土木工程测量-测量教案4章-索佳GP-1陀螺全站仪.ppt

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1、,sokkia,-陀螺全站仪,上架式陀螺全站仪,GP2130R3/3130R3,定向精度:20,内 容,1,2,陀螺仪原理,3,索佳独有上架式陀螺仪组成,5,陀螺观测方法介绍,4,陀螺仪操作注意事项,6,矿山测量操作流程,7,方位角之间的换算及实际应用,陀螺全站仪介绍,陀螺仪发展历程,陀螺仪是一种全天候、不依赖其他条件能够测定真北方位的物理定向仪器，它是利用陀螺仪本身的物理特 性(定轴性和进动性)及地球自转影响，能够在纬度 70以内的任何地方迅速给出真北方向或任意目标的 真北方位角的精密定向仪器。在军事、远程武器发射、航天、矿山、铁道、森林、建筑、海洋和测绘等部门 日益得到广泛应用。,陀螺全站

2、仪是将陀螺仪和全站仪结合在一起的仪器。因为它不受时间和环境的限制，同时观测简单方便、效率高、而且能保证较高的定向精度，所以它是 一种先进的定向仪器。,陀螺仪是个庞大的家族，大的有数吨，小的只有几克，种类繁多，用途广泛，现代技术尤其是航空、航天、制导等尖端技术都离不开它。,陀螺仪发展历程,陀螺全站仪的完善有赖于陀螺技术的进步，陀螺技术发展却是随着军事需要，尤其是导弹、航空和航海事业的开展而前进的。在陀螺技术方面，中国古代就发现和应用了高速旋转物体所具有的特性，并设法把它支承起来构成实用的陀螺仪表。支承高速转子又能使转子任意翻转的环架，就是现在称作的万向支架。早在西汉末年，中国就创造了与万向支架原

3、理完全相同的“卧褥香炉”，它能“环转四周而炉体长平”与其相类似的还有唐朝的“镂空银熏球”。,陀螺仪发展历程,地球是个陀螺、太阳是个陀螺、太阳系也是个陀螺、甚至银河系及其它星系都是陀螺！,陀螺仪原理,没有任何外力作用，并具有三个自由度的陀螺仪叫做自由陀螺仪，下图为自由陀螺仪的模型及原理示意图：,自由陀螺仪有两个特性：1.陀螺轴在不受外力作用时，它的方向始终指向初始恒 定方位，所谓定轴性。2.陀螺轴在受外力作用时，将产生非常重要效应“进 动”，所谓进动性。,陀螺转子安置在内环上；内环又安置在外环上。内环和外环保证了陀螺仪围绕在相互垂直的三个旋转轴的三个自由度：转子绕其对称轴X在内环中高速旋转；转子

4、和内环一起绕水平轴Y在外环中旋转；陀螺仪转子和内外两环一起绕竖直轴Z在其内旋转。其中转子轴X叫做陀螺仪自转轴或主轴，通常称为陀螺仪轴。,陀螺仪原理,从轴端看，转子按逆时针方向旋转时，则该端为主轴的正端。内、外两环叫做万向结构。所以y轴与z轴叫做方向结构轴。陀螺仪主轴绕y轴旋转，改变其与水平面之间的夹角，通常叫做高度的变化。陀螺仪主轴绕z轴旋转，改变其与地物在平面内之相对位置，通常称为方位的变化。三个轴的交点叫做陀螺仪的中心。陀螺仪的灵敏部(包括转子和内外两环)的重心与陀螺仪中心点重合。,陀螺仪原理,陀螺仪原理,陀螺仪原理,陀螺仪原理,陀螺仪原理,P,陀螺仪原理,陀螺仪原理,采用悬挂带将陀螺转子

5、悬挂起来组成一个摆，并且将这个摆内置在一个圆柱体中组成悬挂式陀螺仪，它可以架设到SET2130R3或SET3130R3全站仪上。这个摆绕地球子午线摆动，其摆动(叫进动)可以通过一个放在该摆上的小镜来观察。并可在悬挂带无转矩的情况下，通过慢慢旋转全站仪进行跟踪它(跟踪方式)。两个逆转点的进动可以通常过全站仪水平度盘读出并且SET可计算出进动中心(即真北方向)。当全站仪视准轴与进动中心一致时，仪器望远镜即照准真北方向。,陀螺仪原理,索佳上架式陀螺仪组成,分划板,陀螺仪操作注意事项,对陀螺仪要轻拿轻放，避免猛烈冲击和震动；由于电压不同，请不要将三芯连接电缆接头(12V)，接在 SET下部的SET外接

