JP3387947B2 - Fully automatic measuring gyro compass and method of measuring finger position deviation using the gyro compass - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は回転可能な機器ケーシン
グを有する完全自動測定ジャイロコンパスであって、上
記ケーシング中には支持バンドに懸架されたジャイロ振
子が配置されており、該ジャイロコンパスの回転振動の
信号量がオプトエレクトロニック測定装置を用いて取出
され中央制御プロセッサにて評価アルゴリズムを用いて
指北位置偏差の測定のため評価されるように構成されて
いるものに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fully automatic measuring gyro compass having a rotatable instrument casing, in which a gyro pendulum suspended on a support band is arranged, the gyro compass rotating. It relates to one in which the signal quantity of the vibrations is taken out using an optoelectronic measuring device and is evaluated in the central control processor using an evaluation algorithm for the measurement of the finger north position deviation.

【０００２】[0002]

【従来の技術】自律的な指北位置測定のため測定システ
ムにおいて専ら測定ジャイロが用いられ、この測定ジャ
イロは支持バンドに懸架されたジャイロ振子を有する。
ジャイロ位置関係状態の方向検出、信号取出はすべての
機器において光学的ないしオプトエレクトロニックに、
オートコリメーションを用いて、ジャイロ振子にて適当
な個所に取付けられたミラー又はプリズムを介して行な
われる。2. Description of the Prior Art A measuring gyro is exclusively used in a measuring system for autonomous finger north position determination, the measuring gyro having a gyro pendulum suspended on a support band.
Direction detection of gyro positional relation state, signal extraction is optically or optoelectronic in all devices,
Autocollimation is used, with a gyro pendulum through a mirror or prism mounted at the appropriate location.

【０００３】ジャイロの回転パルス、振子の重力モーメ
ント、と地球の回転（自転ないし公転）の水平成分との
間の相互作用により指比ジャイロモーメントが生じる。
非拘束状態のジャイロ振子の場合、当該ジャイロモーメ
ントにより指北位置の回りでの（それを中心としての）
わずかに減衰された回転振動が生ぜしめられる。当該回
転振動の周期時間はジャイロ振子の構造設計パラメータ
（回転パルス、重力モーメント、支持バンドの捩れの大
きさ）及び測定地点場所の緯度により定まる。５°より
小さい角度領域での振動振幅に対して生じる周期時間は
中央の緯度において１５０〜５００秒である。The interaction between the gyro rotation pulse, the pendulum gravitational moment, and the horizontal component of the earth's rotation (rotation or revolution) produces the finger pointing gyro moment.
In the case of a non-restrained gyro pendulum, the gyro moment will cause it to move around the finger north position (centered around it).
A slightly damped rotational vibration is produced. The cycle time of the rotary vibration is determined by the structural design parameters of the gyro pendulum (rotation pulse, gravitational moment, the magnitude of the torsion of the support band) and the latitude of the measurement point location. The cycle time that occurs for vibration amplitudes in the angular range of less than 5 ° is 150 to 500 seconds at the central latitude.

【０００４】冒頭に述べた形式の公知の測定ジャイロコ
ンパス（例えばＤＥ−ＰＳ２７ ３４ ３２０又はＤＥ
−ＯＳ１７ ９８ １５９）では指北位置偏差（偏位、
誤差）の測定のため少なくとも１つの又は複数の振動周
期時間（期間）を必要としその結果測定過程は著しく長
時間要するものとなる。従って当該測定過程の所要時間
を短縮する試みがなされて来ている。Known measuring gyro compasses of the type mentioned at the outset (for example DE-PS 27 34 320 or DE)
-OS17 98 159), finger north position deviation (deviation,
At least one or more vibration cycle times (periods) are required for measuring the error, which results in a significantly longer measuring process. Therefore, attempts have been made to reduce the time required for the measurement process.

【０００５】上述のジャイロコンパスではジャイロコン
パスには拘束（係留）回路及びトルカ−コイルを介して
付加的にモーメントが生ぜしめられ、このモーメントに
よっては振動振幅が減衰され測定過程時間が短縮され
る。In the above-mentioned gyro compass, a moment is additionally generated in the gyro compass via the restraining (mooring) circuit and the torquer coil, and the vibration amplitude is attenuated by this moment, and the measuring process time is shortened.

【０００６】これに関連して、ジャイロ振動を速度に比
例して減衰することが公知である。この場合において、
静止した指北状態指示のなされるまでジャイロ振動の減
衰のため信号取出光学系が追従制御回路を介してジャイ
ロ振子に同期的に追従制御され、当該ジャイロ振子に同
時に制動モーメントが加えられる。上記制動モーメント
は追従速度に比例する。この場合トルカの信号取出光学
系は機器ケーシングに対して相対的に回動(旋回)可能な
中間フレーム内に配置されている。機器ケーシングに対
する中間フレームの回転角度はエンコーダを介して読出
される。中間フレームの追従制御がもはや行なわれない
場合、即ち、追従速度が零に減衰した場合、当該測定は
完了される。この手法により実現される測定時間は１０
〜２０分であり、測定場所の緯度と、初期の指北位置偏
差とにより著しく影響を受ける。In this connection, it is known to damp gyro vibrations in proportion to velocity. In this case,
The signal taking-out optical system is controlled to follow the gyro pendulum synchronously through the follow-up control circuit to attenuate the gyro vibration until the stationary finger north state is instructed, and the braking moment is applied to the gyro pendulum at the same time. The braking moment is proportional to the following speed. In this case, the signal extraction optical system of the Toruca is arranged in an intermediate frame which can be rotated (swirled) relative to the equipment casing. The rotation angle of the intermediate frame with respect to the equipment casing is read out via the encoder. The measurement is completed when the tracking control of the intermediate frame is no longer performed, ie when the tracking speed has decayed to zero. The measurement time realized by this method is 10
.About.20 minutes, which is significantly affected by the latitude of the measurement location and the initial finger north position deviation.

