專利名稱：具有光電測時信號轉換裝置的陀螺經(jīng)緯儀自動定向系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及陀螺定向技術領域，具體是一種具有光電測時信號轉換裝置的陀螺經(jīng)緯儀自動定向系統(tǒng)。
自七十年代以來，隨著慣性測量儀器在軍事與工程上的應用及電子計算機的迅速推廣，發(fā)達國家開始致力于高精度自動陀螺定向儀器的研究。德國波鴻斯特伐倫礦山研究院(WBK)所屬礦山測量研究所(IFM)歷經(jīng)35年的開發(fā)和研究，設計出Gyronat自動陀螺指北系統(tǒng)，其定向精度為3角秒，時間為5～7分鐘。此外，美國、匈牙利、瑞士、英國和前蘇聯(lián)等國也推出了各自的自動陀螺經(jīng)緯儀。我國亦于87年研制出光電積分自動陀螺經(jīng)緯儀?？v觀各種類型的自動陀螺經(jīng)緯儀，可分為自動跟蹤型、光電積分型、力矩器補償型及穿過點光電記時等，均屬下掛式陀螺儀，一般都結構復雜，體積大而笨重，主機重量為16～50公斤不等，而且造價十分昂貴，可達數(shù)十萬美元一臺。故其推廣使用受到較大限制。九十年代后，隨著陀螺定向理論的深入研究，以及袖珍計算機和光電子技術的飛速發(fā)展，研制一種輕便實用的工程型上架式自動陀螺經(jīng)緯儀，實現(xiàn)普通工程型陀螺經(jīng)緯儀向自動定向功能的發(fā)展，減輕測量人員的勞動強度，滿足日益增加的各種地下建設工程的需要，已是勢在必行。
本發(fā)明的目的在于提供一種輕便實用、造價低并具有自動尋北及全套操作自動化的智能型陀螺經(jīng)緯儀自動定向系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅具有人工測點半自動定向方式，而且還能與全站儀等設備相連接，以進一步拓展其功能。
本發(fā)明的技術方案如下本發(fā)明是由一個能完成陀螺光標線運動軌跡的多點取樣與時間測定的光電測時信號轉換裝置、陀螺經(jīng)緯儀、電源和計算機等部分構成，光電測時信號轉換裝置包括光敏讀數(shù)裝置和光電信號處理器，其中光敏讀數(shù)裝置由光源、透鏡、光標板、分劃板以及光電轉換器件構成并沿光路依序排列，光標板的上半部是透明的，其中部有一條不透明的光標線X1，下半部是不透明的，在該不透明部分的對稱性的中部有一條透明的光標線X，X的線寬范圍為0.15～0.3毫米，視燈泡亮度而定;分劃板的上半部是透明的，下半部是不透明的，在該不透明部分的對稱性的中部有一條透明的分劃線Y2，在分劃線Y2的兩側對稱地還布有兩條透明的分劃線Y1和Y3，并分別對應分劃板上的刻度(+K，O，-K)，Y2與Y1或Y3的間距范圍為0.3～0.7毫米;光源可直接采用燈泡，并與一個可變電阻RL相串聯(lián)，以便調(diào)節(jié)燈泡亮度;光電轉換器件可采用光電管、光電池、光敏電阻等，當光標線X與分劃線Y1、Y2或Y3重合，光電轉換器件上則有光照射并產(chǎn)生電信號;光敏讀數(shù)裝置與陀螺經(jīng)緯儀通過光路相連接，構成對陀螺光標信號的光敏檢測，當陀螺光標線穿過時，由光標板和分劃板提取反映陀螺位置的光信號，再由光電轉換器件接收該光信號并轉換成電信號，將該電信號送至光電信號處理器進行放大處理，光電信號處理器分別與光敏讀數(shù)裝置和計算機相連接，它將光敏讀數(shù)裝置傳輸?shù)奈⑷蹼娦盘柗糯蠛笾苯铀腿胗嬎銠C處理，由計算機利用對稱測時法按多點測得的信號計算出陀螺的北方向值。由于光敏讀數(shù)裝置中設置了具有一半透明部分的光標板和分劃板，通過其透明部分也可傳輸反映陀螺位置的光信號，因此可通過人工目測該光信號，當光標線X1與分劃板上的(+K，0-K)刻度重合時，相應地在計算機上手動按鍵定點，半自動地完成陀螺光標線運動軌跡的多點取樣與時間測定，由計算機進行邏輯性處理與計時，最終計算出陀螺的北方向和測線的方位角。
