土木工程測量---測量教案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,索佳獨有上架式陀螺儀組成,5,陀螺觀測方法介紹,4,陀螺儀操作注意事項,6,礦山測量操作流程,7,方位角之間的換算及實際應(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(定軸性和進動性)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、遠程武器發(fā)射、航天、礦山、鐵道、森林、建筑、海洋和測繪等部門 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。因為它不受時間和環(huán)境的限制，同時觀測簡單方便、效率高、而且能保證較高的定向精度，所以它是 一種先進的定向儀器。,陀螺儀是個龐大的家族，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)的開展而前進的。在陀螺技術(shù)方面，中國古代就發(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,地球是個陀螺、太陽是個陀螺、太陽系也是個 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：,自由陀螺儀有兩個特性： 1.陀螺軸在不受外力作用時，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，將產(chǎn)生非常重要效應(yīng)“進 動”，所謂進動性。,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旋轉(zhuǎn)軸的三個自由度：轉(zhuǎn)子繞其對稱軸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)子按逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，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)之相對位置，通常稱為方位的變化。三個軸的交點叫做陀螺儀的中心。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擺，并且將這個擺內(nèi)置在一個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。這個擺繞地球子午線擺動，其擺動(叫進動)可以通過一個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)全站儀進行跟蹤它(跟蹤方式)。兩個逆轉(zhuǎn)點的進動可以通常過全站儀水平度盤讀出并且SET可計算出進動中心(即真北方向)。當(dāng)全站儀視準(zhǔn)軸與進動中心一致時，儀器望遠鏡即照準(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,對陀螺儀要輕拿輕放，避免猛烈沖擊和震動； 由于電壓不同，請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)； 由于電池的容量僅供(對連續(xù)測量)大約3小時使用，所以建議在同一測站上所有的測量工作都結(jié)束后再關(guān)閉電源(陀螺儀的啟動耗電量很大)； 測量完畢后要用CDC7充電器對電池進行充電； 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，陀螺必須處于鎖緊狀態(tài)，并且電源必須切斷； 存放GP1時，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,全中文操作,在進行逆轉(zhuǎn)點法和中天法操作時注意事項 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，逆變器上的馬達指示燈變?yōu)榫G色，說明陀螺轉(zhuǎn)子已經(jīng)達到要求的轉(zhuǎn)速，如果馬達指示燈是紅色，說明電池電量不足，請務(wù)必盡快關(guān)閉電源； 逆轉(zhuǎn)點法測量： 下放陀螺，通過逆轉(zhuǎn)點法確定北方向在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)點法開始通過全站儀平穩(wěn)的精確跟蹤逆轉(zhuǎn)點【不能驟然跟蹤，否則測量出來的陀螺北方向不準(zhǔn)確】； 至少跟蹤5個逆轉(zhuǎn)點,要求相鄰擺動中值的互差不能超過20，間隔擺動中值的互差不能超過30，逆轉(zhuǎn)點法測量完畢后，托起陀螺使陀螺處于完全鎖緊位置，定出陀螺北方向，轉(zhuǎn)動望遠鏡至目標(biāo)點，儀器上所顯示的AZ為此測線的陀螺方位角值；,中天法測量：

8、 首先通過逆轉(zhuǎn)點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，至少測量2個周期, 相鄰時間差的互差不能超過0.4s， 間隔時間差的互差不能超過0.6s, 測量完畢后，托起陀螺使陀螺處于完全鎖緊位置， 定出陀螺北方向，轉(zhuǎn)動望遠鏡至目標(biāo)點， 儀器上所顯示的AZ為此測線的陀螺方位角值。,-逆轉(zhuǎn)點,-逆轉(zhuǎn)點,-中天法,下放陀螺使其擺幅在810格之間，用中天法開始觀測；至少測量2個周期，相鄰時間差的互差不能超過0.4s，間隔時間差的互差不能超過0.6s,中天法測量完畢后，托起陀螺使陀螺處于完全鎖緊位置，定出陀螺北方向，轉(zhuǎn)動望遠鏡測量測線的陀螺方位角。,-中