【０００７】他の公知の測定ジャイロコンパスでは当該
オプトエレクトロニック信号取出部の零（基準マーク）
へのジャイロ振子の拘束（係留）ケージングが行なわれ
る。従来最も短い測定時間を実現し得た上記システムは
補償方式とも称される。当該システム（方式）ではジャ
イロはトルカモーメントを介してオプトエレクトロニッ
ク信号取出部の零（基準）マークへ拘束ケージング（係
留）される。この場合ケージング回路の立上り振動の終
った状態ではトルカコイルを流れる電流はジャイロ振子
の指北モーメントに比例する。上記の公知測定手法では
測定時間は実質的に電気的にケージング回路の増幅度と
減衰度により定まる。上記ケージング回路の増幅度は任
意に高くセッティングするわけにはゆかない、それとい
うのはそうするとしたらシステム全体の不安定性を招来
するからである。上記方式の主要な欠点とするところは
短い指北時間を得るにはケージング回路が著しく減衰さ
れねばならず、もって、緯度に依存する指北誤差が偶発
的な極性を以て生じることである。更に、電磁トルカは
対応部材としてケーシング固定に配置された永久磁石を
必要とし、それによっては機器中で磁気的偏差（デビエ
ーション）モーメントが生ぜしめられるのである。In another known measurement gyro compass, the zero (reference mark) of the optoelectronic signal output section is used.
Gyro pendulum restraint (mooring) caging is performed. The above-mentioned system that has been able to realize the shortest measurement time in the past is also called a compensation method. In this system, the gyro is constrained to the zero (reference) mark on the optoelectronic signal output via the torquer moment. In this case, when the rising vibration of the caging circuit is finished, the current flowing through the Toruca coil is proportional to the pointing north moment of the gyro pendulum. In the above known measuring method, the measuring time is substantially electrically determined by the amplification degree and the attenuation degree of the caging circuit. It is not possible to set the amplification degree of the above caging circuit to be arbitrarily high, because then it would cause instability of the entire system. The major drawback of the above scheme is that the caging circuit must be significantly attenuated to obtain a short finger north time, thus causing latitude dependent finger north errors with accidental polarity. In addition, the electromagnetic torquer requires as a counter member a permanent magnet arranged in the casing fixed, which causes a magnetic moment of deviation in the device.

【０００８】[0008]

【発明の目的】所要の測定時間が著しく短縮され、か
つ、ジャイロ振子の振動を減衰される必要がなく、さら
に、ジャイロ振子自体をケージングないし（拘束）係留
させなくてもよいように、冒頭に述べた形式のジャイロ
コンパスを発展改良することにある。OBJECT OF THE INVENTION The required measuring time is significantly reduced, the vibrations of the gyro pendulum do not have to be dampened, and furthermore the gyro pendulum itself does not have to be caged or restrained. It is to develop and improve a gyro compass of the type described.

【０００９】[0009]

【発明の構成】本発明によれば冒頭に述べた形式のジャ
イロコンパスにおいて、上記オプトエレクトロニック測
定装置によっては１つの振動周期の小さな端数部分に亙
って、自由に振動するジャイロ振子の、機器零（基準）
点に対して相対的な夫々の偏差角度及び該偏差角度に所
属する角速度及び角加速度が検出され、当該中央プロセ
ッサによっては機器零（基準）マークの指北位置偏差
（偏位）がジャイロ振子の正規化（基準化）された運動
方程式を介して計算され指北位置偏差（偏位）に比例す
る信号の送出および／又は当該指北位置偏差（偏位）の
ディスプレイがなされるように構成されているのであ
る。According to the invention, in a gyro compass of the type mentioned at the outset, depending on the optoelectronic measuring device, the device zero of a gyro pendulum that freely oscillates over a small fractional part of one oscillation cycle. (Standard)
The respective deviation angles relative to the points and the angular velocities and angular accelerations belonging to the deviation angles are detected, and depending on the central processor, the finger north position deviation (deviation) of the device zero (reference) mark is detected by the gyro pendulum. A signal is calculated which is calculated via the normalized (equalized) equation of motion and is proportional to the finger north position deviation (deviation), and / or the finger north position deviation (deviation) is displayed. -ing

【００１０】本発明の測定ジャイロコンパスの利点とす
るところは、著しくわずかな測定時間で事足りることで
ある。夫々の偏差（偏位）角度、所属の角速度の測定
（１振動周期のわずかな端数部分に亙ってのみ行なわれ
る）は例えば全部でたんに５秒を要するに過ぎない。短
い測定過程時での偏差角度、角速度、角加速度から中央
プロセッサは極めて短い時間で正規化（基準化）された
運動方程式を用いて機器零（基準）マークの指北位置偏
差を計算し、相応の信号を送出および／又は指比位置偏
差をディスプレイ上に指示し得る。ジャイロ振子の運動
方程式により定まる計算アルゴリズムは以下さらに詳述
する。本発明の根底をなす注目すべき認識とするところ
は１又は複数振動周期を保持せずに、そのつど実際の角
度偏差及び２つの所属の運動量、角速度、角加速度から
適当なアルゴリズムを用いて指北位置偏差を求め得るこ
とにある。その場合本発明の測定ジャイロコンパスは殆
ど減衰を施さずに振動するジャイロ振子で動作し得、そ
の結果ジャイロ振子の減衰または拘束ないしケージング
（これは測定結果を損なう）を行なわないで済まし得
る。An advantage of the measuring gyrocompass of the present invention is that a remarkably short measuring time is sufficient. The measurement of each deviation angle and the associated angular velocity (which is carried out only over a small fraction of one vibration period) takes, for example, only 5 seconds in total. From the deviation angle, angular velocity, and angular acceleration during a short measurement process, the central processor calculates the finger north position deviation of the device zero (reference) mark using the normalized (normalized) motion equation in an extremely short time, and Signal and / or finger position deviation can be indicated on the display. The calculation algorithm determined by the equation of motion of the gyro pendulum will be described in more detail below. The notable recognition that forms the basis of the present invention is to use a suitable algorithm from the actual angular deviation and the two associated momentums, angular velocities, and angular accelerations without holding one or more vibration cycles. To find the north position deviation. The measuring gyrocompass of the invention can then operate with a vibrating gyro pendulum with little damping, so that no damping or restraint or caging of the gyro pendulum, which impairs the measurement results, can be dispensed with.