計算機配置了利用所測定的反映陀螺位置的光電測時信號進行計算、處理、分析以最終獲得陀螺的北方向值和測線方位角的軟件。在整個過程中，計算機先對光電測時信號轉換裝置或人工目測所檢測到的時間信號進行周期差檢驗，合格后再按陀螺定向的對稱測時法的數(shù)學模型進行陀螺北方向值的解算與數(shù)據(jù)處理，自動顯示陀螺北方向值及其測定精度，實現(xiàn)自動尋北。
陀螺定向的時間觀測方法有中天法、時差法等，但對稱測時方法具有速度快、精度高等優(yōu)點。其中對稱測時法是通過選擇陀螺儀分劃板上以零刻劃為對稱軸的三條分劃線(+K，O，-K)進行測時，亦即分劃線Y1、Y2和Y3，其計算公式為
a×tO= arctg[ (sin(a×t1) - 2×sin(a×ta) + sin(a×t3))/(cos(a×t1) - 2×cos(a×ta) + cos(a×t3)) ］A＝-K/[sin(a×t0-a×t2)+sin(a×t3-a×t0)]令G＝sin(a×t0-a×t2)+sin(a×t3-a×t0)則 A＝-K/GB＝K×[1+(1/G)×sin(a×t1-a×t0)]其中a＝2×π/TB是陀螺軸擺動平衡位置的分劃板讀數(shù)，K是選定的對稱分劃線讀數(shù)，t0是陀螺軸通過擺動平衡位置的時間，A是陀螺擺幅，T是陀螺自擺周期，t1、t2、t3分別為陀螺軸光標線在分劃板上的分劃線(+K，O，-K)上的穿過時間。
將測到的時間點，由計算機軟件利用上述計算公式求出B值，即可利用B值和其它參量由已知的、標準的計算公式求出陀螺北方向值，計算式如下N＝N′+△N△N＝B×S×(1+C)-S×C×δ其中，N’為經(jīng)緯儀照準部固定在近似北的度盤讀數(shù)，S為陀螺分劃板格值，δ為懸掛帶零位，T1為跟蹤時的陀螺擺動周期，T2為不跟蹤時的陀螺擺動周期，C為扭矩比例常數(shù)，C＝(T1/T2)2-1
將B值代人上述的計算式即可求得陀螺北方向值N，然后再由6點快測法模式或9點精測法模式，求出6組或16組陀螺北方向值，以及陀螺北方向平均值。
設陀螺光標線自左逆點向右逆點運動時為正半周，反之為負半周。6點快測法模式是指陀螺光標線在第一個正半周的(+K，O，-K)三條格線與第一個負半周的(+K，O，-K)三條格線位置時進行測時，即在一個周期內(nèi)觀測六個時間點，通過特定組合可以得出6組時間參數(shù)，從而求得6個陀螺北方向值。
9點精測法模式是指光標線在第一個正半周的(+K，O，-K)三條格線與第一個負半周的(+K，O，-K)三條格線以及第二個正半周(+K，O，-K)三條格線位置時進行測時，即在一個半周期內(nèi)觀測9個時間點，通過特定組合可以得出16組時間參數(shù)，從而求出16個陀螺北方向值。
將本發(fā)明裝置通過其中陀螺經(jīng)緯儀中的陀螺儀，與具有電子測角、光電測距等多功能的全站儀連接，并通過相應的連接器固定，即構成具有電子測角、光電測距、自動測定測點的真北方位及自動定向等多功能的全能經(jīng)緯儀。本發(fā)明的這種應用方式是為了提高系統(tǒng)的整體綜合性能，使之兼具有全站儀的功能，使其功能得以拓展并提高自動化程度。這種全能經(jīng)緯儀可迅速完成測點的方位、距離與角度的測量和計算，并提供三維空間坐標。
