联系测量陀螺定向

第三章联系测量(2)

3.6陀螺定向

3.7陀螺定向精度分析

3.8高程联系测量一、陀螺仪概述

二、陀螺仪基本特性（重点）

三、陀螺仪工作原理（重点+难点）

四、陀螺经纬仪(全站仪)的基本结构

五、陀螺经纬仪定向测量方法（重要）3.6陀螺定向二、陀螺仪的基本特性

凡是绕其质量对称轴高速旋转的物体均称为陀螺。

在没有任何外力作用，并具有三个自由度的陀螺仪称为自由陀螺仪。由转子、内框架、外框架、支座四部分组成自由陀螺仪在高速旋转时具有两个重要特性：①陀螺仪自转轴在无外力矩作用时，始终指向其初始恒定方向。该特性称为定轴性。②陀螺仪自转轴受到外力矩作用时，将按一定的规律产生进动。该特性称为进动性。1．地球自转及其对悬挂式陀螺仪的作用三陀螺经纬仪的工作原理地球自转的水平分量使陀螺仪轴相对于地平面高度θ发生变化。当陀螺仪轴在子午线以东时，其向东的一端相对于地平面上升，向西的一端下降，此时产生外力矩（重力原因）。若陀螺仪转子处于高速运转，则根据进动效应，x轴有回到地平面的进动趋势，即向子午面靠近。反之，陀螺仪轴在子午线以西，也有向子午面靠近的运动，因此在地球自传作用下，x轴形成以子午面为中心的简谐摆动，其轨迹为一很扁的椭圆。2．陀螺仪轴对子午面的相对运动θ为陀螺轴x轴相对于地平面仰起的角度

陀螺仪轴对子午面的相对运动示意图四陀螺经纬仪的基本结构陀螺全站仪陀螺仪全站仪陀螺电源1、地面已知边上测定仪器常数

假想的陀螺仪轴的稳定位置通常不与地理子午线重合，陀螺方位角与地理方位角二者之间的夹角称为仪器常数，一般用△表示。△=A0-αT

可以按下式求出仪器常数：在下井定向之前，在已知边上测定仪器常数应进行2—3次，各次之间的互差对于GAK-1、JT15等型号的仪器应小于40″。（一）陀螺经纬仪定向的作业过程

五陀螺经纬仪定向测量方法各方位角及仪器常数关系图2、在井下定向边上测定陀螺方位角

仪器安置在C′点上，可以测出C′D′边的陀螺方位角αT′。则定向边的地理方位角A为:A=αT′+△测定定向边陀螺方位角应独立进行两次，其互差应小于40″3、仪器上井后重新测定仪器常数仪器上井后，应在已知边上重新测定仪器常数2—3次。前后两次测定的仪器常数，其中任意两个仪器常数的互差应小于40″，然后求出仪器常数的最或是值。

白塞尔公式m=±√[vv]/（n-1）评定一次测定中误差。4、求算子午线收敛角

地理方位角和坐标方位角的关系为：

A0=α0+γ0

子午线γ0的符号由安置经纬仪的位置确定，在中央子午线以东为正，以西为负。5、求算井下定向边的坐标方位角由上述公式可得出

△=A0-αT=α0+γ0-αT

α=A-γ=αT′

+△平-γ

因此井下定向边的坐标方位角为

（二）陀螺方位角的一次测定作业过程①在测站上整平对中陀螺经纬仪，以一个测回测定待定边或已知边的方向值，然后将仪器大致对正北方。②粗略定向（测定近似北方向）锁紧灵敏部，启动陀螺马达，待达到额定转速后，下放陀螺灵敏部，用粗略定向的方法测定近似北方向。完毕后制动陀螺并托起锁紧，将望远镜视准轴转到近似北方向位置，固定照准部。③测前悬带零位观测打开陀螺照明，下放陀螺灵敏部。进行测前悬带零位观测。同时用秒表记录自摆周期T。零位观测完毕，托起并锁紧灵敏部。④精密定向（精密测定陀螺北）采用有扭观测方法（如逆转点法等）或无扭观测方法（如中天法、时差法、摆幅法等）精密测定已知边或待定边的陀螺方位角。⑤测后悬带零位观测⑥以一个测回测定待定边或已知边的方向值，测前测后两次观测的方向值的互差对J2和J6级经纬仪分别不得超过10″和25″。取测前测后观测值的平均值作为测线方向值。在测定已知边和定向边的陀螺方位角之前，首先进行粗略定向，即把经纬仪望远镜视准轴置于近似北。

寻找近似北的方法：（1）配有粗定向盘的陀螺仪，可用罗盘达到粗定向的目的。（2）在已知边上测定仪器常数时，可利用已知边的坐标方位角及仪器站的子午线收敛角来直接寻找近似北方。（3）当在未知边上定向，且仪器本身又无粗定向罗盘附件时，可用仪器本身来寻找北方，常用的方法为两个逆转点法。具体操作如下：粗略定向方法（两个逆转点法、四分之一周期法）测前悬带零位观测陀螺灵敏部摆动的平衡位置应与目镜分划板的零刻划线重合，该位置称为悬带零位。测定悬带零位时，应将经纬仪整平并固定照准部，然后下放陀螺灵敏部并从读数目镜中观测灵敏部的摆动(当陀螺仪较长时间末运转时，测定零位之前，应将马达开动几分钟预热，然后切断电源，待马达停止转动后再下放灵敏部)，在分划板上连续读三个逆转点读数a1、a2、a3精密定向就是精确测定已知边和定向边的陀螺方位角。精密定向方法可分为两大类：一类是仪器照准部处于跟踪状态，即多年来国内外都采用的逆转点法；另一类是仪器照准部固定不动，国内外研究和提出的方法很多，如中天法、时差法、摆幅法等。精密定向方法3.7陀螺定向的精度分析1.陀螺经纬仪定向的精度评定陀螺经纬仪的定向精度主要以陀螺方位角一次测定中误差mT和一次定向中误差表示。1）陀螺方位角一次测定中误差在待定边进行仿陀螺定向前，陀螺仪需在地面巳知坐标方位角边上测定仪器常数。按《试行规程》规定，前后共需测6次，这样就可按白塞尔公式来求算陀螺方位角一次测定中误差，即仪器常数一次测定中误差（简称一次测定中误差）。（9-56）3.8高程联系测量

一、导入高程的实质

矿井高程联系测量又称导入标高，其目的是建立井上、井下统一的高程系统。采用平硐或斜井开拓的矿井，高程联系测量可采用水准测量或三角高程测量，将地面水准点的高程传递到井下。导入高程的方法随开拓方法的不同而分为：

（1）通过平硐导入高程

（2）通过斜井导入高程

（3）通过立井导入高程

h=l-a+b=l+(b-a)B点在