土木工程測(cè)量學(xué)

1、圖陀蝌控坤儀輸進(jìn)第六節(jié)陀螺經(jīng)緯儀陀螺經(jīng)緯儀是由陀螺儀和經(jīng)緯儀組合而成的一種定向用儀器。陀螺是一個(gè)懸掛著能做高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)， 陀螺儀有兩個(gè)重要的特性：一是陀螺儀的定軸性，即在無(wú)外力作用下，陀螺軸的方向保持不變；另一是陀螺儀的進(jìn)動(dòng)性，即在陀螺軸受外力作用時(shí)， 陀螺軸將按一定的規(guī)律產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)。因此在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)和地球自轉(zhuǎn)的共同作用下，陀螺軸可以在測(cè)站的真北方向兩側(cè)作有規(guī)律的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以得出測(cè)站的真北方向。一、陀螺經(jīng)緯儀的構(gòu)造陀螺經(jīng)緯儀由經(jīng)緯儀、陀螺儀和電源箱三大局部組成。圖419是國(guó)產(chǎn)JT 15型陀螺經(jīng)緯儀，其陀螺方位角的測(cè)定精度為土15經(jīng)緯儀屬 DJ6級(jí)。陀螺經(jīng)緯儀的構(gòu)造由以

2、下幾局部組成，如圖 4 20所示。5-片就堆；1反尤樓；7-光標(biāo)找；K分劃梅匸9一曲粒；I0誡第限帕菠翟；II-鬼攣部底仗1 .靈敏部陀螺經(jīng)緯儀的核心局部是陀螺馬達(dá)I,它的轉(zhuǎn)速為2100r/min，安裝在密封充氫的陀螺房2中，通過(guò)懸掛柱3由懸掛帶4懸掛在儀器的頂部， 有兩根導(dǎo)流絲5和懸掛帶4及旁路結(jié) 構(gòu)為馬達(dá)供電，懸掛柱上裝有反光鏡6,它們共同組成陀螺儀的靈敏部。2.光學(xué)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)與支架固連的光標(biāo)線(xiàn) 7,經(jīng)過(guò)反射棱鏡和反光鏡反射后，通過(guò)透鏡成像在分劃板8上。在目鏡內(nèi)可見(jiàn)到圖 4 21所示的影像。光標(biāo)像在視場(chǎng)內(nèi)的擺動(dòng)反映了陀螺靈敏部的擺動(dòng)。3緊鎖和限幅裝置轉(zhuǎn)動(dòng)儀器的外部手輪， 通過(guò)凸輪9帶動(dòng)鎖緊限

3、幅裝置用于固定靈敏部或限制它的擺動(dòng)。鎖緊限幅裝置10的升降，使陀螺儀靈敏部被托起鎖緊 或放下擺動(dòng)。儀器外殼的內(nèi)幣行磁屏蔽罩，用于防止外界磁場(chǎng)的 千擾，陀螺儀的底部與經(jīng)緯儀的橋形支架相連。電源箱是一個(gè)直流變交流的晶體管電子設(shè)備-箱內(nèi)底部為一蓄電池組，由20節(jié)鎘鎳電池串聯(lián)而成，輸出24v直流電。箱的上半部為把直流變?yōu)榻涣鞯哪孀兤骱?充電器。二、陀螺北方向值的測(cè)定1.準(zhǔn)備工作對(duì)中、整平，利用羅盤(pán)使望遠(yuǎn)鏡指向近似北方，陀螺儀的觀(guān)測(cè)臼鏡和望遠(yuǎn)鏡的目鏡應(yīng)安置在同一側(cè)。翻開(kāi)電源箱，接好電纜，把操作鈕旋到“照明位置，檢查電池電壓，電表指針應(yīng)在紅區(qū)內(nèi)，如此即可開(kāi)始工作。2.粗略定向粗略定向可用羅盤(pán)進(jìn)行，使視線(xiàn)大