光電測時信號轉換裝置中的光電信號處理器，具有電信號放大功能，它可由放大器、觸發(fā)器、和繼電器構成，由光敏讀數(shù)裝置中的光電轉換器件將電信號傳輸至放大器中，使微弱信號被放大，再通過觸發(fā)器使繼電器吸合或斷開，繼電器的兩個接點可直接與計算機內(nèi)部電路相連接。一般來說，繼電器的接點與計算機鍵盤的按鍵電路相連較好，當光標板的運動使光標線與分劃板上的某一分劃線重合時，光電轉換器件上有光照射并產(chǎn)生電流，該電流經(jīng)放大器放大后使繼電器吸合，即接通計算機按鍵電路，相當于按下一次鍵。這就等于完全取代了人眼觀察到光標線與分劃線重合時進行手動按鍵記時的過程。而測量的精確度和自動化程度都得以大大的提高。
本發(fā)明中的陀螺經(jīng)緯儀可采用普通上架式陀螺經(jīng)緯儀，例如JT15型、GAK1型等，光敏讀數(shù)裝置可安裝在陀螺儀內(nèi)部，光電信號處理器安裝在陀螺儀電源內(nèi)部，這樣整個系統(tǒng)不僅成本低、體積小，又達到了將這些非自動陀螺儀改造成自動陀螺儀、從而大大降低觀測時的勞動強度并提高測量精度和速度的目的。計算機可采用配以陀螺自動計時軟件及對稱測時法軟件的袖珍計算機，以利用其功能全、攜帶方便、體積小、操作簡便、性能價格比高等特點，并使整個裝置更適合于工程應用。
利用計算機還可實現(xiàn)本發(fā)明的全套操作的自動化和智能化，可以對計算機所得出的陀螺北方向值利用數(shù)據(jù)處理手段進行自動檢核，并自動顯示定向成果及定向精度;本發(fā)明的系統(tǒng)在外業(yè)一測回定向觀測結束后，可將定向成果與全部參數(shù)記錄迅速存入計算機內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中，然后進行下一測回的定向。全部外業(yè)工作結束以后，將袖珍計算機主機接上打印機，可迅速完成陀螺常數(shù)邊與定向邊的成果計算與打印，并具有自動檢核超差報警、子午線收斂角自動查表、外業(yè)成果查詢顯示、數(shù)據(jù)清單查詢顯示、方位成果自動檢人、漢字菜單功能選擇、漢字注釋人機對話、漢字表格成果打印輸出等全套內(nèi)業(yè)自動化等特點，因而是一種智能型的自動定向系統(tǒng)。
大量的實驗表明，本發(fā)明的系統(tǒng)的定向精度和速度都比較高。采用6點快測法模式進行定向時，有6個陀螺北方向值成果，陀北方位的內(nèi)符精度為2角秒，一次自動尋北的時間為4分鐘;采用9點精測法模式進行定向時，有16個陀螺北方向值成果，陀北方位的內(nèi)符精度為1角秒，一次自動尋北的時間約7分鐘。這兩種自動定向模式可供用戶選擇，觀測速度及精度皆達到工程應用的要求。本系統(tǒng)還具有自動、半自動及手動操作方式，因而有一機多用的特點。另一方面，由于采用本系統(tǒng)進行定向的陀螺自動尋北方向值成果具有較高的內(nèi)符精度，因而具有進一步提高實際定向精度的潛力。實際上，只要陀螺儀本身的性能越穩(wěn)定，測時精度就越高，對于性能較好的陀螺儀，本發(fā)明的系統(tǒng)可實現(xiàn)內(nèi)符精度小于1角秒。就同一臺陀螺儀而言，本系統(tǒng)的自動尋北精度比半自動陀螺儀尋北精度高出約三倍。