【００１１】本発明の有利な構成手法では当該のオプト
エレクトロニック角度信号取出部は画像平面上でのＣＣ
Ｄラインセンサ及び幾何学的ビームスプリッティングを
以てのオートコリメーションに基づいて構成されてい
る。そのようなＣＣＤセンサは±４°の測定領域で０.
１角度秒より小さい所要の角度分解能で無造作に容易に
作製され得る。単位時間当り十分多くの測定を実施し得
るため、ＣＣＤ−ラインセンサの個々の要素、素子は、
有利にコンピュータにより１秒間に５０回質問走査さ
れ、それにより、そのつど照射される要素、素子から光
の集まりの夫々の重心を求め得る。更にフォトデテクタ
としてＣＣＤ−ラインセンサを用いることの利点は個別
素子の幾何学的分割によって零点及びスケーリングに対
する高い安定性が与えられることである。In an advantageous construction of the invention, the optoelectronic angular signal extractor in question has a CC in the image plane.
It is based on auto-collimation with a D-line sensor and geometric beam splitting. Such a CCD sensor has a measuring range of ± 4 ° of 0.
It can be easily made randomly with the required angular resolution of less than one angular second. In order to be able to carry out a sufficiently large number of measurements per unit time, the individual elements, elements of the CCD-line sensor are
The computer is preferably interrogated 50 times per second, so that the respective centroids of the collection of light from the respective illuminated element, element can be determined. Furthermore, the advantage of using a CCD-line sensor as a photodetector is that the geometric division of the individual elements provides high stability against zeros and scaling.

【００１２】本発明の別の有利な構成手法によれば、機
器ケーシングに電動回転機構が配置されており、該電動
回転機構によっては機器ケーシングはそのつど測定実施
後ごとに求められた（検出された）角度分だけ指北位置
偏差に追従制御可能である。その場合２つの順次連結す
る測定の各測定量の比較によって、次のことを検知する
ことができる、即ちコンパスカードのどの象限において
初期の指北位置偏差が存在していたかを検知することが
できる。これによって、任意の初期の指北位置偏差（±
１８０°）から完全自動的に測定を実施することが可能
である。付加的に機器ケーシングは測定の終了後常に精
確に北に向けて配向され（方向付けられ）、それによ
り、機器ケーシングは特に有利に経緯俄又はガイド（誘
導）ビームレーザに対する支持体として使用され得、そ
れは自動的に整合、同調される。According to another advantageous design method of the invention, an electric rotating mechanism is arranged in the device casing, and depending on the electric rotating mechanism, the device casing is determined (detected) after each measurement. It is possible to control the deviation of the finger north position by an angle. By comparing the measured quantities of the two successively connected measurements, it is then possible to detect the following: in which quadrant of the compass card the initial finger north position deviation was present. . This allows any initial finger north position deviation (±
It is possible to carry out the measurement completely automatically from 180 °). In addition, the instrument housing is always precisely oriented (oriented) to the north after the end of the measurement, so that the instrument housing can be used particularly advantageously as a carrier for a guide or guided beam laser. , It is automatically matched and tuned.

【００１３】有利には上記ジャイロ振子には電動的に駆
動され中央プロセッサにより制御可能なロック機構が配
属されている。上記ロック機構は中央プロセッサにより
次のように制御され得る、即ち、測定の短い時間中のみ
ジャイロ振子がトリガ（解放）されるように制御され得
る。それにより、それ自体敏感な（こわれ易い）ジャイ
ロ振子が十分保護され得る。Advantageously, the gyro pendulum is associated with a locking mechanism which is electrically driven and is controllable by a central processor. The locking mechanism can be controlled by the central processor as follows: the gyro pendulum is triggered (released) only during a short time of measurement. Thereby, the gyro pendulum, which is itself sensitive (fragile), can be well protected.

【００１４】有利には当該のロック機構に対する電動駆
動部は同時に電気的接点と駆動連結されており、当該の
駆動連結によっては当該ロック機構がロックされている
際ジャイロ振子の主電流給電は投入され、当該ロック機
構が解除されると遮断されるように構成されている。一
方ではロック機構の動作と他方では主電流給電の投入と
を共働的に（連結的に）働かせるような電動駆動部の上
記の共働動作によっては下記のことが確実に行なわれる
ようになる、即ち、ジャイロ振子がロック状態におかれ
たときのみジャイロの通常高速動作に必要な主電流給電
が投入され得るようになる。これに反して、ロック機構
が解放されたときにはジャイロ振子の自由な振動、もっ
て、測定過程を損なうような主電流給電は自動的に遮断
される。Advantageously, the electric drive for the locking mechanism is at the same time drivingly connected to the electrical contacts, by means of which driving connection the main current supply of the gyro pendulum is switched on when the locking mechanism is locked. , Is configured to be shut off when the lock mechanism is released. The above-mentioned synergistic operation of the electric drive unit that causes the operation of the lock mechanism on the one hand and the turning-on of the main current power supply on the other hand to work cooperatively (linkage) ensures that the following is performed. That is, only when the gyro pendulum is in the locked state, the main current power supply required for the normal high-speed operation of the gyro can be turned on. On the contrary, when the locking mechanism is released, the free oscillation of the gyro pendulum, and thus the mains current feed which impairs the measuring process, is automatically interrupted.

【００１５】一方、測定過程中電流給電は有利には曲げ
られた金属バンドを介して行なわれ、その際その金属バ
ンドはジャイロ振子に最小のモーメントを及ぼし、従っ
て振動過程に悪影響を及ぼさない。On the other hand, during the measuring process, the current supply is preferably effected via a bent metal band, which exerts a minimum moment on the gyro pendulum and therefore does not adversely affect the vibration process.

【００１６】上記の金属バンドの代わりに、ジャイロ振
子の電流給電のため自由振動状態に再充電可能な電池が
設けられており該電池はジャイロキャップ下方に配置さ
れている。それにより、ジャイロ振子の質量の増大が生
ぜしめられることによっては何ら問題は起きない（本発
明のジャイロコンパスにおいてジャイロ振子の減衰また
は拘束ないしケージングが必要でないという点から）。Instead of the metal band described above, a battery that can be recharged in a free vibration state is provided for supplying current to the gyro pendulum, and the battery is arranged below the gyro cap. This does not cause any problems by causing an increase in the mass of the gyro pendulum (since no damping or restraint or caging of the gyro pendulum is required in the gyro compass of the present invention).

