土木工程測(cè)量---測(cè)量教案4章_索佳GP-1陀螺全站儀(課堂PPT)

1、,sokkia,-陀螺全站儀,上架式陀螺全站儀,GP2130R3/3130R3,定向精度:20,內(nèi) 容,1,2,陀螺儀原理,3,索佳獨(dú)有上架式陀螺儀組成,5,陀螺觀測(cè)方法介紹,4,陀螺儀操作注意事項(xiàng),6,礦山測(cè)量操作流程,7,方位角之間的換算及實(shí)際應(yīng)用,陀螺全站儀介紹,陀螺儀發(fā)展歷程,陀螺儀是一種全天候、不依賴其他條件能夠測(cè)定真北方位的物理定向儀器，它是利用陀螺儀本身的物理特 性(定軸性和進(jìn)動(dòng)性)及地球自轉(zhuǎn)影響，能夠在緯度 70以內(nèi)的任何地方迅速給出真北方向或任意目標(biāo)的 真北方位角的精密定向儀器。在軍事、遠(yuǎn)程武器發(fā)射、航天、礦山、鐵道、森林、建筑、海洋和測(cè)繪等部門 日益得到廣泛應(yīng)用。,陀螺全站

2、儀是將陀螺儀和全站儀結(jié)合在一起的儀器。因?yàn)樗皇軙r(shí)間和環(huán)境的限制，同時(shí)觀測(cè)簡(jiǎn)單方便、效率高、而且能保證較高的定向精度，所以它是 一種先進(jìn)的定向儀器。,陀螺儀是個(gè)龐大的家族，大的有數(shù)噸，小的只有幾克，種類繁多，用途廣泛，現(xiàn)代技術(shù)尤其是航空、航天、制導(dǎo)等尖端技術(shù)都離不開它。,陀螺儀發(fā)展歷程,陀螺全站儀的完善有賴于陀螺技術(shù)的進(jìn)步，陀螺技術(shù)發(fā)展卻是隨著軍事需要，尤其是導(dǎo)彈、航空和航海事業(yè)的開展而前進(jìn)的。在陀螺技術(shù)方面，中國(guó)古代就發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用了高速旋轉(zhuǎn)物體所具有的特性，并設(shè)法把它支承起來構(gòu)成實(shí)用的陀螺儀表。支承高速轉(zhuǎn)子又能使轉(zhuǎn)子任意翻轉(zhuǎn)的環(huán)架，就是現(xiàn)在稱作的萬向支架。早在西漢末年，中國(guó)就創(chuàng)造了與萬向支架原

3、理完全相同的“臥褥香爐”，它能“環(huán)轉(zhuǎn)四周而爐體長(zhǎng)平”與其相類似的還有唐朝的“鏤空銀熏球”。,陀螺儀發(fā)展歷程,地球是個(gè)陀螺、太陽(yáng)是個(gè)陀螺、太陽(yáng)系也是個(gè) 陀螺、甚至銀河系及其它星系都是陀螺！,陀螺儀原理,沒有任何外力作用，并具有三個(gè)自由度的陀螺儀叫做 自由陀螺儀，下圖為自由陀螺儀的模型及原理示意圖：,自由陀螺儀有兩個(gè)特性： 1.陀螺軸在不受外力作用時(shí)，它的方向始終指向初始恒 定方位，所謂定軸性。 2.陀螺軸在受外力作用時(shí)，將產(chǎn)生非常重要效應(yīng)“進(jìn) 動(dòng)”，所謂進(jìn)動(dòng)性。,陀螺轉(zhuǎn)子安置在內(nèi)環(huán)上；內(nèi)環(huán)又安置在外環(huán)上。內(nèi)環(huán)和外環(huán)保證了陀螺儀圍繞在相互垂直的三個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的三個(gè)自由度：轉(zhuǎn)子繞其對(duì)稱軸X在內(nèi)環(huán)中高速旋

