專利名稱：一種磁懸浮陀螺全站儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可廣泛應用于城市地鐵工程、穿山隧道、江河海底隧道等許多大
型地下貫通工程的磁懸浮陀螺全站儀。
背景技術(shù)：
在城市地鐵工程、礦山開采以及江河隧道等許多地下工程建設中，確保隧道安全 準確的貫通是一項十分重要的測量工作。然而由于地下工程特殊環(huán)境的種種限制，一些地 面高精度的測量技術(shù)手段往往不能夠在地下工程中實施。隨著地下采掘工作面的不斷延 伸，隧洞的方向誤差就會不斷的累積，最終導致貫通不能順利進行，甚至引發(fā)重大的工程事 故。因此，在地下工程測量中，通常使用陀螺定向的方法對隧洞掘進方向的誤差進行校正， 以保證貫通工作的順利進行。 傳統(tǒng)的陀螺定向是利用懸掛帶式陀螺經(jīng)緯儀來進行的，即當隧道的采掘工作面達 到一定的深度時，對控制采掘方向的地下導線邊進行一次陀螺定向測量，以校正因誤差累 積而造成的采掘方向偏差。其工作原理是通過高速旋轉(zhuǎn)的陀螺敏感地球角動量，進而測定 地球上任意點處的真北方向，據(jù)此可以測量地下導線邊的方位角。由于地球的旋轉(zhuǎn)角動量 是一定的，因此利用陀螺經(jīng)緯儀測得的任意導線邊的方位角也是等精度的，不存在誤差累 積。而這種陀螺經(jīng)諱儀采用懸掛帶將陀螺靈敏部殼體懸掛起來，并通過逆轉(zhuǎn)點法和中天法 等方法進行尋北觀測，測定真北方向，再利用經(jīng)緯儀照準目標測定測線的方位角。在實際應 用中，這種陀螺經(jīng)緯儀存在故障率高、懸掛帶易損壞、操作難度大和定向時間長等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種定向精度高、定向速度快、操作簡便、自動化程度高的磁 懸浮陀螺全站儀，本發(fā)明在實際應用中可大幅縮短定向時間、提高工作效率，降低停工成 本。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案 —種磁懸浮陀螺全站儀，包括定向照準系統(tǒng)、計算機處理系統(tǒng)、測角系統(tǒng)、陀螺回 轉(zhuǎn)系統(tǒng)、光路自準直系統(tǒng)以及磁懸浮系統(tǒng)，其中，陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、光路自準直系統(tǒng)及磁懸浮 系統(tǒng)均設于金屬殼體內(nèi)，金屬殼體底部中心位置設有下對中標識孔，金屬殼體上設有北向 指示標； 定向照準系統(tǒng)設于金屬殼體上，其包括照準部支架，照準部支架上設有望遠鏡，望 遠鏡通過一水平的旋轉(zhuǎn)軸安裝于照準部支架上，所述望遠鏡(5)的內(nèi)部中心點為VV軸、HH 軸及LL軸三軸的交點，且望遠鏡可在豎直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，照準部支架外側(cè)與旋轉(zhuǎn)軸交會處標有 儀器高量取標識，照準部支架上設有豎直制動微動螺旋、水平制動微動螺旋及水準管，照準 部支架通過一水平旋轉(zhuǎn)部安裝于金屬殼體上； 計算機處理系統(tǒng)包括微型計算機、顯示裝置、輸入裝置、開關(guān)以及數(shù)據(jù)傳輸口 ；
測角系統(tǒng)包括安裝在照準部支架上的第一測角裝置和安裝在水平旋轉(zhuǎn)部下方的第二測角裝置，第二測角裝置與金屬殼體固連；
