尋真北：JG91—200型陀螺經(jīng)緯儀

崔忠旺+徐永強(qiáng)

JG91-200型陀螺經(jīng)緯儀是一款精密的測(cè)量?jī)x器，主要用于確定真北方向，測(cè)量目標(biāo)的方向角、高低角，為炮兵提供射擊諸元。其特點(diǎn)是定向及測(cè)角精確，使用方便，不受地理環(huán)境、外界磁場(chǎng)的影響，抗風(fēng)性能好，可全天候作業(yè)。

該陀螺經(jīng)緯儀總質(zhì)量25kg（不含充電機(jī)），其中的陀螺儀、經(jīng)緯儀平時(shí)分裝在兩個(gè)包裝箱內(nèi)。陀螺儀包裝箱內(nèi)裝陀螺儀、控制器、電池組等，總質(zhì)量12kg，外形尺寸415×340×230mm。經(jīng)緯儀包裝箱內(nèi)裝經(jīng)緯儀、定向磁針器及各種附件，總質(zhì)量8kg，外形尺寸415×240×230mm。三腳架沒有包裝箱，其質(zhì)量5kg。陀螺儀用于確定真北方向，定向誤差小于40"；經(jīng)緯儀用于測(cè)量目標(biāo)的方向與高低角，其測(cè)量方向角的誤差小于6"，測(cè)量高低角的誤差小于9"。

結(jié)構(gòu)精密復(fù)雜

全套儀器由陀螺儀、經(jīng)緯儀、控制器、三腳架、電池組、充電機(jī)及附件等組成。

陀螺儀

陀螺儀具有導(dǎo)航、平衡、指北等特性，JG91-200型陀螺經(jīng)緯儀配用的陀螺儀主要是利用其指北性來確定真北方向，再利用經(jīng)緯儀測(cè)定出真北方向至目標(biāo)方向的夾角。

在此要說明的是，陀螺儀與羅盤、指北針確定北向有所不同。羅盤、指北針是利用地球磁場(chǎng)來指向地磁北極，經(jīng)常受到測(cè)量地點(diǎn)附近磁性礦物的干擾，并且因?yàn)榈卮疟睒O與地理北極并不重合，故羅盤、指北針確定的地磁北向與地理的北向有較大偏差；而陀螺儀確定的真北方向，是地理北極的方向，并且陀螺儀確定真北方向的原理過程，與地球磁場(chǎng)無關(guān)。

陀螺儀主要由殼體、陀螺轉(zhuǎn)子、陀螺電機(jī)、控制電路、光電傳感器、控制器及電池組等組成。

殼體 殼體上端設(shè)有垂直軸，垂直軸下端設(shè)有螺紋。不使用陀螺儀時(shí)，應(yīng)通過螺紋擰上保護(hù)罩，將陀螺儀放置在包裝箱內(nèi)；使用陀螺儀時(shí)，旋下保護(hù)罩，以便將經(jīng)緯儀安裝在陀螺儀上方。垂直軸上端設(shè)有反光鏡，用于在陀螺儀上方安裝經(jīng)緯儀時(shí)確定這兩個(gè)儀器的相對(duì)位置。

殼體上部外表面設(shè)有兩層凸臺(tái)。下層的凸臺(tái)用于安裝三腳架，以固定陀螺儀的位置。上層凸臺(tái)的表面刻有黑色刻度標(biāo)線及紅色“N”標(biāo)記?！癗”代表英文north的首字母，即北方之意?！癗”標(biāo)記所在的上層凸臺(tái)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，而上層凸臺(tái)內(nèi)側(cè)的平臺(tái)可以轉(zhuǎn)動(dòng)，該平臺(tái)上設(shè)有紅色小箭頭標(biāo)記，當(dāng)用陀螺儀粗略確定北向時(shí)，將用到此標(biāo)記。粗略確定北向的過程詳見本文操作步驟部分。

殼體下部設(shè)有限幅旋鈕和電纜插孔。限幅旋鈕用于鎖定陀螺轉(zhuǎn)子等部件，電纜插孔用于插入與控制器連接的電纜。

殼體表面下部標(biāo)有“關(guān)閉電機(jī)及移動(dòng)儀器前，必須鎖緊陀螺！”醒目字樣。因?yàn)橥勇輧x是精密儀器，在不使用陀螺儀時(shí)，必須及時(shí)將限幅旋鈕旋緊，使陀螺轉(zhuǎn)子等部件處于鎖定狀態(tài)，以避免不必要的磨損；使用時(shí)則打開限幅旋鈕。