綜上所述，本發(fā)明利用光敏檢測技術與計算機軟件技術替代半自動系統(tǒng)中目測定點、手動按鍵計時的人工過程，實現(xiàn)了陀螺經(jīng)緯儀自動尋北，并具有自動記錄與檢核、全數(shù)字化顯示與漢字提示以及一整套內(nèi)業(yè)(包括計算與打印)自動化功能，自動化程度高，操作簡便靈活，輕便實用，結構簡單，成本低，可靠性好，并由于采用特有的陀螺定向的對稱測時法，可獲得較高的測量精度，定向時間短，定向成果可靠;既可用常規(guī)方法定向，也可作半自動或全自動定向，還有6點快測法和9點精測法兩種定向模式可供選擇。另外，利用普通陀螺儀，只需花費少量資金即可將其改造成本發(fā)明的系統(tǒng)，實現(xiàn)陀螺定向的自動化。因此本發(fā)明具有較高的應用推廣價值。本發(fā)明可極大地提高定向工作效率并減輕測量人員的勞動強度。
以下結合附圖進一步描述本發(fā)明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)的原理結構圖;
圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)的實施例結構圖;
圖3a是光敏讀數(shù)裝置的原理結構圖;
圖3b是光標板的主視圖;
圖3c是分劃板的主視圖;
圖4是光電信號處理器的原理結構圖;
圖5是本發(fā)明的陀螺定向的對稱測時法中測時選點示意圖;
圖6是計算機內(nèi)配置的對于光電測時信號進行分析、計算和處理以實現(xiàn)陀螺定向的軟件框圖;
圖7是本發(fā)明的系統(tǒng)與全站儀相聯(lián)構成全能經(jīng)緯儀的示意圖。
由圖1可見本發(fā)明的系統(tǒng)的原理結構。本發(fā)明的設計思想是要將普通型陀螺經(jīng)緯儀改裝成自動陀螺儀，即通過增設光敏讀數(shù)裝置、光電信號處理器并與計算機聯(lián)接以實現(xiàn)陀螺自動定向，整個系統(tǒng)是以半自動定向系統(tǒng)為基礎，設法將原來由人眼觀察光標線與分劃線重合的信號改由光電測時信號轉換裝置自動取出來，再以取出的信號去控制計算機的測時，并由計算機通過專用軟件對該測時信號進行處理，從而實現(xiàn)定向記錄、實時數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理一體化和自動化。本發(fā)明是作為下掛式積分法陀螺定向以外的一種實現(xiàn)自動陀螺定向的新系統(tǒng)和方法。
圖2所示是本發(fā)明的實施例。其中陀螺經(jīng)緯儀采用國產(chǎn)的JT15型。光敏讀數(shù)裝置中的分劃板是固定在陀螺儀的軸上，整個光敏讀數(shù)裝置安裝在陀螺儀內(nèi)部，從外觀上看與普通陀螺經(jīng)緯儀沒有區(qū)別。電壓、光強控制電路用于控制電壓及光源的光強度。計算機可采用PC1500型或PCE500型袖珍計算機，定向專用軟件調(diào)入其內(nèi)存。定向外業(yè)需攜帶加有光敏讀數(shù)裝置的陀螺經(jīng)緯儀，另加一個外接的、安裝在陀螺儀電源內(nèi)部的光電信號處理器與一臺袖珍計算機，通過插線相連接即可組成本系統(tǒng)。光電信號處理器由陀螺儀電源供電，其外形尺寸小，重量僅200克左右，袖珍計算機可放在工具袋內(nèi)。整個系統(tǒng)的主機，包括陀螺經(jīng)緯儀、袖珍計算機，重量僅為6.8公斤。整個系統(tǒng)裝箱后從外觀上看仍為原陀螺經(jīng)緯儀的四大件，即陀螺儀、經(jīng)緯儀、電源與腳架，因而是一種輕便的自動陀螺定向系統(tǒng)，其體積和重量在國內(nèi)外同類產(chǎn)品中是最小的。本發(fā)明除了自動定向功能外，還可作為半自動與普通型使用，有一機三用的特點。外業(yè)定向一測回結束后，可將成果調(diào)入袖珍計算機內(nèi)存中的數(shù)據(jù)庫，內(nèi)業(yè)整理時可將袖珍計算機與打印機連接，可迅速完成所有成果計算與打印工作，其中包括陀螺常數(shù)邊與定向邊的計算、自動檢核超差報警、子午線收斂角自動查表、陀螺方位角成果自動查詢和檢人、表格打印等。