光路自準直系統(tǒng)為反射棱鏡組； 螺旋回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括安裝于第二測角裝置下方的回轉(zhuǎn)馬達及通過齒輪組與回轉(zhuǎn)馬 達連接的回轉(zhuǎn)軸承，回轉(zhuǎn)馬達和回轉(zhuǎn)軸承均設于金屬殼體內(nèi)； 回轉(zhuǎn)軸承內(nèi)設有一回轉(zhuǎn)殼體，磁懸浮系統(tǒng)包括安裝于回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)頂壁中心位置的 第一電感線圈，以第一電感線圈為中心均勻分布設置多個第二電感線圈；第二電感線圈的 自由端均設有一彈簧，彈簧自由端設置一壓片；第一電感線圈下方設有一可沿VV軸上下浮 動的連動桿，連動桿包括主桿體和垂直于主桿體的平面，主桿體頂部設置一磁浮球，平面上 設有多個與第二電感線圈位置相對應的觸頭；連動桿底部固連一陀螺馬達房，陀螺馬達房 內(nèi)設陀螺馬達，陀螺馬達房下部固連力矩器轉(zhuǎn)子，力矩器轉(zhuǎn)子底部設置一下落椎；
回轉(zhuǎn)殼體的內(nèi)底面中心位置處設有一與下落椎位置相對應的落體槽，回轉(zhuǎn)殼體內(nèi) 安裝有與力矩器轉(zhuǎn)子之間可形成水平電磁場的力矩器定子；陀螺馬達房、力矩器轉(zhuǎn)子以及 下落錐均居中于VV軸上； 反射棱鏡組設于回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)側(cè)壁上，在連動桿平面的下方位置安裝有與反射棱鏡 組位置相對應的光電傳感器，光電傳感器的發(fā)射/接收面與反射棱鏡組的反射面的有效面 積大小相等； 當連動桿處于懸浮狀態(tài)時，彈簧處于壓縮狀態(tài)；當連動桿由懸浮狀態(tài)回落時，下落 錐落入落體槽中，壓片與觸頭相接觸，系統(tǒng)處于鎖定狀態(tài)。 由以上可見，本發(fā)明采用磁懸浮技術(shù)，取代了傳統(tǒng)的懸掛帶支承技術(shù)，解決了傳統(tǒng) 懸掛帶式陀螺吊絲易損壞、定向時間長，操作繁瑣等問題。具有自動化程度高、定向快速、整 體性能穩(wěn)定的特點。


圖1為本發(fā)明第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明第一實施例處于待機狀態(tài)時的示意圖； 圖3為本發(fā)明的計算機系統(tǒng)的模塊示意圖； 圖4為本發(fā)明第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為本發(fā)明第二實施例處于待機狀態(tài)時的示意圖。 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細地說明。
具體實施例方式
本發(fā)明的磁懸浮陀螺全站儀，主要包括定向照準系統(tǒng)、計算機處理系統(tǒng)、測角系 統(tǒng)、陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、光路自準直系統(tǒng)以及磁懸浮系統(tǒng)。如圖1及圖2所示，VV軸為本發(fā)明的 磁懸浮陀螺全站儀的中心軸線，也是金屬殼體19的中心軸線，HH軸為望遠鏡5旋轉(zhuǎn)軸的軸 線，LL軸為望遠鏡5的視準軸，該三軸相互垂直，且相交于望遠鏡5的內(nèi)部中心點。H'H'軸 為水準管的軸線，其與HH軸保持平行，且垂直于VV軸。利用磁懸浮陀螺全站儀外部的腳螺 旋對全站儀進行整平時，若水準管10中的氣泡居中，則表示磁懸浮陀螺全站儀在H'H'的軸 向方向上處于水平狀態(tài)。
定向照準系統(tǒng)
5
定向照準系統(tǒng)包括上對中支架1，上對中支架1中心位置設有上對中標識2，上對中支架1安裝在照準部支架3頂部，與照準部支架3形成門形，上對中支架1與照準部支架3之間可通過螺釘固定連接，以保證上對中標識2位于磁懸浮陀螺全站儀的中心軸線VV軸上。照準部支架3的外側(cè)與HH軸交會處標有用于測量照準望遠鏡中心距離點位垂直高度的儀器高量取標識4。望遠鏡5通過旋轉(zhuǎn)軸7安裝于照準部支架3上且可在豎直面內(nèi)繞HH軸自由旋轉(zhuǎn)。照準部支架3上設有豎直制動微動螺旋8和水平制動微動螺旋12，通過豎直制動微動螺旋8可精確調(diào)整望遠鏡5在豎直面內(nèi)所指向的方向，并根據(jù)測角系統(tǒng)測定望遠鏡5所指向的方向(LL軸方向)的豎直角角度值；通過水平制動微動螺旋12精確調(diào)整望遠鏡5在水平面內(nèi)所指向的方向，再根據(jù)測角系統(tǒng)即可測定望遠鏡所指向的方向(LL軸方向)的水平角角度值。本實施例中，水準管10設在照準部支架3底部。 望遠鏡5由測距系統(tǒng)、棱鏡組及鏡頭照明燈6組成，可以對目標實施精確照準，并測量望遠鏡中心(三軸交點)到目標點的距離。優(yōu)選設置的鏡頭照明燈6可用于地下測量，便于觀測者看清望遠鏡5中的十字絲，精確瞄準目標。