4、致指向北方。也可以用陀螺經(jīng)緯儀按以下方法進(jìn)行： 操作鈕旋向“起動(dòng)，陀螺馬達(dá)起動(dòng)指示燈亮。當(dāng)馬達(dá)到達(dá)額定轉(zhuǎn)速寸，指示燈滅。再稍 等約1min即可緩慢地放下陀螺靈敏部，在觀(guān)測(cè)目鏡中可看到光標(biāo)像在擺動(dòng)。旋轉(zhuǎn)經(jīng)緯儀照 準(zhǔn)部進(jìn)行跟蹤，使擺動(dòng)的光標(biāo)保持與分劃板零線(xiàn)重合。當(dāng)出現(xiàn)光標(biāo)短暫停頓時(shí)，表示已到達(dá)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)，使光標(biāo)與分劃板零線(xiàn)精確重合后，讀經(jīng)緯儀水平度盤(pán)讀數(shù)戶(hù)，。此后光標(biāo)將作反方向移動(dòng)，繼續(xù)跟蹤，到另一逆轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，讀出水平度盤(pán)瀆數(shù)戶(hù)I此時(shí)觀(guān)測(cè)完畢，可托起靈敏部， 制動(dòng)陀螺。取兩次讀數(shù) 卩2的平均值，將照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)到讀數(shù)為平均值的位置上，視 線(xiàn)即指向近似北方。此法精度可達(dá)3'左右。3.精密定向用經(jīng)緯儀望

5、遠(yuǎn)鏡指向粗略定向得出近似北方，固定照準(zhǔn)部，起動(dòng)陀螺馬達(dá)，到達(dá)額定轉(zhuǎn)速后緩慢地放下靈敏部，并進(jìn)行限幅。然后用微動(dòng)螺旋跟蹤，使分劃板零線(xiàn)緊跟光標(biāo)移動(dòng)。跟蹤時(shí)要平穩(wěn)連續(xù)， 不能忽快忽慢，防止使懸掛帶產(chǎn)生扭力。 當(dāng)?shù)竭_(dá)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，光標(biāo)會(huì)停留 片刻，此時(shí)使零線(xiàn)準(zhǔn)確地與光標(biāo)線(xiàn)重合，讀出第一個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)的水平度盤(pán)讀數(shù) 作反向移動(dòng)時(shí)繼續(xù)跟蹤， 連續(xù)得出5個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)的讀數(shù)后觀(guān)測(cè)完畢， 即可鎖緊靈敏部，制動(dòng)陀螺馬達(dá)。陀螺在子午面的左右擺動(dòng)，呈略有衰減的正弦波形，如圖4卩1。當(dāng)光標(biāo)4-22 F舷施瞪理22所示、所以取5個(gè)逆轉(zhuǎn)點(diǎn)湊數(shù)的平均值，就可以得出陀螺軸 擺動(dòng)的中心位置，也就是陀螺北的方向值 Nr,平均值Nr按下式計(jì) 算

6、：他二+ 2 + 旳用這種方法測(cè)定陀螺北的方向值稱(chēng)為“逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法，這是最常用的方法。三、陀螺經(jīng)緯儀的檢驗(yàn)和校正1. 靈敏部零位的檢驗(yàn)和校正在陀螺馬達(dá)沒(méi)有起動(dòng)的情況下放下靈敏部，靈敏部在受懸掛帶和導(dǎo)流絲的彈性作用下也會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)，其平衡位置稱(chēng)為懸?guī)Я阄弧Ｔ摿阄粦?yīng)與分劃板上“0線(xiàn)重合，否那么就存在零位偏差，使所測(cè)陀螺北方向值帶有誤差。零位檢驗(yàn)方法如下：陀螺經(jīng)緯儀整平后，固定照準(zhǔn)部，在不啟動(dòng)陀螺馬達(dá)時(shí)放下靈敏部。觀(guān)測(cè)目鏡中光標(biāo)的擺動(dòng)， 連續(xù)取5次光標(biāo)擺動(dòng)到左右端點(diǎn)時(shí)在分劃板上的讀數(shù)，設(shè)為a2、a3、a4、a5,讀數(shù)估讀至0. 1格。按下式計(jì)算零位偏差，即1ao=(ai+3a2+4a3+3a4+a5)(4