本發(fā)明應用在工程實測定向時，與幾何定向、逆轉點法等定向方法所獲結果均很接近，符合工程定向的精度要求。
本發(fā)明如果以國產(chǎn)JT-15型陀螺經(jīng)緯儀為基礎，將其改造成自動陀螺儀，成本為五萬元/臺，價格僅為國外自動陀螺經(jīng)緯儀的10%，為進口普通陀螺經(jīng)緯儀的三分之一且性能更優(yōu)，與當今國內(nèi)外市場同類儀器比較，具有明顯的性能價格比優(yōu)勢。
圖3a、圖3b、圖3c反映了光敏讀數(shù)裝置的原理結構，其中的光標板(1)是固定在陀螺儀的軸上，陀螺在高速旋轉時，其方向漸趨穩(wěn)定，光標板(1)上的光標線X在北方向附近擺動，下放陀螺后一般應將其擺幅限制在6～12格范圍內(nèi)，當光標線X與分劃線Y1、Y2或Y3重合時，在這一瞬間有光通過透明的分劃線，直達光電轉換器件(3)。三條分劃線是以Y2為中心對稱，光電轉換器件(3)緊貼在分劃板(2)之后的下半部。光源(6)可與一個可變電阻RL串聯(lián)，以便于調(diào)節(jié)其亮度;在光源(6)與光標板(1)之間、光標板(1)與分劃板(2)之間分別設有透鏡(5)和(4)。從附圖可以看出，光敏讀數(shù)裝置能用以取代現(xiàn)有陀螺經(jīng)緯儀半自動定向系統(tǒng)中“目測定點”、“按鍵計時”的人工過程，提高測量精度和速度。
在圖4中，光電信號處理器由放大器、觸發(fā)器和繼電器組成，并分別與光電轉換器件(3)和計算機相聯(lián)。光電轉換器件(3)的引線，經(jīng)導線插接到放大器，將微弱信號放大，例如放大到3.5V以上，使繼電器能進行吸合動作，繼電器的兩個接點經(jīng)導線插頭與計算機內(nèi)部電路相連，在實際實施時，是與計算機鍵盤電路中的“+”鍵的兩電極相連。這樣，當光標線與分劃線重合時，則繼電器吸合導通，在計算機上相當于人工按下“+”鍵，從而將測時信號輸入計算機，計算機通過自動測時程序以及對稱測時法定向軟件，按多點(6點或9點)測得的結果，計算出陀螺北方向值和測線的方位角。
當進行半自動定向時，則通過目測定點，當光標線X1達到相應的(+K，O，-K)刻度即可直接由人工按下“+”鍵進行測時，并由計算機進行分析和處理。
通過圖5可對對稱測時法做進一步說明。在圖5中，K為分劃板讀數(shù)，可為1～6分劃的任一分劃號，圖中座標橫軸代表光標線X的位置座標，座標+K，O，-K分別對應了分劃線Y1、Y2、Y3的位置，座標縱軸代表時間。當本發(fā)明的系統(tǒng)采用6點快測法定向模式時，所測的6個時間點是T1～T6，有6個陀螺北方向值成果;當采用9點精測法定向模式時，所測的9個時間點是T1～T9，有16個陀螺北方向值成果。
對稱測時法只需在陀螺分劃板的三條對稱分劃線(+K，O，-K)上測取陀螺光標線的穿過時間，采用新的計算公式與對稱測時取點使數(shù)學模型大為簡化，并采用特定的數(shù)據(jù)組合，以較短的觀測時間，獲得大量的多余觀測值成果。它是一種快速、高精度并適于陀螺經(jīng)緯儀自動定向的方法，在觀測分劃個數(shù)、測時點數(shù)、多余觀測成果數(shù)及平均值內(nèi)符精度等諸多方面滿足了自動陀螺定向的要求，并在多種方法檢核、多余觀測成果數(shù)與平均值內(nèi)符精度上有了新的突破。對稱測時法的數(shù)學模型簡單、精確，陀螺北方向成果直接由所測得的時間t解算得出，且與起始時間及時間的相位變化無關。