計算機處理系統(tǒng) 計算機處理系統(tǒng)包括微型計算機14、顯示裝置15、輸入裝置16、開關(guān)17以及數(shù)據(jù)
傳輸口 18，其中，顯示裝置15可為液晶顯示屏，輸入裝置16可為鍵盤。 微型計算機14設置于照準部支架3的下部，微型計算機14與照準部支架3 —起
安裝在水平旋轉(zhuǎn)部11上，通過水平旋轉(zhuǎn)部11 ，微型計算機14及其以上的結(jié)構(gòu)可整體在水平
面內(nèi)繞VV軸自由旋轉(zhuǎn)。 測角系統(tǒng) 測角系統(tǒng)包括第一測角裝置9和第二測角裝置13，其中，第一測角裝置9安裝在照準部支架3上，其內(nèi)設有豎直度盤；第二測角裝置13與金屬殼體19固連，安裝在水平旋轉(zhuǎn)部ll的下方，其內(nèi)設有水平度盤。第二測角裝置13與第一測角裝置9二者均可利用電子度盤測量出望遠鏡視準軸LL軸方向的精確方位。不同之處在于第二測角裝置13下部加裝了 RDC測角電路，可測量出陀螺尋北方向與第二測角裝置13中的水平度盤零刻劃之間的角度。 陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng) 螺旋回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括回轉(zhuǎn)馬達20以及回轉(zhuǎn)軸承21?；剞D(zhuǎn)馬達20安裝于第二測角裝置13的下方，回轉(zhuǎn)馬達20和回轉(zhuǎn)軸承21均設于金屬殼體19內(nèi)?；剞D(zhuǎn)馬達20與回轉(zhuǎn)軸承21通過齒輪組連接，可使回轉(zhuǎn)殼體與回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)的光路自準直系統(tǒng)與磁懸浮系統(tǒng)整體繞VV軸進行任意方位回轉(zhuǎn)；并可結(jié)合第二測角裝置13中的RDC電路，測量回轉(zhuǎn)角度位置。
光路自準直系統(tǒng) 光路自準直系統(tǒng)安裝于回轉(zhuǎn)馬達20下方，其為一反射棱鏡組22，包括一組透鏡和反射鏡，反射棱鏡組22沿VV軸方向的截面形狀也呈門形，其用來配合磁懸浮系統(tǒng)中的光電傳感器檢測懸浮的狀態(tài)，并實現(xiàn)閉路。
磁懸浮系統(tǒng) 磁懸浮系統(tǒng)包括安裝于反射棱鏡組22內(nèi)的靈敏部殼體23，靈敏部殼體23沿VV軸方向的截面形狀呈門形，其內(nèi)壁沿VV軸方向設有第一電感線圈24，第一電感線圈24下方設有一磁浮球26，磁浮球26下方固連一連動桿27。靈敏部殼體23內(nèi)壁上以VV軸為中心，在
6八個方向上均勻分布設置了 8個第二電感線圈25，每個第二電感線圈25的自由端均設有 一彈簧28，彈簧28下方設置壓片29。連動桿27包括主桿體270和垂直于主桿體270的平 面271，平面271上設有與8個與第二電感線圈25位置相對應的觸頭30。反射棱鏡組22 下方設置力矩器殼體38，力矩器殼體38沿VV軸方向的截面形狀為倒門形，其底部的內(nèi)壁 中心位置設有一落體槽37。力矩器殼體38的頂部與反射棱鏡組22的底部對接，一起組成 回轉(zhuǎn)殼體。連動桿27下端與陀螺馬達房32固定連接，陀螺馬達房32內(nèi)設有陀螺馬達33。 陀螺馬達房32下部固連力矩器轉(zhuǎn)子34，力矩器轉(zhuǎn)子34底部設置一下落椎36。