4、轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)子和內(nèi)環(huán)一起繞水平軸Y在外環(huán)中旋轉(zhuǎn)；陀螺儀轉(zhuǎn)子和內(nèi)外兩環(huán)一起繞豎直軸Z在其內(nèi)旋轉(zhuǎn)。其中轉(zhuǎn)子軸X叫做陀螺儀自轉(zhuǎn)軸或主軸，通常稱為陀螺儀軸。,陀螺儀原理,從軸端看，轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，則該端為主軸的正端。內(nèi)、外兩環(huán)叫做萬向結(jié)構(gòu)。所以y軸與z軸叫做方向結(jié)構(gòu)軸。陀螺儀主軸繞y軸旋轉(zhuǎn)，改變其與水平面之間的夾角，通常叫做高度的變化。陀螺儀主軸繞z軸旋轉(zhuǎn)，改變其與地物在平面內(nèi)之相對(duì)位置，通常稱為方位的變化。三個(gè)軸的交點(diǎn)叫做陀螺儀的中心。陀螺儀的靈敏部(包括轉(zhuǎn)子和內(nèi)外兩環(huán))的重心與陀螺儀中心點(diǎn)重合。,陀螺儀原理,陀螺儀原理,陀螺儀原理,陀螺儀原理,陀螺儀原理,P,陀螺儀原理,陀螺儀原理,采用懸掛帶將

5、陀螺轉(zhuǎn)子懸掛起來組成一個(gè)擺，并且將這個(gè)擺內(nèi)置在一個(gè)圓柱體中組成懸掛式陀螺儀，它可以架設(shè)到SET2130R3或SET3130R3全站儀上。這個(gè)擺繞地球子午線擺動(dòng)，其擺動(dòng)(叫進(jìn)動(dòng))可以通過一個(gè)放在該擺上的小鏡來觀察。并可在懸掛帶無轉(zhuǎn)矩的情況下，通過慢慢旋轉(zhuǎn)全站儀進(jìn)行跟蹤它(跟蹤方式)。兩個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)可以通常過全站儀水平度盤讀出并且SET可計(jì)算出進(jìn)動(dòng)中心(即真北方向)。當(dāng)全站儀視準(zhǔn)軸與進(jìn)動(dòng)中心一致時(shí)，儀器望遠(yuǎn)鏡即照準(zhǔn)真北方向。,陀螺儀原理,索佳上架式陀螺儀組成,分劃板,陀螺儀操作注意事項(xiàng),對(duì)陀螺儀要輕拿輕放，避免猛烈沖擊和震動(dòng)； 由于電壓不同，請(qǐng)不要將三芯連接電纜接頭(12V)，接在 SET下部的

6、SET外接電源接頭(6V)上。三芯電纜只能用于連接逆變器和電池(BDC7)； 由于電池的容量?jī)H供(對(duì)連續(xù)測(cè)量)大約3小時(shí)使用，所以建議在同一測(cè)站上所有的測(cè)量工作都結(jié)束后再關(guān)閉電源(陀螺儀的啟動(dòng)耗電量很大)； 測(cè)量完畢后要用CDC7充電器對(duì)電池進(jìn)行充電； 在打開和關(guān)閉GP1之前，陀螺必須鎖緊(若能按要求鎖緊，懸掛帶很少有折斷現(xiàn)象)； 在從 GP1中取出電池時(shí)，陀螺必須處于鎖緊狀態(tài)，并且電源必須切斷； 存放GP1時(shí)，鎖緊螺旋必須完全鎖緊，并在鎖緊螺旋 上罩上鎖緊扣；,陀螺儀操作注意事項(xiàng),全中文操作,在進(jìn)行逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法和中天法操作時(shí)注意事項(xiàng) 通過儀器上的管羅盤定出大致的磁北方向開啟逆變器上的電源開關(guān)，等

