陀螺儀在豎井定向測(cè)量的應(yīng)用

逯金龍 耿超

摘要：在進(jìn)行豎井定向的時(shí)候，我國(guó)目前主要有兩種方法：第一種方法是幾何定向法，還有一種方法是陀螺定向法。與幾何定向法相比，陀螺定向法不僅操作非常的簡(jiǎn)便，而且具有更高的測(cè)量精度，因此得到了非常廣泛的應(yīng)用。本文主要對(duì)陀螺儀在豎井定向測(cè)量中的應(yīng)用以及如何提高陀螺經(jīng)緯儀定向效率的方法提出了幾點(diǎn)意見(jiàn)，以供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：陀螺儀；豎井定向測(cè)量；應(yīng)用

一、前言

在對(duì)礦井進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)使用到豎井定向測(cè)量的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量，運(yùn)用該方法進(jìn)行測(cè)量主要是把地面的方向和座標(biāo)通過(guò)豎井或斜井傳遞到井下，作為一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)對(duì)礦井進(jìn)行測(cè)量的。利用這種測(cè)量方法，能夠確保地面和礦井的井下共同處在一個(gè)坐標(biāo)系之下，這樣在進(jìn)行繪圖、測(cè)量以及計(jì)算等操作的時(shí)候能夠更加的方便、準(zhǔn)確，從而確保后面的采礦工程能夠更加順利的進(jìn)行。因此，對(duì)于采礦工程來(lái)說(shuō)，做好豎井定向測(cè)量工作是非常重要的。而在整個(gè)測(cè)量的過(guò)程中，使用陀螺經(jīng)緯儀，不僅能夠?qū)Ψ轿贿M(jìn)行更加精準(zhǔn)地定位，同時(shí)還能使得整個(gè)測(cè)量過(guò)程不會(huì)受到任何外界條件的限制，因此被廣泛的應(yīng)用于豎井定向測(cè)量中。

二、陀螺儀的基本原理

在進(jìn)行定向測(cè)量的時(shí)候，所使用到的陀螺儀都是自由陀螺儀，因?yàn)檫@種陀螺儀不會(huì)受到外力的作用，并且還具有三個(gè)自由度，能夠使得測(cè)量的結(jié)果更加的準(zhǔn)確。這種陀螺儀一般有兩個(gè)特性：定軸性、進(jìn)動(dòng)性。在利用陀螺儀進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，其重心是可以下移的，經(jīng)常采用的方式是通過(guò)在自由陀螺儀軸上加重來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)其重心下移之后，這時(shí)自由陀螺儀會(huì)有兩個(gè)完全的自由度，還有一個(gè)是不完全的自由度。因?yàn)樗撵`敏部和鐘擺相似，所以稱(chēng)為鐘擺式陀螺儀。

三、陀螺全站儀定向

1.陀螺全站儀作業(yè)定向過(guò)程

（1）測(cè)定陀螺儀常數(shù)

由于制作儀器時(shí)的精度有限，往往會(huì)使得制造的儀器存在著一定的誤差。一般來(lái)說(shuō)，所制造的陀螺儀，其零刻度線與望遠(yuǎn)鏡的零刻度線不在一個(gè)平面上，并且陀螺儀所穩(wěn)定的位置與子午線并不是重合的，這兩者之間往往會(huì)存在一個(gè)夾角，用Δ表示。通過(guò)用儀器測(cè)定方位角為Ao的精密導(dǎo)線邊CD可求出一起常數(shù)： Δ=A0-aT（3-1）為CD邊陀螺方位角，在已知邊上測(cè)定儀器常數(shù)應(yīng)進(jìn)行2～3次，各次互差應(yīng)滿(mǎn)足限差。

（2）測(cè)定井下定向邊的陀螺方位角

在對(duì)陀螺方位角進(jìn)行測(cè)定的時(shí)候，一定要確保井下定向邊的長(zhǎng)度在五十米以上，其方位角A為：A=a'T+Δ（3-2）

（3）在井上重新測(cè)定儀器常數(shù)

當(dāng)測(cè)量?jī)x器上井之后，需要再對(duì)儀器常數(shù)進(jìn)行兩到三次的測(cè)定，并且需要在已知邊上進(jìn)行，這樣能夠使得儀器常數(shù)的測(cè)定更加的準(zhǔn)確。對(duì)于重新測(cè)量的儀器常數(shù)，需要確保兩者之間的差值在規(guī)定的范圍之內(nèi)，并且需要對(duì)儀器常數(shù)的最值和平均值計(jì)算出來(lái)，然后再根據(jù)相應(yīng)的公式來(lái)計(jì)算出測(cè)定過(guò)程中所發(fā)生的誤差。

2.陀螺儀懸?guī)Я阄挥^測(cè)

