利用高速回转体的内置陀螺进行真北方向的准确定位的高精度全站仪。是由长安大学杨志强教授领队研发出来的，能够用以超长隧道的定向等高精度测量！其优势在于其真北方向的准确确定。

天津中船重工TJ9000陀螺全站仪是我们军方研制的高精度性能可靠稳定的陀螺全站仪，通过感应地球微弱磁场来精确寻北，目前最高精度已达到20秒，实现全自动精确寻背。我国陀螺仪技术在国际上较为领先，我国军方早在上个世纪50年代末就开始研发并生产陀螺仪，具有50过年陀螺研发生产历史，并且早已大量装备部队，2008年北京麦格天宝科技发展集团与军方强强合作，将TJ9000陀螺仪成功推进我国民用市场

应用领域

1大型隧道贯通测量

2 地铁工程测量3 矿山工程测量4 导弹发射瞄准系统

5 炮兵阵地联测

6 建立方位基准及导航设备表校等领域

产品特性

1 陀螺仪利用积分法测量，优于目前市场上的逆转点法设备，全自动实现快速高精度寻北。

2基准镜设置及零位修正程序，实现高精度定向

3 采用直流永磁陀螺电机，陀螺旋转精度高，转动无死点，陀螺敏感部温升小。

4 陀螺敏感部采用下挂式摆式陀螺，便于操作安装

5 多层磁屏机构，屏蔽外部磁场，提高设备抗干扰能力。

6 在较大偏北角(± 30°)条件下，自动完成粗寻北及精寻北过程，操作简单

7 陀螺仪与全站仪采用合理、可靠的机械及通信接口处理

8 使用市场上多品牌全站仪，方便接驳不同类型的全站仪产品。

9 广泛使用与地下工程定向，盾构导向等工程应用

成功应用

目前该陀螺仪已形成系列化成品，并可选配不同品牌的全站仪，经纬仪，以满足不同用户的需求。相关产品已在总参测绘局、二炮装备200多台套。2009年，我们的产品已成功在中石油管道局、长江盾构工程、西安地铁、山西陕北数家煤矿装备局等单位的重大项目中。

技术规格

精度…………………………………………………………………一次定向测量中误差 ≤20 ″

定向时间…………………………………………………………………一测回定向时间≤12min

环境

湿度…………………………………………………………………… …5%～98%（非冷凝）

工作温度…………………………………………………………………………－20℃～+50℃

贮存温度…………………………………………………………………………－40℃～+60℃

重量

陀螺仪主机…………………………………………………………………15kg（不含全站仪）

尺寸（宽×高）

陀螺仪主机………………………………………………………230 mm×450mm（不含全站仪）

可靠性………………………………………………………………MTBF≥400h，MTTR ≤ 30min

寿命………………………………………………………………20年（陀螺电机2000工时更换）

定向方式………………………………………………………摆式下悬挂陀螺定向、积分法测量

自动化程度…………………………………………………………………………自动

一、引言

陀螺仪作为一种惯性测量器件，是惯性导航、惯性制导和惯性测量系统的核心部件，广泛应用于军事和民用领域。传统的陀螺仪体积大、功耗高、易受干扰，稳定性较差，最近美国模拟器件公司推出了一种新型速率陀螺芯片ADXRS，它只有7mm×7mm×3mm大小，采用BGA-32封装技术，这种封装至少要比任何其他具有同类性能的陀螺仪小100倍，而且功耗为30mW，重量仅0.5g，能够很好的克服传统陀螺仪的缺点。由ADXRS芯片组成的角速度检测陀螺仪能够准确的测量角速度，此外还可以利用该陀螺仪对角度进行测量，实验取得了良好的结果。

二、陀螺仪的原理和构造

ADXRS系列陀螺仪是由美国模拟器件公司制造，采用集成微电子机械系统(iMEMS)专利工艺和BIMOS工艺的角速度传感器，内部同时集成有角速率传感器和信号处理电路。与任何同类功能的陀螺仪相比，ADXRS系列陀螺仪具有尺寸小、功耗低、抗冲击和振动性好的优点。