7、待大約1分鐘左右，逆變器上的馬達(dá)指示燈變?yōu)榫G色，說明陀螺轉(zhuǎn)子已經(jīng)達(dá)到要求的轉(zhuǎn)速，如果馬達(dá)指示燈是紅色，說明電池電量不足，請(qǐng)務(wù)必盡快關(guān)閉電源； 逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法測(cè)量： 下放陀螺，通過逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法確定北方向在2之內(nèi)，然后托起陀螺；照準(zhǔn)大致確定的北方向，再次下放陀螺，控制擺幅在58格之間，用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法開始通過全站儀平穩(wěn)的精確跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)【不能驟然跟蹤，否則測(cè)量出來的陀螺北方向不準(zhǔn)確】； 至少跟蹤5個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn),要求相鄰擺動(dòng)中值的互差不能超過20，間隔擺動(dòng)中值的互差不能超過30，逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法測(cè)量完畢后，托起陀螺使陀螺處于完全鎖緊位置，定出陀螺北方向，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡至目標(biāo)點(diǎn)，儀器上所顯示的AZ為此測(cè)線的陀螺方位角值；,中天法測(cè)量：

8、 首先通過逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法確定陀螺北方向在20之內(nèi) 然后托起陀螺；再次下放陀螺使其擺幅在810格之間，中天法開始觀測(cè)，至少測(cè)量2個(gè)周期, 相鄰時(shí)間差的互差不能超過0.4s， 間隔時(shí)間差的互差不能超過0.6s, 測(cè)量完畢后，托起陀螺使陀螺處于完全鎖緊位置， 定出陀螺北方向，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡至目標(biāo)點(diǎn)， 儀器上所顯示的AZ為此測(cè)線的陀螺方位角值。,-逆轉(zhuǎn)點(diǎn),-逆轉(zhuǎn)點(diǎn),-中天法,下放陀螺使其擺幅在810格之間，用中天法開始觀測(cè)；至少測(cè)量2個(gè)周期，相鄰時(shí)間差的互差不能超過0.4s，間隔時(shí)間差的互差不能超過0.6s,中天法測(cè)量完畢后，托起陀螺使陀螺處于完全鎖緊位置，定出陀螺北方向，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡測(cè)量測(cè)線的陀螺方位角。,-中

9、天法,-中天法-K和R測(cè)定,儀器常數(shù)K和調(diào)整常數(shù)R的測(cè)定方法如下： 在更換懸掛帶后或者現(xiàn)測(cè)站與前測(cè)站緯度差較大時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行儀器常數(shù)的測(cè)定。當(dāng)精確的真北方向已知時(shí)，通過儀器常數(shù)測(cè)定可以確定出儀器常數(shù)K和調(diào)整常數(shù)R。取得三個(gè)測(cè)量值：00000 (真北方向)、 01000, 3595000。 儀器常數(shù)設(shè)置完成后，當(dāng)前方位角信息將丟失。,-中天法-K和R測(cè)定,-中天法-K和R測(cè)定,當(dāng)R+30或R-30時(shí)，按照說明書“15.3分劃板調(diào)?！苯榻B的方法對(duì)分劃板進(jìn)行調(diào)校。,01000,1.用陀螺全站儀定向，可采用跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法、中天法進(jìn)行。 2.陀螺全站儀精度級(jí)別是按實(shí)際達(dá)到的一測(cè)回測(cè)量陀螺 方位角的中誤差確定