圖6示出了計算機軟件進行信號提取、分析、計算和處理的流程框圖。利用計算機可擴展整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析、成果統(tǒng)計及數(shù)據(jù)整理功能。
在圖6中，測前記錄程序包括輸入測前記錄數(shù)據(jù)，如開始時間、測站、觀測者、記錄者、儀器型號、測線名稱、測線方向值測前零位等，主程序起算數(shù)據(jù)包括陀螺分劃板格值S、指定測時分劃K、跟蹤周期TA、近似陀螺北方向值No，自動測時程序按對稱測時法測取如圖5中的T1～T6或T1～T9等時間參量，對稱測時法數(shù)據(jù)處理又包括6點快測法和9點精測法兩種定向模式，可供選擇，利用計算公式可求出6組或16組北方向值 i，北方向平均值NA及內(nèi)符精度M。中天法、時差法為現(xiàn)有技術，中天法檢核圖5中的T2、T5和T3點，時差法檢核圖5中的T1、T3、T4、T6、T7和T9點，按中天時間計算中天法成果NZ，按對稱時間計算時差法成果NS。北方向成果檢驗的條件可設為M＜20S｜NA-NZ｜＜30S｜NA-NS｜＜30S若符合上述條件，則所得出的平均北方向值NA合格。
測后記錄程序包括輸入測后記錄數(shù)據(jù)，如測線方向值、測后零位、零位改正數(shù)計算及陀螺方位角計算。
圖7反映了本發(fā)明的系統(tǒng)與全站儀連接構成全能經(jīng)緯儀的情況。
本發(fā)明可廣泛應用于地下建筑工程如礦山、隧道及地鐵等進行精確定向，尤其適合大型地下貫通工程的定向測量，也可用于隱蔽地區(qū)的測圖定向、軍事工程定向及工程放樣檢核等，具有廣泛的社會效益和可觀的經(jīng)濟效益。
權利要求
1.一種具有光電測時信號轉換裝置的陀螺經(jīng)緯儀自動定向系統(tǒng)，本發(fā)明的特征在于它是由一個能完成陀螺光標線運動軌跡的多點取樣與時間測定的光電測時信號轉換裝置、陀螺經(jīng)緯儀、電源和計算機等部分構成，光電測時信號轉換裝置包括光敏讀數(shù)裝置和光電信號處理器，其中光敏讀數(shù)裝置由光源、透鏡、光標板、分劃板以及光電轉換器件構成并沿光路依序排列，光標板的上半部是透明的，其中部有一條不透明的光標線K1，下半部是不透明的，在該不透明部分的對稱性的中部有一條透明的光標線X；分劃板的上半部是透明的，下半部是不透明的，在該不透明部分的對稱性的中部有一條透明的分劃線Y2，在分劃線Y2的兩側對稱地還布有兩條透明的分劃線Y1和Y3；光電轉換器件可采用光電管、光電池、光敏電阻等；當光標線X與分劃線Y1、Y2或Y3重合時，光電轉換器件上則有光照射并產(chǎn)生電信號；光敏讀數(shù)裝置與陀螺經(jīng)緯儀通過光路相連接，構成對陀螺光標信號的光敏檢測，當陀螺光標線穿過時，由光標板和分劃板提取反映陀螺位置的光信號，再由光電轉換器件接收該光信號并轉換成電信號，將該電信號送至光電信號處理器進行放大處理，光電信號處理器分別與光敏讀數(shù)裝置和計算機相連接，它將光敏讀數(shù)裝置傳輸?shù)奈⑷蹼娦盘柗糯蠛笾苯铀腿胗嬎銠C處理，由計算機利用對稱測時法按多點測得的信號計算出陀螺的北方向值和測線方位角。
