聯(lián)系測(cè)量陀螺定向

第三章聯(lián)系測(cè)量(2)

3.6陀螺定向

3.7陀螺定向精度分析

3.8高程聯(lián)系測(cè)量一、陀螺儀概述

二、陀螺儀基本特性（重點(diǎn)）

三、陀螺儀工作原理（重點(diǎn)+難點(diǎn)）

四、陀螺經(jīng)緯儀(全站儀)的基本結(jié)構(gòu)

五、陀螺經(jīng)緯儀定向測(cè)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(zhì)量對(duì)稱軸高速旋轉(zhuǎn)的物體均稱為陀螺。

在沒有任何外力作用，并具有三個(gè)自由度的陀螺儀稱為自由陀螺儀。由轉(zhuǎn)子、內(nèi)框架、外框架、支座四部分組成自由陀螺儀在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)具有兩個(gè)重要特性：①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。該特性稱為定軸性。②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)。該特性稱為進(jìn)動(dòng)性。1．地球自轉(zhuǎn)及其對(duì)懸掛式陀螺儀的作用三陀螺經(jīng)緯儀的工作原理地球自轉(zhuǎn)的水平分量使陀螺儀軸相對(duì)于地平面高度θ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。2．陀螺儀軸對(duì)子午面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)θ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)示意圖四陀螺經(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?！?A0-αT

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2—3次，各次之間的互差對(duì)于GAK-1、JT15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)過程

五陀螺經(jīng)緯儀定向測(cè)量方法各方位角及儀器常數(shù)關(guān)系圖2、在井下定向邊上測(cè)定陀螺方位角

儀器安置在C′點(diǎn)上，可以測(cè)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(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，應(yīng)在已知邊上重新測(cè)定儀器常數(shù)2—3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。4、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=α0+γ0

子午線γ0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(biāo)方位角為

（二）陀螺方位角的一次測(cè)定作業(yè)過程①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。②粗略定向（測(cè)定近似北方向）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，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。③測(cè)前懸?guī)Я阄挥^測(cè)打開陀螺照明，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T。零位觀測(cè)完畢，托起并鎖緊靈敏部。④精密定向（精密測(cè)定陀螺北）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。⑤測(cè)后懸?guī)Я阄挥^測(cè)⑥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)J2和J6級(jí)經(jīng)緯儀分別不得超過10″和25″。取測(cè)前測(cè)后觀測(cè)值的平均值作為測(cè)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）配有粗定向盤的陀螺儀，可用羅盤達(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：粗略定向方法（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)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合，該位置稱為懸?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)間末運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)定零位之前，應(yīng)將馬達(dá)開動(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)，在分劃板上連續(xù)讀三個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)讀數(shù)a1、a2、a3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：一類是儀器照準(zhǔn)部處于跟蹤狀態(tài)，即多年來(lái)國(guó)內(nèi)外都采用的逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法；另一類是儀器照準(zhǔn)部固定不動(dòng)，國(guó)內(nèi)外研究和提出的方法很多，如中天法、時(shí)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(jīng)緯儀定向的精度評(píng)定陀螺經(jīng)緯儀的定向精度主要以陀螺方位角一次測(cè)定中誤差mT和一次定向中誤差表示。1）陀螺方位角一次測(cè)定中誤差在待定邊進(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)稱一次測(cè)定中誤差）。（9-56）3.8高程聯(lián)系測(cè)量

一、導(dǎo)入高程的實(shí)質(zhì)

礦井高程聯(lián)系測(cè)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(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。導(dǎo)入高程的方法隨開拓方法的不同而分為：

（1）通過平硐導(dǎo)入高程

（2）通過斜井導(dǎo)入高程

（3）通過立井導(dǎo)入高程

h=l-a+b=l+(b-a)B點(diǎn)在