比較，陀螺經緯儀測量的方法有很多優越性：對天氣的依賴少、云的多少無關、無須復雜的天文計算、在現場可以得到任意測線的方向角而容易計算閉合差。（圖7：通視障礙時的方向角獲取 已知點）3.3 日影計算所