2.根據(jù)權利要求1所述的陀螺經(jīng)緯儀自動定向系統(tǒng)，其特征在于利用光敏讀數(shù)裝置中分別具有一半透明部分的光標板和分劃板所傳輸?shù)?、反映陀螺位置的光信號，通過人工的目測光標線X1與分劃板上的(+K，0，-K)三個刻度重合時進行定點和手動按鍵，半自動地完成陀螺光標線運動軌跡的多點取樣與時間測定，由計算機進行邏輯性處理與計時，最終計算出陀螺的北方向和測線的方位角。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的陀螺經(jīng)緯儀自動定向系統(tǒng)，其特征在于計算機先對光電測時信號轉換裝置或人工目測所檢測到的時間信號進行周期差檢驗，合格后再按陀螺定向的對稱測時法的數(shù)學模型進行陀螺北方向值的解算與數(shù)據(jù)處理，自動顯示陀螺北方向值及其測量定向精度，實現(xiàn)自動尋北，其中對稱測時法是通過選擇陀螺儀分劃板上以零刻劃為對稱軸的三條分劃線(+K，0，-K)進行測時，其計算公式為a×tO= arctg[ (sin(a×t1) - 2×sin(a×ta) + sin(a×t3))/(cos(a×t1) - 2×cos(a×ta) + cos(a×t3)) ］A＝-K/[sin(a×t0-a×t2)+sin(a×t3-a×t0)]令G＝sin(a×t0-a×t2)+sin(a×t3-a×t0)則 A＝-K/GB＝K×[1+(1/G)×sin(a×t1-a×t0)]其中a＝2×π/TB是陀螺軸擺動平衡位置的分劃板讀數(shù)，K是選定的對稱分劃線讀數(shù)，t0是陀螺軸通過擺動平衡位置的時間，A是陀螺擺幅，T是陀螺自擺周期，t1、t2、t3分別為陀螺軸光標線在分劃板上的分劃線(+K，O，-K)上的穿過時間。將測到的時間點，由計算機軟件利用上述計算公式求出B值，即可利用B值和其它參量由標準的計算公式求出陀螺北方向值，再由6點快測法模式或9點精測法模式，求出6組或16組陀螺北方向值。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的陀螺經(jīng)緯儀自動定向系統(tǒng)，其特征在于其中陀螺經(jīng)緯儀中的陀螺儀，可與具有電子測角、光電測距等功能的全站儀連接，通過相應的連接器固定，即構成具有電子測角、光電測距、自動測定測點的真北方位及自動定向等多功能的全能經(jīng)緯儀。
5.根據(jù)權利要求1所述的陀螺經(jīng)緯儀自動定向系統(tǒng)，其特征在于具有電信號放大功能的光電信號處理器，是由放大器、觸發(fā)器和繼電器構成，由光敏讀數(shù)裝置中的光電轉換器件將電信號傳輸至放大器中，將微弱信號放大，并通過觸發(fā)器使繼電器吸合或斷開，繼電器的兩個接點可直接與計算機內(nèi)部電路相連。
6.根據(jù)權利要求1或5所述的陀螺經(jīng)緯儀自動定向系統(tǒng)，其特征在于陀螺經(jīng)緯儀可采用普通上架式陀螺經(jīng)緯儀，光敏讀數(shù)裝置安裝在陀螺儀內(nèi)部，光電信號處理器安裝在陀螺儀電源內(nèi)部，計算機可采用配以陀螺自動計時軟件及對稱測時法軟件的袖珍計算機。
全文摘要
本發(fā)明涉及陀螺定向技術領域，該系統(tǒng)以對稱測時法原理為基礎，將普通型陀螺經(jīng)緯儀加裝能自動提取測時信號的光電測時信號轉換裝置，并與袖珍計算機連接，構成自動尋北定向系統(tǒng)，實現(xiàn)陀螺定向的穿過點自動測時與快速尋北定位，其中袖珍計算機根據(jù)測時信號由對稱測時法解算出陀螺北方向值及測線的方位角。本發(fā)明具有自動化程度高、定向時間短、精度高、輕便、成本低等優(yōu)點，可廣泛應用于地下建筑工程、軍事工程等進行精確定向。
文檔編號G01C19/00GK1105447SQ9411081
公開日1995年7月19日 申請日期1994年1月12日 優(yōu)先權日1994年1月12日
發(fā)明者丁作仁, 張學莊 申請人:中國有色金屬工業(yè)23冶第三工程公司, 中南工業(yè)大學