【００１７】本発明の有利な手法によれば、機器ケーシ
ングは電動的に駆動可能で且つ中央プロセッサにより制
御可能なクランプ連結体を用いて位置固定の支承リング
と連結可能である。上記の電動駆動可能なクランプ装置
によっては回転可能なケーシングが測定の終了後位置固
定の支承リングに確実に固定される。According to an advantageous development of the invention, the device casing can be connected to a fixed bearing ring by means of a clamp connection which can be electrically driven and can be controlled by the central processor. The electrically actuable clamping device ensures that the rotatable casing is fixed to the stationary bearing ring after the measurement is completed.

【００１８】せまいスペース空間状況のもとでもジャイ
ロコンパスを使用可能にするため、例えば抗内採掘作業
場で、トンネル又は建物室の近くで、使用し得るためケ
ーシングに２つのディスプレイ及び２つの操作コンソー
ルが設けられており、それらはケーシングの回転軸のま
わりに１８０°ずれて配置されている配置構成が可能で
ある。このようなディスプレイ及び操作コンソールの特
別な配置構成によってはジャイロコンパスは少なくとも
常に一方の側（片側）から操作可能かつ読取可能であ
る。In order to be able to use the gyrocompass under tight space space conditions, for example, in a mining workshop, near a tunnel or a building room, two displays and two operating consoles are provided on the casing. It is possible to have an arrangement in which they are arranged 180 ° offset about the axis of rotation of the casing. Due to such a special arrangement of the display and the operation console, the gyro compass can be operated and read at least always from one side (one side).

【００１９】次に本発明の実施例を図を用いて説明す
る。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【００２０】[0020]

【実施例】図中、測定ジャイロを支持する支持台リング
は参照番号１で示されている。支持台リング１には機器
ケーシング２が懸架されている。支持台リング１上には
３つの高さ調整可能な支持脚３（それらのうち図１及び
図２中にはたんに１つのみを示してある）を介して位置
固定の支承リング４が支承されており、この支承リング
には球軸受５を介して機器ケーシング２が垂直軸を中心
として回転可能に支承されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT In the figure, the support ring for supporting the measuring gyro is designated by the reference numeral 1. A device casing 2 is suspended on the support ring 1. A position-fixed bearing ring 4 is supported on the support ring 1 via three height-adjustable support legs 3 (only one of which is shown in FIGS. 1 and 2). The device casing 2 is rotatably supported on the bearing ring via a ball bearing 5 about a vertical axis.

【００２１】機器ケーシング２中上方には小歯車（ピニ
オン）の駆動のための回転駆動モータ６が支承されてお
り、上記小歯車（ピニオン）は位置固定支承リング４の
内周に係合する。回転モータ６はエンコーダ９を介して
精密に制御可能であり、ここにおいて、上記機器ケーシ
ング２は位置固定支承体（支承リング）４に対して相対
的精確に所定の回転位置に回動され得るように制御可能
である。A rotary drive motor 6 for driving a small gear (pinion) is supported in the upper part of the equipment casing 2, and the small gear (pinion) is engaged with the inner circumference of the position fixing support ring 4. The rotary motor 6 can be precisely controlled via an encoder 9 so that the device casing 2 can be rotated relative to the position-fixing bearing (bearing ring) 4 to a predetermined rotational position accurately. Controllable.

【００２２】更に、機器ケーシング２中上方にクランプ
駆動部１０が支承されており、このクランプ駆動部によ
ってはクランプ部１１が、位置固定支承リング４と回転
可能な機器ケーシング２との間に嵌込み装着可能であ
る。それにより、上記の機器ケーシング２は所定の回転
位置で位置固定の支承リング４に固定せしめられるよう
にするものである。機器ケーシング２の上面には狭幅の
薄い支持バンド１２が取付けられており、この支持バン
ドは垂直方向に調整移動可能な調整ねじ１３を用いて機
器ケーシング２のカバー１４に取付けられている。上記
カバー１４はそれの上面にて経緯俄又はガイド（主）ビ
ームレーザに対する支持体として構成されている。上記
支持バンド１２はジャイロ振子を支持しており、このジ
ャイロ振子はその全体が参照番号１５で示されている。Furthermore, a clamp drive 10 is supported in the upper part of the equipment casing 2. Depending on this clamp drive, the clamp 11 is fitted between the position fixing bearing ring 4 and the rotatable equipment casing 2. Can be installed. As a result, the device casing 2 is fixed to the position-fixed bearing ring 4 at a predetermined rotational position. A thin support band 12 having a narrow width is attached to the upper surface of the device casing 2, and the support band is attached to a cover 14 of the device casing 2 by using an adjusting screw 13 which is vertically adjustable. The cover 14 is configured on its upper surface as a support for a guide or main (main) beam laser. The support band 12 supports a gyro pendulum, which is generally designated by the reference numeral 15.

【００２３】ジャイロ振子１５は電気的に駆動可能なジ
ャイロ１６を有しこのジャイロ１６は水平軸を中心とし
て可回転にジャイロポット体１７にて支承されている。
ジャイロポット体１７は上方にてジャイロキャップ１８
にて被われており、上記ジャイロキャップはその上面に
て、中心に配置されたミラー柱１９を有する。このミラ
ー柱１９は内部が中空に構成されており、それの中空空
間内に支持バンド１２を収容する。上方にて上記ミラー
柱１９はミラー２０を有しこのミラーはオートコリメー
ター（オートコリメーション望遠鏡）２１に相応する。
上記オートコリメーター（オートコリメーション望遠
鏡）２１はオプトエレクトロニック走査装置として構成
されており、ＣＣＤ−ラインセンサ２２を有し、このラ
インセンサによってはほぼ±４度の角度の測定領域に亙
って、ジャイロ振子１５のそのつど実際の角度位置を取
出す（信号量として）ことが可能である。The gyro pendulum 15 has an electrically drivable gyro 16, which is rotatably supported by a gyro pot body 17 about a horizontal axis.
The gyro pot body 17 is located above the gyro cap 18
The gyrocap has a centrally located mirror post 19 on its upper surface. The inside of the mirror column 19 is hollow, and the support band 12 is housed in the hollow space of the mirror column 19. At the top, the mirror post 19 has a mirror 20, which corresponds to an autocollimator (autocollimation telescope) 21.
The autocollimator (autocollimation telescope) 21 is configured as an optoelectronic scanning device, and has a CCD-line sensor 22. Depending on the line sensor, the gyroscope is provided over a measurement area of an angle of approximately ± 4 degrees. It is possible in each case to extract the actual angular position of the pendulum 15 (as a signal quantity).