1、科里奥利加速度

ADXRS系列陀螺仪利用科里奥利(Coriolis)加速度来测量角速度，科里奥利效应原理如图1所示。假设某人站在一个旋转平台的中心附近，他相对地面的速度用图1箭头的长度所示。如果移动到平台外缘的某一点，他相对地面的速度会增加，如图1较长的箭头所示。由径向速度引起的切向速度的速率增加，这就是科里奥利加速度。设角速度为w科里奥利加速度的一半，另一般来自径向速度的改变，二者总和为2wv旋转平台必须施加一个大小为2Mwv科里奥利加速度，并且该人将受到大小相等的反作用力。的力来产生。如果人的质量为M，该，平台半径为r，则切向速度为wr，如果以速度v沿径向r移动，将产生一个切向加速度wv，这仅是

陀螺仪通过使用一种类似于人在一个旋转平台移出或移入的谐振质量元件，利用科里奥利效应来测量角速度。图2示出了ADXRS系列陀螺仪完整的微机械结构，陀螺仪通过附着在谐振体上的电容检测元件测量谐振质量元件及其框架由于科里奥利效应产生的位移。这些电容检测元件都是由硅材料制成的横梁，它们与两组附着在基片上的静止硅横梁互相交叉，因而形成两个标称值相等的电容器。由角速度引起的位移在该系统内产生一个差分电容。如果弹簧的弹性系数为K2wv M。如果总电容为C2wv，它直接与该角速度成比例。这种关系的逼真度在实际应用中非常好，其线性误差小于0.1%。 MC/gK，硅横梁的间距为g，则差分电容为/K，那么反作用力造成的位移为

2、陀螺仪的构造以及电路的实现

ADXRS系列陀螺仪的外围尺寸为7mm×7mm×3mm，采用BGA-32封装技术，有ADXRS150和ADXRS300两种型号，它们的功能电路完全相同，唯一不同在于前者的量程为±150°/s，后者的量程为±300°/s。图3显示了ADXRS300的内部电路结构和外围电路，其中外围电路主要是电容和电阻组成。

引脚AVCC接5V电源电压，22nF的泵浦电容用于产生12V的泵浦电压以供部分电路使用。测得的角速度以电压形式在引脚RATEOUT输出，0°/s时输出电压为2.5V，RATEOUT与引脚SUMJ之间并联一个电阻RoutADXRS300的角速度响应带宽，－3dB频率由下式决定：和电容Cout，从而组成低通滤波器用于限制

fout = 1 / (2 π ? Rout ? Cout) (1)

内部电路的Rout180kΩ，可以从外部给RoutΩ//RextADXRS300的量程为±300°/s，可以在RATEOUT和SUMJ引脚之间给Rout300 kΩ的电阻可以使量程增大50%，但是这需要对电路重新调零，调零时在SUMJ引脚处外接一个电阻RnullRATEOUT的零点是2.5V，但角运动范围不对称时，按下式计算：到地或电源正极，对称角运动情况下并联一个电阻来增大量程，例如并联一个，从而调整角速率响应带宽。并联一个电阻Rext，使得Rout=180k为

Rnull = (2)

式中，Vnull0——未校正时零角速度的输出电压，

Vnull1——校正后所需的零点电压。

如果求得的Rnull5V电源上。为负值，则把电阻Rnull接地；为正值

陀螺寻北原理

1．地球自转及其对陀螺仪的作用

· 地球以角速度ω E （ω E =7.25×10 5

rad/s =1周/

昼夜）绕其自转轴旋转，所以地球上的一切东西

都随着地球转动。从宇宙空间看地球的北端，地

球是在作逆时针方向旋转，如图5(a)，其旋转角

速度的矢量ω E 沿其自转轴指向北端。对纬度为φ

的地面点P而言，地球自转角速度矢量ωE和当地

的水平面成φ角，且位于过P点的子午面内。ωE

可以分解为垂直分量ω2（沿铅垂方向）和水平分

量ω1（沿子午线方向）。