聯(lián)系測量陀螺定向

1、第三章第三章 聯(lián)系測量聯(lián)系測量(2)(2)3.6 3.6 陀螺定向陀螺定向3.7 3.7 陀螺定向精度分析陀螺定向精度分析3.8 3.8 高程聯(lián)系測量高程聯(lián)系測量一、陀螺儀概述一、陀螺儀概述二、陀螺儀基本特性（重點(diǎn)）二、陀螺儀基本特性（重點(diǎn)）三、陀螺儀工作原理（重點(diǎn)三、陀螺儀工作原理（重點(diǎn)+ +難點(diǎn)）難點(diǎn)）四、陀螺經(jīng)緯儀四、陀螺經(jīng)緯儀( (全站儀全站儀) )的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)五、陀螺經(jīng)緯儀定向測量方法（重要）五、陀螺經(jīng)緯儀定向測量方法（重要）3.6 3.6 陀螺定向陀螺定向二、陀螺儀的基本特性二、陀螺儀的基本特性 凡是繞其質(zhì)量對稱軸高速凡是繞其質(zhì)量對稱軸高速旋轉(zhuǎn)的物體均稱為旋轉(zhuǎn)的物體均稱為陀

2、螺陀螺 。 在沒有任何外力作用，并在沒有任何外力作用，并具有三個自由度的陀螺儀稱具有三個自由度的陀螺儀稱為自由陀螺儀為自由陀螺儀 。由轉(zhuǎn)子、內(nèi)。由轉(zhuǎn)子、內(nèi)框架、外框架、支座四部分框架、外框架、支座四部分組成組成 v自由陀螺儀在高速旋轉(zhuǎn)時具有兩個重要特性：v陀螺儀自轉(zhuǎn)軸在無外力矩作用時，始終指向其初始恒定方向。該特性稱為定定軸性軸性。v陀螺儀自轉(zhuǎn)軸受到外力矩作用時，將按一定的規(guī)律產(chǎn)生進(jìn)動。該特性稱為進(jìn)進(jìn)動性動性。 v1地球自轉(zhuǎn)及其對懸掛式陀螺儀的作用地球自轉(zhuǎn)及其對懸掛式陀螺儀的作用三三 陀螺經(jīng)緯儀的工作原理陀螺經(jīng)緯儀的工作原理sinsinHQlHMpv地球自轉(zhuǎn)的水平分量使陀螺儀軸相對于地平面高度

3、發(fā)生變化。當(dāng)陀螺儀軸在子午線以東時，其向東的一端相對于地平面上升，向西的一端下降，此時產(chǎn)生外力矩（重力原因）。若陀螺儀轉(zhuǎn)子處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)，則根據(jù)進(jìn)動效應(yīng)，x軸有回到地平面的進(jìn)動趨勢，即向子午面靠近。反之，陀螺儀軸在子午線以西，也有向子午面靠近的運(yùn)動，因此在地球自傳作用下，x軸形成以子午面為中心的簡諧擺動，其軌跡為一很扁的橢圓 。sinsinHQlHMpv2陀螺儀軸對子午面的相對運(yùn)動陀螺儀軸對子午面的相對運(yùn)動為陀螺軸x軸相對于地平面仰起的角度 陀螺儀軸對子午面的相對運(yùn)動示意圖陀螺儀軸對子午面的相對運(yùn)動示意圖 四四 陀螺經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)陀螺經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)陀螺全站儀陀螺儀全站儀陀螺電源1、地面已知邊

4、上測定儀器常數(shù)地面已知邊上測定儀器常數(shù) 假想的陀螺儀軸的穩(wěn)定位置通常不與地理子午線重合，陀螺假想的陀螺儀軸的穩(wěn)定位置通常不與地理子午線重合，陀螺方位角與地理方位角二者之間的夾角稱為儀器常數(shù)，一般用方位角與地理方位角二者之間的夾角稱為儀器常數(shù)，一般用表示表示 。=A0-T 可以按下式求出儀器常數(shù)：可以按下式求出儀器常數(shù)： 在下井定向之前，在已知邊上測定儀器常數(shù)應(yīng)進(jìn)行在下井定向之前，在已知邊上測定儀器常數(shù)應(yīng)進(jìn)行23次，各次，各次之間的互差對于次之間的互差對于GAK-1、JT15 等型號的儀器應(yīng)小于等型號的儀器應(yīng)小于40。（一）陀螺經(jīng)緯儀定向的作業(yè)過程（一）陀螺經(jīng)緯儀定向的作業(yè)過程 五五 陀螺經(jīng)緯儀