陀螺轉(zhuǎn)子 陀螺轉(zhuǎn)子設(shè)在陀螺儀殼體內(nèi)部，陀螺轉(zhuǎn)子不僅自轉(zhuǎn)，同時(shí)也作有規(guī)律的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。

陀螺電機(jī)及控制電路 陀螺電機(jī)設(shè)在陀螺轉(zhuǎn)子的下方，用于驅(qū)動(dòng)陀螺轉(zhuǎn)子。控制電路內(nèi)設(shè)有檢測(cè)電極，用于控制陀螺轉(zhuǎn)子的振動(dòng)速度及振幅。

光電傳感器 光電傳感器設(shè)在殼體內(nèi)部的側(cè)壁上，可將陀螺的擺動(dòng)狀態(tài)變成電信號(hào)輸給外部的控制器進(jìn)行顯示和運(yùn)算，當(dāng)陀螺擺動(dòng)一個(gè)周期時(shí)，控制器即可計(jì)算出真北方向值。

控制器及電池組 控制器面板左側(cè)上部設(shè)有開關(guān)、電源插孔、陀螺儀插孔，下部設(shè)有顯示窗；右側(cè)設(shè)有諸多觸摸鍵，包括電機(jī)、尋北、清除、確認(rèn)以及0～9數(shù)字鍵。使用控制器時(shí)，需用1根專用電纜將外部的20GNY-1800電池組插孔與控制器面板上的電源插孔相連，另1根專用電纜將控制器面板上的陀螺儀插孔與陀螺儀下部的電纜插孔相連。顯示窗可顯示陀螺儀擺動(dòng)的速度和方向值。

經(jīng)緯儀

經(jīng)緯儀主要由照準(zhǔn)部、基座及三角座組成。

照準(zhǔn)部 照準(zhǔn)部位于基座上方，兩者不可拆卸。照準(zhǔn)部可繞基座的中心豎軸旋轉(zhuǎn)。

照準(zhǔn)部主要由望遠(yuǎn)鏡、顯示鏡、照明反光鏡、自準(zhǔn)直鏡、磁針座、二芯插孔、電池盒、電源開關(guān)、水準(zhǔn)器、左/右支臂及橫軸等組成。

望遠(yuǎn)鏡的放大倍率為25倍，其與顯示鏡呈并列設(shè)置，并且兩者的目鏡設(shè)置距離較近，使用者通過望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)目標(biāo)后，只要稍稍移動(dòng)頭部，即可從顯示鏡內(nèi)讀取方向角值和高低角值。這是因?yàn)轱@示鏡內(nèi)部設(shè)有分劃板，并且儀器內(nèi)部的各種棱鏡可將位于左支臂內(nèi)側(cè)的高低刻度盤和位于基座內(nèi)的方向刻度盤成像在顯示鏡分劃板上，使用者可直接讀取目標(biāo)的高低角值和方向角值。endprint

望遠(yuǎn)鏡和顯示鏡的中部固定在橫軸上，兩者可同時(shí)繞橫軸任意旋轉(zhuǎn)，以便測(cè)量目標(biāo)的高低角。

望遠(yuǎn)鏡的上部設(shè)有機(jī)械瞄具，其中，準(zhǔn)星設(shè)在物鏡上方，照門設(shè)在目鏡上方，準(zhǔn)星及照門后方均設(shè)有熒光點(diǎn)，便于在光線昏暗時(shí)使用。該機(jī)械瞄具的作用是對(duì)目標(biāo)進(jìn)行粗略瞄準(zhǔn)。

照明反光鏡設(shè)在左支臂外側(cè)下部。在白天無需照明時(shí)，可將照明反光鏡向上旋轉(zhuǎn)，扣合在左支臂外側(cè)。需要照明時(shí)，則將照明反光鏡向下旋轉(zhuǎn)一定角度，以使自然界的光線經(jīng)照明反光鏡反射到高低/方向刻度盤上，使顯示鏡的視場(chǎng)獲得均勻而足夠的照明。

照準(zhǔn)部前方右側(cè)設(shè)有望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)旋鈕和望遠(yuǎn)鏡垂直微動(dòng)旋鈕，望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)旋鈕可將望遠(yuǎn)鏡鎖緊，使其不能繞橫軸大幅度轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡垂直微動(dòng)旋鈕，望遠(yuǎn)鏡可繞橫軸微微轉(zhuǎn)動(dòng)，以準(zhǔn)確測(cè)量目標(biāo)的高低角。

