聯系測量陀螺定向

第三章聯系測量(2)

3.6陀螺定向

3.7陀螺定向精度分析

3.8高程聯系測量一、陀螺儀概述

二、陀螺儀基本特性（重點）

三、陀螺儀工作原理（重點+難點）

四、陀螺經緯儀(全站儀)的基本結構

五、陀螺經緯儀定向測量方法（重要）3.6陀螺定向二、陀螺儀的基本特性

凡是繞其質量對稱軸高速旋轉的物體均稱為陀螺。

在沒有任何外力作用，并具有三個自由度的陀螺儀稱為自由陀螺儀。由轉子、內框架、外框架、支座四部分組成自由陀螺儀在高速旋轉時具有兩個重要特性：①陀螺儀自轉軸在無外力矩作用時，始終指向其初始恒定方向。該特性稱為定軸性。②陀螺儀自轉軸受到外力矩作用時，將按一定的規(guī)律產生進動。該特性稱為進動性。1．地球自轉及其對懸掛式陀螺儀的作用三陀螺經緯儀的工作原理地球自轉的水平分量使陀螺儀軸相對于地平面高度θ發(fā)生變化。當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，此時產生外力矩（重力原因）。若陀螺儀轉子處于高速運轉，則根據進動效應，x軸有回到地平面的進動趨勢，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。2．陀螺儀軸對子午面的相對運動θ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動示意圖四陀螺經緯儀的基本結構陀螺全站儀陀螺儀全站儀陀螺電源1、地面已知邊上測定儀器常數

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，一般用△表示?！?A0-αT

可以按下式求出儀器常數：在下井定向之前，在已知邊上測定儀器常數應進行2—3次，各次之間的互差對于GAK-1、JT15等型號的儀器應小于40″。（一）陀螺經緯儀定向的作業(yè)過程

五陀螺經緯儀定向測量方法各方位角及儀器常數關系圖2、在井下定向邊上測定陀螺方位角

儀器安置在C′點上，可以測出C′D′邊的陀螺方位角αT′。則定向邊的地理方位角A為:A=αT′+△測定定向邊陀螺方位角應獨立進行兩次，其互差應小于40″3、儀器上井后重新測定儀器常數儀器上井后，應在已知邊上重新測定儀器常數2—3次。前后兩次測定的儀器常數，其中任意兩個儀器常數的互差應小于40″，然后求出儀器常數的最或是值。

白塞爾公式m=±√[vv]/（n-1）評定一次測定中誤差。4、求算子午線收斂角

地理方位角和坐標方位角的關系為：

A0=α0+γ0

子午線γ0的符號由安置經緯儀的位置確定，在中央子午線以東為正，以西為負。5、求算井下定向邊的坐標方位角由上述公式可得出

△=A0-αT=α0+γ0-αT

α=A-γ=αT′

+△平-γ

因此井下定向邊的坐標方位角為

（二）陀螺方位角的一次測定作業(yè)過程①在測站上整平對中陀螺經緯儀，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。②粗略定向（測定近似北方向）鎖緊靈敏部，啟動陀螺馬達，待達到額定轉速后，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，將望遠鏡視準軸轉到近似北方向位置，固定照準部。③測前懸?guī)Я阄挥^測打開陀螺照明，下放陀螺靈敏部。進行測前懸?guī)Я阄挥^測。同時用秒表記錄自擺周期T。零位觀測完畢，托起并鎖緊靈敏部。④精密定向（精密測定陀螺北）采用有扭觀測方法（如逆轉點法等）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。⑤測后懸?guī)Я阄挥^測⑥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J2和J6級經緯儀分別不得超過10″和25″。取測前測后觀測值的平均值作為測線方向值。在測定已知邊和定向邊的陀螺方位角之前，首先進行粗略定向，即把經緯儀望遠鏡視準軸置于近似北。

尋找近似北的方法：（1）配有粗定向盤的陀螺儀，可用羅盤達到粗定向的目的。（2）在已知邊上測定儀器常數時，可利用已知邊的坐標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點法。具體操作如下：粗略定向方法（兩個逆轉點法、四分之一周期法）測前懸?guī)Я阄挥^測陀螺靈敏部擺動的平衡位置應與目鏡分劃板的零刻劃線重合，該位置稱為懸?guī)Я阄弧y定懸?guī)Я阄粫r，應將經緯儀整平并固定照準部，然后下放陀螺靈敏部并從讀數目鏡中觀測靈敏部的擺動(當陀螺儀較長時間末運轉時，測定零位之前，應將馬達開動幾分鐘預熱，然后切斷電源，待馬達停止轉動后再下放靈敏部)，在分劃板上連續(xù)讀三個逆轉點讀數a1、a2、a3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：一類是儀器照準部處于跟蹤狀態(tài)，即多年來國內外都采用的逆轉點法；另一類是儀器照準部固定不動，國內外研究和提出的方法很多，如中天法、時差法、擺幅法等。精密定向方法3.7陀螺定向的精度分析1.陀螺經緯儀定向的精度評定陀螺經緯儀的定向精度主要以陀螺方位角一次測定中誤差mT和一次定向中誤差表示。1）陀螺方位角一次測定中誤差在待定邊進行仿陀螺定向前，陀螺儀需在地面巳知坐標方位角邊上測定儀器常數。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，即儀器常數一次測定中誤差（簡稱一次測定中誤差）。（9-56）3.8高程聯系測量

一、導入高程的實質

礦井高程聯系測量又稱導入標高，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，高程聯系測量可采用水準測量或三角高程測量，將地面水準點的高程傳遞到井下。導入高程的方法隨開拓方法的不同而分為：

（1）通過平硐導入高程

（2）通過斜井導入高程

（3）通過立井導入高程

h=l-a+b=l+(b-a)B點在