Гиротеодолит - Gyrotheodolite
В съемках , A gyrotheodolite (также: съемки гироскоп ) представляет собой инструмент , состоящий из гирокомпаса , установленный на теодолит . Он используется для определения ориентации истинного севера . Это основной инструмент для ориентации при маркшейдерских съемках и строительстве туннелей, где не видны астрономические прицелы и не работает GPS .
История
В 1852 году французский физик Леон Фуко обнаружил, что гироскоп с двумя степенями свободы указывает на север. Этот принцип был адаптирован Максом Шулером в 1921 году для создания первого геодезического гироскопа. В 1949 году гиротеодолит - в то время называемый «указателем меридиана» или «индикатором меридиана» - впервые был использован под землей в Горной академии Клаусталя. Несколько лет спустя он был улучшен за счет добавления автоколлимационных телескопов. В 1960 году компания Fennel Kassel выпустила первый гиро-теодолиты серии КТ1. Феннель Кассель и другие позже создали гироскопические приспособления, которые можно установить на обычные теодолиты.
Операция
Гироскоп установлен в сфере, облицованной Мю-металлом для уменьшения магнитного воздействия, соединенной шпинделем с вертикальной осью теодолита. Колесо гироскопа с батарейным питанием вращается со скоростью 20000 об / мин или более, пока оно не станет гироскопом, ориентированным на север. Отдельная оптическая система внутри приставки позволяет оператору вращать теодолит и тем самым совмещать нулевую отметку на приставке с осью вращения гироскопа. Отслеживая ось вращения, когда она колеблется вокруг меридиана, запись азимута серии крайних стационарных точек этого колебания может быть определена путем считывания азимутального круга теодолита. Позднее на основе этих записей может быть вычислена средняя точка, которая представляет собой уточненную оценку меридиана. Тщательная настройка и повторные наблюдения могут дать оценку в пределах 10 угловых секунд от истинного меридиана. Эта оценка меридиана содержит ошибки из-за того, что нулевой крутящий момент подвески не выровнен точно с истинным меридианом, и из-за ошибок измерения слегка затухающих крайних значений колебаний. Эти ошибки можно уменьшить, уточнив первоначальную оценку меридиана с точностью до нескольких угловых минут и правильно настроив нулевой крутящий момент подвески.
Когда вертушка освобождается от ограничений с осью вращения, ориентированной близко к меридиану, гироскопическая реакция вращения и вращения Земли приводит к прецессии оси вращения в направлении совмещения с плоскостью меридиана. Это связано с тем, что суточное вращение Земли фактически приводит к постоянному наклону оси станции с востока на запад. Затем ось спиннера ускоряется по направлению к меридиану и выходит за него, затем замедляется до остановки в крайней точке, прежде чем аналогичным образом повернуться назад к начальной точке высвобождения. Это колебание азимута оси спиннера относительно меридиана повторяется с периодом в несколько минут. На практике амплитуда колебаний будет только постепенно уменьшаться, поскольку энергия теряется из-за минимального демпфирования. Гиро-теодолиты используют незатухающую колебательную систему, потому что определение может быть получено менее чем примерно за 20 минут, в то время как асимптотическое установление затухающего гирокомпаса потребует много раз, прежде чем можно будет сделать какое-либо разумное определение меридиана.
Когда он не используется, узел гироскопа закреплен в приборе. Гироскоп с электрическим приводом запускается, когда его удерживают, а затем отпускают для работы. Во время работы гироскоп поддерживается внутри инструмента, обычно на тонкой вертикальной ленте, которая удерживает ось вращателя гироскопа в горизонтальном положении. Центрированная ось вращения может поворачиваться по азимуту только на небольшую величину, необходимую во время работы. Требуется предварительная приблизительная оценка меридиана. Это может быть определено с помощью магнитного компаса , из существующей исследовательской сети или с помощью гиротеодолита в расширенном режиме слежения.
Использует
Гиро-теодолиты в основном используются при отсутствии астрономических прицелов и GPS . Например, там, где водовод должен проходить под рекой, вертикальный вал на каждой стороне реки может быть соединен горизонтальным туннелем. Гиротеодолит можно использовать на поверхности, а затем снова у основания валов, чтобы определить направления, необходимые для туннелирования между основанием двух валов. Во время строительства туннеля под Ла-Маншем , который проходит под Ла-Маншем от Франции до Великобритании, для выравнивания туннелей использовались гиро-теодолиты.
Ограничения
Хотя гиро-теодолит функционирует на экваторе и как в северном, так и в южном полушариях, его нельзя использовать ни на северном, ни на южном полюсе , где ось Земли точно перпендикулярна горизонтальной оси спиннера, а меридиан не определен. . Гиро-теодолиты обычно не используются в пределах примерно 15 градусов от полюса, где угол между вращением Земли и направлением силы тяжести слишком мал для его надежной работы.
В отличие от искусственного горизонта или инерциальной навигационной системы , гиротеодолит не может быть перемещен во время работы. Он должен быть перезапущен снова на каждом сайте.
Когда это возможно, астрономические прицелы способны определять пеленг меридиана с точностью, более чем в сто раз превышающей точность гиро-теодолита. Там, где эта дополнительная точность не требуется, гиро-теодолит может быстро получить результат без необходимости ночных наблюдений.