磁針座設(shè)在左支臂外側(cè)上部，其上制有凹槽，用于插入定向磁針器右側(cè)的突起。當(dāng)定向磁針器安裝到位后，旋緊其左側(cè)的固定旋鈕，將定向磁針器固定。然后按壓其上部的按鈕，定向磁針器內(nèi)的磁針即解脫鎖定，此時(shí)可轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)緯儀的照準(zhǔn)部，同時(shí)觀察磁針器管孔內(nèi)的兩個(gè)磁針影像位置，直至影像對(duì)正，即完成望遠(yuǎn)鏡軸向的粗定北工作。

二芯插孔位于左支臂后部，夜晚使用電源照明時(shí)，將照明器電纜的插頭插入二芯插孔內(nèi)，打開照明器電源開關(guān)，顯微鏡的視場(chǎng)即得到照明。二芯插孔也可插入充電機(jī)電纜插頭，為設(shè)在右支臂內(nèi)部的電池盒充電。

水準(zhǔn)器設(shè)在照準(zhǔn)部的下部后方，用于在三腳架上安裝經(jīng)緯儀時(shí)調(diào)平照準(zhǔn)部，其主要由氣泡窗、氣泡及水準(zhǔn)器校正旋鈕組成。

基座 基座內(nèi)部中心向上方伸出一根鋼軸，鋼軸的上端設(shè)有一圈鋼珠，支承著照準(zhǔn)部，故照準(zhǔn)部可在基座上順暢轉(zhuǎn)動(dòng)。鋼軸內(nèi)部是空心的，用于將經(jīng)緯儀安裝在陀螺儀上方時(shí)，將陀螺儀上部的垂直軸插入其中。

基座外部安裝有方向刻度盤歸零旋鈕、方向制動(dòng)旋鈕、方向微動(dòng)旋鈕。

方向刻度盤歸零旋鈕用于將刻度盤的讀數(shù)歸零，其內(nèi)側(cè)設(shè)有鎖定片，該鎖定片起到保險(xiǎn)的作用。例如：若將方向刻度盤的讀數(shù)設(shè)為零度，首先要用右手的中指向下按壓鎖定片，與此同時(shí)用拇指向里推方向刻度盤歸零旋鈕，然后松開中指，使鎖定片抬起，這時(shí)儀器內(nèi)部的齒輪相互嚙合，旋轉(zhuǎn)方向刻度盤歸零旋鈕，方向刻度盤的讀數(shù)即設(shè)為零度。隨后，再用中指按壓鎖定片，方向刻度盤歸零旋鈕輕輕彈回，重新呈鎖定狀態(tài)。如果不按壓鎖定片，方向刻度盤歸零旋鈕不能向里推動(dòng)，更無法旋轉(zhuǎn)，以避免意外碰觸方向刻度盤歸零旋鈕而造成讀數(shù)變化。

方向制動(dòng)旋鈕旋緊時(shí)，照準(zhǔn)部在基座上不能大幅度轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)可旋轉(zhuǎn)方向微動(dòng)旋鈕，照準(zhǔn)部可在基座上微微轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精確瞄準(zhǔn)。

基座下部設(shè)有配裝突起和3根不銹鋼圓柱。配裝突起用于與陀螺儀上部的凹槽配合，3根圓柱可分別插入三角座上的3個(gè)圓孔內(nèi)，使兩者連接。

三角座 三角座因其外側(cè)延伸出3個(gè)外形類似三角形的座盤而得名。其頂面的一角設(shè)有圓形水準(zhǔn)器，用于將三角座安裝在三腳架上時(shí)，調(diào)平三角座。三角座的外側(cè)設(shè)有對(duì)中鏡，用于將三角座安裝在三腳架上時(shí)，觀察三角座是否位于三腳架的中心位置。

三腳架

三腳架由鋁合金制成，主要由架腿、駐鋤、托盤及背帶組成。

3條架腿均為伸縮式結(jié)構(gòu)，每條架腿上部外側(cè)都設(shè)有鎖緊扳手，松開鎖緊扳手，可調(diào)整架腿的長(zhǎng)度，然后再鎖緊。駐鋤外觀呈黑色，其上設(shè)有腳蹬，在松軟土地處架設(shè)三腳架時(shí)，可用腳踩住腳蹬，將駐鋤壓入土壤中，以穩(wěn)固三腳架。托盤位于架腿上端。托盤的下部設(shè)有掛鉤，用于地面上架設(shè)三腳架時(shí)鉤掛鉛錘的懸掛線，以確定三腳架的精確布設(shè)位置。托盤的邊緣均布有3個(gè)旋鈕，每個(gè)旋鈕上都設(shè)有卡筍，用于壓緊陀螺儀。