5、定向測量方法陀螺經(jīng)緯儀定向測量方法各方位角及儀器常數(shù)關(guān)系各方位角及儀器常數(shù)關(guān)系圖圖2、在井下定向邊上測定陀螺方位角、在井下定向邊上測定陀螺方位角 儀器安置在儀器安置在C點(diǎn)上，可以測出點(diǎn)上，可以測出CD邊的陀螺方位角邊的陀螺方位角T 。則定向邊的地理方位角。則定向邊的地理方位角A為為:A=T + 測定定向邊陀螺方位角應(yīng)獨(dú)立進(jìn)行兩次，其互差應(yīng)小于40 3、儀器上井后重新測定儀器常數(shù)、儀器上井后重新測定儀器常數(shù) 儀器上井后，應(yīng)在已知邊上重新測定儀器常數(shù)23次。前后兩次測定的 儀器常數(shù)，其中任意兩個儀器常數(shù)的互差應(yīng)小于40，然后求出儀器常數(shù)的最或是值。 白塞爾公式m=vv/（n-1）評定一次測定中誤差

6、。 4、求算子午線收斂角、求算子午線收斂角 地理方位角和坐標(biāo)方位角的關(guān)系為： A0=0+0 子午線0的符號由安置經(jīng)緯儀的位置確定，在中央子午線以東為正，以西為負(fù) 。5、求算井下定向邊的坐標(biāo)方位角、求算井下定向邊的坐標(biāo)方位角 由上述公式可得出 = A0-T=0+0-T = A-=T +平- 因此井下定向邊的坐標(biāo)方位角為 （二）陀螺方位角的一次測定作業(yè)過程（二）陀螺方位角的一次測定作業(yè)過程v在測站上整平對中陀螺經(jīng)緯儀，以一個測回測定待定邊或已知邊在測站上整平對中陀螺經(jīng)緯儀，以一個測回測定待定邊或已知邊的方向值，然后將儀器大致對正北方。的方向值，然后將儀器大致對正北方。v粗略定向（測定近似北方向）粗

7、略定向（測定近似北方向）v鎖緊靈敏部，啟動陀螺馬達(dá)，待達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，下放陀螺靈敏部，鎖緊靈敏部，啟動陀螺馬達(dá)，待達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后，下放陀螺靈敏部，用粗略定向的方法測定近似北方向。完畢后制動陀螺并托起鎖緊，用粗略定向的方法測定近似北方向。完畢后制動陀螺并托起鎖緊，將望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸轉(zhuǎn)到近似北方向位置，固定照準(zhǔn)部。將望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸轉(zhuǎn)到近似北方向位置，固定照準(zhǔn)部。v測前懸?guī)Я阄挥^測測前懸?guī)Я阄挥^測v打開陀螺照明，下放陀螺靈敏部。進(jìn)行測前懸?guī)Я阄挥^測。同時用打開陀螺照明，下放陀螺靈敏部。進(jìn)行測前懸?guī)Я阄挥^測。同時用秒表記錄自擺周期秒表記錄自擺周期T。零位觀測完畢，托起并鎖緊靈敏部。零位觀測完畢，托起并鎖緊靈

8、敏部。v精密定向（精密測定陀螺北）精密定向（精密測定陀螺北）v采用有扭觀測方法（如逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法等）或無扭觀測方法（如中天法、采用有扭觀測方法（如逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法等）或無扭觀測方法（如中天法、時差法、擺幅法等）精密測定已知邊或待定邊的陀螺方位角。時差法、擺幅法等）精密測定已知邊或待定邊的陀螺方位角。v測后懸?guī)Я阄挥^測測后懸?guī)Я阄挥^測v以一個測回測定待定邊或已知邊的方向值，測前測后兩次觀測的以一個測回測定待定邊或已知邊的方向值，測前測后兩次觀測的方向值的互差對方向值的互差對J2和和J6級經(jīng)緯儀分別不得超過級經(jīng)緯儀分別不得超過10和和25。取測前測。取測前測后觀測值的平均值作為測線方向值。后觀測值的平均值作為測