【００２４】ジャイロポット体１７はそれの外周部にロ
ックリング２３を有する。このロックリング２３は半径
方向に移動可能なクランプセグメント２４を用いて機器
ケーシング２に位置固定である。上記クランプセグメン
ト２４は送りリング２５により作動され、上記送りリン
グ２５は機器ケーシング２内に垂直軸を中心として回動
可能であり、内方に向いた操作面を以て、クランプセグ
メント２４に作用する。当該回動の目的で、送りリング
２５はそれの内周にて歯列２６を有し、この歯列は小歯
車（ピニオン）２７と係合する。上記小歯車はシャフト
２８を介して、同様に機器ケーシング２にて支承された
回転モータ２９により駆動される。The gyro pot body 17 has a lock ring 23 on its outer peripheral portion. The lock ring 23 is fixed in position on the device casing 2 by means of a radially movable clamp segment 24. The clamp segment 24 is actuated by a feed ring 25, which is rotatable in the instrument casing 2 about a vertical axis and which acts on the clamp segment 24 with an inwardly directed operating surface. For the purpose of the pivoting, the feed ring 25 has on its inner circumference a toothing 26 which engages a pinion 27. The pinion is driven via a shaft 28 by a rotary motor 29, which is likewise supported by the device casing 2.

【００２５】シャフト２８は第２小歯車３０を有し、こ
の第２小歯車によっては同様に機器ケーシング２内に支
承された操作ディスク３１が回動（旋回）される。上記
操作ディスクによっては２つの操作プッシュロッド３２
を用いて２つのばね性の電気的摺動接点３３に作用が及
ぼされ、上記の接点によっては押し下げられた状態に
て、ジャイロキャップ１８の上面にて電気的摺動接点接
続が形成される。上記の電気的接点はジャイロ定常（高
速）作動中のジャイロ１６への主電流給電のために用い
られる。上記主電流給電はいう迄もなく次のような場合
のみ行なわれる、即ち、ジャイロポット体１７がそれの
ロックリング２３を用いて機器ケーシング２に位置固定
されている場合のみ行なわれる。回転モータ２９と共通
シャフト２８を介しての一方ではクランプセグメント２
４に対し、他方ではばね性の電気的接点３３に対する図
示の駆動部は次のように相互に調整、整合されている、
即ち、ジャイロポット体１７が機器ケーシング２にロッ
クされている際のみジャイロ１６への電流供給が行なわ
れ得るように調整、整合されている。それに対して当該
ロック状態が解除されると、回転速度の維持のためジャ
イロ１６の電流給電が曲げられた弾性金属バンド３４
（図１の実施例中に示されている）を介して行なわれ
る。これに対して図２の実施例ではジャイロ１６への電
流給電が、ロック状態の解除後、再充電可能な電池３５
を介して行なわれ、この電池はジャイロポット体１７内
部にジャイロキャップ１８下方に配置されており共に振
動するジャイロ振子１５に属する。The shaft 28 has a second pinion gear 30 by means of which the operating disc 31, which is likewise supported in the device housing 2, is turned (swirled). Depending on the operating disc, two operating push rods 32
Are used to act on the two spring-like electrical sliding contacts 33, forming an electrical sliding contact connection on the upper surface of the gyrocap 18 in the pressed-down state by said contacts. The electrical contacts described above are used to supply main current to the gyro 16 during steady (high speed) operation of the gyro. Needless to say, the main current feeding is performed only in the following cases, that is, only when the gyro pot body 17 is fixed to the device casing 2 by using the lock ring 23 of the gyro pot body 17. Via the rotary motor 29 and the common shaft 28 on one side the clamp segment 2
4, on the other hand, the illustrated drives for the electrical contacts 33, which are spring-like, are mutually adjusted and aligned as follows:
That is, the gyro pot body 17 is adjusted and aligned so that the current can be supplied to the gyro 16 only when the gyro pot body 17 is locked to the device casing 2. On the other hand, when the locked state is released, the elastic metal band 34 in which the current supply of the gyro 16 is bent to maintain the rotation speed
(Shown in the embodiment of FIG. 1). On the other hand, in the embodiment of FIG. 2, the current supply to the gyro 16 is such that the rechargeable battery 35 is released after the lock state is released.
This battery belongs to the gyro pendulum 15 which is disposed inside the gyro pot body 17 and below the gyro cap 18 and vibrates together.

【００２６】ジャイロポット体１７は機器ケーシング２
内で２つの円弧状スロット３７と共働する２つのストッ
パピン２６を有し、上記ストッパピンによっては自由に
振動するジャイロ振子１５に対する角度が±４°の角度
領域に制限される。The gyro pot body 17 is a device casing 2
It has two stopper pins 26 cooperating with two arcuate slots 37 therein, which limit the angle to the freely vibrating gyro pendulum 15 to an angular range of ± 4 °.

【００２７】更に、機器ケーシング２はジャイロ振子１
５下方で３つの衝撃防止ねじ３８を有し、それらのうち
唯１つが図１及び図２に示してあり、壊れ易い支持バン
ド１２を測定過程中生じる衝撃から保護するために用い
られる。このために、衝撃防止ねじ３８はジャイロポッ
ト体１７の下面からわずかな間隔をおかれている。衝撃
防止ねじ３８は同時に電気的接触センサとして構成され
ており、上記センサはジャイロポット体１７との接触状
態を指示する。Furthermore, the equipment casing 2 is a gyro pendulum 1.
5 has three anti-shock screws 38, only one of which is shown in FIGS. 1 and 2 and is used to protect the fragile support band 12 from the shocks that occur during the measuring process. For this reason, the impact prevention screw 38 is slightly spaced from the lower surface of the gyro pot body 17. The shockproof screw 38 is also configured as an electrical contact sensor, which indicates the contact state with the gyropot body 17.

