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1、第三章第三章 聯(lián)系測(cè)量聯(lián)系測(cè)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(cè)量高程聯(lián)系測(cè)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(cè)量方法(重要)五、陀螺經(jīng)緯儀定向測(cè)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(duì)稱(chēng)軸高速凡是繞其質(zhì)量對(duì)稱(chēng)軸高速旋轉(zhuǎn)的物體均稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)的物體均稱(chēng)為陀
2、螺陀螺 。 在沒(méi)有任何外力作用,并在沒(méi)有任何外力作用,并具有三個(gè)自由度的陀螺儀稱(chēng)具有三個(gè)自由度的陀螺儀稱(chēng)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(shí)具有兩個(gè)重要特性:v陀螺儀自轉(zhuǎn)軸在無(wú)外力矩作用時(shí),始終指向其初始恒定方向。該特性稱(chēng)為定定軸性軸性。v陀螺儀自轉(zhuǎn)軸受到外力矩作用時(shí),將按一定的規(guī)律產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)。該特性稱(chēng)為進(jìn)進(jìn)動(dòng)性動(dòng)性。 v1地球自轉(zhuǎn)及其對(duì)懸掛式陀螺儀的作用地球自轉(zhuǎn)及其對(duì)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(duì)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(shí),其向東的一端相對(duì)于地平面上升,向西的一端下降,此時(shí)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(dòng)效應(yīng),x軸有回到地平面的進(jìn)動(dòng)趨勢(shì),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(dòng),因此在地球自傳作用下,x軸形成以子午面為中心的簡(jiǎn)諧擺動(dòng),其軌跡為一很扁的橢圓 。sinsinHQlHMpv2陀螺儀軸對(duì)子午面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)陀螺儀軸對(duì)子午面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為陀螺軸x軸相對(duì)于地平面仰起的角度 陀螺儀軸對(duì)子午面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)示意圖陀螺儀軸對(duì)子午面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(cè)定儀器常數(shù)地面已知邊上測(cè)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(chēng)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(chēng)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(cè)定儀器常數(shù)應(yīng)進(jìn)行在下井定向之前,在已知邊上測(cè)定儀器常數(shù)應(yīng)進(jìn)行23次,各次,各次之間的互差對(duì)于次之間的互差對(duì)于GAK-1、JT15 等型號(hào)的儀器應(yīng)小于等型號(hào)的儀器應(yīng)小于40。(一)陀螺經(jīng)緯儀定向的作業(yè)過(guò)程(一)陀螺經(jīng)緯儀定向的作業(yè)過(guò)程 五五 陀螺經(jīng)緯儀
5、定向測(cè)量方法陀螺經(jīng)緯儀定向測(cè)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(cè)定陀螺方位角、在井下定向邊上測(cè)定陀螺方位角 儀器安置在儀器安置在C點(diǎn)上,可以測(cè)出點(diǎn)上,可以測(cè)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(cè)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(cè)定儀器常數(shù)、儀器上井后重新測(cè)定儀器常數(shù) 儀器上井后,應(yīng)在已知邊上重新測(cè)定儀器常數(shù)23次。前后兩次測(cè)定的 儀器常數(shù),其中任意兩個(gè)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(píng)定一次測(cè)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(hào)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(cè)定作業(yè)過(guò)程(二)陀螺方位角的一次測(cè)定作業(yè)過(guò)程v在測(cè)站上整平對(duì)中陀螺經(jīng)緯儀,以一個(gè)測(cè)回測(cè)定待定邊或已知邊在測(cè)站上整平對(duì)中陀螺經(jīng)緯儀,以一個(gè)測(cè)回測(cè)定待定邊或已知邊的方向值,然后將儀器大致對(duì)正北方。的方向值,然后將儀器大致對(duì)正北方。v粗略定向(測(cè)定近似北方向)粗
7、略定向(測(cè)定近似北方向)v鎖緊靈敏部,啟動(dòng)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(dòng)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(cè)定近似北方向。完畢后制動(dòng)陀螺并托起鎖緊,用粗略定向的方法測(cè)定近似北方向。完畢后制動(dòng)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(cè)前懸?guī)Я阄挥^測(cè)測(cè)前懸?guī)Я阄挥^測(cè)v打開(kāi)陀螺照明,下放陀螺靈敏部。進(jìn)行測(cè)前懸?guī)Я阄挥^測(cè)。同時(shí)用打開(kāi)陀螺照明,下放陀螺靈敏部。進(jìn)行測(cè)前懸?guī)Я阄挥^測(cè)。同時(shí)用秒表記錄自擺周期秒表記錄自擺周期T。零位觀測(cè)完畢,托起并鎖緊靈敏部。零位觀測(cè)完畢,托起并鎖緊靈