力矩器殼體 38底部安裝有力矩器定子35，力矩器定子35與力矩器轉(zhuǎn)子34之間可形成水平電磁場，相 互感應。陀螺馬達房32、力矩器轉(zhuǎn)子34以及下落錐36均嚴格居中于中心線VV軸上。力矩 器轉(zhuǎn)子34、力矩器定子35、陀螺馬達房32均位于力矩器殼體38內(nèi)。 連動桿27下部兩端安裝有光電傳感器31，光電傳感器31水平長度與陀螺馬達房 32水平長度一致。當連動桿27處于懸浮狀態(tài)時，光電傳感器31的發(fā)射/接受面正好與光 路自準直系統(tǒng)的反射表面相對正平齊(如圖1)。靈敏部殼體23底部設有沿自身徑向向內(nèi) 突出的鎖定部(未標號)，該鎖定部與連動桿27的平面271相接觸限位鎖定，優(yōu)選的，該接 觸面為斜面。當?shù)谝浑姼芯€圈24斷電，連動桿27由懸浮狀態(tài)回落，下落錐36準確落在落 體槽37內(nèi)，以保證連動桿27每次浮起和下落位置的唯一性及連動桿27的中心線均位于VV 軸上，然后第二電感線圈25斷電，彈簧28立刻變?yōu)樯扉L狀態(tài)，將壓片29下壓，通過連動桿 27上的觸頭30將懸浮部分鎖定。 當壓片29與連動桿27上的觸頭30相接觸，即磁懸浮陀螺全站儀處于待機狀態(tài)時 (如圖2)，通過八個彈簧28的彈力以及靈敏部殼體23底部的小斜面將連動桿27處于鎖定 狀態(tài)。當連動桿27需要浮起時，第二電感線圈25通電，將壓片29吸起，彈簧28處于壓縮 狀態(tài)，連動桿27即解鎖。 在金屬殼體19下方中心位置設有下對中標識孔39，可連接激光對點器或懸掛鉛 垂。設于金屬殼體19頂部的北向指示標40正好是第二測角裝置13的零位方向。
下面對計算機處理系統(tǒng)作進一步的說明 微型計算機14可將第一測角裝置9和第二測角裝置13測得的望遠鏡照準方向 (LL軸)的水平角度、豎直角度的角度值實時顯示出來，也可讀取望遠鏡5中的測距器測量 的距離值；同時將力矩器定子35、力矩器轉(zhuǎn)子34在測量過程中采集的電流值實時存儲。微 型計算機14主要接收第一測角裝置9、第二測角裝置13、望遠鏡5及矩器定子35、力矩器轉(zhuǎn) 子34在測量過程中采集的信號值。 參照圖3，本發(fā)明的磁懸浮陀螺全站儀的微型計算機14中具有兩套彼此獨立的測 量程序模塊，一套是陀螺定向模塊，另一套是常規(guī)測量模塊。用戶可以通過數(shù)據(jù)傳輸口 18 將實測數(shù)據(jù)的文本下載。 計算機處理系統(tǒng)的陀螺定向程序包括以下幾個子模塊 馬達啟動加速模塊使陀螺馬達33瞬時啟動，達到額定轉(zhuǎn)速。 解鎖模塊使第二電感線圈25通電，由于磁性作用，將壓片29吸起，迫使彈簧28
處于壓縮狀態(tài)；力矩器轉(zhuǎn)子34、力矩器定子35通電，形成水平電磁場。 浮起模塊使第一電感線圈24通電，由于磁性及重力作用，磁浮球26帶動連動桿 27，拉動陀螺馬達房32、光電傳感器31以及力矩器轉(zhuǎn)子34和下落錐36 —同浮起，且處于懸浮狀態(tài)。 閉路模塊使光電傳感器31向光路自準直系統(tǒng)的反射棱鏡組22發(fā)射紅外光束，并 接受反射棱鏡組(22)的反射光，并根據(jù)入射光與反射光光路判定懸浮部分是否處于合理 的穩(wěn)定狀態(tài)。 力矩器數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)力矩器轉(zhuǎn)子34與力矩器定子35之間形成的電磁場，實 時測量力矩器轉(zhuǎn)子35與力矩器定子34之間的力矩值，并將其記錄并存儲在微型計算機14 中。 下落鎖定模塊使第一電感線圈24斷電，磁性消失，懸浮部分在重力作用下回落， 下落錐36準確落到落體槽37中；第二電感線圈25斷電，磁性消失，壓片29在彈簧28彈力 的作用下迅速下落，配合靈敏部殼體23將懸浮部分鎖定。 回轉(zhuǎn)模塊使回轉(zhuǎn)馬達20根據(jù)第二測角裝置13的指令，使光路自準直系統(tǒng)和磁浮 系統(tǒng)整體向預定位置回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)到位后，第二測角裝置13測量回轉(zhuǎn)位置，判斷回轉(zhuǎn)是否到 位。 下面對本發(fā)明的工作過程及原理說明