【００２８】図３の接続構成は主要構成部分として中央
制御及び評価プロセッサ３９を有する。この中央プロセ
ッサ中には信号プロセッサ４０を介して、ＣＣＤライン
センサ２２により求められた、光学的信号取出部の信号
が読込まれる。更に、中央プロセッサ３９は機器ケーシ
ング２の回動のための回転モータ６のエンコーダ９と接
続されている。更に中央プロセッサ３９はケーシング追
従操作部の制御のための制御回路４１，４２，４３、ジ
ャイロ振子１５のロック機構、ケーシング２のクランプ
部を有する。更に中央プロセッサ３９は操作スイッチ４
５、２つのディスプレイ４６、直列インターフェース４
７（遠隔操作、データ伝送、障害解析のため）を有する
２つの操作コンソール４４に接続されている。更に、監
視及び障害分析のため上記中央プロセッサ３９は障害防
止ねじ３８に配属された３つの衝撃センサ３８を有す
る。更に中央プロセッサ３９は温度センサ４９と、温度
監視部９１のロック状態指示体５０と、著しく偏差のあ
る妥当性を有しない測定値に対する警報指示体５２とを
有する。The connection arrangement of FIG. 3 has a central control and evaluation processor 39 as a main component. The signal of the optical signal extraction unit obtained by the CCD line sensor 22 is read into the central processor via the signal processor 40. Furthermore, the central processor 39 is connected to the encoder 9 of the rotary motor 6 for the rotation of the device casing 2. Further, the central processor 39 has control circuits 41, 42, 43 for controlling the casing following operation unit, a lock mechanism of the gyro pendulum 15, and a clamp unit of the casing 2. Further, the central processor 39 uses the operation switch 4
5, two displays 46, serial interface 4
7 (for remote control, data transmission, fault analysis) connected to two control consoles 44. Further, for monitoring and fault analysis, the central processor 39 has three shock sensors 38 associated with the fault prevention screws 38. In addition, the central processor 39 has a temperature sensor 49, a lock status indicator 50 of the temperature monitoring unit 91, and an alarm indicator 52 for the measured values which are significantly deviated and have no validity.

【００２９】先ず最初に、ロック状態におかれているジ
ャイロ振子１５のジャイロ１６は所要の回転数にもたら
される。しかる後、ジャイロ振子１５のロック状態が、
モータ２９の投入接続により解除され、同時に、ジャイ
ロ１６の主電流給電が遮断される。回転数の保持に必要
な電流は今や金属バンド３４（図１）及び電池３５（図
２）を介して供給される。測定過程を開始するためジャ
イロ振子１５のロック状態が解除され、そして、機器ケ
ーシング２は回転モータ６を用いてジャイロ振子１５の
実際の回転位置に追従される。このために、回転モータ
６は中央制御及び評価プロセッサ３９により相応に制御
される。回転駆動機構（モータ）６は次の状態生起まで
作動の接続状態に保持される、即ち、オプトエレクトロ
ニック信号取出部の光指示体が中央位置（機器零位置）
に到達するまで作動接続状態に保持される。ジャイロ振
子１５はさらに非減衰の回転振動状態におかれる。そこ
で、実際の指北方向から機器零（基準）マークの偏差
（偏位）を析出するため、例えば夫々１.５secの３つの
順次連続する短い時間間隔ＤＴ１，ＤＴ２，ＤＴ３で、
当該時間間隔にてとられた平均的偏差角度α１，α２，
α３（基準零マークからの偏差角度）が求められる。上
記の求められた偏差角度から中央プロセッサ３９は下記
式により平均偏差角度α０を求める。First of all, the gyro 16 of the gyro pendulum 15 in the locked state is brought to the required speed. After that, the locked state of the gyro pendulum 15
When the motor 29 is turned on, the connection is released, and at the same time, the main current feeding of the gyro 16 is cut off. The current required to maintain the rotational speed is now supplied via the metal band 34 (FIG. 1) and the battery 35 (FIG. 2). To start the measurement process, the locked state of the gyro pendulum 15 is released, and the instrument casing 2 is followed by the rotary motor 6 to the actual rotational position of the gyro pendulum 15. For this purpose, the rotary motor 6 is correspondingly controlled by the central control and evaluation processor 39. The rotary drive mechanism (motor) 6 is kept in an operating connection state until the next state occurs, that is, the optical indicator of the optoelectronic signal output portion is at the central position (device zero position).
It is held in the operating connection state until it reaches. The gyro pendulum 15 is further placed in an undamped rotational vibration state. Therefore, in order to deposit the deviation (deviation) of the device zero (reference) mark from the actual finger north direction, for example, at three consecutive short time intervals DT1, DT2, DT3 of 1.5 seconds respectively,
Average deviation angles α1, α2, taken at the time intervals
α3 (angle of deviation from the reference zero mark) is obtained. From the deviation angle obtained above, the central processor 39 obtains the average deviation angle α0 by the following equation.

【００３０】 α０＝０．５・（α１＋α３） （１） しかる後、中央プロセッサ３９は下記式により平均角速
度α０を求める。Α0 = 0.5 · (α1 + α3) (1) Thereafter, the central processor 39 obtains the average angular velocity α0 by the following formula.

【００３１】[0031]

【数１】 [Equation 1]

【００３２】[0032]

【外１】 [Outer 1]

【００３３】[0033]

【数２】 [Equation 2]

【００３４】求められた運動量から精確な指北位置偏差
を計算するための方程式（８）が、ジャイロ振子の運動
方程式が得られる。The equation (8) for calculating the accurate finger north position deviation from the obtained momentum gives the gyro-pendulum motion equation.

【００３５】α軸線の周りのモーメント和（図４参照）
は下式の関係性を与える。Sum of moments around the α-axis (see FIG. 4)
Gives the relationship of

【００３６】[0036]

【数３】 [Equation 3]

【００３７】β軸線の周りのモーメント和（図４参照）
は下式の関係性を与える。Sum of moments around the β-axis (see FIG. 4)
Gives the relationship of

【００３８】[0038]

【数４】 [Equation 4]

【００３９】Ｈｓ：ジャイロ振子の重力モーメント Ｈ：ジャイロの回転パルス Ｉｘ，Ｉｚ：ジャイロ振子のスタチックな慣性モーメン
ト Ｈ²／ＭＳ：ジャイロのダイナミックな慣性モーメント Ｄα，Ｄβ：減衰定数 Ｃｂ：支持バンドのばね定数 Ｗｅ：地球回転レート Ｂ：測定場所の緯度 運動方程式（６）及び（７）の正規化及び変換、変形に
よっては当該運動量から指北位置偏差の計算のための式
（８）が与えられる。Hs: gravitational moment of gyro pendulum H: gyro rotation pulse Ix, Iz: static inertia moment of gyro pendulum H ² / MS: gyro dynamic inertia moment Dα, Dβ: damping constant Cb: support band spring Constant We: Earth rotation rate B: Latitude motion equations (6) and (7) at the measurement location are normalized and converted, and depending on the transformation, Formula (8) for calculating the finger north position deviation from the momentum is given.

