자이로테오라이트

Gyrotheodolite
와일드 T-16 테오올라이트에 장착된 와일드 GAK 자이로스코프.

측량학에서 자이로테오돌라이트(surveying gyro)는 테오돌라이트에 장착된 자이로 나침반으로 구성된 기구이다.이것은 진정한 북쪽의 방향을 결정하는 데 사용됩니다.그것은 천문학적인 별 광경이 보이지 않고 GPS가 작동하지 않는[1] 광산 측량 및 터널 공학에서 위치 파악을 위한 주요 도구입니다.

역사

1852년, 프랑스 물리학자 레옹 푸코는 자유도가 2개인 자이로가 북쪽을 가리킨다는 것을 발견했다.이 원리는 1921년 Max Schuler에 의해 채택되어 최초의 측량 자이로를 만들었다.1949년 당시 "메리디언 포인터" 또는 "메리디언 인디케이터"[2]라고 불렸던 자이로이오돌라이트는 지하에 있는 Clausthal 광산 아카데미에 의해 처음 사용되었습니다.몇 년 후 그것은 자동 공극 망원경의 추가와 함께 개선되었다.1960년 Fennel Kassel사는 KT1 시리즈 최초의 자이로테오돌라이트를 [3]생산했다.페넬 카셀과 다른 사람들은 나중에 일반적인 테오돌라이트에 [4]장착될 수 있는 자이로 부착물을 제작했다.

작동

자이로스코프는 자기영향을 줄이기 위해 Mu-metal로 라이닝된 구체에 장착되며, 스핀들에 의해 테오돌라이트의 수직축에 접속된다.배터리 구동 자이로 휠은 2만 rpm 이상으로 회전하여 북향 자이로스코프 [2]역할을 합니다.어태치먼트내의 다른 광학계는, 오퍼레이터가 테오솔라이트를 회전시켜, 어태치먼트상의 제로 마크를 자이로스코프 스핀축과 일치시키는 것을 가능하게 한다.자오선 주위를 진동하는 스핀축을 추적하는 것으로, 그 진동의 극한 정지점의 일련의 방위 기록을 테오돌라이트 방위 원을 읽어냄으로써 결정할 수 있다.중간점은 나중에 자오선의 정확한 추정치를 나타내는 이러한 기록에서 계산할 수 있다.신중한 설정과 반복적인 관찰을 통해 실제 [5]자오선에서 약 10초 이내에 있는 추정치를 얻을 수 있습니다.이 자오선 추정치에는 서스펜션의 제로 토크가 실제 자오선과 정확하게 정렬되지 않고 약간 감쇠된 극단 진동의 측정 오류로 인한 오차가 포함됩니다.이러한 오류는 자오선의 초기 추정치를 몇 분 이내에 수정하고 서스펜션의 [6]제로 토크를 올바르게 정렬하여 완화할 수 있습니다.

회전축이 자오선에 가깝게 정렬된 상태에서 스피너가 구속에서 해제되면 스핀의 자이로스코프 반응과 지구의 자전으로 인해 자오선의 평면과 정렬하는 방향으로 스핀축의 세차 운동이 발생합니다.이것은 지구의 일일 자전은 사실상 정거장의 동서 축을 계속해서 기울게 하기 때문이다.그런 다음 스피너 축은 자오선을 향해 가속하고 오버슈팅한 다음, 마찬가지로 해제된 초기 지점을 향해 다시 회전하기 전에 극단 지점에서 멈춥니다.이 진동은 자오선에 대한 스피너 축 방위각에서 몇 분 간격으로 반복됩니다.실제로는 최소한의 [4]댐핑으로 인해 에너지가 손실될 때 진동 진폭이 점차 감소합니다.자이로테오돌라이트는 약 20분 이내에 결정을 얻을 수 있기 때문에 비감쇠 진동계를 사용하는 반면, 감쇠된 자이로 나침반의 점근 침하에는 자오선의 합리적인 결정이 [1]이루어지기 전에 가능한 것보다 몇 배나 더 걸릴 수 있다.