為了確保陀螺儀定向測(cè)量的精度，不僅需要在進(jìn)行定向測(cè)量之前做好陀螺儀懸?guī)Я阄坏挠^測(cè)，同時(shí)還需要在定向測(cè)量完成之后，也需要做好陀螺儀懸?guī)У牧阄挥^測(cè)工作。而在進(jìn)行懸?guī)Я阄粶y(cè)定的時(shí)候，首先需要將經(jīng)緯儀放置平整，然后還需要對(duì)陀螺儀的照準(zhǔn)部進(jìn)行固定，最后采取相應(yīng)的方法對(duì)陀螺儀的零度進(jìn)行精確的測(cè)量，在測(cè)量準(zhǔn)確無(wú)誤之后，需要將靈敏部進(jìn)行鎖緊。

（1）精密定向

在對(duì)已知邊和定向邊的方位角進(jìn)行測(cè)定的時(shí)候，通常所采用的測(cè)定方法就是精密定向法，這種方法根據(jù)不同的使用類(lèi)型可以分為兩大類(lèi)：第一類(lèi)是在進(jìn)行精密定向的時(shí)候，儀器的照準(zhǔn)部處于跟蹤的狀態(tài)，這種方法又被稱(chēng)之為逆轉(zhuǎn)點(diǎn)法；還有一種精密定向的方法是儀器的照準(zhǔn)部固定不動(dòng)，這種常見(jiàn)的定向方法有中天法、時(shí)差法和擺幅法等。

（2）陀螺經(jīng)緯儀定向時(shí)的注意事項(xiàng)

在利用陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行定向測(cè)量的時(shí)候，需要格外的注意對(duì)其的使用和保護(hù)，因?yàn)槭褂眠@種儀器進(jìn)行定向測(cè)量的時(shí)候，主要運(yùn)用的是光、機(jī)和電相結(jié)合的動(dòng)力原理，如果稍有不慎，就會(huì)使得定向測(cè)量的結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差。因此，在使用的過(guò)程中，一定要按照相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，并且在使用和使用完畢之后，一定要注意輕拿輕放，以免損壞陀螺經(jīng)緯儀的測(cè)量精度，影響其后面更好的使用。

在使用陀螺經(jīng)緯儀的過(guò)程中，一定要注意以下幾個(gè)方面的工作事項(xiàng)：第一，在啟動(dòng)陀螺經(jīng)緯儀的時(shí)候，在其馬達(dá)的轉(zhuǎn)速還沒(méi)有達(dá)到額定的轉(zhuǎn)速之前，切不可松開(kāi)或者是調(diào)節(jié)陀螺經(jīng)緯儀的靈敏部，不然容易導(dǎo)致陀螺經(jīng)緯儀出現(xiàn)失靈的情況出現(xiàn)。第二，陀螺經(jīng)緯儀的馬達(dá)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，并且其靈敏部緊鎖，切不可水平旋轉(zhuǎn)陀螺經(jīng)緯儀。最后，還需要注意在使用的過(guò)程中，一定要確保接線的準(zhǔn)確性，并確保用電的使用安全。

四、提高陀螺經(jīng)緯儀定向效率的方法

1、將現(xiàn)有儀器改造成為高精度自動(dòng)陀螺經(jīng)緯儀

目前，在我國(guó)市場(chǎng)上，還沒(méi)有精度非常高的陀螺經(jīng)緯儀，主要原因在于我國(guó)還沒(méi)有對(duì)高精度的陀螺經(jīng)緯儀進(jìn)行生產(chǎn)，這對(duì)給我國(guó)的豎井定向測(cè)量工作帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)。因此，為了確保將豎井定向測(cè)量工作做得更好，需要對(duì)已有的測(cè)量?jī)x器進(jìn)行有效的改造，從而將其改造成精度較高的陀螺經(jīng)緯儀，以確保我國(guó)豎井測(cè)量工作的工作效率和工作質(zhì)量。

2、進(jìn)一步研制新型的測(cè)量?jī)x器，提高測(cè)量的工作效率

為了使豎井定向測(cè)量具有更高的測(cè)量質(zhì)量，還需要不斷研發(fā)新型的測(cè)量?jī)x器，從而不斷提高豎井定向測(cè)量的工作效率和工作質(zhì)量。目前，已經(jīng)有學(xué)者研發(fā)出了一種新型的定向測(cè)量?jī)x器，這種測(cè)量?jī)x器是一種AFS-1自動(dòng)陀螺快速定位定向系統(tǒng)，在使用的過(guò)程中能夠更好地進(jìn)行定位定向測(cè)量工作，不僅在礦井施工中得到了有效的應(yīng)用，同時(shí)還被廣泛的應(yīng)用于地鐵掘進(jìn)和隧道測(cè)量等工程中，并取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。

五、結(jié)束語(yǔ)

陀螺儀是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與慣性?xún)x表的核心部件，以陀螺儀為核心的相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)不僅在礦山測(cè)量方面應(yīng)用廣泛，也廣泛應(yīng)用于航海、航空、航天、陸地和兵器等導(dǎo)航領(lǐng)域。雖然我國(guó)在陀螺儀方面的發(fā)展?fàn)顩r與國(guó)外先進(jìn)水平相比仍有較大差距，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展，陀螺儀必將在我國(guó)獲得更大發(fā)展，并在軍民兩領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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