操作步驟需嚴(yán)格

測(cè)量諸元才精確

陀螺經(jīng)緯儀的操作步驟需嚴(yán)格按照架設(shè)與連接、調(diào)平與對(duì)準(zhǔn)、粗定向、自動(dòng)尋北測(cè)量、停機(jī)、望遠(yuǎn)鏡對(duì)北、測(cè)目標(biāo)角等步驟進(jìn)行。

架設(shè)與連接

首先將三腳架架初步設(shè)置在所需位置，將鉛錘的懸掛線鉤掛在三腳架的掛鉤上，保持鉛錘靜止，然后移動(dòng)三腳架，將架設(shè)位置精確對(duì)準(zhǔn)。從包裝箱內(nèi)取出陀螺儀，將其安裝在三腳架上，其凸臺(tái)上帶“N”標(biāo)記處大致對(duì)準(zhǔn)北部方向，然后旋下陀螺儀豎直軸的保護(hù)罩。將經(jīng)緯儀從包裝箱內(nèi)取出，卸下其底部的三角座，將經(jīng)緯儀安裝在陀螺儀上。安裝時(shí)，必須將經(jīng)緯儀下方的突起與陀螺儀上的凹槽相對(duì)應(yīng)，才能裝配到位。轉(zhuǎn)動(dòng)三腳架托盤上的旋鈕卡筍，將陀螺儀卡緊。然后連接各種電纜。

需要說明的是，也可僅在三腳架上安裝經(jīng)緯儀，不安裝陀螺儀，此時(shí)只能測(cè)定目標(biāo)與參照物之間的方位角和高低角，不能測(cè)定真北方向，并且經(jīng)緯儀底部的三角座不取下。

調(diào)平與歸零

調(diào)整陀螺儀凸臺(tái)邊緣的調(diào)平旋鈕，使經(jīng)緯儀上水準(zhǔn)器內(nèi)的氣泡居中。打開經(jīng)緯儀電源開關(guān)，在自準(zhǔn)直鏡視場(chǎng)內(nèi)看到水平的兩條刻線，轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，當(dāng)陀螺儀垂直軸上的反光鏡反射的一條亮線進(jìn)入視場(chǎng)時(shí)就停止轉(zhuǎn)動(dòng)，擰緊經(jīng)緯儀左側(cè)的方向制緊旋鈕，轉(zhuǎn)動(dòng)方向微動(dòng)旋鈕，使亮線處于兩條水平刻線中間，此時(shí)已調(diào)整好經(jīng)緯儀與陀螺儀的相對(duì)位置。再將方向刻度盤讀數(shù)用刻度盤歸零旋鈕調(diào)到零刻線處，隨即關(guān)閉電源。

磁針器粗定向

將磁針器安裝在經(jīng)緯儀左側(cè)的磁針座上，按壓其上部的按鈕，轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，同時(shí)觀察磁針器管孔內(nèi)的兩個(gè)磁針影像，當(dāng)兩個(gè)磁針影像重合時(shí)，望遠(yuǎn)鏡軸向即為磁北方向。

磁針器用畢后，松開按鈕，取下裝箱。

陀螺儀粗定向

在不宜使用磁針的環(huán)境中可用陀螺儀粗定向。首先打開控制器上的電源開關(guān)，控制器顯示窗顯示初始界面電池電壓值、陀螺電機(jī)狀態(tài)標(biāo)志（顯示窗右上角的小三角靜止不動(dòng)）等信號(hào)。按動(dòng)控制器面板上的“電機(jī)”鍵，再按動(dòng)“確認(rèn)”鍵，電機(jī)啟動(dòng)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，控制器發(fā)出兩聲長(zhǎng)音提示，同時(shí)顯示窗上的小三角開始轉(zhuǎn)動(dòng)。按動(dòng)“尋北”鍵進(jìn)入尋北測(cè)量功能，此時(shí)需要按數(shù)字鍵及“確認(rèn)”鍵輸入測(cè)量次數(shù)，不輸入數(shù)字鍵而直接按“確認(rèn)”鍵則測(cè)量次數(shù)默認(rèn)為6次。