7、 - 49)12零位偏差小于土 0. 5格時(shí)可不予考慮，否那么就應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行校正。校正時(shí)可旋下儀器 上部的外罩，撥動(dòng)頂端的校正螺旋，使之滿(mǎn)足要求。一般要求在精密定向之前和之后都要進(jìn)行靈敏部零位的檢驗(yàn)。2, 儀器常數(shù)的測(cè)定如果測(cè)線(xiàn)的方向值為 X，陀螺北的方向值為 Nr，那么兩方向之差就是測(cè)線(xiàn)的陀螺方位角Ar,即Ar=X - Nr(4 50)在理想的條件下，測(cè)線(xiàn)的陀螺方位角應(yīng)該和它的真方位角一致，但由于儀器制造時(shí)，陀螺轉(zhuǎn)子的軸線(xiàn)和分劃板零線(xiàn)所代表的光軸與經(jīng)緯儀的視準(zhǔn)軸不可能在同一鉛垂面內(nèi)，因此，所測(cè)的陀螺方位角卸與真方位角丑存在一定的差值，這個(gè)差值稱(chēng)為儀器常數(shù)厶。儀器常數(shù)可通過(guò)在真方位角的直線(xiàn)上，

8、測(cè)量它的陀螺方位角，兩者互相比擬得出，即 =A Ar(4 51)如果儀器常數(shù),即可根據(jù)陀螺方位角求算直線(xiàn)的真方位角。一般要求在測(cè)量之前和之后，在同一條真方位角的直線(xiàn)上測(cè)定儀器常數(shù)，并取其平均值對(duì)測(cè)得的陀螺方位角進(jìn)行改正。四、用陀螺經(jīng)緯儀測(cè)量直線(xiàn)真方位角的程序(1) 在直線(xiàn)起點(diǎn)安置經(jīng)緯儀，對(duì)中整平后，用盤(pán)左、盤(pán)右一測(cè)回測(cè)量直線(xiàn)的方向值X1。(2) 安裝陀螺儀，用陀螺經(jīng)緯儀(或羅盤(pán)儀)進(jìn)行粗略定向，使視線(xiàn)大致指北。(3) 進(jìn)行測(cè)前零位檢驗(yàn)。 用逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法進(jìn)行精密定向，得出陀螺北的方向值Nr。(5) 進(jìn)行測(cè)后零位檢驗(yàn)。(6) 再以盤(pán)左、盤(pán)右一測(cè)回測(cè)量直線(xiàn)的方向值義X2,在定向的前后兩次所得直線(xiàn)方向值之

9、差不超過(guò)土 20時(shí)，最后取直線(xiàn)的平均方向值X , X=(X1+X2)/2。(7) 計(jì)算直線(xiàn)的陀螺方位角且Ar, Ar=X Xr。(8) 計(jì)算直線(xiàn)的真方位角 A , A=Ar+ 。方位角測(cè)量一般應(yīng)不少于3次，最后取其平均值。如果儀器常數(shù)為未知，那么應(yīng)在測(cè)前和測(cè)后測(cè)定儀器常數(shù)。五、記錄和計(jì)算用陀螺經(jīng)緯儀按逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法測(cè)量直線(xiàn)真方位角時(shí)，其觀(guān)測(cè)記錄和計(jì)算實(shí)例如表4 4所示。表44陀螺定位儀測(cè)量記錄表測(cè)線(xiàn)：CL018觀(guān)測(cè)者：張三記錄者：李四儀器號(hào)：0188日期：2004 1 1中值右方請(qǐng)敷訓(xùn)期鬧址方向AM Tk-«.8 »"希+ 0.30(-8.ZJ盤(pán)左6J屢在5J+ 0.3

10、5-B.Q僅右42$盒右乜聲+ 0.86*"25(-8.U平均 1MC42.55*平肉-8.2平均*0.309H35咖了8<n45-方位3協(xié)38.疔3559.50'L*2l .Or韻蠅方向價(jià)14252'tri&.75j)站5咖控18443 04J4“ ST平卻35m.«r期蛻專(zhuān)片位悄IM 44.86-fi,2+ 8S+ 0,25(-8+0)t +«.4S)*0.125+ S 4>L0平均*C.2S思考與練習(xí)題4 I什么叫水平距離？42距離測(cè)量有哪些方法？各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？4 3丈量AB、CD兩段水平距離。AB往測(cè)為126. 780m，返測(cè)為126. 735m；