竖井联系测量与陀螺经纬仪测量.ppt

A、B之间的高差为： H = H -（a-e）+ b - f B的高程HＢ：? HB＝ HA- h 运用光电测距仪导入标高也要测量两次，其互差也不应超过H/8000。 一、概述 陀螺定向是运用陀螺经纬仪直接测定地下未知边的方位角。它克服了运用几何定向方法进行联系测量时占用井筒时间长、工作组织复杂等缺点，目前，已广泛应用于矿井联系测量和控制地下导线方向误差的积累。 二、陀螺经纬仪的基本原理 陀螺经纬仪是根据自由陀螺仪(在不受外力作用时，具有三个自由度的陀螺仪)的原理而制成的。自由陀螺仪具有以下两个基本特性： §9-7 陀螺经纬仪定向 ?? 1、定轴性：陀螺轴在不受外力作用时，它的方向始终指向初始恒定方向； 2、进动性：陀螺轴在受到外力作用时，将产生非常重要的效应——“进动”。 陀螺仪的两个特性 左端为一可转动的陀螺，右端为一可移动的悬重，当调节悬重的位置使杠杆水平时，可以看到陀螺转动后，其轴线的方向始终保持不变，即可验证定轴性。当将悬重向左移动一小段距离，即相当于陀螺轴受到一个向下的作用力时，陀螺转动后，杠杆将保持水平，但将在水平面上作逆时针方向的转 动（向外力矩方向靠拢）； 同理，将悬重右移一小段 距离，即陀螺轴受到一个 向上的作用力时，陀螺转 动后，杠杆仍保持水平， 但将在水平面上作顺时针 方向的转动，这样即可验 证自由陀螺仪的进动性。 下面利用动量矩定理解释陀螺的两个基本特性： 根据动力学中的动量矩定理：动量矩矢量对时间的导数等于外力矩，即 当外力矩为零时，显然陀螺动量矩应为一常矢量，其大小以及在空间所指的方向都是不变的，这就是陀螺仪的定轴性。 当陀螺转子达到正常工作状态的转速时，其动量矩的大小保持不变。如果有外力矩作用于陀螺仪上，它不改变转子的转速，亦即动量矩大小不变，而使陀螺动量矩矢量出现变化，则必然使陀螺动量矩矢量的方向发生改变。 动量矩矢量对时间的导数，又是该矢量末端的线速度，即 显然：U=M 它表明陀螺动量矩矢量末端的线速度与外力矩矢量大小相等、方向相同。 ωp H M U 根据上述关系，可确定陀螺动量矩的方向变化，亦即确定陀螺的进动方向。如左图，外力矩矢量M拉着动量矩矢量H 的末端跑，或者说，动量矩矢量H沿最短路径转向外力矩矢量M方向。即陀螺进动方向，其进动角速度为ωp。 如上所述可以明显的看出在外力矩作用下陀螺仪产生进动的原因。 内因：陀螺转子的高速旋转，即动量矩的存在； 外因：外力矩改变了动量矩的方向。 ωp H M U 地球自转及其对陀螺仪的作用 地球自转： 设观测者位于O点，O为天球中心，作一辅助天球，图中OZ为铅垂线，OP为地球自转轴，OX为陀螺转子轴。 水平分量ω1还可以沿陀螺转子轴OX和水平轴OY再分解为两个分量ω3 、ω4 其中： 即，使陀螺转子轴向东的一端相对水平面升起，向西的一端相对水平面下降。（与地球自转对应） 陀螺转子轴为什么会向子午面方向进动？ 重量Q不引起重力矩 水平面以角速度ω3绕陀螺仪水平轴旋转。 重量Q将产生重力矩： Msinβ=mglsinβ 某一时刻： 下一时刻： ????三、陀螺经纬仪的基本结构 ??? 陀螺经纬仪是陀螺仪和经纬仪组合而成的定向仪器。根据其连接形式不同主要可分为上架式陀螺经纬仪和下架式陀螺经纬仪两大类。上架式陀螺经纬仪即陀螺仪安放在经纬仪之上，下架式陀螺经纬仪即陀螺仪安放在经纬仪之下。 现在常用的陀螺经纬仪大都是上架式陀螺经纬仪。 目前，常用的陀螺仪是采用两个完全自由度和一个不完全自由度的钟摆式陀螺仪。它是根据上述的陀螺仪的定轴性和进动性两个基本特性，并考虑到陀螺仪对地球自转的相对运动，使陀螺轴在测站子午线附近作简谐摆动的原理而制成的。 1、悬挂式陀螺仪由以下几部分组成： （1）灵敏部：包括悬挂带、导流丝、陀螺马达、陀螺房以及反光镜等。 （2）光学观测系统（用来观测和跟踪灵敏部的摆动）。 （3）锁紧限幅机构（用于陀螺灵敏部的锁紧和限幅）。 （4）陀螺仪外壳（用于防止外部磁场的干扰）。 2、 经纬仪则比普通经纬仪增加了一个定位连接装置。 3、 陀螺电源由蓄电池组、充电器、逆变器等组成。陀螺经纬仪是由陀螺仪、经纬仪、陀螺电源三部分组成。 陀螺经纬仪的基本结构 这里以徐州光学仪器厂生产的JT—15型陀螺经纬仪为例来说明陀螺经纬仪的基本结构。 1、陀螺仪 JT—15型陀螺经纬仪是将陀螺仪安放在6″级经纬仪之上而构成的，其中陀螺仪部分的基本结构如右图