9、天法,-中天法-K和R測定,儀器常數(shù)K和調(diào)整常數(shù)R的測定方法如下： 在更換懸掛帶后或者現(xiàn)測站與前測站緯度差較大時，應(yīng)當(dāng)進行儀器常數(shù)的測定。當(dāng)精確的真北方向已知時，通過儀器常數(shù)測定可以確定出儀器常數(shù)K和調(diào)整常數(shù)R。取得三個測量值：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測定,-中天法-K和R測定,當(dāng)R+30或R-30時，按照說明書“15.3分劃板調(diào)?！苯榻B的方法對分劃板進行調(diào)校。,01000,1.用陀螺全站儀定向，可采用跟蹤逆轉(zhuǎn)點法、中天法進行。 2.陀螺全站儀精度級別是按實際達到的一測回測量陀螺 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必須是永久導(dǎo)線點，并應(yīng)盡量滿足無淋水、風(fēng)小和便于觀測的條件；否則應(yīng)采取措施。定向邊的長度應(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)及時進行校正，達到要求時，方可用于定向測量；,.陀螺全站儀一次定向應(yīng)按下列程序進行： .在地面已知邊上采用兩測回(或三測回)測量陀螺方位角，求得兩個(或三個)儀器常數(shù)1； .在井下定向邊上用兩測回測量陀螺方位角； .返回地面后，要盡快在原已知邊上再用兩測回(或三測回)，測量陀螺

11、方位角，再求兩個(或三個)儀器常數(shù)2； .同一邊任意兩測回測量陀螺方位角的互差不得超過40； .井下同一定向邊兩次獨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回測定值的差數(shù)； n測量陀螺方位角的次數(shù)。 .井上、下觀測應(yīng)由同一觀測者進行，儀器在搬運時，應(yīng)防止顛簸和震動。,測量陀螺方位角時，應(yīng)遵守下列規(guī)定： 地面觀測時，儀器、腳架和電源應(yīng)避免陽光直射，應(yīng)盡可能在溫度變化較小、天氣晴朗和風(fēng)小的時間里進行； 儀器應(yīng)嚴格整平，觀測過程中水準(zhǔn)氣泡偏離不得超過0.5格。每次測量后，由一個測回轉(zhuǎn)到下一個測回觀測前，應(yīng)停

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

13、前與測后零位值的互差不得超過0.4格； .采用跟蹤逆轉(zhuǎn)點法觀測時，一般應(yīng)連續(xù)觀測五個逆 轉(zhuǎn)點，計算三個陀螺擺動中值。相鄰和間隔擺動中 值的互差應(yīng)符合下表的限差規(guī)定：,在井上、井下具體測量方法如下： 選擇避風(fēng)、避免陽光照射、穩(wěn)固的地點架設(shè)儀器； 確保陀螺處于完全鎖緊位置、電池電量充足； 在控制點上架設(shè)陀螺儀，嚴格進行整平； 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；,下放陀螺測量陀螺測前零位，測量其一個周期，測量完 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，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)記對準(zhǔn)“”標(biāo)記。此時，陀螺擺處于半鎖緊狀態(tài)。 c).等待約10秒鐘，使陀螺擺的運動穩(wěn)定下來，檢查光標(biāo)的移動。 d).沿F方向?qū)㈡i緊螺旋旋到底，當(dāng)無法繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時表明陀螺擺處于自由懸掛狀態(tài)。,兩測回的互差不能大于40；否則按照上面步驟重新測量； 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分鐘使陀螺馬達完全處于靜止； 再次下放陀螺測量陀螺測后零位，測量其一個周期， 測量完畢后托起陀螺

15、處于陀螺完全鎖緊位置，測前測 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， 避免強震動； 計算出測線的陀螺方位角值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可計算出井下測線邊的坐標(biāo)方位角。,陀螺儀軸與望遠鏡光軸及觀測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。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點安置陀螺全站儀，通過陀螺運轉(zhuǎn)和觀測可求出CD邊的陀螺方位角t,可按下式求出儀器常數(shù): =Ao-t,、井下定向邊上測定陀螺方位角 井下定向邊的長度應(yīng)大于30m，上圖所示，儀器安置在C點上，可測出CD邊的陀螺方位角t,測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