松開振幅旋鈕，陀螺轉(zhuǎn)子的擺動(dòng)速度值和方向可從控制器顯示窗看到，向東擺動(dòng)顯示“+”，向西擺動(dòng)顯示“-”。轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部進(jìn)行跟蹤，當(dāng)陀螺擺動(dòng)至回轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，記下陀螺儀凸臺(tái)上小紅箭頭對(duì)準(zhǔn)的刻度值；轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部反方向繼續(xù)跟蹤，同樣可得到另一個(gè)回轉(zhuǎn)點(diǎn)的刻度值，至此可擰緊振幅旋鈕，鎖定陀螺轉(zhuǎn)子，計(jì)算出兩刻度值的平均值，轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，將凸臺(tái)上小紅箭頭對(duì)準(zhǔn)刻度盤上平均值的位置，望遠(yuǎn)鏡則近似地指向北方。例如：第一個(gè)回轉(zhuǎn)點(diǎn)的刻度值為-5.3°，第二個(gè)回轉(zhuǎn)點(diǎn)的刻度值為8.7°，兩者的平均值為1.7°，應(yīng)將小紅箭頭對(duì)準(zhǔn)1.7°。

自動(dòng)尋北測(cè)量

陀螺儀及其控制器可在粗定向的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)尋北測(cè)量。完成測(cè)量次數(shù)輸入后，按控制器面板上的“確認(rèn)”鍵進(jìn)行粗北角度值輸入狀態(tài)，按數(shù)字鍵及“確認(rèn)”鍵輸入粗北角度值，不輸入數(shù)字鍵直接按“確認(rèn)”鍵則默認(rèn)粗北角度值為0°。再進(jìn)行測(cè)量方式及擺幅大小的設(shè)定，在限幅狀態(tài)下從顯示窗上觀察陀螺的擺動(dòng)，正常后按“確認(rèn)”鍵，顯示窗顯示“BUSY”，此時(shí)進(jìn)入自動(dòng)測(cè)量狀態(tài)。當(dāng)控制器發(fā)出兩聲長(zhǎng)音提示時(shí)表示尋北測(cè)量結(jié)束，控制器顯示窗顯示尋北測(cè)量角度值。

停機(jī)

尋北測(cè)量結(jié)束后，必須旋動(dòng)陀螺儀振幅旋鈕，鎖緊陀螺轉(zhuǎn)子。按控制器面板上的“電機(jī)”鍵，再按“確認(rèn)”鍵，當(dāng)陀螺電機(jī)基本停止時(shí)控制器發(fā)出兩聲長(zhǎng)音提示，顯示窗右上角的小三角停止轉(zhuǎn)動(dòng)，然后才能關(guān)閉電源開關(guān)，以避免對(duì)儀器造成損壞。

望遠(yuǎn)鏡對(duì)北

轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)緯儀的方向微動(dòng)旋鈕，使經(jīng)緯儀方向刻度盤的指示線移動(dòng)到控制器顯示窗顯示的尋北測(cè)量角度值，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡軸向就是真北方向。

測(cè)目標(biāo)的方位角

望遠(yuǎn)鏡對(duì)北后，若此時(shí)將方向刻度盤的刻度線調(diào)到零度位置，可旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部瞄準(zhǔn)目標(biāo)，其方向刻度盤上的指標(biāo)線對(duì)應(yīng)的刻度就是被測(cè)目標(biāo)的方位角。

測(cè)目標(biāo)的高低角

測(cè)量目標(biāo)高低角的方法比較簡(jiǎn)單，不需用陀螺儀，直接使用經(jīng)緯儀的望遠(yuǎn)鏡及顯微鏡即可。測(cè)量時(shí)，松開照準(zhǔn)部方向制緊旋鈕和望遠(yuǎn)鏡制緊旋鈕，用望遠(yuǎn)鏡上的機(jī)械瞄具粗略瞄準(zhǔn)目標(biāo)，旋緊照準(zhǔn)部方向制緊旋鈕和望遠(yuǎn)鏡制緊旋鈕，用望遠(yuǎn)鏡分劃板的水平刻線瞄準(zhǔn)目標(biāo)，即可在顯微鏡中讀取高低角值。

測(cè)目標(biāo)的距離

測(cè)量目標(biāo)的距離時(shí)，可用望遠(yuǎn)鏡分劃板的刻線進(jìn)行。但陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量目標(biāo)的距離誤差較大，因?yàn)樵搩x器的主要用途是尋真北，測(cè)量方位角和高低角。需要測(cè)量目標(biāo)距離時(shí)，通常采用測(cè)距機(jī)進(jìn)行精確測(cè)量。endprint