—、安置儀器 將磁懸浮陀螺全站儀架設在指定的測站點處，根據(jù)上對中標識2或下對中標識39
以及水準管io，利用外部整平對中設備，使磁懸浮陀螺全站儀處于水平狀態(tài)，北向指示標
40大致指北(±10°以內(nèi))，且VV軸通過測站點；
二、陀螺定向測量 啟動微型計算機，運行陀螺定向程序；
首先進行尋北測量 本發(fā)明的磁懸浮陀螺全站儀的尋北過程分為三個位置尋北 a.第一個位置為粗尋北首先執(zhí)行微型計算機14的馬達啟動加速模塊，然后執(zhí)行
回轉(zhuǎn)模塊，使陀螺馬達軸33向第二測角裝置13的零位方向(北向標識方向)回轉(zhuǎn)；然后按
順序執(zhí)行解鎖模塊、浮起模塊、閉路模塊、力矩器數(shù)據(jù)采集模塊和下落鎖定模塊； 至此， 一位置粗尋北測量結(jié)束，根據(jù)一位置采集的數(shù)據(jù)，微型計算機14可計算出
第二測角裝置13的零位方向(北向標識方向)偏離真北方向的夾角，根據(jù)這個夾角值，第
二測角裝置13控制陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)執(zhí)行回轉(zhuǎn)模塊，使陀螺馬達33軸向方向嚴格向北向回轉(zhuǎn)，
然后開始進行第二個位置的尋北測量。 b.第二個位置的尋北測量為精尋北當系統(tǒng)回轉(zhuǎn)到第二位置后，按順序執(zhí)行解鎖 模塊、浮起模塊、閉路模塊、力矩器數(shù)據(jù)采集模塊和下落鎖定模塊。 至此，第二位置尋北測量結(jié)束，第二測角裝置13控制回轉(zhuǎn)系統(tǒng)執(zhí)行回轉(zhuǎn)模塊，使 陀螺馬達33軸向方向回轉(zhuǎn)180° ，然后開始進行第三個位置的尋北測量。
c.第三個位置的尋北測量仍為精尋北當系統(tǒng)回轉(zhuǎn)到第三位置后，按順序執(zhí)行解 鎖模塊、浮起模塊、閉路模塊、力矩器數(shù)據(jù)采集模塊和下落鎖定模塊。 至此，整個尋北測量過程全部結(jié)束，微型計算機14根據(jù)第二、第三兩個精尋位置 采集的數(shù)據(jù)，計算出第二測角裝置13中的零位與陀螺測得的真北方向的夾角，并將計算的 結(jié)果存儲/顯示在微型計算機14中。
尋北測量結(jié)束后，開始進行照準測量
用望遠鏡5照準目標，此時保證第一測角裝置9位于觀測方向的左邊，第二測角裝 置13將照準測線方向(LL方向)與0位之間的夾角存儲并顯示在微型計算機14中；
再將望遠鏡5在豎直方向與水平方向分別旋轉(zhuǎn)180度，再次照準測線方向，第二測 角裝置13即將照準測線方向(LL方向)與0位之間的夾角存儲并顯示在微型計算機14中； 至此定向照準系統(tǒng)完成一次目標照準過程；依據(jù)同樣的方法，定向照準系統(tǒng)在一次尋北定 向測量完成后應進行兩次照準測量。 三、測量結(jié)束，依據(jù)陀螺尋北測量和照準測量的結(jié)果即可計算得到測線的真北方 位角。 此外，本發(fā)明中的定向照準系統(tǒng)、測角系統(tǒng)和微型計算機處理系統(tǒng)還可以共同配 合完成水平角測量、豎直角測量、距離測量以及坐標放樣等常規(guī)測量工作。
參照圖4和圖5，為本發(fā)明的另一實施例。與前一實施例不同的地方在于照準部 支架3上不設置上對中支架1，當不設置上對中支架1時，可利用第一測角裝置9中的豎直 度盤以及望遠鏡5上的對中標識來調(diào)整，使望遠鏡5的LL軸處于水平位置。