10、的，索佳GPx130R3陀螺全站儀定向精度為20。 3.用陀螺全站儀定向，應(yīng)遵守下列規(guī)定： .測(cè)定儀器常數(shù)的地面已知邊坐標(biāo)方位角的精度誤差不得超過10。井下定向邊的兩端點(diǎn)必須是永久導(dǎo)線點(diǎn)，并應(yīng)盡量滿足無淋水、風(fēng)小和便于觀測(cè)的條件；否則應(yīng)采取措施。定向邊的長(zhǎng)度應(yīng)大于50m； .陀螺全站儀的懸掛帶零位不能超過0.5格，否則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行校正，達(dá)到要求時(shí)，方可用于定向測(cè)量；,.陀螺全站儀一次定向應(yīng)按下列程序進(jìn)行： .在地面已知邊上采用兩測(cè)回(或三測(cè)回)測(cè)量陀螺方位角，求得兩個(gè)(或三個(gè))儀器常數(shù)1； .在井下定向邊上用兩測(cè)回測(cè)量陀螺方位角； .返回地面后，要盡快在原已知邊上再用兩測(cè)回(或三測(cè)回)，測(cè)量陀螺

11、方位角，再求兩個(gè)(或三個(gè))儀器常數(shù)2； .同一邊任意兩測(cè)回測(cè)量陀螺方位角的互差不得超過40； .井下同一定向邊兩次獨(dú)立陀螺全站儀定向平均值的中誤差為10“,其互差不得超過40；根據(jù)在同一邊上多次測(cè)量的陀螺方位角求算： v同一邊陀螺方位角的平均值與一測(cè)回測(cè)定值的差數(shù)； n測(cè)量陀螺方位角的次數(shù)。 .井上、下觀測(cè)應(yīng)由同一觀測(cè)者進(jìn)行，儀器在搬運(yùn)時(shí)，應(yīng)防止顛簸和震動(dòng)。,測(cè)量陀螺方位角時(shí)，應(yīng)遵守下列規(guī)定： 地面觀測(cè)時(shí)，儀器、腳架和電源應(yīng)避免陽(yáng)光直射，應(yīng)盡可能在溫度變化較小、天氣晴朗和風(fēng)小的時(shí)間里進(jìn)行； 儀器應(yīng)嚴(yán)格整平，觀測(cè)過程中水準(zhǔn)氣泡偏離不得超過0.5格。每次測(cè)量后，由一個(gè)測(cè)回轉(zhuǎn)到下一個(gè)測(cè)回觀測(cè)前，應(yīng)停

12、止陀螺轉(zhuǎn)動(dòng)1015min，重新安置陀螺儀、整平和對(duì)中儀器，并使度盤位置變換180/n(n為測(cè)回次數(shù))； .一測(cè)回測(cè)量陀螺方位角的觀測(cè)步驟如下： .以全站儀兩個(gè)鏡位觀測(cè)測(cè)線方向值測(cè)前方位值； .必須進(jìn)行近視北觀測(cè)。若近似陀螺北偏離陀螺子午線的偏差，中天法應(yīng)小于10，跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法應(yīng)小于60； .測(cè)量懸?guī)Я阄恢禍y(cè)前零位； .用跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法、中天法精確測(cè)定陀螺北方向值； .測(cè)量懸掛帶零位值-側(cè)后零位。,4. 中天法比例常數(shù)C值取用實(shí)際測(cè)定值，最少要測(cè)定三次， 每次測(cè)定時(shí)，照準(zhǔn)部應(yīng)先后置于陀螺子午線以東和以西 兩個(gè)近似陀螺北位置。近似陀螺北偏離陀螺子午線以 1015為宜； 5. 觀測(cè)限差規(guī)定如下： .測(cè)