9、線方向值。 在測定已知邊和定向邊的陀螺方位角之前，首先進(jìn)行粗略定向，即把經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸置于近似北。 尋找近似北的方法： （1）配有粗定向盤的陀螺儀，可用羅盤達(dá)到粗定向的目的。 （2）在已知邊上測定儀器常數(shù)時，可利用已知邊的坐標(biāo)方位角及儀器站的子午線收斂角來直接尋找近似北方。（3）當(dāng)在未知邊上定向，且儀器本身又無粗定向羅盤附件時，可用儀器本身來尋找北方，常用的方法為兩個逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法。具體操作如下： 粗略定向粗略定向方法方法（兩個逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法、四分之一周期法）（兩個逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法、四分之一周期法）測前懸?guī)Я阄挥^測測前懸?guī)Я阄挥^測 陀螺靈敏部擺動的平衡位置應(yīng)與目鏡分劃板的零刻劃線重陀螺靈敏部擺動的平衡位置應(yīng)與

10、目鏡分劃板的零刻劃線重合，該位置稱為合，該位置稱為懸?guī)Я阄粦規(guī)Я阄?。測定懸?guī)Я阄粫r，應(yīng)將經(jīng)緯儀整平并固定照準(zhǔn)部，然后下放陀測定懸?guī)Я阄粫r，應(yīng)將經(jīng)緯儀整平并固定照準(zhǔn)部，然后下放陀螺靈敏部并從讀數(shù)目鏡中觀測靈敏部的擺動螺靈敏部并從讀數(shù)目鏡中觀測靈敏部的擺動(當(dāng)陀螺儀較長時當(dāng)陀螺儀較長時間末運(yùn)轉(zhuǎn)時，測定零位之前，應(yīng)將馬達(dá)開動幾分鐘預(yù)熱，然后間末運(yùn)轉(zhuǎn)時，測定零位之前，應(yīng)將馬達(dá)開動幾分鐘預(yù)熱，然后切斷電源，待馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動后再下放靈敏部切斷電源，待馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動后再下放靈敏部)，在分劃板上連，在分劃板上連續(xù)讀三個逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)續(xù)讀三個逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)a1、a2、a3 113222aaa 精密定向就是精確測定已知邊和

11、定向邊的陀螺方位角。精密定向就是精確測定已知邊和定向邊的陀螺方位角。精密定向方法可分為兩大類：一類是儀器照準(zhǔn)部處于跟蹤精密定向方法可分為兩大類：一類是儀器照準(zhǔn)部處于跟蹤狀態(tài)，即多年來國內(nèi)外都采用的狀態(tài)，即多年來國內(nèi)外都采用的逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法；另一類是儀器；另一類是儀器照準(zhǔn)部固定不動，國內(nèi)外研究和提出的方法很多，如照準(zhǔn)部固定不動，國內(nèi)外研究和提出的方法很多，如中天中天法法、時差法、擺幅法等。、時差法、擺幅法等。 精密精密定向定向方法方法3.7 3.7 陀螺定向的精度分析陀螺定向的精度分析v1.1.陀螺經(jīng)緯儀定向的精度評定陀螺經(jīng)緯儀定向的精度評定v陀螺經(jīng)緯儀的定向精度主要以陀螺方位角一次測定中誤差

12、mT和一次定向中誤差 表示。v1 1）陀螺方位角一次測定中誤差）陀螺方位角一次測定中誤差v在待定邊進(jìn)行仿陀螺定向前，陀螺儀需在地面巳知坐標(biāo)方位角邊上測定儀器常數(shù)。按試行規(guī)程規(guī)定，前后共需測6次，這樣就可按白塞爾公式來求算陀螺方位角一次測定中誤差，即儀器常數(shù)一次測定中誤差（簡稱一次測定中誤差）。am1Tvvmmn （9-56） 3.8 3.8 高程聯(lián)系測量高程聯(lián)系測量 一、導(dǎo)入高程的實(shí)質(zhì)一、導(dǎo)入高程的實(shí)質(zhì) 礦井高程聯(lián)系測量又稱導(dǎo)入標(biāo)高，其目的是建立井上、井下統(tǒng)一礦井高程聯(lián)系測量又稱導(dǎo)入標(biāo)高，其目的是建立井上、井下統(tǒng)一的高程系統(tǒng)。采用平硐或斜井開拓的礦井，高程聯(lián)系測量可采用水的高程系統(tǒng)。采用平硐或斜井開拓的礦井，高程聯(lián)系測量可采用水準(zhǔn)測量或三角高程測量，將地面水準(zhǔn)點(diǎn)的高程傳遞到井下。準(zhǔn)測量或三角高程測量，將地面水準(zhǔn)點(diǎn)的高程傳遞到井下。 導(dǎo)入高程的方法隨開拓方法的不同而分為：導(dǎo)入高程的方法隨開拓方法的不同而分為： （1）通過