本實施例中的 回轉(zhuǎn)軸承21內(nèi)設有一單獨的回轉(zhuǎn)殼體41，回轉(zhuǎn)殼體41內(nèi)頂壁的中心位置設置第一電感線 圈24，以第一電感線圈24為中心均勻分布設置8個第二電感線圈25 ;第二電感線圈25的自 由端也設有彈簧28，彈簧28自由端設置壓片29 ;主桿體270頂部設置磁浮球26，平面271 上設有8個與第二電感線圈25位置相對應的觸頭30 ;連動桿27底部固連陀螺馬達房32 ; 回轉(zhuǎn)殼體41內(nèi)底壁的中心位置處同樣設有一與下落椎36位置相對應的落體槽37，回轉(zhuǎn)殼 體41內(nèi)安裝有與力矩器轉(zhuǎn)子34之間可形成水平電磁場的力矩器定子35 ;陀螺馬達房32、 力矩器轉(zhuǎn)子34以及下落錐36均居中于VV軸上?；剞D(zhuǎn)殼體41內(nèi)側(cè)壁上設有徑向向內(nèi)突出 的鎖定部，鎖定部與平面271的下表面相接觸鎖定。同樣的，鎖定部與平面271之間的接觸 面也可為斜面。 回轉(zhuǎn)殼體41側(cè)壁上安裝有反射棱鏡組22，在連動桿27的位于平面271的下方位 置設有與反射棱鏡組22位置相對應的光電傳感器31，光電傳感器31的發(fā)射面與反射棱鏡 組22的反射面的有效面積大小相等。 當連動桿27處于懸浮狀態(tài)時，彈簧28處于壓縮狀態(tài)；當連動桿27由懸浮狀態(tài)回 落時，下落錐36落入落體槽37中處于鎖定狀態(tài)，壓片29與觸頭30相接觸。本實施例其它 部件的工作方式與第一實施例的相同。 本發(fā)明的磁懸浮陀螺全站儀更優(yōu)選的方案是，磁浮頭26為扁圓球型，可增大懸浮 部分受力面積，有利于保證靈敏部的懸浮穩(wěn)定。 本發(fā)明的磁懸浮陀螺全站儀更優(yōu)選的方案是，觸頭30的接觸表面為平面，可使彈 簧28壓力全部均衡的作用于連動桿27，保證彈簧垂直施力。 本發(fā)明的磁懸浮陀螺全站儀更優(yōu)選的方案是，連動桿27上反射棱鏡組或光電傳 感器的豎直高度與陀螺房豎直高度保持一致，這樣便于更加精確的反應連動桿27的懸浮 狀態(tài)。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過力矩器定轉(zhuǎn)子之間的磁場反應尋北力矩，消除了由 于因引出線、懸掛帶或其它因素所形成的干擾力矩影響；且通過下落錐和回落槽保證靈敏 部浮起和下落位置的唯一。 誠然，本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思并不僅限于上述實施例，還可以依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思得到許多不同的具體方案，例如，本發(fā)明磁懸浮陀螺全站儀的計算機處理系統(tǒng)可以一體設于照 準部支架上，也可以與全站儀相分離，如采用如PDA等手持設備進行信號處理、測量計算等 步驟；北向標識也可以刻在金屬殼體相應位置，諸如此等改變以及等效變換均應包含在權(quán) 利要求所述的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于包括定向照準系統(tǒng)、計算機處理系統(tǒng)、測角系統(tǒng)、陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、光路自準直系統(tǒng)以及磁懸浮系統(tǒng)，其中，所述陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、光路自準直系統(tǒng)及磁懸浮系統(tǒng)均設于金屬殼體(19)內(nèi)，所述金屬殼體(19)底部中心位置設有下對中標識孔(39)，金屬殼體(19)上設有北向指示標(40)；所述定向照準系統(tǒng)設于金屬殼體(19)頂部，包括照準部支架(3)，所述照準部支架(3)上設有望遠鏡(5)，望遠鏡(5)通過一水平設置的旋轉(zhuǎn)軸(7)安裝于照準部支架(3)上，所述望遠鏡(5)的內(nèi)部中心點為VV軸、HH軸及LL軸三軸的交點，且望遠鏡(5)可在豎直面內(nèi)旋轉(zhuǎn)；所述照準部支架(3)外側(cè)與旋轉(zhuǎn)軸(7)交會處標有儀器高量取標識(4)，照準部支架(3)上設有豎直制動微動螺旋(8)、水平制動微動螺旋(12)以