【００４０】[0040]

【数５】 [Equation 5]

【００４１】但し ＮＯＲＤ：機器零マークの指北位置偏差 Ｄｚ：減衰定数 ＤＫＯ：赤道におけるジャイロ方向特性量 中央プロセッサ３９は今や当該関係式を用いて指北方向
からの機器基準（零）マークの精確な偏差角度を求め
る。なお指北方向が全く知られていない際に第１の（最
初の）測定が行なわれるべきである場合、サイン（正弦
波）関数に基づきそのようにして算出された値はなお不
明瞭である（一義的でない）。当該コンパスカードの完
全円に対して相対的位置関係で測定を一義的なものにす
るため、機器ケーシング２は回転モータ６を用いて、中
央プロセッサ３９により制御されて、第１の（最初の）
測定の際求められた偏光角度だけ、推測された指北方向
に回動されこの位置にて第２の測定が行なわれる。当該
の第２の測定により、第１の測定の際求められた指北偏
位より値の大きい指北位置偏差（偏位）が与えられる
と、当該コンパスカードの第２又は第３の象限にて第１
の測定がなされたのである。この場合において、機器ケ
ーシングは角度 ＮＯＲＤ＝ＮＯＲＤ（２）±１８０° だけ追従制御され、そのとき適正な指北位置におかれ
る。それにひきつづいて、特に高い精度要求の場合、第
３のジャイロ測定が実施され、それにひきつづいて、測
定された残りの指北偏位は追従制御され、又は操作率４
４にてディスプレイされる。その第３の測定によっては
場合により存在する測定誤差（これは例えば追従制御伝
動装置におけるピッチないし区分誤差により生じ得る）
が除去される。３つの順次連続する測定にも拘らず、当
該測定誤差は全体として１分より多くの時間を要しな
い。However, NORD: Finger north position deviation of the device zero mark Dz: Damping constant DKO: Gyro direction characteristic quantity at the equator The central processor 39 now uses the relational expression to accurately determine the device reference (zero) mark from the finger north direction. The deviation angle. It should be noted that if the first (first) measurement should be made when no finger north direction is known, the value so calculated based on the sine function is still ambiguous. (Not unique). In order to make the measurement unambiguous relative to the complete circle of the compass card, the instrument casing 2 is controlled by the central processor 39 by means of the rotary motor 6 and the first (first)
The second measurement is performed at this position by rotating in the estimated finger north direction by the polarization angle obtained during the measurement. If the finger north position deviation (deviation) having a larger value than the finger north deviation obtained in the first measurement is given by the second measurement, the second or third quadrant of the compass card is given. First
Was measured. In this case, the equipment casing is controlled to follow the angle NORD = NORD (2) ± 180 °, and at that time, it is placed at the proper finger north position. Subsequently, a third gyro measurement is carried out, in particular in the case of high precision requirements, and subsequently the remaining measured finger north excursion is tracked or controlled by a manipulating factor of 4.
Displayed at 4. Any measurement error that may be present in the third measurement (this can be caused, for example, by a pitch or section error in the tracking control transmission)
Are removed. Despite the three consecutive measurements, the measurement error as a whole does not take more than one minute.

【００４２】[0042]

【発明の課題】本発明により所要の測定時間が著しく短
縮され、かつ、ジャイロ振子の振動を減衰させる必要が
なく、さらに、ジャイロ振子自体をケーシングないし
（拘束）係留させなくてもよいように、なるという効果
が奏される。The present invention significantly reduces the required measurement time, eliminates the need to damp the vibrations of the gyro pendulum, and does not require the gyro pendulum itself to be casing or (restrained) moored. The effect of becoming

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の第１実施形態の測定ジャイロコンパス
の縦断面図である。FIG. 1 is a vertical sectional view of a measurement gyro compass according to a first embodiment of the present invention.

【図２】本発明の第２実施形態の測定ジャイロコンパス
の縦断面図である。FIG. 2 is a vertical sectional view of a measurement gyro compass according to a second embodiment of the present invention.

【図３】本発明の測定ジャイロコンパスの接続図であ
る。FIG. 3 is a connection diagram of the measurement gyro compass of the present invention.

【図４】ジャイロ振子の運動方程式の導出のためのジャ
イロ振子の動作法の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of an operation method of a gyro pendulum for deriving an equation of motion of the gyro pendulum.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 支持台リング ２ 機器ケーシング ４ 支承リング ５ 球軸受 ６ 回転モータ 1 Support ring 2 Equipment casing 4 bearing ring 5 ball bearings 6 rotation motor