6、电源接头(6V)上。三芯电缆只能用于连接逆变器和电池(BDC7)；由于电池的容量仅供(对连续测量)大约3小时使用，所以建议在同一测站上所有的测量工作都结束后再关闭电源(陀螺仪的启动耗电量很大)；测量完毕后要用CDC7充电器对电池进行充电；在打开和关闭GP1之前，陀螺必须锁紧(若能按要求锁紧，悬挂带很少有折断现象)；在从 GP1中取出电池时，陀螺必须处于锁紧状态，并且电源必须切断；存放GP1时，锁紧螺旋必须完全锁紧，并在锁紧螺旋 上罩上锁紧扣；,陀螺仪操作注意事项,全中文操作,在进行逆转点法和中天法操作时注意事项通过仪器上的管罗盘定出大致的磁北方向开启逆变器上的电源开关，等待大约1分钟左右，逆变

7、器上的马达指示灯变为绿色，说明陀螺转子已经达到要求的转速，如果马达指示灯是红色，说明电池电量不足，请务必尽快关闭电源；逆转点法测量：下放陀螺，通过逆转点法确定北方向在2之内，然后托起陀螺；照准大致确定的北方向，再次下放陀螺，控制摆幅在58格之间，用逆转点法开始通过全站仪平稳的精确跟踪逆转点【不能骤然跟踪，否则测量出来的陀螺北方向不准确】；至少跟踪5个逆转点,要求相邻摆动中值的互差不能超过20，间隔摆动中值的互差不能超过30，逆转点法测量完毕后，托起陀螺使陀螺处于完全锁紧位置，定出陀螺北方向，转动望远镜至目标点，仪器上所显示的AZ为此测线的陀螺方位角值；,中天法测量：首先通过逆转点法确定陀螺北方

8、向在20之内然后托起陀螺；再次下放陀螺使其摆幅在810格之间，中天法开始观测，至少测量2个周期,相邻时间差的互差不能超过0.4s，间隔时间差的互差不能超过0.6s,测量完毕后，托起陀螺使陀螺处于完全锁紧位置，定出陀螺北方向，转动望远镜至目标点，仪器上所显示的AZ为此测线的陀螺方位角值。,-逆转点,-逆转点,-中天法,下放陀螺使其摆幅在810格之间，用中天法开始观测；至少测量2个周期，相邻时间差的互差不能超过0.4s，间隔时间差的互差不能超过0.6s,中天法测量完毕后，托起陀螺使陀螺处于完全锁紧位置，定出陀螺北方向，转动望远镜测量测线的陀螺方位角。,-中天法,-中天法-K和R测定,仪器常数K和调

9、整常数R的测定方法如下：在更换悬挂带后或者现测站与前测站纬度差较大时，应当进行仪器常数的测定。当精确的真北方向已知时，通过仪器常数测定可以确定出仪器常数K和调整常数R。取得三个测量值：00000(真北方向)、01000,3595000。仪器常数设置完成后，当前方位角信息将丢失。,-中天法-K和R测定,-中天法-K和R测定,当R+30或R-30时，按照说明书“15.3分划板调校”介绍的方法对分划板进行调校。,01000,1.用陀螺全站仪定向，可采用跟踪逆转点法、中天法进行。2.陀螺全站仪精度级别是按实际达到的一测回测量陀螺 方位角的中误差确定的，索佳GPx130R3陀螺全站仪定向精度为20。3.

10、用陀螺全站仪定向，应遵守下列规定：.测定仪器常数的地面已知边坐标方位角的精度误差不得超过10。井下定向边的两端点必须是永久导线点，并应尽量满足无淋水、风小和便于观测的条件；否则应采取措施。定向边的长度应大于50m；.陀螺全站仪的悬挂带零位不能超过0.5格，否则应及时进行校正，达到要求时，方可用于定向测量；,.陀螺全站仪一次定向应按下列程序进行：.在地面已知边上采用两测回(或三测回)测量陀螺方位角，求得两个(或三个)仪器常数1；.在井下定向边上用两测回测量陀螺方位角；.返回地面后，要尽快在原已知边上再用两测回(或三测回)，测量陀螺方位角，再求两个(或三个)仪器常数2；.同一边任意两测回测量陀螺方

11、位角的互差不得超过40；.井下同一定向边两次独立陀螺全站仪定向平均值的中误差为10“,其互差不得超过40；根据在同一边上多次测量的陀螺方位角求算：v同一边陀螺方位角的平均值与一测回测定值的差数；n测量陀螺方位角的次数。.井上、下观测应由同一观测者进行，仪器在搬运时，应防止颠簸和震动。,测量陀螺方位角时，应遵守下列规定：地面观测时，仪器、脚架和电源应避免阳光直射，应尽可能在温度变化较小、天气晴朗和风小的时间里进行；仪器应严格整平，观测过程中水准气泡偏离不得超过0.5格。每次测量后，由一个测回转到下一个测回观测前，应停止陀螺转动1015min，重新安置陀螺仪、整平和对中仪器，并使度盘位置变换180