及水準管(10)，所述照準部支架(3)通過一水平旋轉(zhuǎn)部(11)安裝于金屬殼體(19)上；所述計算機處理系統(tǒng)包括微型計算機(14)、顯示裝置(15)、輸入裝置(16)、開關(guān)(17)以及數(shù)據(jù)傳輸口(18)；所述測角系統(tǒng)包括安裝在所述照準部支架(3)上的第一測角裝置(9)和安裝在水平旋轉(zhuǎn)部(11)下方的第二測角裝置(13)，所述第二測角裝置(13)與金屬殼體(19)固連；所述光路自準直系統(tǒng)為反射棱鏡組(22)；所述螺旋回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括安裝于所述第二測角裝置(13)下方的回轉(zhuǎn)馬達(20)及通過齒輪組與所述回轉(zhuǎn)馬達(20)連接的回轉(zhuǎn)軸承(21)，回轉(zhuǎn)馬達(20)和回轉(zhuǎn)軸承(21)均設于金屬殼體(19)內(nèi)；所述回轉(zhuǎn)軸承(21)內(nèi)設有一回轉(zhuǎn)殼體(41)，所述磁懸浮系統(tǒng)包括安裝于所述回轉(zhuǎn)殼體(41)內(nèi)頂壁中心位置的第一電感線圈(24)，以所述第一電感線圈(24)為中心均勻分布設置多個第二電感線圈(25)；所述第二電感線圈(25)的自由端均設有一彈簧(28)，所述彈簧(28)自由端設置一壓片(29)；所述第一電感線圈(24)下方設有一可沿VV軸上下浮動的連動桿(27)，所述連動桿(27)包括主桿體(270)和垂直于主桿體(270)的平面(271)，所述主桿體(270)頂部設置一磁浮球(26)，所述平面(271)上設有多個與所述第二電感線圈(25)位置相對應的觸頭(30)；所述連動桿(27)底部固連陀螺馬達房(32)，陀螺馬達房(32)內(nèi)設陀螺馬達(33)，所述陀螺馬達房(32)下部固連力矩器轉(zhuǎn)子(34)，力矩器轉(zhuǎn)子(34)底部設置一下落椎(36)；所述回轉(zhuǎn)殼體(41)內(nèi)底面的中心位置處設有一與下落椎(36)位置相對應的落體槽(37)，所述回轉(zhuǎn)殼體(41)內(nèi)安裝有與力矩器轉(zhuǎn)子(34)之間可形成水平電磁場的力矩器定子(35)；所述陀螺馬達房(32)、力矩器轉(zhuǎn)子(34)以及下落錐(36)均位于VV軸上；所述反射棱鏡組(22)設于所述回轉(zhuǎn)殼體(41)內(nèi)側(cè)壁上，所述連動桿(27)的位于所述平面(271)的下方位置安裝有與所述反射棱鏡組(22)位置相對應的光電傳感器(31)，所述光電傳感器(31)的發(fā)射/接收面與反射棱鏡組(22)的反射面的有效面積大小相等；當連動桿(27)處于懸浮狀態(tài)時，所述彈簧(28)處于壓縮狀態(tài)；當連動桿(27)由懸浮狀態(tài)回落時，所述下落錐(36)落入所述落體槽(37)中，所述壓片(29)與所述觸頭(30)相接觸，處于鎖定狀態(tài)。
2. 如權(quán)利要求1所述的磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述微型計算機(14)設置于 所述照準部支架(3)下部且安裝在水平旋轉(zhuǎn)部(11)上，水平旋轉(zhuǎn)部(11)旋轉(zhuǎn)時帶動微型 計算機(14)及其以上結(jié)構(gòu)整體在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
3. 如權(quán)利要求l所述的磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述微型計算機(14)中內(nèi)設 陀螺定向模塊以及常規(guī)測量模塊，所述陀螺定向模塊包括以下子模塊馬達啟動加速模塊、 解鎖模塊浮起模塊、閉路模塊、力矩器數(shù)據(jù)采集模塊、下落鎖定模塊以及回轉(zhuǎn)模塊。