13、前與測(cè)后零位值的互差不得超過0.4格； .采用跟蹤逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法觀測(cè)時(shí)，一般應(yīng)連續(xù)觀測(cè)五個(gè)逆 轉(zhuǎn)點(diǎn)，計(jì)算三個(gè)陀螺擺動(dòng)中值。相鄰和間隔擺動(dòng)中 值的互差應(yīng)符合下表的限差規(guī)定：,在井上、井下具體測(cè)量方法如下： 選擇避風(fēng)、避免陽(yáng)光照射、穩(wěn)固的地點(diǎn)架設(shè)儀器； 確保陀螺處于完全鎖緊位置、電池電量充足； 在控制點(diǎn)上架設(shè)陀螺儀，嚴(yán)格進(jìn)行整平； 按照說明書的儀器連接方法通過電纜連接電池逆變器 【逆變器的電源開關(guān)處于OFF(關(guān)閉)狀態(tài)(用三芯電纜連接)】陀螺儀【用五芯電纜連接】； 通過管羅盤尋找磁北方向，確定大致的磁北方向； 取下陀螺鎖緊扣；,下放陀螺測(cè)量陀螺測(cè)前零位，測(cè)量其一個(gè)周期，測(cè)量完 畢后托起陀螺處于陀螺完全鎖

14、緊位置； 下放陀螺步驟： a).向C方向旋轉(zhuǎn)GP1鎖緊螺旋至使“C”標(biāo)記出現(xiàn)，此時(shí)，陀螺擺處于完全鎖緊狀態(tài)。 b).向F方向旋轉(zhuǎn)GP1鎖緊螺旋至使出現(xiàn)“”標(biāo)記，然后繼續(xù)沿F方向旋轉(zhuǎn)至使“HC”標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)“”標(biāo)記。此時(shí)，陀螺擺處于半鎖緊狀態(tài)。 c).等待約10秒鐘，使陀螺擺的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定下來，檢查光標(biāo)的移動(dòng)。 d).沿F方向?qū)㈡i緊螺旋旋到底，當(dāng)無法繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)表明陀螺擺處于自由懸掛狀態(tài)。,兩測(cè)回的互差不能大于40；否則按照上面步驟重新測(cè)量； 確保陀螺處于完全鎖緊位置，然后關(guān)閉逆變器上的電 源開關(guān)，等待大約10分鐘使陀螺馬達(dá)完全處于靜止； 再次下放陀螺測(cè)量陀螺測(cè)后零位，測(cè)量其一個(gè)周期， 測(cè)量完畢后托起陀螺

15、處于陀螺完全鎖緊位置，測(cè)前測(cè) 后零位變化不能超過0.3格； 小心斷開電纜，然后收起儀器、裝箱、裝上鎖緊扣， 避免強(qiáng)震動(dòng)； 計(jì)算出測(cè)線的陀螺方位角值Nt=(Nt1+Nt2)/2； 根據(jù)地面上的儀器常數(shù)1和2、子午線收斂角及Nt可計(jì)算出井下測(cè)線邊的坐標(biāo)方位角。,陀螺儀軸與望遠(yuǎn)鏡光軸及觀測(cè)目鏡分劃板零分化線所代表的光軸通常不在同一豎直面中，所以假想的陀螺儀軸的穩(wěn)定位置通常不與地理子午線重合，二者的夾角稱為儀器常數(shù)，一般用表示。如果陀螺儀子午線位于地理子午線的東邊，為正；反之，則為負(fù)。儀器常數(shù)可以在已知方位角的精密導(dǎo)線邊或三角網(wǎng)邊上直接測(cè)出來，如圖a所示精密導(dǎo)線邊CD之地理方位角為Ao.若在C點(diǎn)安置陀螺全站儀，通過陀螺運(yùn)轉(zhuǎn)和觀測(cè)可求出CD邊的陀螺方位角t,可按下式求出儀器常數(shù): =Ao-t,、井下定向邊上測(cè)定陀螺方位角 井下定向邊的長(zhǎng)度應(yīng)大于30m，上圖所示，儀器安置在C點(diǎn)上，可測(cè)出CD邊的陀螺方位角t,測(cè)定向邊的地理方位角Ao為： Ao=t+ 、子午線收斂角 一般地面精密導(dǎo)線邊或三角網(wǎng)邊已知的是坐標(biāo)方位角o，需要求算的井下定向邊，也就是要求出其坐標(biāo)方位角o，而不是地理方位角Ao