8、敏部。v精密定向(精密測(cè)定陀螺北)精密定向(精密測(cè)定陀螺北)v采用有扭觀測(cè)方法(如逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法等)或無(wú)扭觀測(cè)方法(如中天法、采用有扭觀測(cè)方法(如逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法等)或無(wú)扭觀測(cè)方法(如中天法、時(shí)差法、擺幅法等)精密測(cè)定已知邊或待定邊的陀螺方位角。時(shí)差法、擺幅法等)精密測(cè)定已知邊或待定邊的陀螺方位角。v測(cè)后懸?guī)Я阄挥^測(cè)測(cè)后懸?guī)Я阄挥^測(cè)v以一個(gè)測(cè)回測(cè)定待定邊或已知邊的方向值,測(cè)前測(cè)后兩次觀測(cè)的以一個(gè)測(cè)回測(cè)定待定邊或已知邊的方向值,測(cè)前測(cè)后兩次觀測(cè)的方向值的互差對(duì)方向值的互差對(duì)J2和和J6級(jí)經(jīng)緯儀分別不得超過(guò)級(jí)經(jīng)緯儀分別不得超過(guò)10和和25。取測(cè)前測(cè)。取測(cè)前測(cè)后觀測(cè)值的平均值作為測(cè)線方向值。后觀測(cè)值的平均值作為測(cè)
9、線方向值。 在測(cè)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(pán)的陀螺儀,可用羅盤(pán)達(dá)到粗定向的目的。 (2)在已知邊上測(cè)定儀器常數(shù)時(shí),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(lái)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(wú)粗定向羅盤(pán)附件時(shí),可用儀器本身來(lái)尋找北方,常用的方法為兩個(gè)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(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法、四分之一周期法)(兩個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法、四分之一周期法)測(cè)前懸?guī)Я阄挥^測(cè)測(cè)前懸?guī)Я阄挥^測(cè) 陀螺靈敏部擺動(dòng)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(dòng)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(chēng)為合,該位置稱(chēng)為懸?guī)Я阄粦規(guī)Я阄?。測(cè)定懸?guī)Я阄粫r(shí),應(yīng)將經(jīng)緯儀整平并固定照準(zhǔn)部,然后下放陀測(cè)定懸?guī)Я阄粫r(shí),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(cè)靈敏部的擺動(dòng)螺靈敏部并從讀數(shù)目鏡中觀測(cè)靈敏部的擺動(dòng)(當(dāng)陀螺儀較長(zhǎng)時(shí)當(dāng)陀螺儀較長(zhǎng)時(shí)間末運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),測(cè)定零位之前,應(yīng)將馬達(dá)開(kāi)動(dòng)幾分鐘預(yù)熱,然后間末運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),測(cè)定零位之前,應(yīng)將馬達(dá)開(kāi)動(dòng)幾分鐘預(yù)熱,然后切斷電源,待馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)后再下放靈敏部切斷電源,待馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)后再下放靈敏部),在分劃板上連,在分劃板上連續(xù)讀三個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)續(xù)讀三個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)a1、a2、a3 113222aaa 精密定向就是精確測(cè)定已知邊和
11、定向邊的陀螺方位角。精密定向就是精確測(cè)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(lèi):一類(lèi)是儀器照準(zhǔn)部處于跟蹤精密定向方法可分為兩大類(lèi):一類(lèi)是儀器照準(zhǔn)部處于跟蹤狀態(tài),即多年來(lái)國(guó)內(nèi)外都采用的狀態(tài),即多年來(lái)國(guó)內(nèi)外都采用的逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法;另一類(lèi)是儀器;另一類(lèi)是儀器照準(zhǔn)部固定不動(dòng),國(guó)內(nèi)外研究和提出的方法很多,如照準(zhǔn)部固定不動(dòng),國(guó)內(nèi)外研究和提出的方法很多,如中天中天法法、時(shí)差法、擺幅法等。、時(shí)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(píng)定陀螺經(jīng)緯儀定向的精度評(píng)定v陀螺經(jīng)緯儀的定向精度主要以陀螺方位角一次測(cè)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(cè)定中誤差)陀螺方位角一次測(cè)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(cè)定儀器常數(shù)。按試行規(guī)程規(guī)定,前后共需測(cè)6次,這樣就可按白塞爾公式來(lái)求算陀螺方位角一次測(cè)定中誤差,即儀器常數(shù)一次測(cè)定中誤差(簡(jiǎn)稱(chēng)一次測(cè)定中誤差)。am1Tvvmmn (9-56) 3.8 3.8 高程聯(lián)系測(cè)量高程聯(lián)系測(cè)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(cè)量又稱(chēng)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(cè)量又稱(chēng)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(kāi)拓的礦井,高程聯(lián)系測(cè)量可采用水的高程系統(tǒng)。采用平硐或斜井開(kāi)拓的礦井,高程聯(lián)系測(cè)量可采用水準(zhǔn)測(cè)量或三角高程測(cè)量,將地面水準(zhǔn)點(diǎn)的高程傳遞到井下。準(zhǔn)測(cè)量或三角高程測(cè)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(kāi)拓方法的不同而分為:導(dǎo)入高程的方法隨開(kāi)拓方法的不同而分為: (1)通過(guò)
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