4. 如權(quán)利要求l所述的磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述望遠鏡(5)由測距系統(tǒng)、 棱鏡組及鏡頭照明燈(6)組成。
5. 如權(quán)利要求l所述的磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述第二測角裝置(13)下部設有RDC測角電路，可測量出陀螺馬達(33)軸線方向在水平電子度盤上的精確方位值，并 計算出陀螺測定的真北方向與第二測角裝置(13)中水平度盤零位之間的夾角。
6. 如權(quán)利要求1所述的磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述磁浮頭為扁圓球型。
7. 如權(quán)利要求1所述的磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)側(cè)壁上設有徑向向內(nèi)突出的鎖定部，所述鎖定部與所述平面(271)的下表面相接觸鎖定。
8. 如權(quán)利要求7所述的磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述鎖定部與所述平面(271)之間的接觸面為斜面。
9. 如權(quán)利要求1所述的磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述照準部支架(3)頂部設有上對中支架(l)，上對中支架(1)中心位置設有上對中標識(2)。
10. 如權(quán)利要求l所述的磁懸浮陀螺全站儀，其特征在于所述回轉(zhuǎn)殼體(41)由沿VV軸的截面形狀為門形的反射棱鏡組(22)和一固接于反射棱鏡組(22)底部的沿VV軸方向 截面形狀為倒門形的力矩器殼體(38)組成；所述磁懸浮系統(tǒng)包括安裝于反射棱鏡組(22) 內(nèi)的靈敏部殼體(23)，所述靈敏部殼體(23)內(nèi)頂壁的中心位置設置第一電感線圈(24)， 以所述第一電感線圈(24)為中心均勻分布設置多個第二電感線圈(25);所述力矩器殼 體(38)內(nèi)底面中心位置設有一與下落椎(36)位置相對應的落體槽(37)，所述力矩器殼 體(38)內(nèi)安裝與力矩器轉(zhuǎn)子(34)之間可形成水平電磁場的力矩器定子(35);所述連動桿 (27)的位于所述平面(271)的下方位置設有光電傳感器(31)，所述光電傳感器(31)的發(fā) 射面與反射棱鏡組(22)的反射面的有效面積大小相等；所述靈敏部殼體(23)內(nèi)側(cè)壁上設有徑向向內(nèi)突出的鎖定部，所述鎖定部與所述平面 (271)的下表面相接觸鎖定。
全文摘要
一種磁懸浮陀螺全站儀，包括定向照準系統(tǒng)、計算機處理系統(tǒng)、測角系統(tǒng)、陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、光路自準直系統(tǒng)以及磁懸浮系統(tǒng)，其中，陀螺回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、光路自準直系統(tǒng)及磁懸浮系統(tǒng)均設于金屬殼體內(nèi)，金屬殼體底部中心位置設有下對中標識孔，金屬殼體頂部設有北向指示標；當磁懸浮系統(tǒng)中的連動桿處于懸浮狀態(tài)時，彈簧處于壓縮狀態(tài)，光電傳感器的上表面與光路自準直系統(tǒng)的接收表面相平齊；當靈敏部殼體由懸浮狀態(tài)回落時，壓片與觸頭相接觸，下落錐落入落體槽中處于鎖定狀態(tài)。采用磁懸浮技術(shù)取代了傳統(tǒng)的懸掛帶支承技術(shù)，解決了傳統(tǒng)懸掛帶式陀螺吊絲易損壞、定向時間長，操作繁瑣等問題。具有自動化程度高、定向快速、整體性能穩(wěn)定的特點。
文檔編號G01C1/00GK101776445SQ20101010721
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者楊帥, 楊建華, 楊志強, 石震 申請人:長安大學