작동하지 않을 때는 자이로스코프 어셈블리가 기기 내부에 고정됩니다.전동식 자이로스코프는 구속 상태에서 시동된 후 작동을 위해 해제됩니다.작동 중에 자이로스코프는 일반적으로 자이로스코프 스피너 축을 수평으로 유지하도록 구속하는 얇은 수직 테이프로 계측기 어셈블리 내에서 지지됩니다.스핀 축의 정렬은 작동 중에 필요한 소량만 방위각에서 회전할 수 있습니다.자오선의 초기 추정치가 필요하다.이는 자석 나침반, 기존 조사 네트워크 또는 확장 추적 모드에서 자이로 이론라이트를 사용하여 결정할 수 있다.

사용하다

자이로테오돌라이트는 주로 천체 관측과 GPS가 없을 때 사용됩니다.예를 들어 도관이 강 밑을 통과해야 하는 경우 강 양쪽의 수직 갱도가 수평 터널로 연결될 수 있습니다.자이로이오돌라이트는 표면에서 작동한 후 축의 하단에서 작동하여 두 [7]축의 베이스 사이에 터널을 뚫는 데 필요한 방향을 식별할 수 있습니다.프랑스에서 영국으로 이어지는 영국 해협 아래를 지나는 채널 터널 건설 중에 자이로테오돌라이트가 [8]터널을 정렬하기 위해 사용되었습니다.

제한 사항

자이로이오돌라이트는 적도와 북반구와 남반구 모두에서 기능하지만, 지구의 축이 스피너의 수평 축에 정확히 수직이고 자오선이 정의되지 않은 북극과 남극에서는 사용할 수 없습니다.자이로테오돌라이트는 지구의 자전과 중력 방향 사이의 각도가 너무 작아서 안정적으로 작동하기 어려운 극의 약 15도 이내에서는 일반적으로 사용되지 않는다.

인공 지평선이나 관성 항법 시스템과 달리 자이로이오돌라이트는 작동 중에 위치를 바꿀 수 없습니다.각 사이트에서 다시 시작해야 합니다.

천문학적 별 광경을 통해 자이로테오돌라이트보다 100배[citation needed] 이상 정확한 자오선을 얻을 수 있습니다.이러한 추가 정밀도가 필요하지 않은 경우 자이로이오돌라이트는 야간 관측 없이도 신속하게 결과를 얻을 수 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ a b Wang Hong-lan (September 1987), "Analysis of the motion of a gyro-theodolite", Applied Mathematics and Mechanics, 8: 889–900, doi:10.1007/BF02019527
  2. ^ a b Staley, William Wesley (1964), Introduction to mine surveying, Stanford University Press, pp. 169–170, ISBN 0-8047-0361-2
  3. ^ Deumlich, Fritz (1982), Surveying instruments, Walter de Gruyter, p. 18, ISBN 3-11-007765-5
  4. ^ a b Heribert Kahmen, Wolfgang Faig (1988), Surveying, Walter de Gruyter, pp. 112–116, ISBN 3-11-008303-5
  5. ^ Smith, James Raymond (1997), Introduction to geodesy: the history and concepts of modern geodesy, Wiley-IEEE, p. 174, ISBN 0-471-16660-X
  6. ^ Wilfred Schofield, Mark Breach (2007), Engineering surveying, Butterworth-Heinemann, pp. 519–533, ISBN 0-7506-6949-7
  7. ^ N. Korittke; H. Klapperich (1998), "Application of high precision gyro-theodolites in tunneling", in Arsenio Negro; Argimiro A. Ferreira (eds.), Tunnels and metropolises: proceedings of the World Tunnel Congress'98 on tunnels and metropolises : Sao Paulo, Brazil, 25-30 april 1998, Taylor & Francis, pp. 823–827, ISBN 90-5410-936-X
  8. ^ Kirkland, Colin J. (1995), Engineering the Channel Tunnel, Taylor & Francis, pp. 55–56, ISBN 0-419-17920-8