12、/n(n为测回次数)；.一测回测量陀螺方位角的观测步骤如下：.以全站仪两个镜位观测测线方向值测前方位值；.必须进行近视北观测。若近似陀螺北偏离陀螺子午线的偏差，中天法应小于10，跟踪逆转点法应小于60；.测量悬带零位值测前零位；.用跟踪逆转点法、中天法精确测定陀螺北方向值；.测量悬挂带零位值-侧后零位。,4.中天法比例常数C值取用实际测定值，最少要测定三次，每次测定时，照准部应先后置于陀螺子午线以东和以西 两个近似陀螺北位置。近似陀螺北偏离陀螺子午线以 1015为宜；5.观测限差规定如下：.测前与测后零位值的互差不得超过0.4格；.采用跟踪逆转点法观测时，一般应连续观测五个逆 转点，计算三个陀

13、螺摆动中值。相邻和间隔摆动中 值的互差应符合下表的限差规定：,在井上、井下具体测量方法如下：选择避风、避免阳光照射、稳固的地点架设仪器；确保陀螺处于完全锁紧位置、电池电量充足；在控制点上架设陀螺仪，严格进行整平；按照说明书的仪器连接方法通过电缆连接电池逆变器【逆变器的电源开关处于OFF(关闭)状态(用三芯电缆连接)】陀螺仪【用五芯电缆连接】；通过管罗盘寻找磁北方向，确定大致的磁北方向；取下陀螺锁紧扣；,下放陀螺测量陀螺测前零位，测量其一个周期，测量完 毕后托起陀螺处于陀螺完全锁紧位置；下放陀螺步骤：a).向C方向旋转GP1锁紧螺旋至使“C”标记出现，此时，陀螺摆处于完全锁紧状态。b).向F方向

14、旋转GP1锁紧螺旋至使出现“”标记，然后继续沿F方向旋转至使“HC”标记对准“”标记。此时，陀螺摆处于半锁紧状态。c).等待约10秒钟，使陀螺摆的运动稳定下来，检查光标的移动。d).沿F方向将锁紧螺旋旋到底，当无法继续旋转时表明陀螺摆处于自由悬挂状态。,两测回的互差不能大于40；否则按照上面步骤重新测量；确保陀螺处于完全锁紧位置，然后关闭逆变器上的电 源开关，等待大约10分钟使陀螺马达完全处于静止；再次下放陀螺测量陀螺测后零位，测量其一个周期，测量完毕后托起陀螺处于陀螺完全锁紧位置，测前测 后零位变化不能超过0.3格；小心断开电缆，然后收起仪器、装箱、装上锁紧扣，避免强震动；计算出测线的陀螺方

15、位角值Nt=(Nt1+Nt2)/2；根据地面上的仪器常数1和2、子午线收敛角及Nt可计算出井下测线边的坐标方位角。,陀螺仪轴与望远镜光轴及观测目镜分划板零分化线所代表的光轴通常不在同一竖直面中，所以假想的陀螺仪轴的稳定位置通常不与地理子午线重合，二者的夹角称为仪器常数，一般用表示。如果陀螺仪子午线位于地理子午线的东边，为正；反之，则为负。仪器常数可以在已知方位角的精密导线边或三角网边上直接测出来，如图a所示精密导线边CD之地理方位角为Ao.若在C点安置陀螺全站仪，通过陀螺运转和观测可求出CD边的陀螺方位角t,可按下式求出仪器常数:=Ao-t,、井下定向边上测定陀螺方位角 井下定向边的长度应大于

16、30m，上图所示，仪器安置在C点上，可测出CD边的陀螺方位角t,测定向边的地理方位角Ao为：Ao=t+、子午线收敛角 一般地面精密导线边或三角网边已知的是坐标方位角o，需要求算的井下定向边，也就是要求出其坐标方位角o，而不是地理方位角Ao，因此还需要求算子午线收敛角.如上图所示地理方位角和坐标方位角的关系为：Ao=o+o 子午线收敛角o的符号可由安装仪器点的位置来确定,即在中央子午线以东为正，以西为负；其值可根据安置仪器点的高斯平面坐标求得，具体方法见附表1。,当北坐标相同时，东坐标相差1Km，子午线收敛角相差26.6.当东坐标相同时，北坐标相差1Km，子午线收敛角相差1.23552.北坐标越大，收敛角越大,煤矿贯通测量中的应用,广泛应用于地铁、隧道、矿山等地下的定向测量中,