Принципова схема маятникового гіроскопа
Для здійснення гироскопического теодоліта в даний час найчастіше використовують триступеневої гіроскоп. у якого рух по осі уу 'обмежується застосуванням маятникового вантажу Q (рис. 7.5).
Ріс.7.5. Принципова схема маятникового гіроскопа
Нехай вантаж Q з'єднаний з внутрішньою рамкою гіроскопа так, що завжди призводить вісь хх 'в горизонтальне положення. Якщо відхилити рамку карданного підвісу від площини горизонту, в якій вона знаходиться в положенні рівноваги, то при відсутності обертання ротора рамка буде робити коливальні рухи навколо осі уу по закону нормального маятника. Тому такий гіроскоп називають маятниковим.
Розглянемо поведінку маятникового гіроскопа. встановленого на Землі в точці А. Нехай в момент часу t (рис. 7.6, а) вісь хх 'гіроскопа розташовується горизонтально в напрямку зі сходу В на захід З, а ротор розкручений в напрямку ходу годинникової стрілки (якщо дивитися на нього з південного кінця х 'осі).
Мал. 7.6. Положення осі маятникового гіроскопа, встановленого на Землі
а - в початковий момент; б - через проміжок часу # 8710; t
Внаслідок обертання Землі через нескінченно малий проміжок часу # 8710; t (рис. 7.6, б) східна частина площині горизонту нахилиться на кут # 920 ;, і маятник вийде зі стану рівноваги. Під дією вантажу Q вісь гіроскопа буде нахилятися, прагнучи до горизонтального положення. Виникає постійно діючий момент зовнішньої сили, так званий маятниковий момент, рівний:
де Q '- рівнодіюча сили тяжіння вантажу Q і ротора; а - відстань від осі ротора до точки прикладання рівнодіючої.
Маятниковий момент еквівалентний додатком до осі ротора пари сил F у вертикальній площині. За правилом прецесії під дією зовнішніх сил і гіроскопічного моменту, вісь гіроскопа почне прецессировать в горизонтальному напрямку. У нашому випадку північний кінець осі х з прискореним рухом почне наближатися до північній частині меридіана точки спостережень. Найбільша швидкість прецесії матиме місце при збігу осі з площиною меридіана.
Внаслідок інерції всієї системи вісь гіроскопа пройде площину меридіана. Тепер в східній частині горизонту виявиться північний кінець осі х, який у міру обертання Землі буде вимушено нахилятися під дією вантажу Q, прагнучи до горизонтального положення. Виникне момент сил протилежної дії, гальмує інерційний рух осі. Рух осі припиниться, коли момент кількості руху приладу, обумовлений його інерційним рухом, виявиться рівним направляючої моменту, зумовленого обертанням ротора і маятникових моментом. Так як направляючий момент буде зростати внаслідок безперервного обертання Землі, то почнеться прецесія зі зростаючою швидкістю кінця осі х в зворотному напрямку, т. Е. До площини меридіана. Таким чином, вісь гіроскопа буде здійснювати періодичні коливання щодо положення рівноваги, що збігається з площиною меридіана.
Для визначення напряму меридіана потрібно зміцнити на підставі (Землі) горизонтальний коло (див. Рис. 7.7), а на одному з кінців осі гіроскопа - індекс, за допомогою якого можна взяти відліки в точках реверсії - при крайньому східному n1 і крайньому західному n2 положеннях осі. Середнє з цих відліків буде відповідати положенню рівноваги, що збігається з напрямком меридіана точки спостережень, т. Е. Відповідати «місця півночі» (МС) на горизонтальному колі.
Мал. 7.7. Схема визначення гироскопического азимута.