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 回転可能な機器ケーシングを有する完全
自動測定ジャイロコンパスであって、上記ケーシング中
には支持バンドに懸架されたジャイロ振子が配置されて
おり、該ジャイロコンパスの回転速度がオプトエレクト
ロニック測定装置を用いて取出され、中央制御及び評価
プロセッサにて評価アルゴリズムを用いて指北位置偏差
の測定のため評価されるように構成されているものにお
いて、上記オプトエレクトロニック測定装置（２１，２
２）によっては１つの振動周期の小さな端数部分に亙っ
て、自由に振動するジャイロ振子（１５）の、機器零
（基準）点に対して相対的な夫々の偏差角度及び該偏差
角度に所属する角速度及び角加速度が検出され、当該中
央プロセッサ（３９）によっては機器零（基準）マーク
の指北位置偏差（偏位）がジャイロ振子（１５）の正規
化（基準化）された運動方程式を介して計算され、指北
位置偏差（偏位）に比例する信号の送出および／又は当
該指北位置偏差（偏位）のディスプレイがなされるよう
に構成されていることを特徴とする完全自動測定ジャイ
ロコンパス。1. A fully automatic measuring gyro compass having a rotatable instrument casing, wherein a gyro pendulum suspended on a support band is arranged in the casing, and the rotational speed of the gyro compass is measured optoelectronically. An optoelectronic measuring device (21, 2), wherein the optoelectronic measuring device (21, 2) is configured to be picked up by a device and evaluated by a central control and evaluation processor for measuring finger north position deviations using an evaluation algorithm.
Depending on 2), the deviation angle of the gyro pendulum (15) that freely oscillates over a small fractional part of one vibration cycle and the deviation angle relative to the device zero (reference) point and the deviation angle. Depending on the central processor (39), the finger north position deviation (deviation) of the device zero (reference) mark is normalized (normalized) by the central processor (39). A fully automatic measurement, characterized in that it is configured to emit a signal proportional to the finger north position deviation (deviation) and / or to display the finger north position deviation (deviation). Gyro compass. 【請求項２】 当該のオプトエレクトロニック角度信号
取出部（２１，２２）は画像平面上でのＣＣＤラインセ
ンサ（２２）及び幾何学的ビームスプリッティングを以
てオートコリメーションに基づいて構成されている請求
項１記載のジャイロコンパス。2. The optoelectronic angle signal extraction unit (21, 22) is a CCD line sensor on an image plane.
2. The gyrocompass according to claim 1, which is constructed on the basis of autocollimation with a sensor (22) and geometric beam splitting. 【請求項３】 機器ケーシング（２）に電動回転機構
（６）が配属されており、該電動回転機構によっては機
器ケーシング（２）はそのつど測定実施後ごとに求めら
れた角度分だけ指北位置偏差に追従制御可能である請求
項１又は２記載のジャイロコンパス。3. An electric rotating mechanism (6) is assigned to the device casing (2), and depending on the electric rotating mechanism, the device casing (2) is directed by an angle determined after each measurement. The gyrocompass according to claim 1, wherein the gyrocompass can be controlled to follow the position deviation. 【請求項４】 機器ケーシング（２）のカバー（１４）
は経緯儀又はガイド（主）ビームレーザに対する支持体
として構成されている請求項３記載のジャイロコンパ
ス。4. A cover (14) for a device casing (2).
The gyro compass according to claim 3, wherein the gyro compass is configured as a support for a theodolite or a guide (main) beam laser. 【請求項５】 上記ジャイロ振子（１５）には電動的に
駆動され中央プロセッサ（３９）により制御可能なロッ
ク機構（２３，２４）が配属されている請求項１から４
までのうちいずれか１項記載のジャイロコンパス。5. The locking mechanism (23, 24) electrically driven and controllable by a central processor (39) is assigned to the gyro pendulum (15).
The gyro compass according to any one of the above. 【請求項６】 当該のロック機構に対する電動駆動部
（２９）は同時に電気的接点（３３）と駆動連結されて
おり、当該の駆動連結によっては当該ロック機構がロッ
クされている際ジャイロ振子（１５）の主電流給電部が
投入接続され、当該ロック機構が解除されると遮断され
るように構成されている請求項５記載のジャイロコンパ
ス。6. The electric drive (29) for the locking mechanism is at the same time drivingly connected to the electrical contact (33), the gyro pendulum (15) being driven by the driving connection when the locking mechanism is locked. 6. The gyro compass according to claim 5, wherein the main current feeding unit of) is connected to be turned on and turned off when the lock mechanism is released. 【請求項７】 ジャイロ振子（１５）の電流給電のため
自由振動状態で弧状に変形可能な弾性的金属バンド（３
４）が設けられている請求項６記載のジャイロコンパ
ス。7. An elastic metal band (3) which can be deformed in an arc in a free vibration state for supplying current to a gyro pendulum (15).
The gyro compass according to claim 6, wherein 4) is provided. 【請求項８】 ジャイロ振子（１５）の電流給電のため
自由振動状態にて再充電可能な電池（３５）が設けられ
ており該電池はジャイロキャップ（１８）下方に配置さ
れている請求項６記載のジャイロコンパス。8. A rechargeable battery (35) is provided in a free vibration state for supplying current to the gyro pendulum (15) and the battery is arranged below the gyro cap (18). The listed gyro compass. 【請求項９】 機器ケーシング（２）は電動的に駆動可
能で且つ中央プロセッサ（３９）により制御可能なクラ
ンプ連結体（１１）を用いて位置固定の支承リング
（４）と連結可能である請求項１から８までのうちいず
れか１項記載のジャイロコンパス。9. The device casing (2) is connectable to a stationary bearing ring (4) by means of a clamp connection (11) which is electrically drivable and controllable by a central processor (39). Izu among the items 1 to 8
Gyro compass according to item 1 . 【請求項１０】 ケーシング（２）に２つのディスプレ
イ（４５）及び２つの操作コンソール（４４）が設けら
れており、それらはケーシング（２）の回転軸のまわり
に１８０°ずれて配置されている請求項１から９までの
うちいずれか１項記載のジャイロコンパス。10. The casing (2) is provided with two displays (45) and two operating consoles (44), which are arranged 180 ° offset about the axis of rotation of the casing (2). The gyro compass according to any one of claims 1 to 9. 【請求項１１】 請求項１又は請求項２から１０までの
うちいずれか１項に記載の完全自動ジャイロコンパスを
用いて任意の出発位置から指北位置偏差（偏位）を測定
する方法において、２つの順次連結する測定過程におい
て指北位置偏差（偏位）を測定し、それにひきつづい
て、制御及び評価プロセッサ（３９）を用いて、２つの
求められた指北位置偏差（偏位）の大きさの比較によ
り、第２測定値に所属する、コンパスカードの象限が検
出されるようにしたことを特徴とする完全自動測定ジャ
イロコンパスを用いての指北位置偏差測定方法。11. A method for measuring a finger north position deviation (deviation) from an arbitrary starting position using the fully automatic gyro compass according to claim 1 or any one of claims 2 to 10. The finger north position deviation (deviation) is measured in two sequentially connected measurement processes, and subsequently, the magnitudes of the two calculated finger north position deviations (deviations) are measured using the control and evaluation processor (39). A method of measuring a finger north position deviation using a fully automatic measurement gyro compass, characterized in that the quadrant of the compass card belonging to the second measurement value is detected by comparing the heights. 【請求項１２】 追従制御により生じる角度誤差の遮断
排除のため、精確な指北位置偏差測定のなされるよう第
３の測定が実施されるようにした請求項１１記載の方
法。12. follow for blocking elimination of angular errors caused by the control, the third method of claim 11, wherein the so measured is performed in so as to be subjected to the precise ubiquitous positional deviation measurement.